УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F23R3/60 F02C7/266 

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и касается, в частности, усовершенствования установки свечи зажигания в камере сгорания.

В газотурбинном двигателе в камеру сгорания воздух поступает из компрессора, при этом часть воздуха смешивается с топливом и сжигается в зоне первичного горения. Воспламенение обеспечивается одной или двумя свечами, расположенными в задней части системы смесеобразования. Другая часть воздуха обтекает зону первичного горения и смешивается с газообразными продуктами горения. Совокупность горячих газов подается к турбине. Камеры сгорания изучались с целью получения ответа на определенное количество обязательных для исполнения технических условий, в том числе: повторного запуска в полете, формы профиля температуры, выбросов загрязняющих газов, а также как термических, так и механических качеств их различных составляющих.

В частности, система зажигания должна обеспечивать повторный запуск в полете в случае аварийного затухания камеры сгорания, постоянно выдерживая и противодействуя термическим напряжениям, которым она подвергается. Эти два условия влекут за собой трудно совместимые компоновки. Действительно, система впрыска приводит к образованию струи распыляемого топлива, формирующей некоторый угол. Если этот угол слишком острый, то свеча находится вне пределов конуса, образуемого топливом; это является позитивным с точки зрения термической степени устойчивости, однако способности воспламенения камеры снижаются. И наоборот, система впрыска, струя топлива которой образует развернутый конус, приводит к сильному нагреванию зоны камеры вокруг свечи в результате воздействия топлива на стенки и свечу. Это сказывается на термической степени устойчивости этих конструктивных элементов.

Настоящее изобретение относится к системам зажигания, в которых свеча устанавливается на камере посредством детали, образующей средство сопряжения, которая, в свою очередь, крепится на корпусе камеры. Свеча вытянута в радиальном направлении от корпуса внутрь камеры, при этом ее конец достигает уровня стенки камеры через выполненное в ней отверстие, которое образует канал. Вокруг свечи образуется минимальный боковой зазор, обеспечивающий возможность относительных перемещений между камерой и корпусом, возникающих в связи с изменением температуры во время различных режимов полета, не допуская при этом, чтобы свеча, прочно соединенная с корпусом, не уперлась или не соприкасалась с краями отверстия, которое просверлено в стенке камеры. Выполненное в стенке камеры отверстие образует канал, в который вставляется свеча, при этом подвижная направляющая свечи, располагаемая вокруг свечи, обеспечивает герметичность между камерой и пространством, образованным между камерой и корпусом. Пример такого типа установки свечи в камере сгорания с использованием средства сопряжения представлен в заявке на патент ЕР 1443190.

Свеча, конец которой располагается слишком глубоко в камере сгорания, подвергается повышенному термическому воздействию. В результате возникает опасность плохой работы двигателя и более быстрого разрушения свечи. И наоборот, если свеча слишком сильно отстоит от стенки камеры, свойства воспламенения снижаются. В связи с этим возникает необходимость оптимизировать глубину установки конца свечи относительно стенки.

Если основываться на известном уровне техники, когда ось свечи всегда располагается перпендикулярно к оси камеры, то в этом случае свеча не имеет возможности компенсировать осевые и радиальные расширения камеры.

Технической задачей изобретения является разработка системы, обеспечивающей свече дополнительную степень свободы, позволяющую избежать износа свечи и переместить места разрушения на деталь, которую легко отремонтировать, и увеличить тем самым срок службы свечи.

В частности, предлагается вариант улучшения устройства установки свечи зажигания в камере сгорания, в котором места разрушения расположены выше свечи, что облегчает проведение ремонта без замены свечи.

Согласно изобретению, предложено устройство установки свечи зажигания в камере сгорания газотурбинного двигателя, размещенной в корпусе, в котором камера сгорания, имеющая ось YY, содержит канал, обладающий осью ХХ, подвижную направляющую свечи, позволяющую реагировать на расширение по оси, перпендикулярной оси ХХ, отличающееся тем, что содержит направляющую канала, при этом направляющая свечи располагается в данной направляющей канала, и средства изменения угла наклона данной направляющей канала относительно оси ХХ, при этом изменение угла наклона направляющей канала позволяет изменить угол наклона камеры относительно оси свечи.

В частности, средства изменения угла наклона содержат два небольших стержня, имеющих диаметрально противоположное расположение на основании камеры, на которых размещается направляющая канала. Два небольших стержня образуют ось вращения, перпендикулярную плоскости, образуемой осью канала и осью камеры.

Предпочтительно, чтобы направляющая канала содержала два располагаемых параллельно друг другу диска, образующих направляющую для направляющей свечи. В частности, два диска соединены цилиндрической стенкой, внешняя стенка которой частично имеет форму сферы, направленной внутрь стенки канала.

Предпочтительно также, чтобы устройство содержало средства изменения угла наклона направляющей канала, и чтобы направляющая канала устанавливалась в виде шарнирной цапфы внутри канала, что позволяет осуществлять комбинированное изменение угла наклона между осевыми и тангенциальными плоскостями камеры относительно оси свечи.

Предпочтительно также, чтобы устройство содержало средства охлаждения свечи, снабженные отверстиями, просверленными в канале. Внутренняя часть канала сужается для усиления охлаждения свечи.

Настоящая заявка также относится к системе запуска газотурбинного двигателя, содержащей, по меньшей мере, одно устройство установки свечи, которое было представлено выше.

Настоящая заявка также относится к газотурбинному двигателю, содержащему систему запуска, по меньшей мере, с одним устройством установки свечи, которое было представлено выше.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления, носящих неограничительный характер, со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:

Фиг.1 изображает продольное сечение части камеры сгорания газотурбинного двигателя;

Фиг.2 изображает установку свечи на базе известного уровня техники;

Фиг.3 изображает вид в разрезе устройства зажигания, согласно изобретению, который выполнен в плоскости, проходящей по оси YY камеры;

Фиг.4 изображает устройство зажигания, представленного на фиг.3, в разрезе, выполненном по линии IV-IV.

Как показано на фиг.1, камера сгорания 1 располагается в кольцевом пространстве, образованном внешним корпусом 3. Она содержит одну или несколько внешних обечаек 7 со стяжками или опорами, одну или несколько внутренних обечаек 8 со стяжками, основание камеры 9, сопряженное с передними обтекаемыми кузовами. Множество топливных форсунок, размещенных вокруг оси двигателя, выходят в основание камеры 9. Дефлекторы 11, образующие неподвижный конус вокруг каждой головки инжектора, осуществляют отклонение части воздуха, который попал в зону обтекаемой формы, в радиальном направлении и двигается, совершая турбулентные движения, к распыляемому топливу, и обеспечивает, таким образом, образование вместе с воздухом топливной смеси. Зона первичного горения образуется в задней части камеры сгорания, в которой смесь воспламеняется при помощи одной свечи 13 или нескольких свечей, размещенных по окружности.

Как это показано на фиг.2, свеча 23 установлена в соответствии с известным уровнем техники на камере путем использования образующей средство сопряжения 25 детали, которая, в свою очередь, крепится на корпусе камеры. Свеча вытянута в радиальном направлении внутрь камеры и достигает уровня стенки камеры. Своим другим концом свеча направляется в канал 24. Подвижная направляющая свечи А', которая располагается вокруг свечи и имеет радиальную относительно свечи стяжку, выполняет скользящее перемещение между соответствующими направляющими поверхностями канала и обеспечивает герметичность.

На фиг.3 изображен первый вариант изготовления устройства установки свечи зажигания, в соответствии с изобретением (вид в разрезе, выполненном в плоскости, проходящей по оси YY, камеры).

Данное устройство содержит канал 14, обладающий осью ХХ, который крепится в отверстии, выполненном в камере сгорания, обладающей осью YY. Данный канал имеет цилиндрическую форму (см. фиг.4), при этом его верхняя часть имеет больший, чем остальная часть канала, диаметр, в результате чего образуется ровная поверхность 104, перпендикулярная оси канала. Стенка 108 цилиндрической формы размещается вокруг ровного участка 104 и верхнего края 106 канала 14 и выполнена таким образом, что образует ободок, перпендикулярный оси ХХ.

В верхней части канала 14 располагается направляющая канала 130. Эта направляющая канала 130, имеющая форму диска, предназначена для реагирования на изменения угла наклона камеры относительно оси свечи.

Два прямых небольших стержня 109, имеющих закругленную форму сечения, установлены на ровной поверхности 104 канала 14. Они ориентированы относительно диаметра, перпендикулярного оси YY, как это показано на фиг.4. Закругленная форма этих небольших стержней 109, на которых располагается направляющая канала 130, позволяет последним изменять угол наклона в плоскости, перпендикулярной оси свечи. Направляющая канала 130 содержит два параллельных диска 131 и 132, соединенных между собой цилиндрической стенкой 133, внешняя поверхность которой на отдельных участках имеет форму сферы. Диаметр направляющей несколько меньше диаметра цилиндрической стенки 108, что позволяет ей оставаться центрированной по оси относительно канала 14 во время изменения угла наклона камеры.

Внутри направляющей канала 130 - между верхним и нижним дисками - образуется, таким образом, пространство, внутри которого располагается направляющая свечи 120, посредством задействования воротника 127, обладающего меньшим, чем направляющая канала 130, диаметром. Это позволяет направляющей свечи 120 перемещаться и воспринимать осевые расширения камеры в плоскости, перпендикулярной оси ХХ, в то время как направляющая канала 130 позволяет воспринимать изменения угла наклона камеры относительно оси свечи ВВ'. На фиг.3 показано, что ось ВВ' может быть наклонена относительно оси ХХ.

Верхняя часть направляющей свечи 120 имеет форму раструба, который сужается к свече 13, в то время как внутренняя часть данной направляющей окружает свечу.

Нижняя часть канала 14 позволяет осуществлять подачу холодного воздуха в оконечную зону свечи. В связи с этим на нижней части канала 14 просверлены перпендикулярно оси канала отверстия D. Эти отверстия обеспечивают, таким образом, циркуляцию воздуха в канале. Внутренняя часть 105 канала 14 выполнена таким образом, что сближается к оси ХХ, что позволяет улучшить охлаждение камеры за счет эффекта конвективного теплообмена.

На фиг.4 изображено устройство зажигания, представленное на фиг.3, выполненное в разрезе по линии IV-IV. Как это видно на фигуре чертежа, канал 14 имеет цилиндрическую форму, как и направляющая канала 130, которая располагается в данном канале. Направляющая свечи 120 вставляется внутрь направляющей канала 130. Цилиндрическое пустое пространство, образуемое между внешним диаметром направляющей свечи 120 и стенкой 133 направляющей канала 130, показывает, что направляющая свечи 120 обладает некоторой свободой перемещения внутри направляющей канала. Это позволяет направляющей свечи 120 воспринимать осевые расширения камеры по оси, перпендикулярной оси ХХ канала 14. Свеча 13 устанавливается в направляющей свечи 120. Два прямых небольших стержня 109, устанавливаемых в основании канала 14, располагаются согласно диаметру, перпендикулярному оси YY.

Согласно второму способу осуществления (не показан), небольшие стержни 109, устанавливаемые на основании канала 14, удаляются, при этом стенка канала приобретает форму сферы, радиус которой несколько больше радиуса стенки направляющей канала 130. Направляющая канала 130 монтируется, таким образом, как сферическая цапфа в сферической стенке канала 14, а сферические края позволяют ей скользить по этой стенке во время изменения угла наклона камеры относительно оси свечи. Согласно данному варианту осуществления, направляющая канала 130 позволяет воспринимать комбинированные изменения угла наклона между осевыми и тангенциальными плоскостями камеры относительно оси свечи.

Устройство установки свечи зажигания расположено в камере сгорания газотурбинного двигателя, размещенной внутри корпуса, в котором камера сгорания имеет ось YY. Устройство установки свечи зажигания содержит канал с осью XX, а также подвижную направляющую свечи, позволяющую реагировать на расширения, происходящие по оси, перпендикулярной оси XX канала. Устройство установки свечи зажигания также содержит направляющую канала и средства обеспечения наклона данной направляющей канала относительно оси XX. Направляющая свечи размещена в направляющей канала. Изменение угла наклона направляющей канала позволяет изменить угол наклона камеры относительно оси XX. Изменение угла наклона направляющей канала позволяет изменять угол наклона камеры относительно оси XX. Изобретение позволяет избежать износ свечи и переместить места разрушения на деталь, которую легко отремонтировать, увеличив тем самым срок службы свечи. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство установки свечи зажигания в камере сгорания газотурбинного двигателя, размещенной внутри корпуса, причем камера сгорания имеет ось YY, указанное устройство установки содержит канал с осью XX, а также подвижную направляющую свечи, позволяющую реагировать на расширения, происходящие по оси, перпендикулярной оси XX канала, отличающееся тем, что оно содержит направляющую канала, при этом направляющая свечи размещается в направляющей канала, и средства обеспечения наклона данной направляющей канала относительно оси XX, при этом изменение угла наклона направляющей канала позволяет изменить угол наклона камеры относительно оси XX.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства изменения угла наклона содержат два небольших стержня, диаметрально противоположно расположенных на основании камеры, на которых размещается направляющая канала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющая канала содержит два параллельных диска, образующих между собой направляющую для направляющей свечи (120).

4. Устройство установки по п.1, два диска которого соединены посредством цилиндрической стенки, внешняя сторона которой частично имеет форму сферы, направленной внутрь стенки канала.

5. Устройство установки свечи зажигания по п.1, отличающееся тем, что направляющая канала устанавливается в виде шаровой цапфы внутри канала.

6. Устройство установки свечи зажигания по п.1, отличающееся тем, что оно содержит средства охлаждения свечи.

7. Устройство установки свечи зажигания по п.6, отличающееся тем, что средства охлаждения содержат отверстия D, просверленные в канале.

8. Устройство установки свечи зажигания по п.6, отличающееся тем, что внутренняя часть канала сужается для улучшения охлаждения свечи.

9. Система зажигания газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, одно устройство установки свечи по любому из пп.1-8.

10. Газотурбинный двигатель содержит систему зажигания, по меньшей мере, с одним устройством установки свечи по любому из пп.1-8.