КАМЕРА СГОРАНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЗАПАЛЬНОЙ СВЕЧИ, НЕ ПРИВАРЕННОЕ К СТЕНКЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F02C1/00 F23R3/60 

Предлагаемое изобретение относится к камере сгорания, содержащей стенку, располагающуюся в радиальном направлении внутри кожуха, запальную свечу, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси, установленную на упомянутом кожухе и содержащую корпус, свободный конец которого располагается со значительным зазором, предназначенным для компенсации относительных перемещений между упомянутым кожухом и упомянутой стенкой камеры сгорания, в отверстии, выполненном в этой стенке камеры сгорания, и устройство герметизации, предусмотренное в пространстве между упомянутым корпусом и периметром упомянутого отверстия, причем указанное устройство герметизации содержит кольцевую направляющую для запальной свечи, сквозь которую проходит упомянутый корпус, и смонтировано с возможностью скольжения на наружном в радиальном направлении конце кольцевой опоры, основание которой жестко связано с периметром упомянутого отверстия.

В используемых в настоящее время камерах сгорания стенка камеры обычно изготовлена из металла и опора направляющей для запальной свечи также изготовлена из металла, совместимого с металлом, из которого изготовлена стенка камеры сгорания. При этом основание упомянутой опоры соединяется при помощи сварки с наружной поверхностью стенки камеры сгорания вокруг выполненного в ней отверстия.

По мере повышения рабочей температуры в камерах сгорания вновь разрабатываемых двигателей, что является необходимым для совершенствования эксплуатационных характеристик авиационных двигателей, использование металлических стенок камеры сгорания становится практически невозможным. Вследствие этого становится невозможным закреплять при помощи сварки опору, используемую в качестве направляющей для запальной свечи на стенке такой камеры сгорания. Это, в частности, соответствует случаю, когда стенка камеры сгорания изготовлена из композитного материала, образованного системой углеродных волокон, погруженных в керамическую матрицу.

В патенте US 6351949, в частности, на фиг.2 показана камера сгорания вышеупомянутого типа, в которой основание для опоры, направляющей запальную свечу, фиксируется при помощи сварки на наружной поверхности стенки камеры сгорания вокруг отверстия в ней. В данной публикации также описаны съемные средства, предназначенные для введения воздуха в камеру сгорания и содержащие цилиндрическую втулку, проходящую сквозь отверстие в стенке камеры сгорания, и содержащие фланец, упирающийся во внутреннюю поверхность стенки камеры сгорания, и средства механического крепления упомянутой втулки, располагающиеся на наружной поверхности этой стенки камеры сгорания. При этом упомянутая втулка изготовлена из металлического материала, устойчивого к воздействию высоких температур, и, предпочтительно, из керамического материала. В указанном патенте США ничего не сказано о том, что опора, используемая в качестве направляющей для запальной свечи, может содержать фланец на своем внутреннем в радиальном направлении конце, предназначенный для закрепления на стенке камеры сгорания. В то же время, установка данной модифицированной опоры будет невозможна, поскольку направляющая для запальной свечи удерживается при помощи концевого участка опоры, который имеет диаметр, превышающий диаметр основания опоры, и диаметр упомянутого отверстия в стенке камеры сгорания будет меньше диаметра фланца и диаметра упомянутого концевого участка.

Задача данного изобретения состоит в разработке других средств крепления опоры направляющей для запальной свечи на стенке камеры сгорания, которая прижимается к деталям, материалы которых не совместимы между собой или имеют различные коэффициенты теплового расширения.

Поставленная задача решается тем, что в камере сгорания, содержащей стенку, располагаемую в радиальном направлении внутри кожуха, запальную свечу, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси, установленную на кожухе и содержащую корпус, свободный конец которой располагается со значительным зазором, предназначенным для компенсации относительных перемещений между упомянутым кожухом и упомянутой стенкой, в отверстии, выполненном в стенке, и устройство герметизации, предусмотренное между корпусом и периметром отверстия, причем указанное устройство герметизации содержит кольцевую направляющую для запальной свечи, сквозь которую проходит корпус, и смонтировано с возможностью скольжения на радиально наружном конце кольцевой опоры, основание которой жестко связано с периметром отверстия в стенке камеры сгорания, согласно изобретению упомянутая опора жестко связана с наружной, в радиальном направлении, частью трубки, проходящей сквозь упомянутое отверстие и имеющей на своем внутреннем, в радиальном направлении, конце фланец, упирающийся во внутреннюю поверхность стенки камеры сгорания, а также тем, что предусмотрен контур охлаждения упомянутого фланца.

Таким образом, упомянутая трубка может быть изготовлена из материала, отличающегося от материала, из которого изготовлена стенка камеры сгорания, в частности, из металла, совместимого с металлом, из которого изготовлена упомянутая опора, вследствие того, что в данном случае предусматривается контур охлаждения.

Предпочтительно, чтобы контур охлаждения фланца был реализован в виде канавок, выполненных на периферийной части трубки и на поверхности фланца, который упирается в стенку камеры сгорания, а также в виде проходов, выполненных в упомянутой опоре и открывающихся в упомянутые канавки.

Для облегчения монтажа предпочтительно, чтобы на периферийной части упомянутой трубки был предусмотрен палец, который входил в, по меньшей мере, один вырез, выполненный в периферийной части упомянутого отверстия.

Такое техническое решение позволяет без погрешностей и практически вслепую позиционировать упомянутый фланец на внутренней поверхности стенки камеры сгорания. Это является тем более практичным, что кривая поверхность указанного фланца должна плотно прилегать к кривой поверхности соответствующего участка стенки камеры сгорания.

Предпочтительно, чтобы упомянутая опора закреплялась на наружной части трубки про помощи сварки.

Предпочтительно, чтобы отверстия были зажаты между упомянутым фланцем и основанием опоры, а опора охватывала наружную часть трубки.

Предпочтительно также, чтобы сквозные проходы были образованы отверстиями, проходящими сквозь стенку опоры, а основание этой опоры содержали вырез, в который входит конец пальца трубки.

Такое техническое решение позволяет надлежащим образом позиционировать опору на трубке для того, чтобы соответствующие отверстия открывались в соответствующие канавки.

Предпочтительно, чтобы трубка была закреплена на периметре упомянутого отверстия посредством гайки, вставленной между стенкой камеры сгорания и основанием опоры.

Предпочтительно, чтобы упомянутые сквозные проходы были образованы щелями, выполненными в основании опоры.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает частичный вид в разрезе по плоскости, содержащей ось вращения данного двигателя, камеры сгорания, содержащей запальную свечу, вместе с устройством герметизации в соответствии с первым способом осуществления предлагаемого изобретения.

Фиг.2 - частичный вид второго способа осуществления устройства герметизации в соответствии с предлагаемым изобретением.

Фиг.3 - вид в изометрии деталировки устройства герметизации в соответствии с первым способом осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.1-3 схематически представлено устройство герметизации 1, располагающееся между корпусом 2 запальной свечи 3, предназначенной для воспламенения топливно-воздушной смеси в полости 4 камеры сгорания, имеющей ось Х и ограниченной в радиальном направлении наружу стенкой 5, расположенной внутри кожуха 6, на котором закрепляется запальная свеча 3. Кожух 6 и стенка 5 камеры сгорания образуют кольцевой канал 1, по которому проходит поток F1 воздуха, поступающего из компрессора, и который предназначен для охлаждения стенки камеры сгорания и, в случае необходимости, для охлаждения кожухов и турбины, а также для подачи воздуха разбавления в упомянутую полость 4.

Внутренний в радиальном направлении конец 3а запальной свечи 3 размещается с некоторым достаточно большим зазором J в отверстии 8, выполненном в стенке 5 камеры сгорания. Зазор J проектируется достаточно большим для того, чтобы обеспечить возможность относительных перемещений между кожухом 6 и стенкой 5 камеры сгорания вследствие теплового расширения.

Устройство герметизации 1 содержит кольцевую направляющую 10 для запальной свечи, которая охватывает корпус 2 запальной свечи и которая изготовлена в форме диска, установленного с возможностью скольжения в кольцевой полости 11, предусмотренной в наружном, в радиальном направлении, участке кольцевой опоры 12, жестко закрепленной по периметру 8а отверстия 8.

Упомянутая кольцевая полость 11 ограничивается крышкой 13, присоединяемой при помощи сварки к кольцевому выступу 14, сформированному на периферийной части верхней стороны 15 опоры 12. Высота направляющей 10 для запальной свечи и радиальное расширение кольцевой полости 11 по отношению к оси указанной запальной свечи существенно превышает диаметр самой направляющей 10 запальной свечи для обеспечения возможности свободного перемещения направляющей в упомянутой полости в процессе относительного перемещения запальной свечи и стенки камеры сгорания 5.

Опора 12 для направляющей запальной свечи 10 закреплена, предпочтительно при помощи сварки, на наружной, в радиальном направлении, части трубки 20, диаметр которой адаптирован к диаметру отверстия 8 и которая имеет на своем внутреннем, в радиальном направлении, конце фланец 21, предназначенный для вхождения в упор во внутреннюю поверхность периметра 8а отверстия 8.

Как это можно отчетливо видеть на фиг.3, трубка 20 и фланец 21 имеют канавки 23, предназначенные для приема некоторого объема воздуха охлаждения трубки 20 и, главным образом, фланца 21, который, будучи размещенным в полости 4 камеры сгорания, подвергается воздействию высоких температур. На фиг.3 также показано, что основание трубки 20 содержит на своей периферийной части палец 24 и что в периметре 8а отверстия 8 предусмотрен вырез 25. Палец 24 предназначен для введения в упомянутый вырез 25. Такое техническое решение предусматривает необходимость установки трубки 20 в отверстие 8 в предварительно определенном угловом положении для того, чтобы верхняя поверхность фланца 21 с высокой точностью прижималась к внутренней поверхности стенки 5 по периметру 8а отверстия 8, причем указанная поверхность фланца сформирована с учетом кривизны стенки камеры 5 по периметру 8а отверстия 8. Канавки 23 равномерно распределены по периферийной части трубки 20 и продолжаются в радиальном направлении на поверхности фланца 21, который опирается на внутреннюю поверхность стенки камеры 5.

Канавки 23 запитываются охлаждающим воздухом через проходы, предусмотренные в опоре 12.

В соответствии с первым способом осуществления предлагаемого изобретения, схематически проиллюстрированным на фиг.1 и 2, опора 12 содержит охватывающую трубку 20, втулку 30, основание 31 которой опирается на наружную поверхность периметра 8а, причем стенка 5 камеры по периметру 8а отверстия 8 оказывается, таким образом, зажатой между фланцем 21 и основанием 31.

Как можно видеть на фиг.3, основание 31 опоры 12 содержит также вырез 32, в который входит верхний конец пальца 24. Такое техническое решение позволяет обеспечить единственно возможное угловое позиционирование опоры 12 на трубке 20 и единственно возможное угловое позиционирование указанной трубки в отверстии 8.

Втулка 30 содержит вентиляционные отверстия 33, которые должны выходить против канавок 23. За счет введения пальца 24 в вырез 32 упомянутые отверстия 33 автоматически позиционируются перед канавками 23 в процессе сборки данного устройства при любом порядке распределения и любых геометрических характеристиках канавок 23, причем данное распределение и указанные геометрические характеристики могут быть неоднородными и могут определяться в соответствии с предпочтительными зонами, подлежащими охлаждению.

Нетрудно понять порядок монтажа устройства герметизации 1 в соответствии с первым способом осуществления предлагаемого изобретения. Прежде всего устанавливают трубку 20 в отверстие 8, вводя ее через полость 4. При этом палец 24, взаимодействуя с вырезом 25, обеспечивает соответствующее угловое позиционирование трубки 20. Затем устанавливают опору 12 на трубку 20 с наружной стороны стенки камеры 5. При этом взаимодействие пальца 24 с вырезом 32 обеспечивает соответствующее угловое позиционирование опоры 12. После этого закрепляют опору 12 на трубке 20 при помощи сварки. Затем размещают направляющую для запальной свечи 10 на верхней поверхности 15 опоры 12, после чего закрепляют крышку 13 на бортике 14 при помощи сварки. Направляющая для запальной свечи 10 при этом имеет возможность свободно перемещаться в полости 11. Направляющая для запальной свечи 10 имеет в своей внутренней в радиальном направлении зоне воронку 40, расширяющуюся в радиальном направлении наружу, которая позволяет осуществить требуемое позиционирование направляющей для запальной свечи в полости 11 в процессе установки запальной свечи 3 в кожух 6.

На фиг.2 схематически представлен второй способ осуществления предлагаемого изобретения, который отличается от описанного выше первого способа тем, что в данном случае опора 12 не содержит втулки 30, причем втулка 30 заменена гайкой с вырезом 50, взаимодействующей с резьбой, выполненной на периферийной части трубки 20, причем указанная трубка предусматривает, тем не менее, канавку 23 и палец позиционирования 24.

Стенка 5 по периметру 8а отверстия 8 в этом случае зажата между фланцем 21 и упомянутой гайкой 50. Опора 12, которая в рассматриваемом случае имеет небольшую высоту, закреплена при помощи сварки на наружном, в радиальном направлении, конце трубки 20. При этом воздух, подаваемый в канавки 23, движется в пространстве, отделяющем опору 12 от верхней поверхности гайки 50. Нижняя поверхность опоры 12 может также иметь радиальные канавки. Для регулирования расхода воздуха опора 12 может содержать на своей нижней поверхности периферийный выступ 51, охватывающий гайку 50, в котором выполнены щели 52, предназначенные для подачи воздуха в канавки 23. Между наружной поверхностью стенки 5 по периметру 8а отверстия 8 и гайкой 50 может быть введена упругая шайба 53 для компенсации кривизны стенки 5 камеры.

Предлагаемое изобретение относится к камере сгорания, содержащей стенку (5), располагающуюся в радиальном направлении внутри кожуха (6), запальную свечу (3), предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси, установленную на кожухе (6) и содержащую корпус (2), свободный конец которого (3а) располагается со значительным зазором, предназначенным для компенсации относительных перемещений между кожухом (6) и стенкой (5) камеры сгорания, в отверстии (8), выполненном в стенке (5), и устройство герметизации (1), предусмотренное в пространстве между корпусом (2) и периметром (8а) отверстия (8), содержащее кольцевую направляющую (10) для запальной свечи, сквозь которую проходит корпус (2), и смонтированное с возможностью скольжения на наружном в радиальном направлении конце кольцевой опоры (12), основание которой жестко связано с периметром (8а) отверстия в стенке камеры сгорания, отличающейся тем, что опора (12) жестко связана с наружной в радиальном направлении частью трубки (20), проходящей сквозь отверстие (8) и имеющей на своем внутреннем в радиальном направлении конце фланец (21), упирающийся во внутреннюю поверхность стенки (5) камеры сгорания, а также тем, что предусмотрен контур охлаждения (23, 33, 52) фланца (21). Изобретение обеспечивает крепление опоры направляющей для свечи, материалы которых не совместимы между собой или имеют различные коэффициенты теплового расширения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Камера сгорания, содержащая стенку (5), располагаемую в радиальном направлении внутри кожуха (6), запальную свечу (3), предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси, установленную на кожухе (6) и содержащую корпус (2), свободный конец (3а) которой располагается со значительным зазором, предназначенным для компенсации относительных перемещений между упомянутым кожухом (6) и упомянутой стенкой (5), в отверстии (8), выполненном в стенке (5), и устройство герметизации (1), предусмотренное между корпусом (2) и периметром (8а) отверстия (8), причем указанное устройство герметизации содержит кольцевую направляющую (10) для запальной свечи, сквозь которую проходит корпус (2), и смонтировано с возможностью скольжения на радиально наружном конце кольцевой опоры (12), основание которой жестко связано с периметром (8а) отверстия в стенке камеры сгорания, отличающаяся тем, что упомянутая опора (12) жестко связана с наружной в радиальном направлении частью трубки (20), проходящей сквозь отверстие (8) и имеющей на своем внутреннем, в радиальном направлении конце фланец (21), упирающийся во внутреннюю поверхность стенки (5) камеры сгорания, при этом предусмотрен контур (23, 33, 52) охлаждения фланца (21).2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что контур охлаждения фланца (3) реализован в виде канавок (23), выполненных на периферийной части трубки (20) и на поверхности фланца (21), который упирается в стенку (5) камеры сгорания, а также в виде проходов (33, 52), выполненных в опоре (12) и открывающихся в канавки (23).3. Камера сгорания по п.2, отличающаяся тем, что трубка (20) содержит на своей периферийной части палец (24), который входит в, по меньшей мере, один вырез (25), выполненный в периферийной части отверстия (8).4. Камера сгорания по п.3, отличающаяся тем, что опора (12) закрепляется сваркой на наружной части трубки (20).5. Камера сгорания по одному из пп.3 или 4, отличающаяся тем, что периметр (8а) отверстия (8) зажат между фланцем (21) и основанием (31) опоры (12), причем опора (12) охватывает наружную часть трубки (20).6. Камера сгорания по п.5, отличающаяся тем, что упомянутые проходы образованы отверстиями (33), проходящими сквозь стенку опоры (12).7. Камера сгорания по п.6, отличающаяся тем, что основание (31) опоры (12) содержит вырез (32), в который входит конец пальца (24) трубки (20).8. Камера сгорания по одному из пп.3 или 4, отличающаяся тем, что трубка (20) закреплена на периметре (8а) отверстия (8) посредством гайки (50), предусмотренной между стенкой (5) камеры сгорания и основанием опоры (12).9. Камера сгорания по п.8, отличающаяся тем, что упомянутые проходы образованы щелями (52), выполненными в основании опоры (12).