АНТИРОТАЦИОННАЯ СИСТЕМА ВПРЫСКА ДЛЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК F23R3/60 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе впрыска топлива в турбореактивном двигателе. В частности, оно относится к системе впрыска, состоящей из неподвижной части и подвижного впускного патрубка; при этом подвижный впускной патрубок включает в себя опорную плиту, устанавливаемую на скользящей поверхности неподвижной части системы впрыска; неподвижная часть содержит антиротационные средства; при этом опорная плита подвижного впускного патрубка также имеет дополнительные антиротационные средства, которые взаимодействуют с антиротационными средствами неподвижной части в целях ограничения вращательного момента подвижного впускного патрубка относительно неподвижной части.

Камеры сгорания турбореактивных двигателей имеют внутреннюю и внешнюю стенки, верхние края которых соединяются посредством круглого основания и образуют тем самым круглое дно камеры сгорания. Устройства впрыска, равномерно располагаемые по окружности донной части камеры сгорания, обеспечивают подачу воздушно-топливной смеси, которая воспламеняется и выделяет топочные газы.

Система впрыска состоит из неподвижной части, которая включает в себя одну или, как правило, две спиралеобразные трубы, в которых воздуху придают круговое направление движения, а также трубку Вентури и неподвижный конус. Неподвижная часть также включает в себя обод, имеющий скользящую поверхность. Подвижный впускной патрубок содержит приспособление для осуществления центровки, обычно конус, предназначенный для выверки осевого положения топливного инжектора относительно продольной оси спиралеобразной трубы.

Известны случаи установки подвижного впускного патрубка, который перемещается относительно неподвижной части системы впрыска, в целях упорядочения, с одной стороны, перемещения относительно друг друга камеры сгорания и топливного инжектора вследствие возникновения дифференциального расширения различных конструктивных элементов двигателя и, с другой стороны, учета допусков на обработку. В заявке на патент US 5117624 дается описание подвижного впускного патрубка такого типа. Кроме того, необходимо предусмотреть антиротационные средства, задачей которых является предотвращение вращения подвижного впускного патрубка относительно неподвижной части системы впрыска. В действительности, такое вращение, в случае его возникновения, приводит к быстрому износу деталей и значительно сокращает срок их эксплуатации. В устройстве, описанном в вышеуказанной американской заявке на патент, такие антиротационные средства состоят из лотка, который имеет две параллельно расположенные стенки, и опорной плиты подвижного впускного патрубка, содержащего две прямые поверхности, расположенные параллельно сторонам опорной плиты. Предусматривается наличие относительно большого допуска между опорной плитой подвижного впускного патрубка и прямыми поверхностями лотка в целях, как это было показано выше, приведения дифференциального расширения в соответствие с допусками на обработку. Однако зазор достаточно мал для того, чтобы исключить полное вращение подвижного впускного патрубка относительно лотка системы впрыска. При этом изготовление антиротационного устройства подобного типа носит сложный характер, а его производство является дорогостоящим.

Задачей настоящего изобретения является создание системы впрыска для газотурбинных двигателей, в частности для авиационных силовых установок, которая включала бы в себя простые и недорогие в изготовлении антиротационные средства.

Данное изобретение позволяет решить поставленную задачу благодаря тому, что на опорной плите расположены антиротационные средства, представленные одним или несколькими вырезами в опорной плите, а на неподвижной части также имеются антиротационные средства, представленные одним или несколькими пальцами, которые вводятся в один или несколько вырезов на опорной плите подвижного впускного патрубка.

Такое решение просто реализовать. Более того, вырез предоставляет возможность уменьшить вес подвижного впускного патрубка.

В одном из вариантов осуществления изобретения один или несколько пальцев выступают над скользящей поверхностью неподвижной части системы впрыска.

Согласно другому варианту осуществления один или несколько пальцев выступают над замыкающим кольцом, которое удерживает подвижный впускной патрубок на неподвижной части системы впрыска.

Вырез или вырезы могут быть открытыми или закрытыми.

Еще одним вариантом осуществления изобретения предусматривается, что опорная плита подвижного впускного патрубка содержит первый и второй вырезы; при этом первый вырез несколько меньше, чем второй вырез. В связи с этим на первом этапе эксплуатации для ограничения вращения подвижного впускного патрубка используется только первый вырез, а второй вырез применяется для ограничения вращения подвижного впускного патрубка после износа пальца, который вводится внутрь выреза.

Другие преимущества и особенности данного изобретения будут видны из описания заявленного способа, которое сопровождается примерами, носящими иллюстративный характер, а также прилагаемыми фигурами чертежей, в числе которых:

фиг.1 изображает общий вид в разрезе камеры сгорания турбореактивного двигателя, снабженной системой впрыска в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - вид в разрезе в увеличенном масштабе системы впрыска, изображенной на фиг.1;

фиг.3 - вид в изометрии данной системы впрыска;

фиг.4-7 изображают четыре различных варианта выполнения антиротационных средств системы впрыска согласно данному изобретению.

На фиг.1 схематично изображен частичный вид в разрезе камеры сгорания турбореактивного двигателя (обозначена цифрой 2), которая включает в себя систему впрыска согласно настоящему изобретению. Камера сгорания 2 имеет симметричную форму, полученную в результате продольного вращения относительно основной оси турбины. Она включает в себя внутреннюю стенку картера 4 и внешнюю стенку картера 6. Границами пропускного канала 10 являются внутренняя стенка камеры сгорания 8 и внутренняя стенка картера 4, а пропускного канала 14 - внешняя стенка камеры сгорания 12 и внешняя стенка картера 6.

Внутренние 8 и внешние 12 стенки камеры сгорания своими верхними краями крепятся к основанию камеры сгорания 16. В донной части камеры сгорания 16 предусматривается наличие определенного количества систем впрыска, как правило, от 14 до 22, которые имеют равномерное угловое расположение (одна система впрыска представлена на фиг.1). Как это более детально показано на фиг.2, каждая система впрыска 18 содержит неподвижную часть, включающую в себя обод 35 спиралеобразной трубы 24, трубку Вентури 25 и неподвижный конус 28. Подвижный впускной патрубок 26 устанавливается на скользящую поверхность обода 35. Спиралеобразная труба 24 монтируется на неподвижном конусе 28, который имеет расширяющуюся книзу форму и крепится к основанию камеры сгорания при помощи дефлектора 20 и разрезного кольца 22. Спиралеобразная труба 24 содержит первую 30 и вторую 32 ступени лопаток, которые предназначены для придания потоку воздуха кругового (вокруг продольной осевой линии Y-Y системы впрыска) направления движения. Лопатки первой 30 и второй 32 ступеней могут иметь постоянное или переменное направления движения. На ободе 35 предусмотрено наличие скользящей поверхности 34. Подвижный впускной патрубок устанавливается на скользящей поверхности обода 35. В связи с этим подвижный впускной патрубок 26 имеет опорную плиту 36, которая может перемещаться по скользящей поверхности 34 обода. Подвижный впускной патрубок содержит также деталь, при помощи которой осуществляется центровка, например центрирующий конус 38, предназначенный для выверки осевого положения топливного инжектора 40 (фиг.1) относительно системы впрыска 18.

Использование периферийного борта 42 позволяет продлить скользящую поверхность; при этом образуется неглубокая полость, в которой располагается опорная плита 36. На полость накладывается манжета 44, которая представляет собой замыкающее кольцо.

Между торцевым краем опорной плиты 36 подвижного впускного патрубка 26 и бортом 42 окружности кольца 34 предусматривается наличие существенного зазора. Этот достаточно значительный зазор имеет целью нивелировать различия в дифференциальном расширении камеры сгорания, в которой создаются повышенные температуры, и более холодного топливного инжектора. С другой стороны, он позволяет сбалансировать допуски на обработку таким образом, чтобы имелась возможность выполнить центровку инжектора 40 на карбюраторе при установке камеры сгорания на инжекторах.

Порядок функционирования модуля камеры сгорания следующий. Воздух под давлением из компрессора подается в камеру сгорания через впускное отверстие 46 (направление на фиг.1 показано стрелкой 48). Часть воздуха поступает в центральное отверстие головки камеры сгорания (направление на фиг.1 показано стрелкой 52), а оставшаяся часть воздушного потока направляется вдоль внешней стороны головки камеры сгорания в пропускные каналы 10 и 14 (направления на фиг.1 показаны стрелками 54 и 56). Во внутренней 8 и внешней 12 стенках камеры сгорания предусмотрено наличие отверстий 58, которые позволили бы обеспечить поступление воздуха из пропускных каналов 10 и 14 (направления на фиг.1 показаны стрелками 60).

Поступающий в головку камеры сгорания воздух, проходя через первую 30 и вторую 32 ступени лопаток, расположенные в спиралеобразной трубе, приобретает круговое направление движения и смешивается с топливом, подаваемым через инжектор 40. Газообразная смесь поступает в камеру сгорания, в которой она воспламеняется.

Как известно, система впрыска 18 располагает антиротационными средствами, которые предназначены для предотвращения вращения подвижного впускного патрубка относительно неподвижной части системы впрыска. В действительности, в условиях отсутствия таких антиротационных средств подвижный впускной патрубок, который должен свободно перемещаться по скользящей поверхности 34, мог бы провернуться вокруг оси Y-Y, например, в результате вибрации и повлечь за собой значительные повреждения и, как следствие, существенное сокращение срока эксплуатации системы впрыска и оси инжектора.

Как это можно увидеть на фиг.3, на которой изображен вид в перспективе системы впрыска 18 согласно изобретению после снятия замыкающего кольца 44, антиротационные средства включают в себя выполненный в опорной плите 36 вырез 62 и дополнительный палец 64 на скользящей поверхности 34 спиралевидной трубы. На фиг.3 можно также заметить наличие значительного зазора между пальцем 64 и внешним краем выреза 62, который имеет целью не мешать перемещению подвижного впускного патрубка относительно скользящей поверхности 34, что позволяет добиться выбора оптимальных вариантов зазора и дифференциального расширения, как это было показано выше. В то же время подвижный впускной патрубок не может перемещаться относительно спиралеобразной трубы, если палец 64 расположен в вырезе 62, т.е. вращение подвижного впускного патрубка представляется затруднительным. Подвижный впускной патрубок может поворачиваться на определенный угол, который зависит от величины зазора между вырезом 62 и пальцем, до тех пор, пока палец не упрется в стенку выреза. После этого вращательное движение подвижного впускного патрубка блокируется.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения один или несколько пальцев 64 могут устанавливаться на поверхности замыкающего кольца 44 со стороны, расположенной напротив опорной плиты 36 подвижного впускного патрубка. В соответствии с другим вариантом, когда опорная плита 36 содержит несколько вырезов, некоторые пальцы могут устанавливаться на скользящей поверхности 34, а другие - на замыкающем кольце.

С учетом того, что детали карбюратора согласно изобретению изготавливаются из прочных материалов, например из специальных сортов стали, наиболее предпочтительным вариантом их изготовления является литье. Таким образом, палец 64 и вырез 62 могут быть изготовлены непосредственно путем литья. Однако, согласно одному из вариантов осуществления, эти детали могут также производиться на заводе. Таким простым и не дорогостоящим способом изготавливаются антиротационные средства, которые препятствуют вращению подвижного впускного патрубка относительно обода неподвижной части системы впрыска.

Вырез может иметь различные формы, не выходя при этом за рамки изобретения. В этом контексте, как это показано на фиг.4, палец 64 может иметь прямоугольную форму, а вырез 62 - форму сектора с ровными стенками 66, в которые упирается палец 62.

Вырез может быть открытым, как это изображено на фиг.3 и 4, а также, как это показано на фиг.5, закрытым. Согласно данному способу выполнения опорная плита 36 содержит три просверленные по кругу отверстия 62, которые представляют собой вырезы, а также три пальца 64; при этом палец вставляется внутрь каждого из просверленных по кругу отверстий 62.

На фиг.6 представлен другой способ осуществления изобретения. Опорная плита 36 содержит вырезы 62а и 62b, из которых вырез 62а несколько меньше, чем вырез 62b. В связи с этим только палец 64а, расположенный внутри выреза 62а, ограничивает вращение подвижного пропускного патрубка. Вследствие этого палец 64b, расположенный внутри выреза 62b, не подвергается никакому износу. В случае поломки пальца 62а в результате износа, вместо него будет использоваться палец 62b, что увеличивает в два раза срок эксплуатации антиротационных средств.

На фиг.7 изображен четвертый способ осуществления изобретения. Вырез 62 и палец 64 имеют боковые борта, которые вытянуты относительно оси вращения 0 неподвижного конуса и оси инжектора (при функционировании).

Система впрыска топлива в турбореактивных двигателях состоит из неподвижной части и подвижного впускного патрубка, содержащего опорную плиту, устанавливаемую на скользящей поверхности неподвижной части с возможностью скольжения. Неподвижная часть содержит антиротационные средства. Опорная плита подвижного впускного патрубка снабжена дополнительными антиротационными средствами, которые взаимодействуют с антиротациоными средствами подвижного впускного патрубка для ограничения вращения подвижного впускного патрубка относительно неподвижной части. Антиротационные средства скользящей опорной плиты образованы, по меньшей мере, одним вырезом, выполненным в опорной плите. Антиротационные средства неподвижной части образованы, по меньшей мере, одним пальцем, вводимым в, по меньшей мере, один вырез опорной плиты подвижного впускного патрубка. Подвижный впускной патрубок выполнен с возможностью поворота на определенный угол до тех пор, пока палец не упрется в стенку выреза. Изобретение направлено на создание системы впрыска для газотурбинных установок, которая включает в себя простые и недорогие в изготовлении антиротационные средства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система впрыска топлива в турбореактивных двигателях, состоящая из неподвижной части (24) и подвижного впускного патрубка (26), содержащего опорную плиту (36), устанавливаемую на скользящей поверхности неподвижной части с возможностью скольжения, причем неподвижная часть (24) содержит антиротационные средства, опорная плита подвижного впускного патрубка (26) снабжена дополнительными антиротационными средствами, которые взаимодействуют с антиротациоными средствами подвижного впускного патрубка для ограничения вращения подвижного впускного патрубка относительно неподвижной части, отличающаяся тем, что антиротационные средства скользящей опорной плиты образованы, по меньшей мере, одним вырезом (62), выполненным в опорной плите (36), а антиротационные средства неподвижной части образованы, по меньшей мере, одним пальцем (64), вводимым в, по меньшей мере, один вырез (62) опорной плиты подвижного впускного патрубка, при этом подвижный впускной патрубок выполнен с возможностью поворота на определенный угол до тех пор, пока палец не упрется в стенку выреза.

2. Система впрыска по п.1, отличающаяся тем, что один или несколько пальцев (64) выступают над скользящей поверхностью (34) неподвижной части.

3. Система впрыска по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что один или несколько пальцев (64) выступают над поверхностью замыкающего кольца (44), которое удерживает подвижный впускной патрубок на неподвижной части.

4. Система впрыска по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что вырез или вырезы (62) являются открытыми.

5. Система впрыска по п.3, отличающаяся тем, что вырез или вырезы (62) являются открытыми.

6. Система впрыска по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что вырез или вырезы (62) являются закрытыми.

7. Система впрыска по п.3, отличающаяся тем, что вырез или вырезы (62) являются закрытыми.

8. Система впрыска по любому из пп.1, 2, 5, 7, отличающаяся тем, что опорная плита (36) подвижного впускного патрубка содержит первый вырез (62а) и второй вырез (62b), причем первый вырез (62а) несколько меньше, чем второй вырез (62b), за счет чего первый вырез (62а) и палец (64а), расположенный внутри данного выреза, ограничивают вращение подвижного впускного патрубка на первом этапе эксплуатации, а второй вырез (62b) ограничивает вращение подвижного впускного патрубка после износа пальца (64а), располагаемого внутри выреза (62а).

9. Система впрыска по п.3, отличающаяся тем, что опорная плита (36) подвижного впускного патрубка содержит первый вырез (62а) и второй вырез (62b), причем первый вырез (62а) несколько меньше, чем второй вырез (62b), за счет чего первый вырез (62а) и палец (64а), расположенный внутри данного выреза, ограничивают вращение подвижного впускного патрубка на первом этапе эксплуатации, а второй вырез (62b) ограничивает вращение подвижного впускного патрубка после износа пальца (64а), располагаемого внутри выреза (62а).

10. Система по п.4, отличающаяся тем, что опорная плита (36) подвижного впускного патрубка содержит первый вырез (62а) и второй вырез (62b), причем первый вырез (62а) несколько меньше, чем второй вырез (62b), за счет чего первый вырез (62а) и палец (64а), расположенный внутри данного выреза, ограничивают вращение подвижного впускного патрубка на первом этапе эксплуатации, а второй вырез (62b) ограничивает вращение подвижного впускного патрубка после износа пальца (64а), располагаемого внутри выреза (62а).

11. Система по п.6, отличающаяся тем, что опорная плита (36) подвижного впускного патрубка содержит первый вырез (62а) и второй вырез (62b), причем первый вырез (62а) несколько меньше, чем второй вырез (62b), за счет чего первый вырез (62а) и палец (64а), расположенный внутри данного выреза, ограничивают вращение подвижного впускного патрубка на первом этапе эксплуатации, а второй вырез (62b) ограничивает вращение подвижного впускного патрубка после износа пальца (64а), располагаемого внутри выреза (62а).

12. Турбореактивный двигатель, снабженный системой впрыска по одному из пп.1-11.