ДИФФУЗОР ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F01D9/02 F04D29/54 F23R3/04 

Настоящее изобретение касается диффузора для турбореактивного двигателя, а именно диффузора, располагаемого между компрессором и камерой сгорания в турбореактивном двигателе. Изобретение также относится к турбореактивному двигателю, включающему такой диффузор.

До настоящего времени диффузор часто закреплялся внутри внешней оболочки камеры сгорания с помощью тонкой стенки или перегородки в форме усеченного конуса, которая проходит от внешней продольной стенки диффузора к камере сгорания и которая приварена на своем внешнем радиальном конце к внешней оболочке камеры сгорания (см., например, патент США №6651439).

Недостатком такого конструктивного решения является то, что диффузор, имеющий значительно более короткий эксплуатационный ресурс, чем оболочка камеры сгорания, не может быть отделен от этой оболочки.

Поэтому желательно установить диффузор таким образом, чтобы его можно было извлекать из внешней оболочки камеры сгорания. Чтобы облегчить процесс извлечения диффузора, было бы удобней изначально закреплять его посредством внешнего кольцеобразного фланца, вставленного между кольцеобразными фланцами для соединения вместе внешних оболочек компрессора и внешних оболочек камеры сгорания.

Для этой цели необходимо, чтобы закрепляющая диффузор стенка или перегородка в форме усеченного конуса проходила от диффузора к компрессору. Однако это представляется невозможным из-за ограничений, связанных с требованиями по забору воздуха компрессором, где кольцеобразное пространство, сформированное вокруг статора компрессора, проходит в сторону выхода к зоне входного участка диффузора и ограничивается поперечной стенкой, которая прикреплена к внешней оболочке компрессора, и таким образом, представляет препятствие в данном местоположении для продления закрепляющей диффузор стенки или перегородки в форме усеченного конуса, проходящей от диффузора к компрессору.

Эта проблема могла бы быть решена посредством конструкционных рычагов, присоединенных к внешней продольной стенке диффузора на выходе от лопаток статора, но такое решение потребовало бы, чтобы диффузор выполнялся из двух частей, что усложнило бы его изготовление и увеличило стоимость.

Особенно задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы найти простое, экономичное и недорогое решение проблемы отдельного закрепления диффузора в турбореактивном двигателе.

Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает диффузор турбореактивного двигателя, расположенный между компрессором и камерой сгорания и прикрепленный к внешней оболочке камеры сгорания с помощью средств подвески, проходящих между внешней оболочкой и внешней продольной стенкой диффузора, где средства подвески включают первую стенку в форме усеченного конуса, проходящую от внешней продольной стенки диффузора к камере сгорания, и вторую стенку в форме усеченного конуса, присоединенную к первой стенке в форме усеченного конуса и проходящую к компрессору между первой стенкой в форме усеченного конуса и внешней оболочкой камеры сгорания.

Эти две закрепляющие диффузор стенки в форме усеченного конуса, относящиеся к данному изобретению, служат для того, чтобы охватить идущее в сторону выхода кольцеобразное пространство, окружающее компрессор, и таким образом прикрепить диффузор к внешней оболочке камеры сгорания, не изменяя спецификаций по забору воздуха из компрессора и без использования конструкционных рычагов.

Предпочтительно, чтобы вторая стенка в форме усеченного конуса была прикреплена к внешней оболочке камеры сгорания в месте соединения между внешними оболочками компрессора и камеры сгорания самым простым способом вставки кольцеобразного фланца на вышеупомянутую вторую стенку в форме усеченного конуса между кольцеобразными соединительными фланцами оболочек компрессора и кольцеобразной камеры.

Это также позволяет присоединить первую стенку в форме усеченного конуса, относящуюся к подвесной системе, к стороне входа внешней продольной стенки диффузора, обеспечивая таким образом хорошее выравнивание стороны входа диффузора по отношению к выходной стороне компрессора так, что ступень лопаток статора на входе диффузора будет должным образом расположена и сцентрирована на оси компрессора.

Кроме того, двухконусная форма средств подвески увеличивает гибкость установки диффузора и уменьшает степень напряжения в месте соединения с внешней продольной стенкой диффузора, таким образом увеличивая его эксплуатационный ресурс.

Две данные стенки или перегородки в форме усеченного конуса, относящиеся к средствам подвески, выполнены в качестве единого элемента, причем место соединения между ними включает кольцеобразное ребро, проходящее к камере сгорания. Это кольцеобразное ребро придает жесткость зоне соединения между двумя стенками или перегородками в форме усеченного конуса и распределяет нагрузку в этой зоне. Его толщина предпочтительно превышает толщину перегородок в диапазоне от 1.3 до 1.7 раз, с оптимальной толщиной, превышающей толщину перегородок приблизительно в 1.5 раза.

В своем самом простом воплощении это ребро имеет форму цилиндра, сцентрированного по оси турбореактивного двигателя.

В альтернативном варианте оно может проходить по одной линии с биссектрисой угла, образованного между двумя упомянутыми стенками или перегородками в форме усеченного конуса, относящимися к средствам подвески диффузора.

В целом преимущество диффузора, предложенного в настоящем изобретении, состоит в том, что его легко демонтировать, не нарушая требуемых спецификаций по забору воздуха из компрессора.

В другом аспекте создан турбореактивный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания и диффузор согласно изобретению, расположенный между компрессором и камерой сгорания, где поперечная стенка установлена между статором компрессора и внешней оболочкой для образования кольцеобразного пространства, причем указанная поперечная стенка выступает вниз по потоку вокруг входного участка диффузора, при этом указанные две стенки в форме усеченного конуса элемента подвески окружают выступающую вниз по потоку часть поперечной стенки.

Другие преимущества и характеристики изобретения станут очевидными при чтении нижеследующего описания, сделанного посредством неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

Фиг.1 - схематическое фрагментарное осевое сечение последней ступени компрессора высокого давления и диффузора в турбореактивном двигателе в соответствии с предшествующим уровнем техники; и

фиг.2 - схематическое фрагментарное осевое сечение последней ступени компрессора высокого давления и диффузора в турбореактивном двигателе в соответствии с настоящим изобретением.

На данных чертежах левая сторона представляет собой входной поток, или поток, идущий к передней части турбореактивного двигателя, а правая сторона представляет собой выходящий поток, или поток, идущий к задней части турбореактивного двигателя.

На фиг.1 ссылка 1 обозначает диффузор в соответствии с предшествующим уровнем техники, расположенный между входной стороной компрессора 2 и выходной стороной камеры сгорания 3 в турбореактивном двигателе.

Компрессор 2 представляет собой компрессор высокого давления и включает множество ступеней подвижных лопаток 4, 5, установленных на роторе 6 турбореактивного двигателя с помощью соответствующих средств 7, например, соединения типа «ласточкин хвост», и ступеней, образующих неподвижные сопловые лопатки 8, установленные на статоре 9 турбореактивного двигателя с помощью соответствующих средств. На фиг.1 показаны только две ступени подвижных лопаток 4 и 5 и одна ступень неподвижных лопаток 8, расположенная между двумя ступенями движущихся лопаток 4 и 5.

Кольцеобразное пространство 10 ограничено вокруг статора 9 компрессора 2 посредством внешней оболочки 11 и задней поперечной стенки 12, которая прикреплена посредством внутреннего кольцеобразного фланца 13 к кольцеобразному фланцу 14 статора 9 и внешнего кольцеобразного фланца 15 к кольцеобразному фланцу 16 внешней оболочки 11 компрессора 2.

Камера сгорания 3 ограничена внешней оболочкой 17 и внутренней оболочкой (не показано), причем внешняя оболочка 17 прикреплена на стороне входа к внешней оболочке 11 компрессора 2 посредством кольцеобразного фланца 18, прижатого к внешнему кольцеобразному фланцу 15 поперечной стенки 12 компрессора 1, причем эти три фланца скреплены вместе соответствующими средствами 19 типа гайка-болт.

Из-за ограничений, связанных с требованиями по забору воздуха из компрессора 2, задняя поперечная стенка 12 проходит по стороне выхода вокруг входного участка диффузора 1.

Диффузор 1 имеет неподвижные лопатки 20, расположенные радиально между внешней продольной стенкой 21 и внутренней продольной стенкой 22 так, чтобы направлять воздух, идущий из компрессора 2, к камере сгорания 3.

Диффузор 1 прикреплен к внутренней части внешней оболочки 17 камеры сгорания 3 тонкой стенкой или перегородкой 23 в форме усеченного конуса, которая проходит от внешней продольной стенки 21 диффузора 1 к камере сгорания 3 и которая приварена на своем радиально внешнем конце 24 к внешней оболочке 17 камеры сгорания 3. Стенка или перегородка 23, имеющая форму усеченного конуса, присоединена к внешней продольной стенке 21 диффузора в среднем участке указанной стенки 21. Диффузор 1 также прикреплен посредством внутренней стенки или перегородки 25 в форме усеченного конуса, которая проходит от внутренней продольной стенки 22 диффузора 1 к камере сгорания 3 по направлению к внутренней оболочке (не показано) камеры сгорания. Кроме того, цилиндрическая стенка 26 проходит от внешней продольной стенки 21 диффузора 1 к компрессору 2 и прикрепляется к статору 9 компрессора 2 посредством кольцеобразного фланца 27, прижатого к соединительным фланцам 14 и 13 статора 9, и посредством поперечной стенки 12 компрессора 2 соответственно, где прикрепление обеспечивается подходящими средствами 28 типа гайка-болт.

Вышеупомянутый диффузор предшествующего уровня техники не может быть извлечен отдельно от оболочек камеры сгорания.

Фиг.2 показывает диффузор 29 настоящего изобретения, расположенный между компрессором 2 и камерой сгорания 3 тех же самых типов, что и описанные выше.

Диффузор 29 имеет неподвижные лопатки 30, расположенные радиально между его внешней продольной стенкой 31 и его внутренней продольной стенкой 32 с тем, чтобы направлять выходящий из компрессора 2 воздух к камере сгорания 3.

Диффузор 29 устанавливается внутри внешней оболочки 17 камеры сгорания 3 с помощью средств подвески, включающих первую стенку или перегородку 33 в форме усеченного конуса, проходящую от внешней продольной стенки 31 диффузора 29 к камере сгорания 3, а также вторую стенку или перегородку 34 в форме усеченного конуса, проходящую между первой стенкой 33 в форме усеченного конуса и внешней оболочкой 17 камеры сгорания 3 к компрессору 2 и заканчивающуюся наружно направленным внешним кольцеобразным фланцем 35, зажатым между соединительным фланцем 15 поперечной стенки 12 компрессора 2 и восходящим фланцем 18 внешней оболочки камеры сгорания 3, причем кольцеобразной фланец 16 оболочки компрессора прижимается к кольцеобразному фланцу 15 поперечной стенки 12. Диффузор 29 также включает внутреннюю стенку или перегородку 36 в форме усеченного конуса, проходящую от внутренней продольной стенки 32 диффузора 29 к камере сгорания 3 и прикрепленную в нисходящей стороне (не показано) к внутренней оболочке камеры сгорания 3.

Эти две стенки или перегородки 33 и 34 в форме усеченного конуса, относящиеся к средствам подвески, сформированы в качестве единого элемента, и их соединение включает кольцеобразное ребро 37, проходящее к камере сгорания 3 и служащее для придания жесткости зоне соединения между двумя этими стенками 33 и 34 и распределения напряжения в этой зоне.

Кольцеобразное ребро 37 имеет толщину, превышающую толщину перегородок 33 и 34 в диапазоне от 1.3 до 1.7 раз и предпочтительно превышающую толщину перегородок 33 и 34 в 1.5 раза.

В качестве примера это кольцеобразное ребро 37 является цилиндрическим по форме и центрируется на оси (не показано) турбореактивного двигателя. В альтернативном варианте оно проходит по биссектрисе угла, образованного между двумя упомянутыми стенками или перегородками 33 и 34 в форме усеченного конуса и относящихся к средствам подвески.

Радиус кривизны соединения 38 между поверхностями на стороне входа двух стенок 33 и 34, имеющих форму усеченного конуса, равен приблизительно трем миллиметрам.

Эти две стенки 33 и 34 в форме усеченного конуса окружают выступающую вниз по потоку часть поперечной стенки 12 компрессора 2, таким образом позволяя первой стенке 33 в форме усеченного конуса, относящейся к средствам подвески, быть присоединенной к стороне входа внешней продольной стенки 31 диффузора 29, в результате улучшая стабильность и выравнивание неподвижных лопаток 30 относительно компрессора 2.

Диффузор турбореактивного двигателя расположен между компрессором и камерой сгорания, выполнен независимым от компрессора и прикреплен к внешней оболочке камеры сгорания при помощи только одного элемента подвески. Элемент подвески проходит между внешней оболочкой и внешней продольной стенкой диффузора и образован первой и второй стенками в форме усеченного конуса. Первая стенка в форме усеченного конуса проходит от внешней продольной стенки диффузора по направлению к камере сгорания. Вторая стенка в форме усеченного конуса присоединена к первой стенке в форме усеченного конуса и проходит к компрессору между первой стенкой в форме усеченного конуса и внешней оболочкой камеры сгорания. Другое изобретение группы относится к турбореактивному двигателю, который содержит компрессор, камеру сгорания, указанный выше диффузор и поперечную стенку, установленную между статором компрессора и внешней оболочкой для образования кольцеобразного пространства. Поперечная стенка выступает вниз по потоку вокруг входного участка диффузора, а указанные две стенки в форме усеченного конуса элемента подвески окружают выступающую вниз по потоку часть поперечной стенки. Изобретения позволяют упростить и снизить стоимость крепления диффузора в турбореактивном двигателе. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Диффузор турбореактивного двигателя, расположенный между компрессором и камерой сгорания, причем диффузор выполнен независимым от компрессора и прикреплен к внешней оболочке камеры сгорания при помощи только одного элемента подвески, проходящего между внешней оболочкой и внешней продольной стенкой диффузора, где элемент подвески образован первой стенкой в форме усеченного конуса, проходящей от внешней продольной стенки диффузора по направлению к камере сгорания, и второй стенкой в форме усеченного конуса, присоединенной к первой стенке в форме усеченного конуса и проходящей к компрессору между первой стенкой в форме усеченного конуса и внешней оболочкой камеры сгорания.

2. Диффузор по п.1, в котором две стенки в форме усеченного конуса сформированы как единый элемент.

3. Диффузор по п.1, в котором вторая стенка в форме усеченного конуса включает внешний кольцеобразной фланец для прикрепления к переднему по потоку кольцеобразному фланцу внешней оболочки камеры сгорания.

4. Диффузор по п.3, в котором внешний кольцеобразный фланец второй стенки в форме усеченного конуса зажат между двумя имеющими кольцеобразные концы фланцами внешних оболочек компрессора и камеры сгорания.

5. Диффузор по п.1, в котором соединение между двумя стенками в форме усеченного конуса включает кольцеобразное ребро, проходящее к камере сгорания.

6. Диффузор по п.5, в котором кольцеобразное ребро имеет цилиндрическую форму, сцентрированную по оси вращения компрессора.

7. Диффузор по п.5, в котором кольцеобразное ребро проходит по биссектрисе угла, образованного двумя стенками в форме усеченного конуса.

8. Диффузор по п.5, в котором толщина кольцеобразного ребра превышает толщину стенок в форме усеченного конуса в диапазоне от 1,3 до 1,7 раз.

9. Диффузор по п.8, в котором толщина кольцеобразного ребра превышает толщину стенок в форме усеченного конуса примерно в 1,5 раза.

10. Диффузор по п.1, в котором первая стенка в форме усеченного конуса присоединена к стороне входа внешней продольной стенки диффузора.

11. Диффузор по п.1, в котором радиус кривизны соединения между поверхностями на передней по потоку стороне двух стенок, имеющих форму усеченного конуса, равен примерно трем миллиметрам.

12. Турбореактивный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания и диффузор по п.1, расположенный между компрессором и камерой сгорания, где поперечная стенка установлена между статором компрессора и внешней оболочкой для образования кольцеобразного пространства, причем указанная поперечная стенка выступает вниз по потоку вокруг входного участка диффузора, при этом указанные две стенки в форме усеченного конуса элемента подвески окружают выступающую вниз по потоку часть поперечной стенки.