ОТРАЖАТЕЛЬ ДЛЯ ДНА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ, КАМЕРА СГОРАНИЯ, ОБОРУДОВАННАЯ ТАКИМ ОТРАЖАТЕЛЕМ, И ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ КАМЕРУ Российский патент 2011 года по МПК F23R3/00 

Настоящее изобретение относится к технической области камер сгорания турбореактивных двигателей. В частности, его объектом является теплозащитный экран или отражатель для дна камеры сгорания. Объектом изобретения является также камера сгорания, оборудованная, по меньшей мере, одним таким отражателем. Наконец, объектом изобретения является турбореактивный двигатель, оборудованный такой камерой сгорания и/или, по меньшей мере, одним таким отражателем.

В дальнейшем в тексте описания термины «осевой», «радиальный», «поперечный» соответствуют осевому направлению, радиальному направлению и поперечной плоскости турбореактивного двигателя, а термины «вход» и «выход» соответствуют направлению потока газов в турбореактивном двигателе.

Обычная камера сгорания, называемая расходящейся, показана на фиг.11, где в осевом разрезе показана половина камеры сгорания, при этом подразумевается, что другая половина является симметричной относительно оси (не показана) турбореактивного двигателя. Камера 110 сгорания включена в диффузионную камеру 130, которая представляет собой кольцевое пространство, образованное между наружным картером 132 и внутренним картером 134, в которое подается сжатый окислитель, поступающий на вход от компрессора (не показан) через кольцевой диффузионный канал 136.

Эта традиционная камера 110 сгорания, называемая расходящейся, содержит наружную стенку 112 и внутреннюю стенку 114, которые являются коаксиальными и по существу коническими и которые расширяются от входа к выходу под углом конусности α. Наружная 112 и внутренняя 114 стенки камеры 110 сгорания соединены между собой на входе камеры сгорания дном 116 камеры.

Дно 116 камеры образовано деталью в виде усеченного конуса, расположенной между двумя поперечными плоскостями, расширяясь от выхода к входу. Дно 116 камеры сопрягается с каждой из двух стенок, наружной 112 и внутренней 114, камеры 110 сгорания. Учитывая небольшой наклон камеры 110 сгорания, дно 116 камеры имеет небольшую конусность. Оно содержит инжекционные системы 118, через которые проходят форсунки 120, которые впрыскивают топливо на входном конце камеры 110 сгорания, в которой происходят реакции сгорания.

В результате этих реакций сгорания от выхода к входу в направлении дна 116 камеры происходит излучение тепла. Чтобы избежать повреждения дна 116 камеры в результате нагрева, предусматривают теплозащитные экраны, называемые также отражателями 122. Отражатели 122 выполнены в виде по существу плоских пластин, установленных и закрепленных пайкой на внутренней стороне дна 116 камеры. Они охлаждаются охлаждающими воздушными струями, проходящими в камеру 110 сгорания через отверстия 124 охлаждения, выполненные в дне 116 камеры. Эти воздушные струи, проходящие от входа к выходу, направляются обтекателями 126 камеры, проходят через дно 116 камеры сквозь отверстия охлаждения и обдувают переднюю сторону отражателей 122.

В более поздних конструкциях камер сгорания, называемых сходящимися, наружная и внутренняя стенки камеры сгорания имеют наклон, расширяясь от выхода к входу, а не от входа к выходу, как в ранее описанных так называемых расходящихся традиционных камерах сгорания. Эти так называемые сходящиеся камеры сгорания могут иметь угол α конусности, больший, чем угол α конусности так называемых расходящихся камер сгорания.

Такой значительный наклон камеры сгорания влияет на конусность дна камеры и на положение отражателей по отношению к дну камеры. Такая камера сгорания частично показана на фиг.12 в осевом разрезе. На этом чертеже показаны осевое направление 100, параллельное оси турбореактивного двигателя, главное направление 200 камеры 110 сгорания и угол α между этими двумя осями 100, 200. За счет значительного наклона камеры 110 сгорания дно 116 камеры имеет конусность, большую конусности дна традиционной камеры сгорания. При большом наклоне дна 116 камеры и ограниченном количестве инжекторов 120 и/или когда камера 110 сгорания имеет небольшой диаметр, это влияет на расстояние D между дном камеры и плоскими отражателями. В плоскости осевого разреза, как показано на фиг.12, расстояние D между дном 116 камеры и отражателями 122 выглядит постоянным. Вместе с тем, как показано на фиг.13, изображающей разрез по плоскости ХIII-ХIII на фиг.12, это расстояние D уменьшается вдоль окружной образующей дна 116 камеры до такой степени, что дно 116 камеры и отражатели 122 входят в контакт. Такой контакт между деталями мешает правильному монтажу отражателей в камере сгорания. Тот факт, что расстояние D между дном 116 камеры и отражателем 122 не является постоянным, препятствует хорошему охлаждению упомянутого отражателя 122.

Задачей настоящего изобретение является устранение вышеуказанных недостатков путем выполнения теплозащитного экрана или отражателя для дна камеры, который выполняют таким образом, чтобы расстояние D между дном камеры и этим отражателем оставалось постоянным.

Задача решается тем, что в отражателе для дна камеры сгорания турбореактивного двигателя, выполненном в виде пластины, содержащей отверстие, согласно изобретению упомянутая пластина является участком конической поверхности, образованной вращением вокруг оси конуса, при этом пластина имеет одну по существу вогнутую сторону и одну по существу выпуклую сторону, а также контур, содержащий четыре стороны, из которых две первые стороны являются дугами концентричных окружностей с центром на упомянутой оси конуса и две вторые стороны являются сегментами образующих упомянутого конуса, которые соединяют упомянутые первые стороны.

Предпочтительно, чтобы отражатель содержал центральную зону, охватывающую упомянутое отверстие, и периферическую зону, которая охватывает упомянутую центральную зону, при этом упомянутая центральная зона содержит плоскую сторону вблизи упомянутой выпуклой стороны.

Предпочтительно также, чтобы упомянутая центральная зона являлась по существу круглой, а упомянутый отражатель содержал зону сопряжения между упомянутой периферической зоной и упомянутой центральной зоной.

Целесообразно, чтобы упомянутая центральная зона являлась участком плоскости, ограниченным двумя кромками, которые являются сегментами образующих упомянутого конуса, параллельными упомянутым вторым сторонам.

Целесообразно также, чтобы каждая из упомянутых первых сторон пластины, образующей отражатель, содержала бортик, выполненный по вогнутой стороне отражателя.

Целесообразно также, чтобы упомянутый отражатель дополнительно содержал средства углового позиционирования. Предпочтительно, чтобы упомянутые средства углового позиционирования содержали стопорный паз, предназначенный для захождения в него стопорной шпонки, а также стопорную шпонку, предназначенную для взаимодействия со стопорным пазом, выполненным на упомянутом отражателе.

Вторым объектом настоящего изобретения является камера сгорания, содержащая, по меньшей мере, один вышеупомянутый отражатель.

Предпочтительно, чтобы упомянутый отражатель крепился пайкой на дне камеры.

Предпочтительно также, чтобы упомянутая камера сгорания дополнительно содержала средства углового позиционирования, с предусмотренным в них первым стопорным пазом, в который заходит стопорная шпонка, а также вторым стопорным пазом, предназначенным для взаимодействия со стопорным пальцем.

Предпочтительно также, чтобы упомянутая камера сгорания являлась так называемой сходящейся камерой сгорания, содержащей наружную стенку и внутреннюю стенку, являющиеся коаксиальными, выполненными в виде усеченного конуса и имеющими наклон, и расширяющимися от выхода к входу.

Третьим объектом настоящего изобретения является турбореактивный двигатель, который содержит описанную выше камеру сгорания и, по меньшей мере, один описанный выше отражатель.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания варианта его осуществления, представленного в качестве неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1 изображает вид в осевом разрезе части турбореактивного двигателя, в том числе так называемой сходящейся камеры сгорания, при этом на чертеже показана только половина камеры сгорания, поскольку другая ее половина является аналогичной в силу симметричности выполнения.

Фиг.2 - схематичный вид в изометрии отражателя в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - вид в осевом разрезе части так называемой сходящейся камеры сгорания, а также отражателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения в осевом разрезе.

Фиг.4 - увеличенный вид детали фиг.3.

Фиг.5 - вид, аналогичный фиг.3, первых средств углового позиционирования в осевом разрезе, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - вид в осевом разрезе других средств углового позиционирования.

Фиг.7 - вид в изометрии первой версии второго варианта осуществления изобретения.

Фиг.8 - вид в разрезе по плоскости VIII-VIII фиг.7.

Фиг.9 - вид в изометрии второй версии второго варианта осуществления изобретения.

Фиг.10 - вид в разрезе по плоскости Х-Х фиг.9.

Фиг.11 - вид в осевом разрезе уже описанной так называемой расходящейся камеры сгорания из предшествующего уровня техники.

Фиг.12 - увеличенный вид в осевом разрезе части уже описанной так называемой сходящейся камеры сгорания, а также плоского отражателя из предшествующего уровня техники.

Фиг.13 - увеличенный вид части уже описанной так называемой сходящейся камеры сгорания, а также плоского отражателя из предшествующего уровня техники, в разрезе по стрелкам XIII-XIII фиг.12.

На фиг.1 показан участок турбореактивного двигателя 2, расположенный в осевом направлении 100 и оборудованный камерой 10 сгорания. Камера 10 сгорания, называемая сходящейся, содержит наружную стенку 12 и внутреннюю стенку 14, которые являются коаксиальными и выполненными в виде усеченного конуса.

Камера 10 сгорания включена в диффузионную камеру 30, которая представляет собой кольцевое пространство, образованное между наружным картером 32 и внутренним картером 34, в которое подается сжатый окислитель, поступающий на вход от компрессора (не показан) через кольцевой диффузионный канал 36.

Наружная 12 и внутренняя 14 стенки камеры 10 сгорания соединены между собой спереди дном 16 камеры, которое выполнено в виде детали, имеющей форму усеченного конуса, расположенной между двумя по существу поперечными плоскостями, расширяясь от входа к выходу. Дно 16 камеры сопрягается с каждой из двух внутренней 12 и наружной 14 стенок камеры 10 сгорания. Оно оборудовано инжекционными системами 18, в которых установлены форсунки 20, которые проходят через наружный картер 32 и предназначены для подачи топлива на входе камеры 10 сгорания, в которой происходят реакции сгорания.

Первый вариант выполнения отражателя 22 в соответствии с настоящим изобретением схематично и в изометрии показан на фиг.2. Отражатель 22 выполнен в виде пластины, которая является участком поверхности конуса, при этом конус имеет ось 300 конуса и угол α конуса. Во время работы, когда отражатель 22 установлен на дне 16 камеры, ось 300 конуса по существу совпадает с осью 100 турбореактивного двигателя. Отражатель 22 содержит вогнутую сторону 62 и выпуклую сторону 64, а также контур с четырьмя сторонами 72, 74, 76, 78. Две 72, 76 из этих четырех сторон являются концентричными параллельными дугами окружности с одной осью 300. Две другие 74, 78 стороны являются сегментами образующих конуса, которые соединяют две стороны 72, 76 в виде дуг окружности. Отражатель согласно первому варианту выполнения содержит впускное отверстие 40, которое является по существу центральным и должно находиться напротив инжекционной системы 18 дна 16 камеры, когда отражатель 22 установлен на дне 16 камеры. Упомянутое впускное отверстие 40 является отверстием с наклонным нисходящим краем, то есть оно содержит край 302, расширяющийся в направлении передней стороны отражателя 22.

Первый вариант выполнения отражателя 22 в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг.3, где показана часть дна 16 камеры вблизи инжекционной системы 18, в которой находится инжекционный котелок 206. Дно 16 камеры имеет значительную конусность (смотрите фиг.1). Отражатель 22 расположен параллельно дну 16 камеры со стороны внутреннего пространства камеры 10 сгорания. Учитывая коническую кривизну отражателя 22, которая аналогична конической кривизне дна 16 камеры, упомянутый отражатель 22 является параллельным упомянутому дну 16 камеры.

Преимуществом отражателя 22 является то, что расстояние D между отражателем 22 и дном 16 камеры является по существу постоянным по всей поверхности отражателя 22. Следовательно, отражатель 22 может охлаждаться достаточно удовлетворительно струями воздуха, обдувающими его после прохождения через отверстия 24 охлаждения, выполненные в дне 16 камеры.

На фиг.3 показано также относительное положение отражателя 22 по отношению к инжекционному котелку 206.

Инжекционный котелок 206 выполнен вокруг оси 200. Он содержит фланец 208, который, в свою очередь, содержит крепежный фланец 210, удерживаемый в осевом направлении между первым кольцом 50 и впускным отверстием 40 отражателя 22 и краем 402 впускного отверстия 40 отражателя 22. Вокруг инжекционной системы 18 дно 16 камеры стопорится между наружным заплечиком 226 края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22 и вторым кольцом 52, которое, в свою очередь, крепится пайкой в наружном периферическом пазу 404 края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22. Второе кольцо 52 содержит также внутренний заплечик, в который заходит первое кольцо 50, при этом оба кольца 50, 52 крепятся друг к другу сварным швом 54.

При таком монтаже фланец 208 может слегка перемещаться в плоскости, перпендикулярной к оси 200. Следовательно, инжекционный котелок 206 может иметь небольшой поперечный люфт относительно оси 200, что обеспечивает впуск воздушных струй через впускное отверстие 40, даже когда инжекционный котелок 206 находится на месте. Эти воздушные струи, показанные стрелками 60 на чертежах, предназначены для охлаждения края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22, до которого может не доходить охлаждающий воздух, проходящий через отверстия 24 охлаждения дна 16 камеры.

Инжекционный котелок 40 содержит также бортик 220, находящийся внутри камеры 10 сгорания, который отделен от фланца 208 выемкой 222 и который выполнен параллельно крепежному фланцу 210, по существу перекрывая внутреннюю сторону края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22.

На фиг.4 в увеличенном виде показана деталь фиг.3. В частности, на ней показан край 402 впускного отверстия 40 отражателя 22, а также фланец 208, бортик 220 и выемка 222 инжекционного котелка 40. За счет конусной, а не плоской формы отражателя 22 внутренняя сторона отражателя 22 оказывается смещенной относительно внутренней стороны фланца 208. Это смещение или ступенька на фиг.4 обозначена буквой М. Наличие ступеньки М может привести к возмущению потока охлаждающих струй, показанных стрелкой 60, например, в виде завихрений, что может помешать охлаждению наклонного нисходящего края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22.

На фиг.7-8 и 9-10 соответственно показаны первая версия и вторая версия второго варианта выполнения отражателя 22, который является усовершенствованием описанного выше первого варианта выполнения. Отличительные признаки уже описанного первого варианта выполнения отражателя 22 являются также отличительными признаками двух версий второго варианта выполнения, показанных на фиг.7-10.

Отражатель 22 согласно одной или другой версиям второго варианта выполнения содержит центральную зону 90, которая охватывает впускное отверстие 40, и периферическую зону 92, охватывающую центральную зону 90 до краев 72, 74, 76, 78 отражателя 22. Периферическая зона 92 имеет вогнутую коническую поверхность.

Согласно первой версии второго варианта выполнения, показанной на фиг.7 и 8, упомянутая центральная зона 90 является круглой и имеет плоскую поверхность, тогда как периферическая зона 92 имеет вогнутую коническую поверхность. Зона 94 сопряжения соединяет центральную зону 90 и периферическую зону 92.

Согласно второй версии второго варианта выполнения, показанной на фиг.9 и 10, центральная зона 90 заключена между двумя кромками 96, 98, по существу параллельными прямолинейным сторонам 74, 78 контура отражателя 22. Она имеет плоскую поверхность. Иначе говоря, обе кромки 96, 98 представляют собой пересечение между плоской поверхностью центральной зоны 90 и вогнутой конической поверхностью периферической зоны 92.

Общим признаком первой версии и второй версии второго варианта выполнения является то, что центральная зона 90 имеет плоскую поверхность со стороны вогнутости отражателя 22.

Как показано на фиг.5, аналогично отражателю согласно первому варианту выполнения, показанному на фиг.3 и 4, расстояние D между отражателем 22 и дном 16 камеры является по существу постоянным по всей поверхности упомянутого отражателя 22. Следовательно, отражатель 22 может достаточно хорошо охлаждаться воздушными струями, обдувающими его после прохождения через отверстия 24 охлаждения, выполненные в дне 16 камеры. С учетом того что центральная зона 90 является плоской, охлаждающие воздушные струи 60 могут проходить снаружи котелка 206 через впускное отверстие 40 без возмущения завихрениями. Отсюда следует, что охлаждение наклонного нисходящего края 402 впускного отверстия 40 отражателя 22 может быть вполне удовлетворительным. Действительно, в отличие от конфигурации первого варианта выполнения, плоская поверхность центральной зоны 90 и внутренняя сторона фланца 208 котелка 206 находятся по существу в одной плоскости.

Кроме того, как показано на фиг.7 и 9, каждая из обеих сторон в виде дуг окружности 72, 76 пластины, образующей отражатель 22, содержит бортик 80, выполненный по вогнутой стороне 62 отражателя. Этот отличительный признак является общим для первого варианта выполнения и для двух версий второго варианта выполнения. Бортики 80 отражателя 22 предназначены для создания охлаждающего слоя путем направления воздуха охлаждения отражателей 22, поступающего из отверстий 24 охлаждения для охлаждения наружной 12 и внутренней 14 стенок камеры 10 сгорания.

Кроме того, отражатель 22 оборудован средствами углового позиционирования, содержащими первые средства углового позиционирования и вторые средства углового позиционирования. Этот признак является общим для первого варианта выполнения и для двух версий второго варианта выполнения.

На фиг.6 показаны первые средства 82, 84 углового позиционирования, которые содержат первый стопорный паз 82, содержащий три секции, выполненные соответственно в дне 16 камеры, отражателе 22 и втором кольце 52, и шпонку 84. Установка шпонки 84 в упомянутый первый стопорный паз 82 позволяет заблокировать относительное проворачивание второго кольца 52 и отражателя 22 относительно дна 16 камеры.

На фиг.5 показаны вторые средства 86, 88 углового позиционирования, которые содержат второй стопорный паз 86, выполненный во втором кольце 52, и стопорный палец 88, неподвижно соединенный с инжекционным котелком 206. Установка стопорного пальца 88 в упомянутый второй стопорный паз 86 позволяет заблокировать относительное проворачивание инжекционного котелка 206 относительно второго кольца 52.

Взаимодействие этих четырех средств 82, 84, 86, 88 углового позиционирования позволяет, таким образом, заблокировать относительное проворачивание отражателя 22 по отношению к дну 16 камеры. Следовательно, отражатель 22 и дно 16 камеры остаются в правильном положении относительно друг друга, сохраняется их параллельность, и расстояние D остается постоянным.

Изобретение касается также камеры 10 сгорания, которая содержит описанные выше дно 16 камеры и отражатель 22. Предпочтительно упомянутый отражатель крепят пайкой на дне 16 камеры.

Отражатель дна камеры сгорания турбореактивного двигателя выполнен в виде пластины, содержащей отверстие. Пластина является участком конической поверхности, образованной вращением вокруг оси конуса. Пластина имеет одну по существу вогнутую сторону и одну по существу выпуклую сторону, а также контур, содержащий четыре стороны. Две первые стороны из указанных четырех сторон являются дугами концентричных окружностей с центром на упомянутой оси конуса, а две вторые стороны являются сегментами образующих упомянутого конуса, которые соединяют первые стороны. Отражатель содержит центральную зону, которая охватывает отверстие, и периферическую зону, которая охватывает центральную зону. Центральная зона содержит плоскую сторону вблизи по существу выпуклой стороны. Изобретение направлено на выполнение теплозащитного экрана или отражателя для дна камеры сгорания, у которого расстояния между дном камеры и этим отражателем оставалось постоянным. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Отражатель (22) дна (16) камеры (10) сгорания турбореактивного двигателя (2), выполненный в виде пластины, содержащей отверстие (40), при этом упомянутая пластина является участком конической поверхности, образованной вращением вокруг оси (300) конуса, при этом упомянутая пластина имеет одну, по существу, вогнутую сторону (62) и одну, по существу, выпуклую сторону (64), а также контур, содержащий четыре стороны (72, 74, 76, 78), при этом две первые стороны (72, 76) из указанных четырех сторон являются дугами концентричных окружностей с центром на упомянутой оси (300) конуса, а две вторые стороны (74, 78) являются сегментами образующих упомянутого конуса, которые соединяют первые стороны (72, 76), при этом отражатель содержит центральную зону (90), которая охватывает отверстие (40), и периферическую зону (92), которая охватывает центральную зону (90), при этом центральная зона (90) содержит плоскую сторону вблизи, по существу, выпуклой стороны (62).

2. Отражатель (22) по п.1, отличающийся тем, что центральная зона (90) является, по существу, круглой.

3. Отражатель (22) по п.2, отличающийся тем, что содержит зону (94) сопряжения между периферической зоной (92) и центральной зоной (90).

4. Отражатель (22) по п.1, отличающийся тем, что центральная зона (90) является участком плоскости, ограниченным двумя кромками (96, 98), которые являются сегментами образующих упомянутого конуса, по существу, параллельными вторым сторонам (74, 78).

5. Отражатель (22) по п.1, отличающийся тем, что каждая из первых сторон (72, 76) пластины, образующей отражатель (22), содержит бортик (80), выполненный по вогнутой стороне (62) отражателя (22).

6. Камера (10) сгорания, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один отражатель (22) по п.1.

7. Камера (10) сгорания по п.6, отличающаяся тем, что отражатель (22) закреплен пайкой на дне (16) камеры.

8. Камера (10) сгорания по п.6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства (82, 84, 86, 88) углового позиционирования.

9. Камера (10) сгорания по п.8, отличающаяся тем, что средства (82, 84, 86, 88) углового позиционирования содержат первый стопорный паз (84), предназначенный для установки стопорной шпонки (84).

10. Камера (10) сгорания по п.8, отличающаяся тем, что средства (82, 84, 86, 88) углового позиционирования содержат второй стопорный паз (86), предназначенный для взаимодействия со стопорным пальцем (88).

11. Камера (10) сгорания по п.7, отличающаяся тем, что является так называемой сходящейся камерой сгорания, содержащей наружную стенку (12) и внутреннюю стенку (12), являющиеся коаксиальными, выполненные в виде усеченного конуса и имеющие наклон, расширяясь от выхода к входу.

12. Турбореактивный двигатель (2), отличающийся тем, что содержит камеру (10) сгорания по любому из пп.6-11.