КРОНШТЕЙН СТАБИЛИЗАТОРА ПЛАМЕНИ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ, ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ КАМЕРА КРОНШТЕЙНА СТАБИЛИЗАТОРА ПЛАМЕНИ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F23R3/18 F02C7/00 F02K3/10 

Предлагаемое изобретение относится к кронштейну стабилизатора пламени форсажной камеры в газотурбинном двигателе, таком, например, как турбореактивный двигатель.

Форсажная камера в классическом исполнении содержит совокупность кронштейнов стабилизаторов пламени, каждый из которых образован полым двугранным углом, ребро вершины которого ориентировано в направлении передней по потоку части форсажной камеры и который закрыт со своей задней по потоку стороны экраном тепловой защиты. Топливный коллектор проходит в радиальном направлении во внутренней полости упомянутого кронштейна от наружного кожуха форсажной камеры. Этот топливный коллектор связан со средствами подачи топлива и содержит отверстия распыления топлива.

Вентиляционная камера проходит в упомянутом кронштейне по существу параллельно топливному коллектору, между этим коллектором и ребром двугранного угла кронштейна, и содержит на своем наружном в радиальном направлении конце отверстие захвата охлаждающего воздуха, предназначенного для рассеивания в этом кронштейне через отверстия, выполненные в этой камере. Внутренний в радиальном направлении конец вентиляционной камеры является закрытым и содержит палец центрирования, вставляемый в отверстие, выполненное в кронштейне.

Эта вентиляционная камера также содержит располагающийся в непосредственной близости от ее внутреннего в радиальном направлении конца выступ, ориентированный в направлении по потоку, причем свободный конец этого выступа вставляется в соответствующее отверстие экрана тепловой защиты для обеспечения удержания вентиляционной камеры. В отверстие, выполненное в упомянутом выступе, вставляется нижний конец топливного коллектора для того, чтобы обеспечить его центрирование в кронштейне.

В процессе монтажа упомянутый кронштейн соединяется с вентиляционной камерой и экраном тепловой защиты, который закрепляется на кронштейне посредством присоединенных при помощи сварки штырей с уступами и который неподвижно фиксирует вентиляционную камеру. Затем топливный коллектор устанавливается в кронштейн в направлении от наружного кожуха форсажной камеры путем введения его внутреннего в радиальном направлении конца между экраном тепловой защиты и вентиляционной камерой вплоть до размещения этого конца в отверстии центрирования, сформированном в упомянутом выступе вентиляционной камеры.

Однако эта операция осуществляется вслепую, что приводит к опасности ненадлежащей установки топливного коллектора, внутренний конец которого имеет возможность быть вставленным в свободное пространство, располагающееся между упомянутым выступом и боковой стенкой кронштейна. Следствием этого может быть неудовлетворительное распределение распыляемого топлива в кронштейне и ухудшение охлаждения кронштейна, что может привести к разрушению экрана тепловой защиты.

В процессе функционирования вентиляционная камера подвергается воздействию значительных вибраций, которые вызывают механический износ в результате трения ее выступа и соответствующего отверстия, выполненного в экране тепловой защиты, что приводит к смещению камеры в направлении внутрь и к выступанию пальца центрирования вентиляционной камеры в первичный газовый поток, а также к износу и расширению отверстия кронштейна, в которое вставляется этот палец центрирования вентиляционной камеры.

Смещение вентиляционной камеры в направлении внутрь может привести к выходу топливного коллектора из отверстия упомянутого выступа и к разрушению коллектора.

Техническая задача данного изобретения состоит в разработке достаточно простого, эффективного и экономичного устройства, позволяющего устранить упомянутые выше проблемы.

Для этого в данном изобретении предлагается кронштейн стабилизатора пламени форсажной камеры, содержащий корпус, выполненный в форме открытого двугранного угла, вентиляционную камеру, проходящую внутри этого корпуса и содержащую на одном из своих концов палец центрирования, вставляемый в отверстие, выполненное в упомянутом корпусе, топливный коллектор, проходящий внутри этого корпуса вдоль вентиляционной камеры, направляющие и центрирующие средства для упомянутого топливного коллектора по отношению к вентиляционной камере и экран тепловой защиты, закрепленный на упомянутом корпусе и перекрывающий открытую сторону двугранного угла, отличающийся тем, что вентиляционная камера содержит средства ее фиксации в неподвижном положении в корпусе кронштейна, которые являются независимыми от экрана тепловой защиты.

Таким образом, центрирование и фиксация в неподвижном состоянии вентиляционной камеры в кронштейне стабилизатора пламени обеспечиваются независимо от экрана тепловой защиты, что позволяет отказаться от использования выступа центрирования и фиксации, предусмотренного на вентиляционной камере, известной из уровня техники.

Одновременно также исключаются:

- механический износ экрана тепловой защиты, который является следствием вибраций этого выступа в приемном отверстии, сформированном в этом теплозащитном экране;

- механический износ пальца центрирования в отверстии, сформированном в корпусе кронштейна, и соответствующий износ кромок этого отверстия;

- опасность разрушения топливного коллектора в результате его выхода из направляющих и центрирующих средств, сформированных на вентиляционной камере.

В соответствии с другой характеристикой предлагаемого изобретения палец центрирования вентиляционной камеры проходит сквозь отверстие, сформированное в корпусе кронштейна, и содержит средства фиксации в неподвижном положении этой вентиляционной камеры на корпусе кронштейна.

Предпочтительно, чтобы указанные средства фиксации в неподвижном положении содержали кольцевой уступ, сформированный на пальце центрирования и предназначенный для вхождения в опорный контакт с кромкой отверстия, выполненного в корпусе кронштейна внутри этого кронштейна, а средства удержания пальца в этом отверстии, сформированные на конце этого пальца снаружи по отношению к кронштейну, содержали кольцевую деталь, закрепленную при помощи пайки или сварки на пальце центрирования вентиляционной камеры.

Предпочтительно, чтобы упомянутый кольцевой уступ пальца центрирования прижимался к корпусу кронштейна при помощи кольцевой детали, которая закреплена на конце этого пальца снаружи от кронштейна.

Таким образом обеспечивается крепление без зазора вентиляционной камеры на корпусе кронштейна, и устраняются радиальные вибрации этой камеры по отношению к корпусу кронштейна.

Целесообразно, чтобы указанная кольцевая деталь содержала по меньшей мере один плоский срез, взаимодействующий при помощи упора с соответствующим элементом корпуса кронштейна для обеспечения фиксации в неподвижном положении по вращательному движению вентиляционной камеры по отношению к кронштейну.

Целесообразно также, чтобы вентиляционная камера содержала также поперечный выступ с отверстием центрирования топливного коллектора, практически полностью занимающий свободное пространство внутри кронштейна для того, чтобы не допустить возможности неудовлетворительного монтажа этого топливного коллектора.

Указанный поперечный выступ во внутренней полости корпуса кронштейна не допускает установки конца топливного коллектора иначе, чем в отверстие центрирования, сформированное в этом выступе.

Таким образом, монтаж вслепую топливного коллектора в корпус кронштейна больше не сможет привести к неправильному расположению этого топливного коллектора и исключает опасность износа и повреждения самого коллектора и корпуса кронштейна.

В данном изобретении предлагается также вентиляционная камера кронштейна стабилизатора пламени, содержащая открытый конец и конец, сформированный с по существу осевым пальцем, отличающаяся тем, что палец представляет собой кольцевой уступ опоры на основание.

Целесообразно, чтобы вентиляционная камера была сформирована с поперечным выступом, содержащим сквозное отверстие, ось которого по существу параллельна продольной оси этой вентиляционной камеры.

Предлагаемое изобретение относится также к газотурбинному двигателю типа турбореактивного двигателя, отличающемуся тем, что содержит по меньшей мере один кронштейн стабилизатора пламени типа описанного в предшествующем изложении.

Другие детали, характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из описания не являющегося ограничительным примера его осуществления, приводимого со ссылками на приведенные в приложении чертежи, в числе которых:

- Фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в осевом разрезе форсажной камеры газотурбинного двигателя;

- Фиг.2 - схематический вид в увеличенном масштабе части кронштейна стабилизатора пламени, показанного на фиг.1, иллюстрирующий устройство крепления вентиляционной камеры в кронштейне стабилизатора пламени в соответствии с существующим уровнем техники;

- Фиг.3 - схематический вид в разрезе по линии III-III, показанной на фиг.2, в увеличенном масштабе;

- Фиг.4 - схематический вид, соответствующий виду, показанному на фиг.2, но иллюстрирующий устройство крепления в соответствии с предлагаемым изобретением;

- Фиг.5 - схематический вид в разрезе по линии V-V, показанной на фиг.4, в увеличенном масштабе;

- Фиг.6 - схематический вид снизу кронштейна, показанного на фиг.4.

Прежде всего будут даны ссылки на фиг.1-3, на которых кронштейн стабилизатора пламени 10, используемый в устройствах, известных из уровня техники, установлен на кожухе 12 форсажной камеры турбореактивного двигателя, на его наружном в радиальном направлении конце, причем этот кронштейн 10 проходит по существу в радиальном направлении в форсажной камере и сквозь лист слияния 14, который отделяет первичный поток 16 горячих газов сгорания от вторичного воздушного потока 18, поступающего от вентилятора, установленного в передней части турбореактивного двигателя.

Кронштейн стабилизатора пламени 10 содержит корпус 20, выполненный в форме открытого двугранного угла, ребро вершины 22 которого ориентировано в направлении против потока, и сторона раскрытия которого ориентирована в направлении по потоку, и в котором располагаются вентиляционная камера 24, топливный коллектор 26 и экран 28 тепловой защиты, имеющий в поперечном сечении С-образную форму и закрывающий открытую сторону корпуса 22.

Вентиляционная камера 24 проходит внутри кронштейна вдоль ребра его вершины 22 и содержит наружный в радиальном направлении конец, который выполнен открытым и запитывается воздухом из вторичного потока 18 через отверстие, выполненное в наружной в радиальном направлении части корпуса кронштейна. Внутренняя в радиальном направлении часть вентиляционной камеры 24 содержит многочисленные перфорационные отверстия, предназначенные для распределения охлаждающего воздуха внутри кронштейна.

Внутренний в радиальном направлении конец вентиляционной камеры образует цилиндрический палец 30, который вставляется без зазора в отверстие 32, выполненное в основании корпуса кронштейна, причем конец пальца 30 располагается заподлицо с наружной поверхностью этого основания 32, не выступая в направлении наружу по отношению к кронштейну.

В непосредственной близости от этого наружного в радиальном направлении конца вентиляционная камера 24 содержит лапку 34, которая проходит в направлении по потоку в сторону экрана 28 тепловой защиты по существу перпендикулярно по отношению к продольной оси вентиляционной камеры 24, причем свободный конец этой лапки образует выступ 36, вставляемый в соответствующее отверстие, выполненное в теплозащитном экране 28.

Лапка 34 также содержит, в своей промежуточной части, между вентиляционной камерой 24 и выступом 36, сквозное отверстие, предназначенное для прохождения нижней части топливного коллектора 26 и обеспечивающее центрирование этого топливного коллектора внутри кронштейна 10.

В процессе монтажа вентиляционная камера 24 сначала размещается в корпусе 20 кронштейна 10, после чего устанавливается экран тепловой защиты 28, причем выступ 36 вентиляционной камеры вставляется в соответствующее отверстие этого теплозащитного экрана, после чего теплозащитный экран 28 закрепляется при помощи сварки в четырех точках 34 на боковых стенках корпуса 20 кронштейна, фиксируя таким образом вентиляционную камеру 24 внутри кронштейна. Затем топливный коллектор 26 вслепую устанавливается во внутреннюю полость кронштейна с его наружной в радиальном направлении стороны. Выполнение этой операции требует особой тщательности, поскольку нижний конец топливного коллектора 26 должен быть вставлен в специальное отверстие, предусмотренное в лапке 34 вентиляционной камеры 24, но не в свободное пространство между этой лапкой 34 и боковой стенкой корпуса 20 кронштейна 10.

В процессе функционирования вентиляционная камера 24 подвергается воздействию вибраций в радиальном направлении внутри кронштейна 10, что приводит к механическому износу ее выступа 36 и кромок соответствующего отверстия, выполненного в теплозащитном экране 28, а также к механическому износу пальца 30, выполненного на внутреннем в радиальном направлении конце этой вентиляционной камеры, и кромок соответствующего отверстия, сформированного в основании 32 кронштейна 10.

Этот механический износ выражается в постепенном опускании вентиляционной камеры 24 внутри кронштейна 10, причем конец пальца 30 постепенно начинает выступать под основанием 32 кронштейна 10 и нарушать нормальные условия дожигания топлива в форсажной камере. Кроме того, это смещение вентиляционной камеры 24 в кронштейне 10 может позволить внутреннему в радиальном направлении концу топливного коллектора 26 выйти из его направляющего отверстия, сформированного в лапке 34 вентиляционной камеры, что приводит к разрушению топливного коллектора 26.

Для устранения этих недостатков в данном изобретении предлагается, чтобы вентиляционная камера 24 была установлена и закреплена внутри кронштейна 10 независимо от экрана тепловой защиты 28, как это схематически представлено на фиг.4-6.

Как можно видеть на этих чертежах, внутренний в радиальном направлении конец вентиляционной камеры 24 содержит цилиндрический палец 40, который проходит вдоль оси этой вентиляционной камеры 24 и который содержит кольцевой уступ 42, образующий опорную поверхность, предназначенную для опоры на кромку отверстия 44, выполненного в основании 32 кронштейна 10, причем этот цилиндрический палец 40 выходит наружу из этого отверстия и содержит некоторую кольцевую деталь 46, например деталь типа шайбы, которая фиксируется, например при помощи сварки или пайки, на конце этого пальца 40.

Предпочтительным образом отверстие 44 образует в донной стенке 48 небольшое углубление 49 в основание 32 кронштейна 10, причем эта донная стенка 48 располагается перпендикулярно по отношению к продольной оси вентиляционной камеры 24 и пальца 40.

В том случае, когда это углубление 49 имеет форму, отличную от цилиндрической, как это схематически представлено на фиг.6, можно придать кольцевой детали 46 соответствующую форму для того, чтобы эта кольцевая деталь выполняла функцию предотвращения вращательного движения пальца 40 и соответственно вентиляционной камеры 24, относительно их продольной оси.

Можно также выполнить один или два плоских среза в контуре кольцевой детали 46, которые будут соответствовать плоским поверхностям углубления 49 для того, чтобы придать упомянутую функцию предотвращения вращательного движения кольцевой детали 46.

Как это наглядно представлено на фиг.4 и 5, вентиляционная камера 24 в данном случае не содержит выступа 36, вставляемого в соответствующее отверстие экрана 28 тепловой защиты, и лапка 34, представленная на фиг.1, заменена на поперечный выступ 50 вентиляционной камеры 24, причем этот выступ 50 имеет форму углового сектора и проходит внутри корпуса 20 кронштейна 10 таким образом, чтобы занимать, в поперечной плоскости, преобладающую часть свободного пространства внутри кронштейна 10 между вентиляционной камерой 24 и теплозащитным экраном 28.

В представленном примере реализации стороны 52 и 54 выступа 50 выполнены практически параллельными соответственно боковым стенкам кронштейна 10 и теплозащитного экрана 28 и проходят на небольшом расстоянии от этих стенок, не допуская установки внутреннего в радиальном направлении конца топливного коллектора 26 иначе, чем в направляющее отверстие 56, сформированное в этом выступе 50. Таким образом удается существенно облегчить установку вслепую этого топливного коллектора 26 в кронштейн 10 и исключить тем самым возможность неправильного размещения этого топливного коллектора, обеспечивая при этом наилучшие условия охлаждения кронштейна 10 при помощи топлива и продлевая срок службы упомянутого кронштейна.

Осевое крепление без зазора концевого пальца 40 вентиляционной камеры 24 в отверстии 44 основания 32 кронштейна 10 исключает вибрации в радиальном направлении вентиляционной камеры 24 в этом кронштейне и устраняет связанный с этими вибрациями механический износ кронштейна и вентиляционной камеры.

В случае прогорания экрана тепловой защиты 28 вентиляционная камера 24 продолжает удерживаться в кронштейне 10 и продолжает выполнять свою функцию охлаждения различных элементов кронштейна. Топливный коллектор 26 в этом случае также удерживается на своем месте на вентиляционной камере 24 внутри кронштейна и не может разрушиться.

Кронштейн стабилизатора пламени форсажной камеры газотурбинного двигателя, в частности авиационного турбореактивного двигателя, содержит корпус, выполненный в форме открытого двугранного угла, вентиляционную камеру (24). Вентиляционная камера проходит внутри этого корпуса и содержит на одном из своих концов палец центрирования, вставляемый в отверстие, выполненное в упомянутом корпусе. Кронштейн содержит топливный коллектор (26), проходящий внутри корпуса вдоль вентиляционной камеры, направляющие и центрирующие средства для направления и центрирования топливного коллектора по отношению к вентиляционной камере, и экран тепловой защиты (28), закрепленный на упомянутом корпусе и перекрывающий открытую сторону двугранного угла. Вентиляционная камера содержит средства ее фиксации в неподвижном положении в корпусе кронштейна, которые являются независимыми от экрана тепловой защиты. Вентиляционная камера кронштейна стабилизатора пламени содержит открытый конец и противоположный конец, сформированный совместно с по существу осевым пальцем. Палец представляет кольцевой уступ, предназначенный для опоры на основание. Позволяет отказаться от использования выступа центрирования и фиксации на вентиляционной камере, а также исключить: износ экрана тепловой защиты, износ пальца, опасность разрушения топливного коллектора. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Кронштейн стабилизатора пламени форсажной камеры, содержащий корпус (20), выполненный в форме открытого двугранного угла, вентиляционную камеру (24), проходящую внутри этого корпуса и содержащую на одном из своих концов палец центрирования (40), вставляемый в отверстие (44), выполненное в упомянутом корпусе, топливный коллектор (26), проходящий внутри этого корпуса вдоль вентиляционной камеры (24), направляющие и центрирующие средства для направления и центрирования топливного коллектора (26) по отношению к вентиляционной камере (24), и экран тепловой защиты (28), закрепленный на упомянутом корпусе (20) и перекрывающий открытую сторону двугранного угла, отличающийся тем, что вентиляционная камера (24) содержит средства (46) ее фиксации в неподвижном положении в корпусе кронштейна, которые являются независимыми от экрана тепловой защиты.

2. Кронштейн по п.1, отличающийся тем, что палец (40) центрирования вентиляционной камеры проходит сквозь отверстие (44), сформированное в корпусе кронштейна, и содержит средства (46) фиксации в неподвижном положении вентиляционной камеры на корпусе кронштейна.

3. Кронштейн по п.1, отличающийся тем, что палец (40) центрирования содержит кольцевой уступ (42), предназначенный для вхождения в опорный контакт с кромкой отверстия (44), выполненного в корпусе кронштейна, внутри этого кронштейна.

4. Кронштейн по п.2, отличающийся тем, что конец пальца (40), располагающийся снаружи по отношению к упомянутому кронштейну, содержит средства удержания (46) этого пальца в упомянутом отверстии.

5. Кронштейн по п.4, отличающийся тем, что упомянутые средства удержания содержат кольцевую деталь (46), закрепленную при помощи пайки или сварки на этом пальце центрирования вентиляционной камеры.

6. Кронштейн по п.5, отличающийся тем, что кольцевой уступ (42) пальца вентиляционной камеры прижимается к кронштейну при помощи кольцевой детали (46), которая закреплена на конце этого пальца.

7. Кронштейн по п.5, отличающийся тем, что кольцевая деталь (46) содержит, по меньшей мере, один плоский срез, взаимодействующий при помощи упора с соответствующим элементом кронштейна для противодействия вращательному движению упомянутого пальца в упомянутом отверстии.

8. Кронштейн по п.1, отличающийся тем, что вентиляционная камера (24) содержит поперечный выступ (50), содержащий отверстие центрирования (56)топливного коллектора (26).

9. Кронштейн по п.8, отличающийся тем, что поперечный выступ (50) вентиляционной камеры практически полностью занимает свободное пространство внутри кронштейна (10) для предотвращения неправильной установки топливного коллектора (26).

10. Кронштейн по п.8, отличающийся тем, что вентиляционная камера (24) сформирована в виде единой детали с пальцем (40) и поперечным выступом (50).

11. Вентиляционная камера кронштейна стабилизатора пламени, содержащая открытый конец и противоположный конец, сформированный совместно с, по существу, осевым пальцем (40), отличающаяся тем, что этот палец представляет кольцевой уступ (42), предназначенный для опоры на основание.

12. Вентиляционная камера по п.11, отличающаяся тем, что она сформирована с поперечным выступом (50), содержащим сквозное отверстие (56), ось которого, по существу, параллельна продольной оси этой вентиляционной камеры.

13. Газотурбинный двигатель типа авиационного турбореактивного двигателя, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один кронштейн стабилизатора пламени (10), выполненный в соответствии с п.1.