СИСТЕМА ЗАБОРА ВОЗДУХА ИЗ КОМПРЕССОРА Российский патент 2006 года по МПК F04D29/58 

Изобретение касается системы забора воздуха из компрессора.

Авиационные двигатели содержат газовые турбины, в которых воздух, входящий в состав горючей смеси, находится в сжатом состоянии. Часть сжатого воздуха отводится из компрессора для использования в разных целях, включая нагнетание воздуха в кабину, удаление обледенения и вентиляции мотора турбины с целью охлаждения.

Сжатый воздух отводится через корпус статора, который, в частности, состоит из внешней оболочки, придающей жесткость сборной конструкции, и внутренней обшивки, которая определяет границы потока сжатого воздуха и, в основном, образована из кольцеобразных сегментов, монтируемых друг к другу. На некоторых из сегментов закреплены лопатки компрессора, а другие, которые чередуются с первыми, расположены напротив подвижных лопаток ротора. Отверстия сверлятся в этой обшивке так, что часть воздушного потока из основного потока попадает за обшивку. В случае, если необходимо забрать большое количество воздуха, эти отверстия могут заменяться кольцевой щелью. Отверстия сообщаются с полостью, сформированной внешней оболочкой и внутренней обшивкой корпуса, и поэтому возможна ситуация, что достаточно просверлить отверстия во внешней оболочке для обеспечения доступа к этой полости и для отвода воздуха из нее и для обеспечения доступа воздуха туда, где он нужен.

Однако при необходимости отвести большой воздушный поток иногда возникают проблемы. Так как скорость воздушного потока ограничена, поток можно увеличить только за счет увеличения размеров поперечного сечения всех мест, через которые проходит воздух. Это требование может частично быть удовлетворено путем увеличения размера отверстий, выполненных во внешней оболочке и внутренней обшивке корпуса, а также выходной магистрали; однако невозможно увеличить размеры промежуточных полостей между внешней оболочкой и внутренней обшивкой, через которые проходит выводимый воздух в тангенциальном направлении по отношению к двигателю для того, чтобы попасть к выходному отверстию. Это происходит из-за того, что сечение кольцеобразных полостей определяется формой внешней оболочки и внутренней обшивки, которые в свою очередь определяются исходя из других причин.

Следовательно, сечение полости, используемой для отвода воздуха, часто оказывается слишком малым для прохода требуемого воздушного потока. Также возможна такая ситуация, что полость не годится для подходящего прохождения выводимого воздуха в случае если полость разделена на части или из-за других причин. Общепринятое решение указанного затруднения до сих пор состояло в следующем: круглую трубу, называемую коллектором, закрепляли вокруг полости, при этом роль коллектора состоит в том, чтобы заменить данную полость, обеспечивая достаточное поперечное сечение для кольцеобразного воздушного потока, проходящего по направлению к последней выводной магистрали. Воздух затем проходит через полость приблизительно в радиальном направлении, проходя при этом значительное количество отверстий, ведущих внутрь коллектора. Однако изготовление и установка коллектора является сравнительно дорогой операцией и также иногда «окружение» корпуса бывает слишком велико, чтобы вместить коллектор. Эквивалентный проект, описанный в патенте FR 2616890 А, состоит в том, что коллектор заменен на большое число отдельных магистралей, каждая из которых соединена с одним из отверстий во внешней оболочке корпуса. Другой проект, представленный в патенте US 5351478, является компромиссным решением между предыдущим проектом и проектом с единственной выходной магистралью. Согласно этому проекту четыре выходные магистрали должны быть расположены крестообразно вокруг внешней оболочки с тем, чтобы сократить перемещения воздуха в полости в тангенциальном направлении.

Поэтому существующие к настоящему времени наработки показывают, что тангенциальные перемещения воздуха в полости могут быть сокращены произвольно, путем увеличения числа выходных отверстий, так что исчезает помеха потоку из-за площади поперечного сечения или формы полости. Однако разветвление потока можно рассматривать как проблему, если оно является чрезмерным из-за ограничений, накладываемых из-за того, что коллектор окружает отверстия или из-за большого количества отдельных выходных магистралей.

Цель изобретения заключается в том, чтобы обеспечить выход сжатого воздуха через корпус, содержащий внешнюю оболочку и внутреннюю обшивку и который может пропустить через себя только ограниченный поток сжатого воздуха в тангенциальном направлении, но в котором не допускается чрезмерное разветвление потока, и выводящее устройство вокруг корпуса является простым и компактным. Ответвление в тангенциальном направлении заменяется на комбинированное тангенциальное и продольное разветвление, что выгодно упрощает систему.

Изобретение, таким образом, касается системы забора воздуха из компрессора в авиационном двигателе через обшивку корпуса, которая ограничивает струю воздушного потока, содержащей отверстия во внешней оболочке корпуса, которая вместе с внутренней обшивкой ограничивает несколько полостей, при этом забираемый воздух проходит через отверстия после прохождения через обшивку, а также содержащей выходные магистрали, присоединенные к внешней оболочке вокруг отверстий, отличающейся тем, что две полости пропускают через себя выводимый воздух, выходные магистрали прикреплены с помощью патрубков к парам отверстий, отверстия в каждой паре ведут к указанным соответствующим двум полостям, через которые проходит выводимый воздух. Обычно на корпусе находятся две диаметрально расположенные магистрали. Преимуществом является то, что обшивка должна содержать единственную щель впереди перемычек, ограничивающих две полости, через которые проходит воздушный поток и через которые просверливаются входные отверстия, ведущие в указанные полости; воздух, выводимый из определенного места в компрессоре, находится в однородном состоянии в двух полостях и смешивается в магистралях без турбулентности.

Эти и другие аспекты изобретения далее будут описываться более детально со ссылками на чертежи:

фиг.1 изображает в общем виде схему забора воздуха согласно изобретению;

фиг.2 - детально узел отвода воздуха;

фиг.3 - в изометрии расположение отверстий в выводящих магистралях.

На фиг.1 показан корпус 1 компрессора, отделенный от концентрично расположенного ротора 2 струей сжатого воздуха 3. Сжатый воздух выводится из компрессора по двум магистралям 5 и 6, которые используются вместе, например, для нагнетания воздуха в кабину и связаны с корпусом 1 с помощью двух диаметрально противоположных открытых концов 7 и 8. Магистрали 5 и 6 как правило не соединяются друг с другом, или, если они соединены, то соединение находится на расстоянии от корпуса 1.

Дальнейшее описание в равной мере применимо как к области конца 8, так и к области конца 7, но далее будет описываться только конец 7 магистрали 5. На фиг.2 можно видеть, что корпус 1 состоит из внешней оболочки 9 и обшивки 10, разделенных полостями, две из которых показаны на чертежах и помечены позициями 11 и 12. Конец 7 магистрали 5 закреплен на внешней оболочке 9, а обшивка 10 является границей для воздушного потока. Обшивка 10 содержит отверстия; в данном случае это единственная кольцевая щель 13 для забора сжатого воздуха, являющегося частью основного потока. Щель 13 сформирована между отрихтованным кольцом 14 и обечайкой 15, которые составляют часть обшивки 10 и связаны с внешней оболочкой 9 через приблизительно радиально расположенные перемычки, обозначенные позициями 16 и 17 соответственно, и которые расположены за щелью 13, полость 11 расположена за перемычкой 16, а полость 12 - за перемычкой 17.

Отверстия 18 и 19 просверлены в перемычках 16 и 17 для того, чтобы позволить сжатому воздуху, попавшему в щель 13, общую для полостей 11 и 12, проникнуть в них. Воздух проходит через полости 11 и 12 и половина его через отверстия 20 и 21, проделанные во внешней обшивке 9, поступает к концу 7 магистрали, а вторая половина поступает к концу 8 магистрали 6.

В соответствии с техническим решением, описанным в документе US 5351478 А, четыре выходные магистрали должны быть связаны с полостью 11, например, через соответствующее количество отверстий с достаточно большим поперечным сечением, равномерно распределенным под правильными углами. В данном случае отверстия сгруппированы по-другому: в два ряда, каждый из которых включает в себя отверстие 20 и отверстие 21, ориентированные в продольном направлении по отношению к компрессору, к каждому из рядов прикрепляется один из концов 7, 8. Площадь отверстий 20 и 21 может быть такой же, как и площадь сечения коллектора. Отверстия 20 и 21 вытянутой формы и более длинной стороной направлены в тангенциальном направлении по отношению к компрессору. Такое расположение позволяет использовать концы 7 и 8, поперечное сечение которых имеет прямоугольную (почти квадратную) форму и которые являются концами магистралей 5 и 6, имеющих меньшее поперечное сечение. Причем поперечное сечение концов 7, 8 постепенно изменяется так, что, в общем, они имеют форму колокола.

Использование нескольких выходных магистралей 5 и 6 уменьшает поток воздуха, проходящего в тангенциальном направлении через полости 11 и 12 по направлению к концам 7 и 8, а разделение выходного потока между двумя полостями 11 и 12 еще больше уменьшает этот тангенциальный поток. Таким образом, выходной поток больше не ограничивается слишком малыми размерами поперечного сечения полостей 11 и 12. Другая большая выгода данного изобретения состоит в том, что отверстия 20 и 21 группируются в смежные пары для патрубков, которые имеют достаточные размеры, и, таким образом, можно отказаться от половины выходных магистралей, применяемых в предыдущих проектах.

На фиг.3 также изображены другие отверстия 22, проделанные во внешней оболочке 9 и расположенные на одной линии с отверстиями 21, другими словами, они выходят в ту же самую полость 12. Данные выходные отверстия предназначены для использования части сжатого воздуха, прошедшего через щель 13 и попавшего в полость 12. Таким образом, совместный вклад полостей 11 и 12 в подачу воздуха, используемого для других конкретных целей (в данном случае - для кабины), не исключает возможность использования этих полостей для подачи дополнительного потока воздуха для других целей.

Изобретение относится к системам забора воздуха из компрессора и обеспечивает ограничение струи воздушного потока из полостей корпуса. Поток сжатого воздуха забирается из компрессора, выводится через первые отверстия (13) по направлению к магистралям, которые ведут за корпус, при этом обеспечивается разделение потока воздуха на соседние полости (11, 12) в корпусе (1). Данная конструкция позволяет забирать большой поток воздуха даже в случае малого поперечного сечения полостей (11, 12). 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система забора воздуха из компрессора двигателя самолета через обшивку корпуса компрессора, являющуюся границей для потока воздуха, включающая отверстия, проделанные во внешней оболочке корпуса, которая вместе с обшивкой ограничивает несколько полостей, для прохода забранного через отверстия воздуха после проникновения через обшивку, и также включающая в себя выходные магистрали, прикрепленные к внешней обшивке вокруг отверстий, отличающаяся тем, что содержит две полости для прохода отводимого воздуха, при этом выходные магистрали (5, 6) открытыми концами (7, 8) присоединены к парам отверстий и отверстия каждой пары ведут к указанным соответствующим двум полостям, через которые проходит отводимый воздух.2. Система забора воздуха по п.1, отличающаяся тем, что отверстия (20, 21) имеют вытянутую форму, причем удлиненной является сторона, направленная тангенциально по отношению к компрессору, и эти отверстия расположены рядами в продольном направлении по отношению к компрессору.3. Система забора воздуха по п.2, отличающаяся тем, что концы (7, 8) магистралей расширяются и имеют форму колокола, причем конец, направленный к внешней оболочке, имеет, по существу, квадратное поперечное сечение.4. Система забора воздуха по п.1, отличающаяся тем, что две магистрали (5, 6) расположены диаметрально противоположно по отношению к корпусу.5. Система забора воздуха по п.1, отличающаяся тем, что обшивка (10) содержит единственную щель (13), которая расположена между перемычками (16, 17), ограничивающими две полости, через которые проходит воздушный поток и в которых высверлены входные отверстия (18, 19) в упомянутые полости.