КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК F23R3/60 

Объектом настоящего изобретения является кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя. Изобретение предназначено для применения в газотурбинном двигателе любого типа: турбореактивном двигателе, турбовинтовом двигателе, наземной газовой турбине и т.д.

На фиг.1 схематично в осевом полуразрезе показана часть газотурбинного двигателя, оборудованного центробежным компрессором/диффузором и прямоточной камерой 24 сгорания известного, например из ЕР 1265033, типа.

Камера 24 сгорания имеет общую симметрию вращения вокруг оси 10 вращения ротора газотурбинного двигателя. Камера 24 содержит внутреннюю стенку 26, наружную стенку 28 и дно 30 камеры, расположенное между упомянутыми стенками в передней области упомянутой камеры, при этом дно камеры содержит центральную часть 32 и наружный крепежный фланец 34, а наружная стенка 28 содержит передний крепежный фланец 38, при этом дно камеры и наружную стенку крепят друг к другу своими крепежными фланцами 34, 38. Крепежные фланцы 34, 38 имеют общую коническую или цилиндрическую форму и наложены друг на друга.

В газотурбинных двигателях с центробежным компрессором/диффузором тракт распространения сжатого воздуха, поступающего из диффузора (в частности, из спрямляющей решетки 15 диффузора), показанный тонкими линиями на фиг.1, направлен практически перпендикулярно к центральной части 32 дна камеры. Это направление зависит также от общего наклона камеры 24 сгорания относительно оси 10 вращения газотурбинного двигателя. Действительно, камера 24 может быть наклонена таким образом, чтобы уменьшить ее осевой габарит (то есть вдоль оси 10).

При таком воздушном тракте крепежные фланцы 34 и 38 образуют препятствие для потока сжатого воздуха, что является причиной возникновения завихрений сзади упомянутых фланцев. Для ограничения этих завихрений, как известно, на наружной стороне фланца 38 крепят кольцевую обтекаемую деталь 33. Свободный край 33А или передний край этой детали 33 выполняют изогнутым в сторону центральной части 32 дна 30 камеры таким образом, что он образует площадку, способствующую аэродинамическому обтеканию упомянутых фланцев 34, 38 и максимальному ограничению потерь напора.

Вместе с тем, конструкция камеры сгорания, показанная на фиг.1, отличается сложностью. Кроме того, кольцевая обтекаемая деталь образует вместе с наружной стенкой 28 опускающуюся ступеньку 35 (см. фиг.1А), что приводит к созданию завихрений в воздушном потоке на уровне этой ступеньки.

В настоящем изобретении предлагается камера сгорания более простой конструкции, обладающая сравнимыми и даже лучшими аэродинамическими характеристиками по сравнению с камерой, показанной на фиг.1.

Объектом настоящего изобретения является кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внутреннюю стенку, наружную стенку и дно камеры, расположенное между упомянутыми стенками в передней области упомянутой камеры, при этом дно камеры содержит центральную часть и наружный крепежный фланец, а наружная стенка содержит передний крепежный фланец, при этом дно камеры и наружную стенку крепят друг к другу своими крепежными фланцами, отличающаяся тем, что свободный край упомянутого наружного крепежного фланца выполнен загнутым внутрь таким образом, чтобы образовать площадку, способствующую аэродинамическому обтеканию этих крепежных фланцев.

Таким образом, камера сгорания в соответствии с настоящим изобретением не содержит обтекаемой детали, поэтому ее конструкция является более простой. По этой же причине упрощается монтаж камеры сгорания.

В настоящем изобретении переднее и заднее положение определяют по отношению к направлению нормального прохождения потока воздуха внутри газотурбинного двигателя, тогда как внутреннее и наружное положение детали определяют по отношению к оси вращения газотурбинного двигателя, при этом внутренняя и наружная части узла или детали соответственно являются частью, наиболее близкой к этой оси, и частью, наиболее удаленной от этой оси.

Предпочтительно, чтобы упомянутая наружная стенка крепилась разъемно на дне камеры (что не исключает возможности крепления пайкой или сваркой этой стенки на дне камеры). Например, наружную стенку и дно камеры соединяют при помощи болтов. Таким образом, наружную стенку можно снять с камеры сгорания, чтобы получить доступ к этой камере в процессе ремонта или технического обслуживания.

Предпочтительно также, чтобы наружная сторона наружного крепежного фланца содержала заплечик. Упомянутый заплечик образует на наружной стороне наружного крепежного фланца ступеньку, опускающуюся в заднем направлении.

Предпочтительно также, чтобы при соединении наружной стенки и дна камеры свободный край переднего крепежного фланца наружной стенки был приведен в положение упора в упомянутый заплечик, что позволяет легко и правильно позиционировать упомянутые крепежные фланцы относительно друг друга перед их соединением.

Предпочтительно также, чтобы высота упомянутого заплечика была больше толщины переднего крепежного фланца. Это позволяет получить опускающуюся ступеньку между наружной стороной наружного крепежного фланца и наружной стороной переднего крепежного фланца. При этом на наружной стороне опускающаяся ступенька создает меньше завихрений в воздушном тракте, чем поднимающаяся ступенька.

Предпочтительно, также для максимального ограничения завихрений, не формировать никакой ступеньки между крепежными фланцами: в этом случае высота упомянутого заплечика по существу равна толщине переднего крепежного фланца.

При углах более 60° между наружным крепежным фланцем и центральной частью дна камеры дно камеры выполняют известным образом при помощи штамповки. В случае необходимости, упомянутый заплечик выполняют во время последующего этапа механической обработки. При углах, меньших (или равных) 60°, предпочтительно дно камеры выполняют путем механической обработки кованой детали.

Настоящее изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает схематичный вид в осевом полуразрезе части авиационного турбореактивного двигателя, оборудованного известной камерой сгорания.

Фиг.1А - вид детали, показанной стрелкой 1А на фиг.1.

Фиг.2 - схематичный вид в осевом полуразрезе этой же части авиационного турбореактивного двигателя, оборудованного камерой сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2А - вид детали, показанной стрелкой 2А на фиг.2.

Камера 124 сгорания, показанная на фиг.2, содержит части, аналогичные частям камеры, показанной на фиг.1. Эти части обозначены теми же цифровыми позициями, увеличенными на 100.

Камера 124 сгорания называется кольцевой в том смысле, что она имеет общую симметрию вращения вокруг оси 10 вращения газотурбинного двигателя. Камера 124 сгорания содержит внутреннюю стенку 126, наружную стенку 128 и дно 130 камеры, расположенное между упомянутыми стенками в передней области упомянутой камеры, при этом дно камеры содержит центральную часть 132 и наружный крепежный фланец 134, наружная стенка 128 содержит передний крепежный фланец 138, при этом дно камеры и наружную стенку крепят друг на друге при помощи крепежных фланцев 134, 138. Внутренняя стенка 126, наружная стенка 128 и дно 130 камеры имеют общую симметрию вращения вокруг оси 10.

Крепежные фланцы 134, 138 имеют общую коническую или цилиндрическую форму (с центром на оси 10) и, по меньшей мере, частично наложены друг на друга (частично в примере, показанном на фиг.2).

Внутреннее положение и наружное положение определяют относительно оси 10 в радиальном направлении (то есть перпендикулярно к этой оси 10) таким образом, что (радиально) внутренняя часть детали находится ближе к оси 10, чем (радиально) наружная часть этой же детали.

Внутреннюю стенку 126 соединяют сваркой с дном 130 камеры.

Наружную стенку 128 крепят к дну камеры при помощи болтов. В частности, болты (не показаны), распределенные в окружном направлении, проходят через отверстия, выполненные в крепежных фланцах 134, 138 дна камеры и наружной стенки. Во время монтажа крепежные отверстия совмещают и в них вставляют стержни болтов, после чего эти болты затягивают на фланцах.

Таким образом, наружную стенку 128 можно легко снять, отвинтив болты крепежных фланцев 134, 138.

Согласно изобретению свободный край 134А или передний край наружного крепежного фланца 134 дна 130 камеры выполняют загнутым внутрь, то есть в сторону оси 10 вращения (а не в сторону наружного картера 150, охватывающего камеру 124 сгорания). Иначе говоря, свободный край 134А фланца 134 загибают в сторону центральной части 132 дна камеры, находящейся внутри фланца 134. Кроме того, наружная сторона этого фланца 134 содержит заплечик 140 высотой Н. Таким образом, зона наружной стороны фланца 134, расположенная сзади заплечика 140, опущена по отношению к зоне, расположенной перед этим заплечиком.

Свободный или передний край 138А переднего крепежного фланца 138 упирается в заплечик 140. Высота Н заплечика 140 по существу соответствует толщине Е фланца 138 наружной стенки 128, и поэтому не происходит перепада уровня между фланцами 134 и 138 (такой перепад уровня привел бы к образованию завихрений воздушного потока).

Наконец, необходимо отметить, что во время соединения дна камеры с наружной стенкой заплечик 140 позволяет позиционировать фланцы 134 и 138 относительно друг друга в осевом направлении таким образом, чтобы впоследствии можно было легко совместить отверстия болтового соединения этих фланцев.

Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит внутреннюю стенку, наружную стенку и дно камеры, расположенное между упомянутыми стенками в передней области упомянутой камеры. Дно камеры содержит центральную часть и наружный крепежный фланец. Наружная стенка содержит передний крепежный фланец. Дно камеры и наружная стенка разъемно скреплены друг с другом своими крепежными фланцами. Свободный край наружного крепежного фланца выполняют загнутым внутрь. Наружная сторона наружного крепежного фланца дна камеры содержит заплечик, и свободный край переднего крепежного фланца упирается в заплечик. Высота заплечика больше или равна толщине переднего крепежного фланца. Изобретение направлено на упрощение конструкции камеры сгорания и упрощение ее монтажа и демонтажа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внутреннюю стенку (126), наружную стенку (128) и дно (130) камеры, расположенное между упомянутыми стенками в передней области упомянутой камеры, при этом дно камеры содержит центральную часть (132) и наружный крепежный фланец (134), наружная стенка (128) содержит передний крепежный фланец (138), при этом дно камеры и наружная стенка разъемно скреплены друг с другом своими крепежными фланцами (134, 138), при этом свободный край (134А) упомянутого наружного крепежного фланца (134) выполняют загнутым внутрь, отличающаяся тем, что наружная сторона наружного крепежного фланца (134) дна (130) камеры содержит заплечик (140), и тем, что свободный край (138А) переднего крепежного фланца (138) упирается в заплечик (140).

2. Камера сгорания по п.1, в которой высота (Н) упомянутого заплечика (140) больше или равна толщине (Е) упомянутого переднего крепежного фланца (138).

3. Камера сгорания по п.1, в которой высота (Н) упомянутого заплечика (140), по существу, равна толщине (Е) упомянутого переднего крепежного фланца(138).

4. Камера сгорания по п.1, в которой упомянутый наружный крепежный фланец (134) образует с центральной частью (132) дна (130) камеры угол (А), меньший или равный 60°.

5. Камера сгорания по п.1, в которой дно (130) камеры выполняют путем механической обработки кованой детали.

6. Камера сгорания по п.1, в которой наружный (134) и передний (138) крепежные фланцы имеют общую коническую или цилиндрическую форму и, по меньшей мере, частично наложены друг на друга.

7. Камера сгорания по п.1, в которой наружная стенка (128) прикреплена к дну камеры при помощи болтов.

8. Камера сгорания по п.1, в которой болты проходят через отверстия, выполненные в крепежных фланцах (134), (138) дна камеры и наружной стенки, причем крепежные отверстия совмещены, когда свободный край (138А) переднего крепежного фланца (138) упирается в заплечик (140).

9. Камера сгорания по п.1, в которой заплечик образует ступеньку, опускающуюся в заднем направлении.

10. Газотурбинный двигатель, содержащий камеру сгорания по п.1.