Двигатель

Двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям на базе авиационного двигателя, в частности, предназначенным для выработки электрической энергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В течение многих лет для выработки электрической энергии использовали газовые турбины. Такие газовые турбины, которые часто называют наземными газовыми турбинами, могут быть разделены на две основные группы: промышленные двигатели и двигатели на базе авиационного двигателя.

Промышленные двигатели создают специально для выработки электроэнергии или для других наземных применений, в то время как двигатели на базе авиационного двигателя получают из авиационных газотурбинных двигателей, которые первоначально были разработаны для применения в авиации, например, в качестве силовых установок для самолетов. В то время как промышленные двигатели, как правило, имеют большие физические размеры и вес, двигатели на базе авиационного двигателя являются, как правило, гораздо более компактными.

Некоторые типы двигателей на базе авиационного двигателя получают из газотурбинных двигателей, которые ранее применяли в авиации. В таких случаях газотурбинные двигатели обновляют и переоборудуют для выработки электрической энергии.

Традиционный подход для переоборудования газовой турбины турбореактивного типа для получения газовой турбины на базе авиационного двигателя заключается в замене выхлопного сопла на аэродинамически связанную силовую турбину, которая вырабатывает мощность на валу, которая, в свою очередь, может быть использована для приведения в действие генератора электрической энергии, например, такого как генератор переменного тока, для выработки электрической энергии.

Традиционный подход для переоборудования газовой турбины турбовинтового типа для получения газовой турбины на базе авиационного двигателя, например, для выработки электрической энергии, заключается в удалении винта и редуктора с силовой турбины и в механическом соединении упомянутой силовой турбины турбовинтового двигателя с генератором электрической энергии.

Традиционный подход для переоборудования газовой турбины турбовентиляторного типа для получения газовой турбины на базе авиационного двигателя заключается в переоборудовании турбовентиляторного двигателя в турбореактивный двигатель путем замены вентилятора и наружного контура на дополнительный компрессор с малой степенью сжатия и путем замены выхлопного сопла на аэродинамически связанную силовую турбину, которая генерирует мощность на валу, которая, в свою очередь, может быть использована для приведения в действие генератора электрической энергии.

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

В соответствии с аспектом настоящего изобретения предложен способ переоборудования турбовентиляторного двигателя, содержащий:

(a) обеспечение наличия турбовентиляторного двигателя, причем турбовентиляторный двигатель содержит:

- внутренний контур двигателя, содержащий по меньшей мере один узел каскада высокого давления и камеру сгорания;

- немодифицированный вентилятор, конфигурированный для создания, по меньшей мере, потока наружного контура, обходящего внутренний контур двигателя по меньшей мере при одном наборе условий двигателя, причем вентилятор механически соединен с турбиной низкого давления, в свою очередь приводимой в действие внутренним контуром двигателя;

(b) создание переоборудованного турбовентиляторного двигателя из турбовентиляторного двигателя путем модифицирования или замены немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора, причем модифицированный вентилятор конфигурирован для генерирования уменьшенного потока наружного контура по отношению к упомянутому потоку наружного контура вентилятора в течение работы переоборудованного турбовентиляторного двигателя в соответствии с упомянутым по меньшей мере одним набором условий двигателя согласно этапу (а), для обеспечения тем самым возможности генерирования упомянутой турбиной низкого давления избыточной мощности на валу сверх базовой мощности на валу, необходимой для приведения в действие упомянутого модифицированного вентилятора в течение работы переоборудованного турбовентиляторного двигателя.

Таким образом, при работе переоборудованного турбовентиляторного двигателя упомянутая турбина низкого давления создает вышеупомянутую избыточную мощность на валу, причем эта избыточная мощность на валу превышает базовую мощность на валу, которая необходима для приведения в действие упомянутого модифицированного вентилятора при работе переоборудованного турбовентиляторного двигателя. Избыточная мощность на валу может быть использована для различных целей, например для выработки электрической энергии.

Например, на этапе (b) упомянутый модифицированный вентилятор модифицируют, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем уменьшения наружного диаметра лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора. Дополнительно или альтернативно на этапе (b) упомянутый модифицированный вентилятор модифицируют, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем удаления по меньшей мере наружной радиальной части лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора. Дополнительно или альтернативно на этапе (b) упомянутый модифицированный вентилятор модифицируют, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем удаления лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора.

Альтернативно, например, на этапе (b), упомянутый модифицированный вентилятор модифицируют, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем модифицирования геометрии по меньшей мере наружной радиальной части лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора таким образом, что упомянутая по меньшей мере наружная радиальная часть лопаток вентилятора создает уменьшенный поток наружного контура по сравнению с лопатками немодифицированного вентилятора. Опционально по меньшей мере наружную радиальную часть лопаток вентилятора модифицируют путем создания нулевого или близкого к нулевому угла атаки по отношению к направлению воздушного потока в переоборудованном турбовентиляторном двигателе.

Дополнительно или альтернативно на этапе (а) немодифицированный вентилятор также конфигурирован для создания потока внутреннего контура через внутренний контур двигателя. Опционально упомянутый немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замену немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполняют так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя упомянутую первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления близка по величине ко второй степени повышения давления. Альтернативно немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для создания первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замену немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполняют так, чтобы создать взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления меньше по величине, чем вторая степень повышения давления. Альтернативно упомянутый немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замену немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполняют так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления больше по величине, чем вторая степень повышения давления. Альтернативно немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замену немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполняют так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем вторая степень повышения давления составляет 1,0.

Дополнительно или альтернативно на этапе (b) упомянутый модифицированный вентилятор конфигурирован для создания уменьшенной тяги наружного контура, по сравнению с тягой наружного контура, создаваемой немодифицированным вентилятором.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый модифицированный вентилятор и упомянутую турбину низкого давления выполняют в узле каскада низкого давления.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый способ дополнительно содержит функциональное соединение переоборудованного турбовентиляторного двигателя с электрическим генератором для обеспечения возможности преобразования упомянутой избыточной мощности на валу в электрическую энергию. Дополнительно или альтернативно упомянутый способ дополнительно содержит функциональное соединение переоборудованного турбовентиляторного двигателя с механической нагрузкой для приложения упомянутой избыточной мощности на валу к упомянутой механической нагрузке.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый турбовентиляторный двигатель на этапе (а) является многокаскадным, с высокой степенью двухконтурности, с передним расположением вентилятора, турбовентиляторным газотурбинным двигателем, в котором упомянутый немодифицированный вентилятор установлен спереди. Например, переоборудованный турбовентиляторный двигатель избирательно соединяют с электрическим генератором через модифицированный вентилятор, причем, опционально переоборудованный турбовентиляторный двигатель дополнительно избирательно соединяют с дополнительным электрическим генератором через турбину низкого давления. Например, переоборудованный турбовентиляторный двигатель соединяют с электрическим генератором через турбину низкого давления.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый турбовентиляторный двигатель на этапе (а) является многокаскадным, с высокой степенью двухконтурности, с задним расположением вентилятора, турбовентиляторным газотурбинным двигателем, в котором упомянутый немодифицированный вентилятор установлен сзади. Например, на этапе (а) немодифицированный вентилятор выполнен с возможностью создания только воздушного потока наружного контура, т.е. упомянутый немодифицированный вентилятор не создает поток внутреннего контура. Дополнительно или альтернативно упомянутый модифицированный вентилятор и упомянутую турбину низкого давления выполняют в виде однороторного узла. Дополнительно или альтернативно переоборудованный турбовентиляторный двигатель соединяют с электрическим генератором через турбину низкого давления. Дополнительно или альтернативно упомянутая уменьшенная тяга потока наружного контура номинально равна нулю.

Дополнительно или альтернативно упомянутый способ дополнительно содержит использование механизма упорного подшипника для турбины низкого давления для уравновешивания последующего осевого усилия, соответствующего упомянутой избыточной мощности на валу.

Дополнительно или альтернативно упомянутый способ дополнительно содержит сохранение степени повышения давления турбовентиляторного двигателя в модифицированном турбовентиляторном двигателе. Например, сохранение степени повышения давления турбовентиляторного двигателя в модифицированном турбовентиляторном двигателе содержит модифицирование турбины низкого давления в модифицированном турбовентиляторном двигателе для получения площади поперечного сечения потока для потока через турбину низкого давления в ее осевом местоположении, которая больше соответствующей площади поперечного сечения потока для потока в турбовентиляторном двигателе.

Дополнительно или альтернативно упомянутый способ дополнительно содержит замену сопла внутреннего контура немодифицированного двигателя согласно этапу (а), на выпускной диффузор для внутреннего контура двигателя на этапе (b), причем упомянутый выпускной диффузор конфигурирован для уменьшения тяги внутреннего контура по сравнению с тягой внутреннего контура двигателя в немодифицированном турбовентиляторном двигателе.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый по меньшей мере один набор условий двигателя включает в себя по меньшей мере одно из расчетных режимов турбовентиляторного двигателя и максимального непрерывного крейсерского полета в условиях международной стандартной атмосферы (ISA) для турбовентиляторного двигателя.

Кроме того, в соответствии с аспектом раскрытого в данном документе изобретения предложен турбовентиляторный двигатель, содержащий

- внутренний контур двигателя, содержащий по меньшей мере один узел каскада высокого давления и камеру сгорания;

- модифицированный вентилятор, механически соединенный с турбиной низкого давления, в свою очередь приводимой в действие посредством горячих газов, генерируемых внутренним контуром двигателя;

- причем упомянутый модифицированный вентилятор получен из немодифицированного вентилятора или заменяет его;

- при этом упомянутая турбина низкого давления первоначально предназначена для приведения в действие немодифицированного вентилятора, когда соединена с ним вместо модифицированного вентилятора, причем немодифицированный вентилятор конфигурирован для создания, по меньшей мере, потока наружного контура, обходящего внутренний контур двигателя, по меньшей мере при одном наборе условий двигателя, когда он приводится в действие упомянутой турбиной низкого давления;

- при этом упомянутый модифицированный вентилятор конфигурирован для генерирования уменьшенного потока наружного контура по отношению к упомянутому потоку наружного контура вентилятора в течение работы турбовентиляторного двигателя в соответствии с упомянутым по меньшей мере одним набором условий двигателя и для одновременного обеспечения возможности генерирования упомянутой турбиной низкого давления избыточной мощности на валу сверх базовой мощности, необходимой для приведения в действие упомянутого модифицированного вентилятора в течение работы турбовентиляторного двигателя, по меньшей мере, при упомянутом по меньшей мере одном наборе условий двигателя.

Например, упомянутый турбовентиляторный двигатель получен путем переоборудования немодифицированного турбовентиляторного двигателя, причем немодифицированный турбовентиляторный двигатель содержит упомянутый внутренний контур двигателя и упомянутый немодифицированный вентилятор, при этом упомянутый немодифицированный вентилятор механически соединен с турбиной низкого давления, которую, в свою очередь, приводят в действие посредством горячих газов, создаваемых внутренним контуром двигателя, причем упомянутое переоборудование содержит модифицирование или замену немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора.

Например, упомянутый модифицированный вентилятор конфигурирован для создания уменьшенной тяги потока наружного контура, по сравнению с тягой потока наружного контура, создаваемой немодифицированным вентилятором, когда он соединен с турбовентиляторным двигателем вместо модифицированного вентилятора.

Например, упомянутый модифицированный вентилятор модифицирован, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем уменьшения наружного диаметра лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора. Опционально упомянутый модифицированный вентилятор модифицирован, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем удаления по меньшей мере наружной радиальной части лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора. Дополнительно или альтернативно упомянутый модифицированный вентилятор модифицирован, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем удаления лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора.

Альтернативно упомянутый модифицированный вентилятор модифицирован, по отношению к немодифицированному вентилятору, путем модифицирования геометрии по меньшей мере наружной радиальной части лопаток упомянутого немодифицированного вентилятора так, чтобы упомянутая по меньшей мере наружная радиальная часть лопаток вентилятора создавала уменьшенный, по сравнению с лопатками немодифицированного вентилятора, поток наружного контура. Например, по меньшей мере наружная радиальная часть лопаток вентилятора модифицирована путем обеспечения нулевого или близкого к нулевому угла атаки по отношению к направлению воздушного потока в турбовентиляторном двигателе.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для создания потока внутреннего контура через внутренний контур двигателя. Опционально упомянутый немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замена немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполнены так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления близка по величине к второй степени повышения давления. Альтернативно упомянутый немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замена немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполнены так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления меньше по величине, чем вторая степень повышения давления. Альтернативно упомянутый немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для получения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замена немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполнены так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем первая степень повышения давления больше по величине, чем вторая степень повышения давления. Альтернативно немодифицированный вентилятор дополнительно конфигурирован для обеспечения первой степени повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутое модифицирование или замена немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора выполнены так, чтобы получить взамен вторую степень повышения давления для потока внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя, заменяя первую степень повышения давления, причем вторая степень повышения давления составляет 1,0.

Например, упомянутый модифицированный вентилятор и упомянутая турбина низкого давления выполнены в узле каскада низкого давления.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый турбовентиляторный двигатель конфигурирован для функционального соединения с электрическим генератором для обеспечения возможности преобразования упомянутой избыточной мощности на валу в электрическую энергию. Дополнительно или альтернативно упомянутый турбовентиляторный двигатель конфигурирован для функционального соединения переоборудованного турбовентиляторного двигателя с механической нагрузкой для приложения упомянутой избыточной мощности на валу к упомянутой механической нагрузке.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый турбовентиляторный двигатель является многокаскадным, с высокой степенью двухконтурности, с передним расположением вентилятора, турбовентиляторным газотурбинным двигателем, в котором немодифицированный вентилятор установлен спереди. Например, турбовентиляторный двигатель избирательно соединен с электрическим генератором через модифицированный вентилятор. Опционально турбовентиляторный двигатель дополнительно избирательно соединен с дополнительным электрическим генератором через турбину низкого давления. Альтернативно турбовентиляторный двигатель избирательно соединен с электрическим генератором через турбину низкого давления.

Например, дополнительно или альтернативно к вышесказанному упомянутый турбовентиляторный двигатель является многокаскадным, с высокой степенью двухконтурности, с задним расположением вентилятора, турбовентиляторным газотурбинным двигателем, в котором упомянутый немодифицированный вентилятор установлен сзади. Например, немодифицированный вентилятор конфигурирован для создания только воздушного потока наружного контура, т.е. не создает поток внутреннего контура к внутреннему контуру двигателя. Например, упомянутый модифицированный вентилятор и упомянутая турбина низкого давления расположены в однороторном узле. Например, турбовентиляторный двигатель избирательно соединен с электрическим генератором через турбину низкого давления.

Например, упомянутая уменьшенная тяга потока наружного контура номинально равна нулю.

Дополнительно или альтернативно упомянутый турбовентиляторный двигатель дополнительно содержит механизм упорного подшипника для турбины низкого давления для уравновешивания последующего осевого усилия, соответствующего упомянутой избыточной мощности на валу.

Дополнительно или альтернативно турбовентиляторный двигатель сохраняет степень повышения давления двигателя немодифицированного турбовентиляторного двигателя в турбовентиляторном двигателе. Например, турбина низкого давления в турбовентиляторном двигателе модифицирована, по отношению к соответствующей турбине низкого давления в немодифицированном турбовентиляторном двигателе, для получения площади поперечного сечения потока для потока через турбину низкого давления турбовентиляторного двигателя в его осевом местоположении, которая больше, чем соответствующая площадь поперечного сечения потока для потока в немодифицированном турбовентиляторном двигателе.

Дополнительно или альтернативно турбовентиляторный двигатель дополнительно содержит выпускной диффузор, присоединенный к внутреннему контуру двигателя, причем упомянутый выпускной диффузор конфигурирован для уменьшения тяги внутреннего контура двигателя, по сравнению с базовой тягой внутреннего контура в немодифицированном турбовентиляторном двигателе.

Дополнительно или альтернативно упомянутый по меньшей мере один набор условий двигателя включает в себя расчетный режим турбовентиляторного двигателя.

Дополнительно или альтернативно упомянутый по меньшей мере один набор условий двигателя включает в себя максимальный непрерывный крейсерский полет в условиях международной стандартной атмосферы (ISA) для турбовентиляторного двигателя.

Способ и переоборудованный турбовентиляторный двигатель в соответствии с по меньшей мере одним примером раскрытого в данном документе изобретения обеспечивают, по сравнению с традиционным подходом переоборудования газовой турбины турбовентиляторного типа для создания газовой турбины на базе авиационного двигателя, по меньшей мере одно из нижеследующих преимуществ:

- по сравнению с традиционным подходом, может быть значительно уменьшено общее время разработки, и/или может потребоваться меньшее количество испытаний соответствующего двигателя на базе авиационного двигателя,

- по сравнению с традиционным подходом, для создания соответствующего двигателя на базе авиационного двигателя требуется относительно малое количество изменений в первоначальной аппаратной части двигателя (т.е. в немодифицированном турбовентиляторном двигателе),

- по сравнению с традиционным подходом потребуется меньше новых деталей для переоборудования и изготовления соответствующего двигателя на базе авиационного двигателя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения, раскрытого в данном документе, и для пояснения примером, как оно может быть выполнено на практике, ниже описаны примеры, посредством только неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 схематически изображены различные этапы способа переоборудования турбовентиляторного газотурбинного двигателя в двигатель на базе авиационного двигателя для получения электрической энергии, в соответствии с, по меньшей мере, некоторыми примерами раскрытого в данном документе изобретения,

на фиг. 2 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении первого примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя,

на фиг. 3 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении первого примера модифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, переоборудованного из примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, который показан на фиг. 2, на основе первого примера модифицированного вентилятора,

на фиг. 4 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении первого примера модифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, переоборудованного из примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, который показан на фиг. 2, на основе второго примера модифицированного вентилятора,

на фиг. 5 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении первого примера модифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, переоборудованного из примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, который показан на фиг. 2, на основе третьего примера модифицированного вентилятора,

на фиг. 6 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении альтернативного варианта примера выполнения, показанного на фиг. 3, включая пример механизма уравновешивания осевого усилия,

на фиг. 7 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении второго примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя,

на фиг. 8 схематически изображен вид сбоку в поперечном сечении второго примера модифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, переоборудованного из примера немодифицированного турбовентиляторного газотурбинного двигателя, показанного на фиг. 7.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Как показано на фиг. 1, первый пример способа переоборудования турбовентиляторного двигателя в двигатель на базе авиационного двигателя для выработки электрической энергии (причем упомянутый способ в целом обозначен ссылочной позицией 900) содержит нижеследующие этапы:

Этап 910 - обеспечение наличия турбовентиляторного двигателя.

Этап 920 - создание переоборудованного турбовентиляторного двигателя из турбовентиляторного двигателя.

Этап 930 - функциональное соединение переоборудованного турбовентиляторного двигателя с электрическим генератором.

В данном документе термин «модифицированный турбовентиляторный двигатель» используется как равнозначный терминам «двигатель на базе авиационного двигателя», «переоборудованный турбовентиляторный двигатели» и т.п.

Как будет более понятно из нижеследующего описания, турбовентиляторный двигатель согласно этапу 910 содержит по меньшей мере следующие компоненты:

- внутренний контур двигателя, содержащий по меньшей мере один узел каскада высокого давления и камеру сгорания,

- немодифицированный вентилятор, конфигурированный для создания, по меньшей мере, потока наружного контура, обходящего внутренний контур двигателя, причем упомянутый вентилятор соединен с турбиной низкого давления, которую, в свою очередь приводят в действие посредством внутреннего контура двигателя.

Кроме того, как показано на фиг. 2, первый пример турбовентиляторного двигателя, в целом обозначенный ссылочной позицией 100, используемый на этапе 910, является многокаскадным, с высокой степенью двухконтурности, с передним расположением вентилятора, турбовентиляторным газотурбинным двигателем.

В этом примере турбовентиляторный двигатель 100 является авиационным газотурбинным двигателем, например турбовентиляторным двигателем модели CFM56, построенным компанией CFM International, которая является совместным предприятием, образованным GE Aviation, подразделением General Electric (США), и Snecma, подразделением Safran (Франция). Однако в альтернативных вариантах этого примера или в других альтернативных примерах турбовентиляторный двигатель, используемый на этапе 910, может быть любым подходящим турбовентиляторным двигателем, с учетом соответствующих изменений, например другими экземплярами турбовентиляторных двигателей модельного ряда CFM 56 или другими подходящими турбовентиляторными двигателями.

Турбовентиляторный двигатель 100 содержит внутренний контур 110 двигателя, содержащий корпус 130, узел 120 каскада высокого давления и камеру 140 сгорания. Узел 120 каскада высокого давления выполнен с возможностью вращения вокруг продольной оси 150 и содержит компрессор 124 высокого давления и турбину 126 высокого давления, разнесенные друг от друга в осевом направлении посредством наружного вала 125.

Камера 140 сгорания расположена между компрессором 124 высокого давления и турбиной 126 высокого давления. Камера 140 сгорания является, в данном примере, кольцевой камерой сгорания и функционально соединена с топливной системой 148.

Кроме того, турбовентиляторный двигатель 100 содержит вентилятор 164, механически соединенный с турбиной 166 низкого давления для вращения вместе с ней. В этом примере вентилятор 164 расположен в передней части турбовентиляторного двигателя 100, перед внутренним контуром 110 двигателя, и упомянутое механическое соединение выполнено посредством внутреннего вала 165. Внутренний вал 165 расположен соосно с наружным валом 125 и вращается независимо от него вокруг продольной оси 150. Таким образом, в этом примере, узел 160 каскада низкого давления содержит вентилятор 164, турбину 166 низкого давления и внутренний вал 165.

Кроме того, в этом примере узел 160 каскада низкого давления содержит компрессор 162 низкого давления, расположенный ниже по потоку относительно вентилятора 164 и размещенный в корпусе 130.

В альтернативных вариантах этого примера внутренний контур 110 двигателя может содержать дополнительные узлы каскада. Например, может быть предусмотрен узел каскада промежуточного давления, расположенный между узлом 160 каскада низкого давления и узлом 120 каскада высокого давления.

Предусмотрен кольцевой канал 170 наружного контура, имеющий внутреннюю стенку 172, образованную наружной частью передней части корпуса 130, и имеющий наружную стенку 174, образованную внутренней частью корпуса 135 наружного контура. Корпус 135 наружного контура расположен на удалении, в радиальном направлении, от корпуса 130 благодаря радиальным стойкам 138.

Узел 160 каскада низкого давления и узел 120 каскада высокого давления установлены с возможностью вращения непосредственно или опосредованно на передней опоре, выполненной в виде рамы 137 вентилятора, и на задней опоре, выполненной в виде рамы 136 турбины, посредством соответствующих подшипников.

Вентилятор 164 размещен в корпусе 135 наружного контура перед корпусом 130. Вентилятор 164 содержит множество лопаток 180, выступающих в радиальном направлении из диска 182 вентилятора.

Снаружи корпуса 135 наружного контура может быть преусмотрена секция 145 вспомогательного привода. Упомянутая секция 145 вспомогательного привода может содержать одно или более из следующих устройств, например, стартер/генератор, промежуточный редуктор, передаточный редуктор, горизонтальный приводной вал, радиальный приводной вал, входной редуктор.

При обычной работе турбовентиляторного двигателя 100 вентилятор создает в турбовентиляторном двигателе 100 поток W воздуха, и этот поток разделяется на передней кромке 131 корпуса 130 на внутренний воздушный поток WI, который направляется во внутренний контур 110 двигателя, и воздушный поток WO наружного контура, который направляется в канал 170 наружного контура.

В этом примере степень двухконтурности, определяемая как отношение массового расхода воздушного потока WO наружного контура к массовому расходу внутреннего воздушного потока WI, составляет 5:1, или примерно 5:1, например 4,75:1. Однако в приведенных выше или других альтернативных вариантах этого примера, или в приведенных выше или других альтернативных примерах, соответствующая степень двухконтурности может быть меньше, чем 5:1 или больше, чем 5:1.

Внутренний воздушный поток WI сжимают компрессором 162 низкого давления и компрессором 124 высокого давления и подают в камеру 140 сгорания, в которой происходит сгорание топлива, подаваемого в указанную камеру сгорания посредством топливной системы 148, с образованием горячих газообразных продуктов сгорания. Эти газообразные продукты сгорания, проходя через турбину 126 высокого давления и затем через турбину 166 низкого давления, приводят их в действие. Для применений в области авиации в задней части турбины 166 низкого давления и корпуса 130 для ускорения горячих газообразных продуктов сгорания и создания тяги внутреннего контура предусмотрено сопло (не показано).

Воздушный поток WO наружного контура протекает через канал 170 наружного контура, обходя внутренний контур 110 двигателя и создавая, при применении в авиации, тягу наружного контура вентилятора.

Таким образом, внутренний контур 110 двигателя предназначен для создания горячих газообразных продуктов сгорания, обеспечивающих приведение в действие турбины 126 высокого давления, турбины 166 низкого давления, и имеющих достаточную энергию, чтобы обеспечивать необходимую тягу внутреннего контура двигателя. В свою очередь, турбина 126 высокого давления предназначена для создания мощности, достаточной для приведения в действие компрессора 124 высокого давления, в то время как турбина 166 низкого давления предназначена для создания мощности, достаточной для приведения в действие компрессора 162 низкого давления и вентилятора 164, и, таким образом, для создания необходимой тяги наружного контура вентилятора.

Как будет более понятно ниже, этап 920 содержит создание переоборудованного турбовентиляторного двигателя из (немодифицированного) турбовентиляторного двигателя 100 путем модифицирования или замены первоначального немодифицированного вентилятора для создания модифицированного вентилятора, который теперь конфигурирован для уменьшения воздушного потока наружного контура, создаваемого вентилятором при работе двигателя (по сравнению с воздушным потоком наружного контура, создаваемым немодифицированным вентилятором в первоначальном турбовентиляторном двигателе), для обеспечения возможности создания турбиной низкого давления избыточной мощности на валу сверх базовой мощности на валу, необходимой для приведения в действие упомянутого модифицированного вентилятора при работе переоборудованного турбовентиляторного двигателя.

Как показано на