СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ СБОРКИ ТАКОЙ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА Российский патент 2016 года по МПК F23R3/60 F23R3/14 F01D25/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к системе впрыска для турбореактивного двигателя и к способу сборки такой системы впрыска. Настоящее изобретение также относится к камере сгорания, содержащей, по меньшей мере, одну такую систему впрыска.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Камеры сгорания турбореактивных двигателей содержат обычно внутреннюю стенку и внешнюю стенку, связанные на своих входных концевых участках кольцевым дном для образования кольцевого дна камеры сгорания. Системы впрыска, равномерно распределенные по периферии дна камеры сгорания, поставляют воспламененную смесь воздуха и горючего для обеспечения топочного газа.

На фиг.1 схематично представлен частичный вид такой камеры сгорания согласно предшествующему уровню техники. Камера 2 сгорания имеет симметричную продольную форму вращения относительно главной оси турбины. Она включает в себя внутреннюю стенку 4 картера и внешнюю стенку 6 картера. Внутренняя стенка 8 камеры образует вместе с внутренней стенкой 4 картера проход 10, а внешняя стенка 12 камеры образует вместе с внешней стенкой 6 картера проход 14.

Внутренняя стенка 8 и внешняя стенка 12 камеры объединены посредством дна камеры 16 на их входных концевых участках. Несколько систем 1 впрыска, обычно в количестве четырнадцати - двадцати двух, равномерно распределенные под углом (одна такая система представлена на фиг.1), предусмотрены на дне камеры 16.

Как можно видеть более детально на фиг.2, каждая система 1 впрыска включает в себя неподвижную часть 3, которая содержит полость 11, ограниченную дном 7, боковую стенку 5 и закрывающий желоб 44. Дно 7 имеет форму кольца, так же как и закрывающий желоб 44. Боковая стенка 5 имеет цилиндрическую форму с осью отсчета Y. Неподвижная часть 3 имеет завихритель 24, трубку Вентури 25 и чашу 28. Дно 7 образует выступающий радиально заплечик витка 24. Завихритель 24 установлен в чаше 28. Чаша 28 соединена с дном камеры 16 посредством дефлектора 20 и двух полуколец 22. Завихритель 24 включает в себя первую ступень крылышек или лопастей 30 и вторую ступень крылышек или лопастей 32, функция которых заключается в вовлечении воздуха во вращение вокруг оси отсчета Y системы впрыска. Крылышки или лопатки ступеней 30 и 32 могут иметь одно направление или противоположные направления. Неподвижная часть 3 проходит по оси отсчета Y и имеет симметрию вращения вокруг этой оси.

Между внешней поверхностью реборды 36 скользящей траверсы 26 и внешним желобом 44 предусмотрен относительно большой зазор. Этот зазор позволяет гарантировать радиальное перемещение и приспособиться к производственным допускам при установке камеры сгорания на инжекторах.

Камера сгорания, оборудованная такой системой впрыска, раскрыта, например, в документе ЕР1731837.

Тем не менее заявитель установил, что в такой камере сгорания, снабженной такой системой впрыска, наконечник инжектора имеет значительный износ и маленький срок службы.

ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное устранение недостатков уровня техники, и разработка системы впрыска, которая позволяет ограничить износ наконечников инжектора.

Для решения этой задачи, в рамках первого аспекта настоящего изобретения, предлагается система впрыска топлива для турбореактивного двигателя, включающая неподвижную часть и скользящую траверсу, причем неподвижная часть и скользящая траверса проходят по оси отсчета, причем неподвижная часть содержит полость, ограниченную в осевом направлении дном и закрывающим желобом, при этом скользящая траверса имеет реборду, содержащуюся в полости, при этом система впрыска дополнительно включает в себя упругие средства, расположенные в полости так, чтобы оказывать осевое усилие на реборду.

Таким образом, в противовес системам впрыска согласно предшествующему уровню техники система впрыска согласно настоящему изобретению включает в себя упругие средства, которые предварительно напряжены в полости при установке и которые прижимают реборду скользящей траверсы ко дну полости или к закрывающему желобу так, чтобы препятствовать вибрациям скользящей траверсы в полости, при функционировании. В действительности, препятствуя ударам скользящей траверсы в полости, ограничивают износ наконечника инжектора, который вставлен в скользящую траверсу, и, таким образом, увеличивают срок службы системы. Тем не менее, упругие средства предварительно напряжены так, чтобы позволить скользящей траверсе перемещаться в полости радиально для приспособления к разнице в расширениях инжектора и системы впрыска. Таким образом, упругие средства позволяют устранить вибрации скользящей траверсы в полости, делая возможным при этом ее радиальное перемещение в этой полости для адаптации к разнице термических расширений.

Упругие средства, таким образом, способны воспрепятствовать вибрационным микроперемещениям скользящей траверсы относительно неподвижной части.

Система впрыска согласно настоящему изобретению может также иметь одну или несколько нижеупомянутых характеристик, рассматриваемых по отдельности или в любой технически возможной комбинации.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения упругие средства напряжены в осевом направлении в полости. Упругие средства, предпочтительно, позволяют скользящей траверсе радиально перемещаться в полости, блокируя ее в осевом направлении.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления упругие средства включают в себя волнистую пластину.

Предпочтительно, волнистая пластина является круглой.

Предпочтительно, волнистая платина имеет симметрию вращения относительно оси отсчета.

Предпочтительно, волнистая платина выполнена из сплава, содержащего никель и хром.

В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения:

- волнистая пластина имеет внешний диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру полости, такой, чтобы волнистая пластина контактировала с боковыми стенками полости;

- волнистая пластина имеет внешний диаметр, меньший, чем внутренний диаметр полости, такой, чтобы волнистая пластина находилась на расстоянии от боковых стенок полости.

Предпочтительно, скользящая траверса включает в себя центрирующий конус, а волнистая пластина имеет в своем центре отверстие с внутренним диаметром, превышающим внешний диаметр центрирующего конуса скользящей траверсы так, чтобы это отверстие позволяло прохождение волнистой пластины вокруг центрирующего конуса при монтаже.

Согласно еще одному варианту осуществления упругие средства представляют собой спиральную пружину с прямоугольным сечением. Спиральная пружина предпочтительно имеет симметрию вращения относительно оси отсчета.

Предпочтительно, полость ограничена радиально боковыми стенками. Эти боковые стенки имеют предпочтительно симметрию вращения вокруг оси отсчета.

Система впрыска согласно настоящему изобретению предпочтительно, дополнительно содержит прокладку между упругими средствами и ребордой. Эта прокладка позволяет упругим средствам имеет свободную опорную поверхность на реборде в независимости от положения скользящей траверсы. Кроме этого, эта прокладка позволяет упругим средствам не иметь непосредственного контакта со скользящей траверсой, которая является подвижной. Помимо этого, прокладка препятствует упругим средствам заклинивать между скользящей траверсой и боковыми стенками полости.

Прокладка имеет, предпочтительно, внешний диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру полости так, чтобы прокладка находилась в контакте с боковыми стенками полости. Таким образом, упругие средства не могут заклинивать между боковыми стенками полости и ребордой.

Предпочтительно, упругие средства напряжены в осевом направлении между прокладкой и закрывающим желобом.

Предпочтительно, упругие средства воздействуют на реборду с усилием, заключенным между 10 Ньютон и 30 Ньютон. В действительности, упругие средства должны воздействовать на реборду с усилием, достаточным для того, чтобы избежать вибрации скользящей траверсы. При этом усилие, оказываемое упругими средствами, должно позволять скользящей траверсе перемещаться в радиальном направлении, чтобы позволить осуществить установку инжектора и позволить системе впрыска адаптироваться к разнице термических расширений, при функционировании, в частности, инжектора, который вставлен в скользящую траверсу.

Другим объектом настоящего изобретения является камера сгорания, в которой наконечник инжектора имеет увеличенный срок службы.

Для этой цели предлагается, согласно второму аспекту настоящего изобретения, камера сгорания, содержащая, по меньшей мере, одну систему впрыска согласно настоящему изобретению, скользящая траверса, содержащая дополнительно центрирующий конус, в который вставлен топливный инжектор.

Еще одним объектом настоящего изобретения является двигатель летательного аппарата, который имеет увеличенный срок службы.

С этой целью третий аспект настоящего изобретения относится к двигателю летательного аппарата, который содержит камеру сгорания согласно второму аспекту настоящего изобретения.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ сборки системы впрыска, приспособленной к различным термическим расширениям и допускам на износ, которая имеет сопротивляемость к износу и увеличенный срок службы.

Для этого, согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ сборки системы впрыска, содержащей неподвижную часть и скользящую траверсу, при этом неподвижная часть содержит углубление, имеющее дно, а скользящая траверса имеет реборду, при этом способ включает в себя следующие этапы:

- (а) установку скользящей траверсы на неподвижную часть так, чтобы реборда опиралась на дно углубления;

- (b) установку упругих средств;

- (с) закрепление закрывающего желоба в углублении с образованием полости, в которой упругие средства напряжены в осевом направлении.

Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя между этапами (а) и (b) следующие этапы:

(а') - установка прокладки на реборде.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и преимущества изобретения будут понятны из нижеследующего описания, приводимого со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает общий вид в разрезе камеры сгорания турбореактора, содержащего системы впрыска согласно предшествующему уровню техники; Фиг. 2 показывает общий вид в разрезе в увеличенном масштабе системы впрыска по фиг. 1;

Фиг. 3 показывает общий вид в разрезе камеры сгорания турбореактора, содержащего системы впрыска согласно настоящему изобретению; Фиг. 4 показывает общий вид в разрезе в увеличенном масштабе системы впрыска согласно настоящему изобретению;

Фиг. 5 показывает общий вид в изометрии в увеличенном масштабе системы впрыска по фиг. 4;

Фиг. 6-9 - общие виды в изометрии в увеличенном масштабе этапов способа сборки согласно настоящему изобретению.

Для большей ясности идентичные или похожие элементы обозначены идентичными ссылочными номерами на всем комплекте чертежей.

Детальное описание, по меньшей мере, одного способа осуществления изобретения

Фиг. 3 представляет собой схематичный частичный вид камеры сгорания турбореактивного двигателя в разрезе согласно настоящему изобретению, обозначенной общим ссылочным номером 2. Эта камера 2 сгорания содержит систему 1 впрыска в соответствии с настоящим изобретением.

Камера 2 сгорания имеет форму продольной симметрии относительно главной оси турбины. Камера сгорания включает в себя стенку 4 внутреннего картера и стенку 6 внешнего картера. Стенка 8 внутренней камеры образует вместе со стенкой внутреннего картера 4 проход 10, а стенка 12 внешней камеры образует вместе со стенкой 6 внешнего картера проход 14.

Стенка 8 внутренней камеры и стенка 12 внешней камеры объединены на своих выходных концевых участках дном 16 камеры. Несколько систем 1 впрыска, обычно от четырнадцати до двадцати двух, равномерно распределенных под углом (на фиг.3 представлена только одна система впрыска), оборудованы на дне камеры 16.

Как можно увидеть более детально на фиг.4, каждая система 4 впрыска имеет неподвижную часть 3, которая содержит полость 11, ограниченную дном 7, боковой стенкой 5 и закрывающим желобом 44. Цилиндрическое отверстие просверлено в центре дна 7, которое имеет такую же форму кольца, как и закрывающий желоб 44. Таким образом, полость не полностью закрыта. Боковая стенка 5 имеет цилиндрическую форму по оси отсчета Y.

Неподвижная часть 3 содержит также завихритель 24, трубку Вентури и чашу 28. Дно 7 образует радиально выступающий заплечик завихрителя 24. Завихритель 24 установлен в чаше 28. Чаша 28 соединена с дном камеры 16 посредством дефлектора 20 и двух полуколец 22. Завихритель 24 включает в себя первую и вторую ступень крылышек или лопастей 30, 32, функция которых вовлекать воздух во вращение вокруг оси отсчета Y системы впрыска. Крылышки или лопасти 30 и 32 могут быть ориентированы в одном направлении, а могут быть ориентированы в противоположных направлениях. Неподвижная часть 3 проходит по оси отсчета Y и имеет симметрию вращения вокруг этой оси.

Система впрыска 1 также включает в себя скользящую траверсу 26, которая содержит реборду 36. Реборда 36 скользящей траверсы 26 расположена в полости 11 и опирается на дно 7 полости 11.

Скользящая траверса 26 дополнительно содержит центрирующую часть, например, центрирующий конус 38, предназначенный для центрирования инжектора 40 топлива относительно системы впрыска 1. Центрирующая часть выходит из полости через отверстие, выполненное в средней части закрывающего желоба 44.

Система впрыска 1 дополнительно включает в себя прокладку 15, опирающуюся на верхнюю поверхность 17 реборды 36. Система впрыска 1 дополнительно включает в себя упругие средства 19, которые опираются на прокладку 15.

Как более точно показано на фиг.5, упругие средства 19 образованы из круглой волнистой пластины 21, в виде кольца. Упругие средства имеют также симметрию вращения вокруг оси отсчета Y.

Волнистая пластина 21 предпочтительно выполнена из металлического сплава, выдерживающего температуру, граничащую с 600° по Цельсию, предпочтительно сплав никель-хром, который имеет, например, следующий состав:

  Ni Cr Fe Mo Nb Co Mn Cu Al Ti Si C S P B % по массе 50,0-55,0 17,0-21,0 qsp 100% 2,80-3,30 4,75-5,50 1,0 max 0,35 max 0,30 max 0,20-0,80 0,65-1,15 0,35 max 0,08 max 0,015 max 0,015 max 0,006 max

Волнистая пластина 21 имеет, предпочтительно, волны, которые позволяют локально контактировать с закрывающим желобом 44 и с прокладкой 19. Эти волны распределены по окружности волнистой пластины.

Волнистая пластина напряжена в осевом направлении при установке между закрывающим желобом 44 и прокладкой 15 так, чтобы она оказывала осевое усилие на реборду 36 скользящей траверсы 26 посредством прокладки 15.

Усилие, оказываемое упругими средствами 19 на реборду 36 посредством прокладки 15, выбрано так, чтобы в отсутствие термического расширения скользящая траверса не могла бы перемещаться в полость, а при наличии термического расширения скользящая траверса могла бы перемещаться радиально, чтобы адаптироваться к разнице в термическом напряжении.

Таким образом, упругие средства 19 поддерживают реборду 36 прижатой в осевом направлении между дном 7 полости, что позволяет избежать вибраций скользящей траверсы и преждевременного износа наконечника инжектора, который вставлен в скользящую траверсу. Кроме этого, упругие средства могут деформироваться в случае термического расширения системы впрыска и/или инжектора.

Прокладка 15 позволяет распределить усилия, оказываемые упругими средствами на реборду 36. Дополнительно прокладка 15 помогает избежать заклинивания упругих средств 19 между боковой стенкой 5 полости и ребордой 26 скользящей траверсы.

Система впрыска согласно настоящему изобретению имеет особенность, заключающуюся в наличии полости 11, высота которой по оси Y превышает высоту системы впрыска согласно предшествующему уровню техники. В действительности, согласно настоящему изобретению полость 11 должна иметь возможность содержать, дополнительно к реборде 36, прокладку 15 и упругие средства 19. Для этого дно 7 опущено внутрь завихрителя 24, тогда как закрывающий желоб 44 остается в таком же положении, что и закрывающий желоб системы впрыска в соответствии с предшествующим уровнем техники. В действительности, закрывающий желоб 44 не может быть перемещен, чтобы не изменялась аэродинамика путей 10 и 14, по которым циркулирует газ.

Способ сборки согласно настоящему изобретению будет описан далее более детально со ссылкой на фиг. 6-9.

На фиг. 6 показана неподвижная часть 3, содержащая завихритель 24, сверху которого расположен заплечик 23, образующий дно 7 углубления 13. Дно 7 имеет форму кольца, имеющего симметрию вращения вокруг оси отсчета Y. Дно 7 окружено боковой цилиндрической стенкой 5 вокруг оси отсчета Y. Скользящая траверса 26 содержит реборду 36 в форме кольца, сверху которого находится центрирующий конус 38, предназначенный для приема наконечника инжектора 40. Скользящая траверса также имеет симметрию вращения вокруг оси отсчета Y. На первом этапе (а), представленном на фиг. 6, скользящая траверса устанавливается на неподвижную часть 3 так, чтобы реборда 36 опиралась на дно 7.

На втором этапе (а′), представленном на фиг. 7, прокладка 15 устанавливается на верхнюю поверхность реборды 36. Прокладка 15 имеет центральное отверстие, через которое выходит центрирующий конус 38 скользящей траверсы. Прокладка, предпочтительно, имеет внешний диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру полости так, что прокладка контактирует с боковыми стенками 5 полости.

На третьем этапе (b), представленном на фиг. 8, упругие средства 19 расположены на прокладке 15. Эти упругие средства здесь представлены в виде металлической кольцевой волнистой пластины 21, имеющей форму кольца. Волнистая пластина 21 имеет внешний диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру полости так, что волнистая пластина контактирует с боковыми стенками полости. Волнистая пластина 21 имеет в своем центре отверстие 29 с внутренним диаметром, превышающем внешний диаметр центрирующего конуса скользящей траверсы так, чтобы в случае разницы в термическом расширении, волнистая пластина могла бы деформироваться радиально, не будучи напряженной под действием внешних стенок центрирующего конуса. Прокладка 15 и волнистая пластина 21, таким образом, окружают центрирующий конус, не касаясь его.

На четвертом этапе (с), представленном на фиг. 9, закрывающий желоб 44 зафиксирован на боковой стенке 5 с образованием полости 11, в которой упругие средства 11 напряжены в осевом направлении между закрывающим желобом и прокладкой 15.

С этой целью закрывающий желоб, например, приваривают к боковой стенке 5. Высоту, на которой закрывающий желоб 44 закрепляется относительно дна полости, рассчитывают так, чтобы упругие средства оказывали достаточно большое усилие на реборду во избежание биения скользящей траверсы в полости 11. Тем не менее максимальное предварительное напряжение, оказываемое упругими средствами на реборду не должно препятствовать перемещению скользящей траверсы относительно неподвижной части, чтобы выдержать разницу в расширении.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления со ссылкой на чертежи, и могут быть рассмотрены другие варианты, не выходящие за рамки настоящего изобретения. Например, форма неподвижной части была раскрыта только в рекомендательных целях, другие формы также могут быть использованы. Таким же образом, камера сгорания может иметь другую геометрию, не выходя за рамки настоящего изобретения. Также можно рассмотреть другую геометрию в отношении упругих средств, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Изобретение относится к энергетике. Система впрыска топлива для турбореактивного двигателя, включающая в себя неподвижную часть и скользящую траверсу, дополнительно содержащую центрирующий конус, предназначенный для центрирования инжектора топлива относительно системы впрыска, причем неподвижная часть и скользящая траверса проходят по оси отсчета, причем неподвижная часть содержит полость, ограниченную в осевом направлении дном и закрывающим желобом, при этом скользящая траверса имеет реборду, содержащуюся в полости. Система впрыска топлива дополнительно включает в себя упругие средства, расположенные в полости так, чтобы оказывать усилие на реборду, способные препятствовать вибрирующим микроперемещениям скользящей траверсы относительно неподвижной части в отсутствии термического расширения. Также представлены камера сгорания, а также двигатель летательного аппарата, содержащие систему впрыска топлива согласно изобретению, а также способ сборки системы впрыска топлива. Изобретение позволяет повысить сопротивление износу инжектора. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Система (1) впрыска топлива для турбореактивного двигателя, включающая в себя неподвижную часть (3) и скользящую траверсу (26), дополнительно содержащую центрирующий конус (38), предназначенный для центрирования инжектора (40) топлива относительно системы впрыска (1), причем неподвижная часть (3) и скользящая траверса (26) проходят по оси отсчета (Y), причем неподвижная часть (3) содержит полость (11), ограниченную в осевом направлении дном (7) и закрывающим желобом (44), при этом скользящая траверса (26) имеет реборду (36), содержащуюся в полости (11), отличающаяся тем, что дополнительно включает в себя упругие средства (19), расположенные в полости (11) и выполненные с возможностью приложения осевого усилия на реборду (36).

2. Система (1) впрыска по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что упругие средства (19) включают в себя волнистую пластину (21).

3. Система (1) впрыска по предыдущему пункту, отличающаяся тем, что волнистая пластина (21) является круглой.

4. Система (1) впрыска по п. 1, отличающаяся тем, что упругие средства (19) напряжены в осевом направлении в полости.

5. Система (1) впрыска по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит прокладку (15) между упругими средствами (19) и ребордой (36).

6. Система (1) впрыска по п. 1, отличающаяся тем, что упругие средства (19) воздействуют на реборду (36) с усилием, от 10 Ньютон до 30 Ньютон.

7. Камера (2) сгорания, содержащая, по меньшей мере, одну систему (1) впрыска по одному из предыдущих пунктов, причем скользящая траверса (26) дополнительно содержит центрирующий конус (38), в который вставлен топливный инжектор (40).

8. Двигатель летательного аппарата, содержащий камеру сгорания согласно предыдущему пункту.

9. Способ сборки системы (1) впрыска, содержащей неподвижную часть (3) и скользящую траверсу (26), дополнительно содержащую центрирующий конус (38), предназначенный для центрирования инжектора (40) топлива относительно системы впрыска (1), при этом неподвижная часть (3) содержит углубление (13), имеющее дно (7), а скользящая траверса (26) имеет реборду (36), включающий в себя следующие этапы, на которых:
- (а) устанавливают скользящую траверсу (26) на неподвижную часть (3) с возможностью опоры реборды (36) на дно (7) углубления (13);
- (b) устанавливают упругие средства (19);
- (с) закрепляют закрывающий желоб (44) в углублении (13) с образованием полости (11), в которой упругие средства (19) напряжены в осевом направлении.

10. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что между этапами (а) и (b) дополнительно
- устанавливают на этапе (а′) прокладку (15) на реборде (36).