ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК F02C9/18 F04D27/02 

Областью техники, к которой относится настоящее изобретение, являются газотурбинные двигатели, в частности спускные клапаны для газотурбинных двигателей.

Предпосылки создания изобретения
В газотурбинных двигателях (см. фиг. 1), используемых для приведения в движение летательных аппаратов, воздух направляется через многоступенчатые компрессоры по мере его прохождения аксиально, либо аксиально и радиально, через двигатель к камере сгорания. По мере прохождения воздуха через каждую последовательную ступень компрессора давление воздуха возрастает. При определенных условиях, например, когда уменьшают подачу газа в двигатель или во время запуска двигателя, количество воздуха, необходимое в камере сгорания, меньше того количества, которое протекает через компрессор. При таких режимах может произойти помпаж или выброс пламени в двигателе, что угрожает безопасной работе двигателя и летательного аппарата в целом.

С целью снижения последствий таких состояний, эти газотурбинные двигатели оснащают спускными клапанами в корпусе двигателя спереди камеры сгорания, которые в случае неизбежного помпажа двигателя открываются для уменьшения воздушного потока, поступающего в камеру сгорания. Эти спускные клапаны принимают многие формы, от простых отверстий в корпусе компрессора, которые открываются посредством подвижного клапанного элемента, до устройств, разделяющих смежные участки корпуса двигателя с созданием между ними отверстия.

В заявке на патент Франции 2209044 и заявке на Европатент 0298015 раскрываются спускные клапаны, содержащие простые отверстия в участке корпуса компрессора, которые открываются с помощью подвижного клапанного элемента. Спуск текучей среды осуществляется без перемещения участков корпуса компрессора относительно один другого, однако путем выведения клапанного элемента у участка корпуса из уплотнительного зацепления с последним.

Краткое описание изобретения
Отличительным признаком настоящего изобретения является усовершенствованное средство приведения в действие известного спускного клапана, имеющего два участка, один из которых является подвижным, а другой неподвижным. Предлагаемое изобретение позволяет открывать клапан с меньшим усилием, нежели требовалось ранее. Это достигается за счет приложения усилия к подвижному участку клапана, причем усилие заставляет подвижный участок вращаться соосно вокруг оси двигателя. Как только подвижный участок начинает вращаться, ролики, которые крепятся к подвижному участку под заранее установленным углом и которые перемещаются по направляющим, установленным под углом, вынуждены двигаться по направляющей, тем самым придавая аксиальное перемещение подвижному участку. Это заставляет подвижный участок совершать движение по спирали от подвижного участка с созданием отверстия между неподвижным участком и подвижным участком, через которое может проходить сжатый воздух.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе газотурбинного двигателя с использованием предлагаемого изобретения; фиг. 2 представляет собой перспективный вид спускного воздушного клапана в соответствии с настоящим изобретением в закрытом положении; фиг. 3 представляет собой перспективный вид спускного воздушного клапана в соответствии с настоящим изобретением в открытом положении.

фиг. 4 представляет собой вид сбоку спускного воздушного клапана в соответствии с настоящим изобретением в закрытом положении; фиг. 5 представляет собой вид в направлении стрелки 8 на фиг. 4.

Фиг. 6 представляет собой вид сбоку спускного воздушного клапана в соответствии с настоящим изобретением в открытом положении.

Фиг. 7 представляет собой вид в направлении стрелки 10 на фиг. 6.

Фиг. 8 представляет собой вид в поперечном разрезе ролика.

Лучший способ осуществления изобретения
Настоящее изобретение лучше всего понимается со ссылкой на фиг. 2 - 8. Фиг. 2 и 3 представляют собой перспективные виды настоящего изобретения, содержащего подвижный участок 10 и неподвижный участок 12, каждый из которых имеет известную конструкцию, причем подвижный участок расположен спереди неподвижного участка. Как показано на фиг. 2, когда спускной клапан находится в закрытом положении, весь сжатый воздух из компрессоров, расположенных спереди спускного клапана, направляется через спускной клапан по центральной оси двигателя в отделение камеры сгорания (не показана), которое расположено за спускным клапаном. Когда спускной клапан открыт, как показано на фиг.3, часть сжатого воздуха, проходящего аксиально по двигателю, направляется через отверстие 14, создаваемое в спускном клапане.

Клапан работает за счет приложения усилия, предпочтительно усилия, тангенциального относительно центральной оси, к подвижному участку 10, которое достаточно для того, чтобы заставить подвижный участок 10 вращаться вокруг центральной оси. На практике усилие предпочтительно создается за счет давления топлива и прилагается к подвижному участку посредством штока 6, соединенного с фланцем 50 через шкворень 52 и роликовое соединение 54, прикрепленное к подвижному участку 10. По мере того, как подвижный участок 10 начинает вращаться, ряд подшипников 56, прикрепленных к подвижному участку 10, перемещается по направляющей 58 на поверхности неподвижного участка 12. Направляющая 58 расположена под углом так, что по мере перемещения роликов 56 по направляющей 58, подвижный участок 10 приводится в движение аксиально, а также тангенциально, что заставляет два участка отходить друг от друга и образовывать отверстие 14 между ними, как показано на фиг. 6.

Как можно видеть на фиг. 4 - 8, ролики подшипников крепятся к кронштейнам 60 при помощи шкворней 62. Внутренняя дорожка ролика 56 плотно пригнана к шкворню 62, тогда как наружная дорожка 66 ролика 56 перемещается по направляющей 58 и движется над подшипниками 64. Эти направляющие могут принимать множество форм. Форма, изображенная на чертежах, выполнена за счет врезания в поверхность корпуса, тогда как другие формы могут быть образованы на поверхности корпуса. Предпочтительные ролики представляют собой традиционно уплотненные подшипники, которые снизят вероятность загрязнения внутри сборки подшипников и создания различных проблем.

Конструкция клапана, изображенная на чертежах, содержит три ролика и три направляющие, равно разнесенные друг от друга. Однако, в зависимости от критериев, предъявляемых к конструкции, можно использовать большее число таких подшипников. Подшипники не только снижают усилие, необходимое для открытия клапана, по сравнению с величиной усилия, присущей известным конструкциям, но также поддерживают относительное положение двух участков корпуса так, что они могут оставаться на одной оси во время открытия и закрытия. Положение направляющих и угол, под которым они расположены, будут зависеть от расстояния, на которое клапан должен открываться, и от длины хода, необходимой для перемещения подшипника по направляющей. Обычно угол, под которым расположена направляющая, составляет приблизительно от 25 до 80^o к центральной оси двигателя, причем угол в 45^o является предпочтительным углом.

Испытание, проведенное в сравнении между известным спускным клапаном и клапаном в соответствии с настоящим изобретением, имело целью определить количество энергии, необходимой для работы каждого клапана. Испытание заключалось в том, что каждый из клапанов (известный и предлагаемый) помещали на стол так, что неподвижный участок располагался горизонтально поверхности стола. Груз массой 40 фунтов (18 кг 144 г) помещали на подвижный участок 10. Затем клапан приводили в действие за счет приложения усилия, достаточного для открытия клапана, и измеряли величину усилия, необходимо в каждом случае. Результаты показали, что известный клапан требовал приложения усилия, составляющего 90 фунтов (40 кг 824 г), тогда как настоящее изобретение требовало только 40 фунтов. Это составляет снижение величины усилия более, чем на 50%, необходимого для открытия клапана. А это приводит к созданию более быстродействующего клапана. Кроме замены рычажных механизмов известного уровня техники подшипниками в соответствии с настоящим изобретением, существует меньшая вероятность несрабатывания клапана вследствие загрязнения окружающей средой. Помимо этого, перемещение подшипников по направляющим приводит к сохранению относительных положений участков так, что отпадает необходимость в использовании известных прокладок 32, что в свою очередь снижает накладные расходы, связанные с изготовлением клапана.

Газотурбинный двигатель предназначен для преобразования тепловой энергии в механическую. Газотурбинный двигатель содержит спускной клапан, имеющий два участка корпуса, который образует путь прохождения газа по ступеням компрессора. Один из участков является подвижным в сторону от второго участка с созданием отверстия между двумя участками. Подвижный участок имеет один или более кронштейнов с одним или более роликами, прикрепленными к концам кронштейнов. Неподвижный участок имеет одну или более направляющих, по которым перемещаются ролики, когда к подвижному участку прилагается усилие, заставляющее ролики перемещаться по направляющим и разделяющее два участка, что приводит к открытию клапана. Такое выполнение двигателя позволит уменьшить усилие, требуемое для открытия клапана. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Газотурбинный двигатель, имеющий одну или более ступеней компрессора в разделенном на участки корпусе, который образует аксиальный путь прохождения газа по ступеням компрессора, причем указанный корпус, разделенный на участки, содержит спускной клапан, расположенный коаксиально вокруг центральной оси двигателя и ниже от одной по крайней мере ступени компрессора, отличающийся тем, что указанный спускной клапан заставляет по меньшей мере один участок корпуса перемещаться в аксиальном направлении, создавая отверстие на периферии корпуса, позволяющее осуществить спуск текучей среды, находящейся под давлением, а указанный корпус, разделенный на участки, включает первый участок корпуса, имеющий по крайней мере один кронштейн и один или более роликов, присоединенных к кронштейну, второй участок корпуса, имеющий одну или более направляющих, по которым перемещаются ролики, механическое соединение для приложения усилия к кронштейну, заставляющее ролики перемещаться по указанной направляющей или направляющим, что приводит к аксиальному перемещению первого участка корпуса от второго участка с созданием указанного отверстия. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанная направляющая или направляющие расположены под углом приблизительно от 25 до 80^o тангенциально по отношению аксиального пути потока. 3. Газотурбинный двигатель, имеющий одну или более аксиальных ступеней компрессора и центробежный компрессор, расположенный ниже аксиальных компрессоров, причем указанные компрессоры заключены в разделенный на участки корпус, который содержит первый участок и второй участок, образующие путь прохождения газа по ступеням компрессора, причем указанный корпус, разделенный на участки, содержит спускной клапан, расположенный коаксиально центральной оси двигателя и ниже от аксиальных ступеней компрессора, отличающийся тем, что указанный спускной клапан заставляет по меньшей мере один участок корпуса перемещаться в аксиальном направлении, создавая отверстие на периферии корпуса, позволяющее осуществлять спуск текучей среды, находящейся под давлением, а указанный корпус, разделенный на участки, включает подвижный участок, имеющий по крайней мере один кронштейн и один и более роликов, присоединенных к кронштейну, неподвижный участок, имеющий одну или более направляющих, по которым перемещаются ролики, механическое соединение для приложения тангенциального усилия к кронштейну, заставляющее ролики перемещаться по указанной направляющей или направляющим, что приводит к аксиальному перемещению первого участка корпуса относительно второго участка с созданием указанного отверстия на периферии корпуса.