Патент на изобретение №2272152

(54) ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в газотурбинных двигателях и установках, преимущественно малоразмерных. Газотурбинный двигатель содержит входное устройство с обтекателем, диск вентилятора, электрический генератор, включающий статор, закрепленный внутри обтекателя, и магнитную систему ротора генератора, а также полый установочный элемент. Установочный элемент размещен внутри статора генератора, концентрично ему, имеет цилиндрическую посадочную поверхность, на которой расположена магнитная система ротора, и связан с источником вращения. Установочный элемент соединен с диском вентилятора и выполнен из немагнитного материала с коэффициентом теплопроводности меньше, чем у материала диска вентилятора. Магнитная система ротора расположена внутри установочного элемента. Установочный элемент выполнен с отверстиями между магнитной системой ротора и диском. Втулка выполнена из материала с меньшим удельным весом, чем у материала вала двигателя. Изобретение позволяет снизить температуру магнитной системы, что увеличивает надежность работы электрического генератора. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в газотурбинных двигателях и установках, преимущественно малоразмерных.

Известен газотурбинный двигатель (патент США №3214908, кл. 60-39.28, заявл.21.06.63 г.), содержащий входное устройство и электрический генератор, расположенный в обтекателе входного устройства. Магнитная система ротора генератора закреплена на собственном валу, установленном в подшипниках генератора и соединенном рессорой с валом двигателя.

Такая конструкция ведет к увеличению веса и длинновых размеров двигателя.

Также известен газотурбинный двигатель (патент Англии №1141001, F 1 G, заявл.03.03.65 г.), который содержит входное устройство с обтекателем, диск вентилятора, установленный на валу двигателя, электрический генератор, включающий статор, закрепленный внутри обтекателя, и магнитную систему ротора генератора. Двигатель содержит также полый установочный элемент, размещенный внутри статора генератора, концентрично ему, и имеющий цилиндрическую посадочную поверхность, на которой расположена магнитная система ротора. Этот установочный элемент выполнен за одно целое с валом двигателя.

Такое устройство позволяет снизить массу двигателя и его длинновые размеры по сравнению с вышеописанным устройством, так как электрический генератор не имеет собственных вала, подшипниковых узлов, рессоры.

Однако выполнение установочного элемента, на котором закреплена магнитная система ротора, за одно целое с валом двигателя имеет следующий недостаток: тепло, выделяющееся в передней опоре двигателя, передается по валу к магнитной системе ротора, которая теряет свои магнитные свойства при температуре выше 200°С. В малоразмерных газотурбинных двигателях, в которых валы вращаются со скоростью 50000 об./мин и выше, температура вала под подшипником в передней опоре может достигать 350°С. Кроме того, можно отметить следующие недостатки:

– закрепление магнитной системы ротора снаружи установочного элемента не позволяет осуществлять ее эффективное охлаждение, ввиду малого зазора между магнитной системой ротора и статором;

– выполнение установочного элемента за одно целое с валом не позволяет изготовить его из другого материала, имеющего меньшую теплопроводность;

– выполнение установочного элемента без отверстий снижает эффективность охлаждения магнитной системы.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является снижение температуры магнитной системы, что увеличивает надежность работы электрического генератора.

Поставленная техническая задача решается тем, что газотурбинный двигатель, содержит входное устройство с обтекателем, диск вентилятора, установленный на валу, электрический генератор, включающий статор, закрепленный внутри обтекателя, и магнитную систему ротора генератора, а также полый установочный элемент, размещенный внутри статора генератора, концентрично ему. Установочный элемент имеет цилиндрическую посадочную поверхность, на которой расположена магнитная система ротора генератора. Установочный элемент связан с источником вращения.

Новым в изобретении является то, что установочный элемент выполнен из немагнитного материала и соединен с диском вентилятора, при этом магнитная система ротора генератора закреплена внутри установочного элемента.

Для достижения лучшего эффекта установочный элемент может быть выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности меньшим, чем у материала диска вентилятора и снабжен отверстиями.

Для снижения массы двигателя установочный элемент может быть выполнен из материала с меньшим удельным весом, чем у материала вала.

На прилагаемых чертежах изображен газотурбинный двигатель:

фиг.1 – общий вид, болтовое соединение установочного элемента с диском;

фиг.2 – общий вид, соединение установочного элемента с диском сваркой.

Газотурбинный двигатель содержит входное устройство 1 с обтекателем 2, диск 3 вентилятора, установленный на валу 4 двигателя, и электрический генератор. Электрический генератор включает статор 5, закрепленный внутри обтекателя 2, и магнитную систему ротора 6 генератора, расположенную внутри статора 5. Двигатель содержит также полый установочный элемент 7, размещенный внутри статора 5, концентрично ему. На внутренней поверхности установочного элемента 7 выполнена цилиндрическая посадочная поверхность 8, на которой расположена магнитная система ротора 6. Установочный элемент 7 связан с источником вращения, для чего соединен с диском 3 вентилятора болтовым соединением 9 (фиг.1) или сваркой 10 (фиг.2). Установочный элемент 7 выполнен из немагнитного материала, например из алюминиевого сплава АК4-1 или титанового сплава ВТ6.

Для более эффективного снижения температуры магнитной системы 6 установочный элемент 7 может быть выполнен из материала (также немагнитного) с коэффициентом теплопроводности меньшим, чем у материала диска 3 вентилятора, например из титанового сплава ВТ25, у которого коэффициент теплопроводности при 100°С на 18% меньше, чем у материала диска 3, выполненного из сплава ВТ6, или из композиционного материала КМБ-2к, у которого коэффициент теплопроводности при 100°С на 95% меньше, чем у сплава ВТ6. Кроме того, в установочном элементе 7 могут быть выполнены отверстия 11 между магнитной системой ротора 6 и диском 3.

Выполнение установочного элемента 7 из алюминиевого или титанового сплава, удельный вес которого меньше удельного веса стали, из которой выполнен за одно с валом установочный элемент 7 у прототипа, позволяет снизить массу двигателя.

При работе газотурбинного двигателя установочный элемент 7 вращается вместе с диском 3. Тепло от диска 3 через установочный элемент 7 передается на магнитную систему ротора 6. В малоразмерных газотурбинных двигателях температура диска вентилятора со стороны входа двигателя составляет не более 180°С, тогда как температура вала в передней опоре под подшипником достигает 350°С, поэтому температура магнитной системы ротора 6 оказывается гораздо ниже, чем у прототипа. Выполнение установочного элемента 7 из материала с меньшей теплопроводностью по сравнению материалом диска 3 уменьшает теплопередачу от диска 3 через установочный элемент 7 к магнитной системе ротора 6.

Воздух от входа двигателя подается не только в зазор между установочным элементом 7 и статором 5, но и в полость установочного элемента 7, где охлаждает магнитную систему ротора 6, и выходит через отверстие 11, дополнительно охлаждая статор 5.

Кроме того, расположение магнитной системы ротора 6 внутри установочного элемента 7 увеличивает его диаметр, что способствует увеличению изгибной жесткости установочного элемента 7. При этом уменьшается риск возникновения эксцентриситета воздушного зазора между установочным элементом 7 и статором 5 электрического генератора, приводящего к появлению больших сил одностороннего притяжения, к появлению вибрации магнитного происхождения.

Все это повышает надежность работы электрического генератора.

Формула изобретения

1. Газотурбинный двигатель, содержащий входное устройство с обтекателем, диск вентилятора, электрический генератор, включающий статор, закрепленный внутри обтекателя, и магнитную систему ротора генератора, а также полый установочный элемент, размещенный внутри статора генератора, концентрично ему, имеющий цилиндрическую посадочную поверхность, на которой расположена магнитная система ротора, и связанный с источником вращения, отличающийся тем, что установочный элемент выполнен из немагнитного материала и соединен с диском вентилятора, при этом магнитная система ротора расположена внутри установочного элемента.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что установочный элемент выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности меньше, чем у материала диска вентилятора.

3. Газотурбинный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что установочный элемент снабжен отверстиями между магнитной системой ротора и диском.

4. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из материала с меньшим удельным весом, чем у материала вала двигателя.

5. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что втулка выполнена из материала с меньшим удельным весом, чем у материала вала двигателя.

6. Газотурбинный двигатель по п.3, отличающийся тем, что втулка выполнена из материала с меньшим удельным весом, чем у материала вала двигателя.

РИСУНКИ