УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖНОГО ПАТРУБКА И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖНОГО ПАТРУБКА Российский патент 2017 года по МПК F01D25/18 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к устройству патрубка, впуску или выпуску для текучей среды и/или к газотурбинному двигателю, в котором, в частности, сливаемое смазочное масло, направляемое устройством патрубка, может испытывать влияние температур, выходящих за пределы предпочтительной рабочей температуры для текучей среды, особенно температур, которые могут привести к образованию нагара на устройстве парубка.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В газотурбинном двигателе или в любой турбомашине имеется ротор, предназначенный для вращения вокруг оси лопаток компрессора и/или лопаток турбины. Для такого вращения ротор соединяется со статором через подшипники. Эти подшипники могут смазываться маслом, поступающим от масляного бака.

Смазочное масло из подшипников может направляться обратно в масляный бак через одну или более дренажный патрубок. Внутри газотурбинного двигателя или турбомашины имеется ограниченное пространство, по которому следует провести дренажный патрубок. Области, непосредственно окружающие такие дренажные патрубки, могут иметь разные температуры по длине дренажных патрубков, так как кожух газотурбинного двигателя или турбомашины имеет более высокую температуру, чем температура окружающей газотурбинный двигатель среды. Это вызвано тем, что рабочая среда нагревается в камере сгорания и воздух, отбираемый от компрессора, хотя и предназначен для охлаждения горячей области турбины, также может иметь повышенный уровень температуры.

После длительной эксплуатации внутри дренажных трубок известной конструкции может появиться нагар. Он может возникнуть из-за перегрева сливаемого смазочного масла из-за описанных температурных эффектов.

В результате смазывающие характеристики масла ухудшаются. Кроме того, чешуйки слоя нагара могут отрываться и забивать масляные фильтры, что требует дополнительного технического обслуживания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на уменьшение этих недостатков.

Эта цель достигается устройством по независимому пункту формулы. В зависимых пунктах формулы описаны преимущественные варианты и модификации изобретения.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство дренажного патрубка для турбомашины, в частности, устройство дренажного патрубка для слива смазочного масла из подшипников, в частности, подшипников газотурбинного двигателя, содержащий патрубок для текучей среды для направления текучей среды, например, жидкого масла или смазки, и соединительный элемент для соединения патрубка для текучей среды с компонентом, на который воздействует температура. Выражение "воздействует температура" означает, что во время работы возникает перепад температуры между соответствующим компонентом и окружающей средой. Компонентом, в частности, может быть кожух, в частности, кожух газотурбинного двигателя, распорка такого кожуха, рама или проставка или другой компонент, прикрепленный к кожуху как промежуточная деталь. Следует отметить, что во время работы температура кожуха газотурбинного двигателя может быть высокой, например, 400°С или даже 600°.

Согласно настоящему изобретению соединительный элемент сконфигурирован для создания первого соединения, возможно, разъемного, между первым концом соединительного элемента и компонентом. Первый конец может быть, в частности, первым осевым концом соединительного элемента, с учетом того, что соединительный элемент, окружающий центральную линию или кривую, которая определяет осевое направление, может, например, быть по существу осесимметричным относительно этой оси.

Кроме того, соединительный элемент создает второе соединение между вторым концом соединительного элемента и первым поверхностным участком патрубка, в частности, на втором осевом конце, противоположном первому осевому концу соединительного элемента. Согласно настоящему изобретению соединительный элемент содержит участок муфты, расположенный между первым концом и вторым концом и окружающий второй участок поверхности патрубка для текучей среды и отнесенный от второго участка поверхности патрубка для текучей среды.

Более конкретно, участок муфты расположен концентрично или соосно со вторым участком поверхности, особенно на участке, определенном вторым участком патрубка.

Предпочтительно участок муфты может быть удлиненным. Кроме того, участок муфты может быть цилиндрическим или иметь форму усеченного конуса, но возможны и другие формы, которые описаны ниже.

Первый участок поверхности патрубка для текучей среды предпочтительно может быть внешней поверхностью или поверхностью оболочки патрубка для текучей среды. Термин "внешний" означает обращенный от центральной оси, например, оси вращения, патрубка для текучей среды.

На основе настоящего изобретения участок муфты соединительного элемента удален от второго участка поверхности патрубка для текучей среды, в частности непрерывно отнесен на расстояние без распорок или средств стабилизации. Согласно настоящему изобретению участок муфты может также проходить над первым концом соединительного элемента так, чтобы первый конец не находился в физическом контакте с патрубком для текучей среды на первом конце. Другими словами, первый конец также отнесен от второго участка поверхности патрубка для текучей среды. Поэтому, единственной областью контакта между соединительным элементом и патрубком для текучей среды является второе соединение.

В результате этого во время работы, когда компонент имеет температуру выше температуры окружающей среды, теплоперенос от компонента на патрубок для текучей среды уменьшается или даже прекращается в области участка муфты. Теплоперенос ограничен областью первого участка поверхности. В этой области теплота переносится на патрубок для текучей среды, но из-за уменьшенной площади поверхности контакта, патрубок для текучей среды нагревается не так сильно, как в известных конструкциях. Кроме того, точка контакта между патрубком для текучей среды и компонентом (т.е. теплоотвод) отодвинута дальше от первого конца.

Патрубок для текучей среды удерживается холодной без дополнительных активных охлаждающих устройств или без специальных мер, например, без повышения скорости текучей среды.

Настоящее изобретение является особенно преимущественным для газотурбинных двигателей, где описанный выше компонент представлен кожухом газовой турбины, где текучей средой является смазочное масло для подшипников газовой турбины, а патрубок для текучей среды сконфигурирована как дренажный патрубок для подшипников, через которую смазочное масло от подшипников направляется обратно в масляный бак. Перепад давления, создающий поток смазочного масла от подшипника к масляному баку обычно создается силой тяжести. При такой конфигурации кожух при работе может нагреваться например, до 400°С-600°С в качестве побочного эффекта сжатия воздуха и процессов горения. Кроме того, в такой газовой турбине скорость смазочного масла в дренажном патрубке может быть небольшой, по меньшей мере в конкретных режимах работы. При таких температурах возникает потенциальная проблема нагревания дренажного патрубка, особенно внутренней стенки патрубка и наряду с медленным потоком смазочного масла в известных конфигурациях это может привести к перегреву смазочного масла и образованию слоя нагара на внутренней поверхности дренажного патрубка. Помимо ухудшения смазочных характеристик масла, хлопья слоя нагара могут отрываться и блокировать масляные фильтры, что требует дополнительного технического обслуживания. Эта проблема устраняется настоящем изобретением, поскольку точка контакта между дренажным патрубком и кожухом сдвинута от горячего кожуха. За счет такого пространственного разделения дренажный патрубок остается холодным.

Преимуществом настоящего изобретения также является то, что в существующие конструкции необходимо внести лишь незначительные изменения.

Кроме того, преимуществом является то, что больше не нужны или нужны в меньшей степени традиционные способы охлаждения дренажного патрубка, например, промывка омывание поверхности дренажного патрубка достаточным количеством масла, чтобы не допустить образования застойных областей масла или нагрева масла до температуры, вызывающей появление нагара, или окружение дренажного патрубка слоем более холодного воздуха, который может отводить теплоту, конвекционный теплоотвод теплоты от патрубка, нагретого за счет излучения теплоты или проводимости из соседних областей. Больше не требуется или требуется в меньшей степени применение отдельного изоляционного слоя, например, минеральной ваты вокруг дренажного патрубка, что приведет к уменьшению максимального сечения дренажного патрубка и, тем самым, расхода смазочного масла в бак.

В качестве одной предпочтительной конфигурации по настоящему изобретению второй конец может содержать ответную поверхность, обращенную к первой оси симметрии соединительного элемента для согласования первого участка поверхности патрубка для текучей среды, при этом первый участок поверхности обращен от второй оси симметрии патрубка для текучей среды.

Возможны различные конфигурации участка муфты. В первом варианте участок муфты может быть отнесен от второго участка поверхности патрубка для текучей среды так, чтобы сформировать полость, повторяющую форму боковой стороны цилиндра, боковой стороны эллиптического в сечении цилиндра или даже боковой стороны овального в сечении цилиндра. Альтернативно, участок муфты может быть отнесен от второго участка поверхности патрубка для текучей среды так, чтобы полость имела, например, прямоугольное или треугольное или квадратное поперечное сечение.

Участок муфты может быть отнесен от второго участка поверхности патрубка для текучей среды так, чтобы сформировать полость с противоположными поверхностями, находящихся на идентичном расстоянии друг от друга.

Предпочтительно, внутренний диаметр соединительного элемента на втором конце может быть меньше, чем внутренний диаметр на первом конце. Термин "внутренний диаметр" означает средне расстояние между двумя противоположными точками на поверхности участка муфты, обращенной к патрубку для текучей среды. Следует отметить, что участок муфты может формировать не идеальный цилиндр, но может иметь разные формы. В этом случае "диаметр" может быть параметром, который не может быть определен. В этом случае можно сравнить протяженность сечения окруженного пространства участка муфты с протяженностью сечения второго соединения.

В предпочтительном варианте полость может быть образована так, чтобы патрубок для текучей среды имел неизменное сечение на всей аксиальной протяженности второго участка поверхности, и соединительный элемент содержит углубление или уступ, в частности углубление или уступ на внутренней поверхности соединительного элемента. Альтернативно, полость может быть образована так, чтобы патрубок для текучей среды имел сечение уменьшенного диаметра или с уменьшенной толщиной стенки, и соединительный элемент имел неизменное сечение на всей осевой протяженности соединительного элемента. За счет этого также сформировано углубление или уступ на внешней поверхности патрубка для текучей среды. В качестве еще одной альтернативы обе такие конфигурации могут быть скомбинированы так, чтобы полость могла быть образована так, чтобы патрубок для текучей среды содержал секцию уменьшенного диаметра или с уменьшенной толщиной стенки, образуя углубление или уступ, а соединительный элемент содержал еще одно углубление или уступ.

И вновь следует отметить, что возможны и несимметричные конфигурации. Тем не менее, принцип создания уступа может применяться к другой геометрии трубок.

Для создания хорошего изолирующего эффекта участок муфты и область второго соединения могут не иметь каналов, ведущих в полость. Воздух может иметь возможность двигаться только через отверстие между первым концом и патрубком для текучей среды, поскольку этот конец не может быть уплотнен. Это может привести к образованию воздушной подушки с уменьшенным теплопереносом от горячего участка муфты на патрубок для текучей среды.

В частности, область контакта между соединительным элементом и патрубком для текучей среды может быть ограничена вторым соединением. Это значит, что, например, не имеет распорок или соединений, которые находились бы в физическом контакте со вторым участком поверхности патрубка для текучей среды. Противоположные поверхности второго участка поверхности и муфты не соединены в области муфты.

Дополнительно, первый конец также может быть отнесен от патрубка для текучей среды, в частности, отнесен от второго участка поверхности патрубка для текучей среды.

Согласно еще одному варианту первый конец соединительного элемента может быть выполнен в форме фланца или кольцевого выступа или обоймы. Первый конец может иметь общую цилиндрическую внешнюю форму. Таким образом, соединительный элемент имеет первый конец первого диаметра, проходящий на определенную первую высоту, и остальную часть второго диаметра, которых меньше первого диаметра, при этом второй диаметр проходит по второй высоте, которая больше первой высоты.

Соединительный элемент, в частности, может быть монолитным.

В одном варианте патрубок для текучей среды и соединительный элемент могут совместно быть монолитными. Альтернативно, патрубок для текучей среды и соединительный элемент могут быть отдельными деталями и второе соединение может быть создано, в частности, сваркой, или пайкой твердым припоем, или, альтернативно, посадкой внатяг, или с помощью резьбы, или обжиманием соединительного элемента на патрубке для текучей среды.

Выше была описано устройство патрубка, предназначенного для взаимодействия с элементом или кожухом. Далее более подробно будет описана полная объединенная конструкция патрубка и компонента.

Настоящее изобретение также относится к устройству впуска или выпуска текучей среды, содержащему устройство патрубка, описанное выше, и компоненту, находящемуся под воздействием температуры, также описанному выше, в частности, кожуху, к которому устройство патрубка подсоединено через первое соединение между соединительным элементом и компонентом на первом конце соединительного элемента.

Под "устройством впуска" понимается устройство, с помощью которого текучая среда направляется на компонент или в компонент, например, для подачи текучей среды. Под "устройством выпуска" понимается устройство, с помощью которого текучая среда направляется от компонента, например, для дренажа текучей среды.

Устройство впуска или выпуска текучей среды, до сих пор описанная не полностью, в частности может быть расположено так, чтобы патрубок для текучей среды мог содержать первый участок патрубка, проходящий сквозь компонент (например, сквозь кожух газовой турбины) и второй участок патрубка, выступающий, например, наружу из компонента, при этом патрубок для текучей среды и компонент не контактируют на первом участке патрубка. Вследствие этого контакт ограничен вторым соединением, что уменьшает теплоперенос от компонента на патрубок для текучей среды.

Следует отметить, что в конфигурации газовой турбины подшипники располагаются на роторе рядом с центральной осью газотурбинного двигателя. Кроме того, ротор газотурбинного двигателя расположен в кожухе. Баки для смазочного масла расположены вне кожуха. Поэтому "свежее" - обычно под давлением - масло должно пройти сквозь кожух по патрубкам, чтобы попасть на подшипники и, особенно на поверхности подшипников. Кроме того, сливающееся смазочное масло отводится от подшипников по дренажным патрубкам и вновь проходит сквозь кожух. Этот процесс реализован с помощью соединительного элемента по настоящему изобретению, в частности с помощью первого соединения.

В одном варианте первый конец соединительного элемента может быть сконфигурирован как фланец, а первое соединение между первым концом соединительного элемента и компонентом может быть выполнено с помощью по меньшей мере одного крепежного элемента, такого как болт, шпилька или винт, вставленного в сквозное отверстие фланца на первом конце.

Предпочтительно, патрубок для текучей среды может работать под действием силы тяжести. Текучая среда может транспортироваться с помощью дополнительного давления, прилагаемого только за счет пространственной ориентации патрубка для текучей среды. В предпочтительном варианте патрубок для текучей среды может быть ориентирован под углом 20°-50°, в частности, под углом 30°-45° к вертикальной оси.

Отклонение патрубка для текучей среды может составлять по существу от 250% до 85% к горизонтали, в частности, от 170% до 140%.

Такое отклонение или такой наклон позволяет создать "автоматический" поток текучей среды, такой как масло, имеющий пониженную скорость, вызванный только силой тяжести. Это также позволяет газовой турбине работать в условиях, когда она перемещается относительно земли или горизонтали, например, на судне или не нефтяной платформе.

В частности, патрубок для текучей среды моет быть по существу прямым.

Помимо описанных выше вариантов настоящее изобретение также направлено на газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания и турбину. Кроме того, он содержит устройство впуска или выпуска для текучей среды, как описано выше, в котором патрубок для текучей среды расположен перед впуском компрессора или после выпуска компрессора, при этом последний получает наибольшую пользу от изобретения. Это положение может находиться, в частности, в секции турбины газотурбинного двигателя или на переходной секции между секцией компрессора и секцией турбины газотурбинного двигателя. Очевидно, что положение впуска или выпуска текучей среды зависит от положения подшипников, которое, в свою очередь зависит от развесовки и распределения нагрузок по длине газотурбинного двигателя. Настоящее изобретение, в частности, применимо для конфигураций, в которых впуск или выпуск для текучей среды может находиться в зоне повышенных температур. Вероятно теплота от камеры сгорания в качестве побочного эффекта передается также и на компонент, т.е. кожух. В частности, этот компонент подвергается воздействию первой температуры, которая во время работы выше температуры окружающей среды.

Вследствие этого компонент нагревается и действует как излучатель теплоты.

Согласно настоящему изобретению второе соединение между вторым концом соединительного элемента и первым участком поверхности патрубка для текучей среды действует как тепловой мост. В отличие от него, участок муфты, отнесенный от второго участка поверхности патрубка для текучей среды, действует как тепловой барьер.

В еще одном варианте соединительный элемент может содержать признаки пассивного охлаждения, в частности ребра, расположенные на наружной поверхности участка муфты для улучшения теплопереноса при работе между наружной поверхностью муфты и окружающим воздухом.

Предлагаемое изобретение дает преимущества, когда применяется в газотурбинном двигателе, компрессоре или в турбомашинах любого типа. Оно также может быть полезно для систем любого типа, в которых имеются большие перепады температуры и присутствуют температуры, которые могут привести к деградации или карбонизации текучих сред.

В отличие от вышеописанных газовых турбин, настоящее изобретение также может применяться в системах с низкими рабочими температурами, например, в технологических компрессорах, в которых кожух, являющийся компонентом, может иметь низкую температуру, ниже нуля, а температура текучей среды или масла должна поддерживаться выше определенного уровня для сохранения текучести.

Кроме того, устройство патрубка может создавать положительный эффект как при использовании в качестве патрубков для текучей среды, которые направляют масло или смазку от подшипников (дренажные патрубки), так и при использовании в качестве патрубков, направляющих масло или смазку на подшипники (подающие патрубки).

Термин "патрубок для текучей среды" в настоящему документе применяется для определения патрубка, который предназначен для транспортировки текучих сред, в частности, жидкостей. Кроме того, настоящее изобретение может давать преимущества при использовании газообразных текучих сред.

Следует отметить, что варианты настоящего изобретения были описаны со ссылками на разные предметы. В частности, некоторые варианты были описаны со ссылками на устройство, а другие - со ссылками на способ.

Однако специалистам из вышеприведенного и нижеследующего описания будет понятно, что если не указано иное, в нестоящей заявке в дополнение к любой комбинации признаков, относящихся к предмету одного типа, раскрывается любая комбинация признаков, относящихся к предметам разного типа, в частности, признаков устройства и признаков способа.

Аспекты определенные выше и другие аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров, описанных ниже со ссылками на иллюстративные варианты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее следует более подробное описание иллюстративных вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг. 1 - схематическая иллюстрация устройства по предшествующему уровню техники.

Фиг. 2 - первый вариант иллюстративного устройства патрубка по настоящему изобретению.

Фиг. 3 - второй вариант иллюстративного устройства патрубка по настоящему изобретению.

Фиг. 4 - схема установки устройства патрубка по настоящему изобретению в газотурбинном двигателе.

Фиг. 5 - некоторые фрагменты устройства патрубка по настоящему изобретению, показанному на фиг. 2.

Фиг. 6 - положение устройства патрубка по настоящем изобретению в газотурбинном двигателе.

Фиг. 7 - положение устройства патрубка по настоящем изобретению в газотурбинном двигателе.

Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Следует отметить, что одинаковые или подобные элементы на разных чертежах обозначены одними и теми же позициями.

Некоторые признаки и, особенно, преимущества, будут описаны для собранной газовой турбины, но очевидно, что эти признаки могут применяться и к отдельным компонентам газовой турбины, но будут давать преимущества только после сборки и во время работы. Однако описание со ссылками на газовую турбину в работе не следует толковать как ограниченное только этой газовой турбиной в работе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративный вариант приведен в применении к газотурбинному двигателю, имеющему кожух 20, являющийся компонентом, подверженным воздействию температуры, когда газовая турбина находится в работе. Он сфокусирован на устройстве патрубка 10, содержащем дренажный патрубок 11, являющийся патрубком для текучей среды для направления масла, являющегося текучей средой, от подшипника 100 газотурбинного двигателя во внешний масляный бак.

Такая конфигурация показана на фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 показана конструкция по предшествующему уровню техники, а на фиг. 2 показано решение по настоящему изобретению. Одинаковые элементы показаны одинаковыми позициями.

В качестве соединительного элемента 3 на фиг. 1 имеется простой фланец для соединения дренажного патрубка 11 к кожуху 20.

На фиг. 2 показан усовершенствованный соединительный элемент 12, который содержит кольцевой выступ 13, который также можно назвать фланцем, и который является первым концом соединительного элемента 12.

Соединительный элемент 12 предназначен для крепления дренажного патрубка 11 к кожуху 20. Это крепление можно выполнять с помощью крепежного элемента, который можно извлечь для проверки или ремонта так, что устройство патрубка можно снять с кожуха 20. Крепежный элемент может быть пропущен в отверстие кольцевого выступа 13 и соединен с кожухом 20 так, чтобы создать первое соединение 16 между кольцевым выступом 13 и, следовательно, соединительным элементом 12, и кожухом 12.

Несмотря на то что на фиг. 2 показано непосредственное соединение между кольцевым выступом 13 и кожухом 20, имеется возможность наличия промежуточной детали между этими двумя деталями, например, шайбы или прокладки.

Как показано на фиг. 1, фланец соединительного элемента 3 также обеспечивает соединение с дренажным патрубком 11 своей радиально внутренней поверхностью, предполагая, что соединительный элемент 3 является осесимметричным относительно своей оси и радиальное направление проходит перпендикулярно этой оси. Однако в показанном варианте соединение не является осесимметричным, в частности из-за конструктивных и пространственных ограничений.

В отличие от этого, на фиг. 2 соединительный элемент 12 является удлиненным в осевом направлении, т.е. вдоль оси А1 соединительного элемента. И вновь, мы предполагаем, что соединительный элемент 12 является осесимметричным относительно оси А1 этого соединительного элемента. Осевое направление определено в направлении вдоль оси А1. Радиальное направление перпендикулярно оси А1.

Следует отметить, что осевая симметрия не является обязательным признаком, но может упростить пояснения. Другие формы будут описаны ниже.

Если кольцевой выступ 13 считать первым осевым концом соединительного элемента 12, то соединительный элемент 12 содержит средство для создания второго соединения 17 между соединительным элементом 12 и дренажным патрубком 11. Средство для создания второго соединения 17 является вторым концом 14 соединительного элемента 12, который находится на противоположном осевом конце соединительного элемента 12 относительно кольцевого выступа 13, при этом второй конец 14 фиксировано соединен с дренажным патрубком 11. Это второе соединение создается путем соединения радиально внутренней поверхности второго конца 14 с радиально внешним участком 15 поверхности дренажного патрубка 11.

Для такой конфигурации предполагается, что дренажный патрубок 11 удлинен вдоль его собственной оси, т.е. оси А2 патрубка. Предполагается, что дренажный патрубок 11 является - по меньшей мере частично - осесимметричным относительно этой оси А2 патрубка. Осевое направление для дренажного патрубка 11 определено как направление вдоль этой оси А2. Радиальное направление перпендикулярно оси А2 патрубка.

Типично, ось А1 соединительного элемента и ось А2 дренажного патрубка идентичны по положению и ориентации.

Второе соединение 17 может иметь ограниченный размер сопрягаемой поверхности так, чтобы ограничить теплоперенос через этот интерфейс. В частности, осевая длина второго соединения может быть равна ширине стенки дренажного патрубка 11. В частности, осевая длина второго соединения 17 может составлять 50%, 25%, 10% или 5% осевой протяженности кольцевого выступа 13.

Для ограничения теплопереноса интерфейсом только этого второго соединения 17, соединительный элемент 12 также содержит участок 19 муфты, расположенный между кольцевым выступом 13 и вторым концом 14. Согласно настоящему изобретению этот участок 19 муфты отнесен к/от второго участка 18 поверхности дренажного патрубка 11 так, чтобы сформировать полость 21 между внутренней поверхностью участка 19 муфты и внешней поверхностью второго участка 18 поверхности.

При наличии такой полости 21, которая также удлинена в осевом направлении, происходит изолирование дренажного патрубка 11 на втором участке 18 поверхности так, что теплоперенос по существу ограничен областью второго конца 14.

Это является преимуществом, поскольку площадь контакта на втором конце 14 между соединительным элементом 12 и дренажным патрубком 11 ограничена. Кроме того, благодаря удлиненной форме участка 19 муфты, второй конец 14 будет дальше отнесен от горячего кожуха 20. Даже при наличии теплопереноса через первое соединение 16 от кожуха 20 на кольцевой выступ 13, через удаленное второе соединение будет проходит меньше теплоты.

Согласно фиг. 2, дренажный патрубок 11 и соединительный элемент 12 является цилиндрическим. В еще одном предпочтительном варианте дренажный патрубок 11 и соединительный элемент 12 могут иметь форму эллиптического в сечении цилиндра или даже овального в сечении цилиндра. Соединительный элемент 12, как описано выше, может быть не цилиндрическим, а иметь форму усеченного конуса. Возможны и другие формы, например, изогнутая стенка дренажного патрубка, или даже дренажный патрубок овального, треугольного, прямоугольного или квадратного сечения, при этом сечение проходит в радиальной плоскости.

Кроме того, следует указать, что дренажный патрубок не должен быть идеальным цилиндром или усеченным конусом. Следует понимать, что изобретательская идея достигается при немного модифицированных формах описанных деталей.

Независимо от формы сечения, по меньшей мере участок 19 муфты и второй участок 18 поверхности окружают друг друга. Согласно варианту по фиг. 2, они являются по существу концентричными. Предпочтительно радиальные внутренние поверхности всего соединительного элемента 12 могут быть концентричны с внешними поверхностями дренажного патрубка 11.

Согласно настоящему изобретению единственной точкой контакта между дренажным патрубком 11 и соединительным элементом 12 является второе соединение 17. В частности, в области кольцевого выступа 13 соединительный элемент 12 отнесен от внешней стенки дренажного патрубка.

Согласно варианту дренажного патрубка 11, как описано выше, кольцевой выступ 13 на переднем конце представляет верхний конец относительно потока текучей среды по дренажному патрубку 11. Второй конец 14 представляет нижний конец относительно потока текучей среды по дренажный патрубок 11.

На фиг. 3 показан другой вариант устройства патрубка. Соединительный элемент 12 может иметь более короткий участок 19 муфты, чем участок 19 муфты на фиг. 2. Кроме того, дренажный патрубок 11 может иметь отвод, расположенный в области, удаленной от описанных первого и второго участков 15, 18 поверхности. Полость 21 также проходит между внешней поверхностью дренажного патрубка 11 и внутренней поверхностью соединительного элемента 12 на участке 19 муфты и участке кольцевого выступа 13.

На фиг. 4, являющейся частичным трехмерным чертежом, показано возможное положение двух устройств 10 патрубков, показанных на фиг. 2 и 3. Осевое направление всего газотурбинного двигателя обозначено осью А3. Радиальное направление к земле, на которой будет установлен газотурбинный двигатель, показано позицией R3. Два устройства патрубков 10 соединены с кожухом 20. Кроме того, устройства патрубков 10 также окружены распорками 50 газотурбинного двигателя, которые обращены к оси А3 газотурбинного двигателя.

Подробно или вообще не показаны - но частично представлены на фиг. 7 - ротор 200, камеры сгорания, подшипники 100 и другие детали газотурбинного двигателя 201. Подшипники 100 могут быть расположены рядом с центральным цилиндрическим телом 51. В этом центральном цилиндрическом теле 51 могут иметься полости 101, 102, с одной стороны для подачи смазочного масла на подшипники 100 или, с другой стороны, для сбора и отвода смазочного масла от подшипников 100, а также работающие в качестве направляющих для подачи уплотняющего воздуха и выхода из сапуна, удерживая смазочное масло внутри центрального цилиндрического тела 51. Конкретная полость 101 или е102 может быть соединена с конкретным дренажным патрубком 11, который находится внутри распорки 50. Внешняя подача масла на подшипники 100 показана на фиг. 6 и обозначена позицией 202.

В предпочтительном варианте еще одна точка контакта между дренажным патрубком 11 и кожухом 20, помимо кольцевого выступа 13 может быть расположена внутри центрального цилиндрического тела 51, в частности, в области рядом с подшипником 100. Помимо этих нескольких точек контакта дренажный патрубок 11 может быть отделен от распорки 50 окружающей кольцевой полостью, подобной полости 21.

На фиг. 4 также показан первый угол AN1 между осью А2 первого устройства дренажного патрубка 10 и радиальным направлением R3, направленным к земле. Кроме того, также показан угол AN2 между осью А2 второго устройства патрубка 10 и радиальным направлением R3, направленным к земле. Эти углы AN1, AB2 по существу могут быть равны 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45° или 50°. Таким образом, смазочное масло может непрерывно течь просто под действием силы тяжести.

Кроме того, на фиг. 4 показаны отверстия 53 в кольцевом выступе 13, в которые можно вставлять крепежные элементы для крепления соединительного элемента 12 через его кольцевой выступ 13 к кожуху 20. Этими крепежными элементами могут быть болты, винты или другие элементы, как описано выше.

На фиг. 5 вариант по фиг. 2 показан в увеличенном масштабе. Полость 21 показана более подробно. Хорошо видно, что кольцевая полость 21 имеет кольцевое отверстие 60 в осевом направлении на осевом конце кольцевого выступа 13 (первый конец).

Сопрягаемые поверхности на втором конце 14 показаны более точно, чем раньше. Обозначен первый участок 15 поверхности соединительного элемента 12. Кроме того, противоположная поверхность дренажного патрубка 11 четко показана как контактная поверхность 30.

Далее показана внешняя ступень 31 дренажного патрубка 11, которая образует упор для соединительного элемента 12 для его установки в нужном положении.

Согласно показанному варианту внутренние диаметры D1, D2 дренажного патрубка могут меняться. В области соединительного элемента и дальше вверх имеется диаметр D1, который меньше диаметра D2, который имеется на нижнем конце дренажного патрубка 11.

На фиг. 6, как и на фиг. 4, показано расположение устройства патрубка 10 в газотурбинном двигателе. Центральная часть кожуха 20 показана с осевого направления по оси вращения газотурбинного двигателя. Чертеж ориентирован горизонтально и иллюстрирует газотурбинный двигатель, установленный на поверхности земли. Смазочное масло может подаваться по впускному патрубку 202, который может быть ориентирован так, чтобы смазочное масло направлялось вверх - с вектором, направленным вверх - к центру газотурбинного двигателя. Альтернативно, смазочное масло может подаваться по впускному патрубку 202', который направляет масло вниз - с вектором, ориентированным по силе тяжести. Смазочное масло направляется через этот впускной патрубок 202 в область центральной оси газотурбинного двигателя к центральному цилиндрическому телу 51, где находятся подшипники 100. Впускной патрубок ориентирован под углом к вертикальной оси - направлению вектора силы тяжести - газовой турбины. Кроме того, показаны два дренажных патрубка 11, которые также ориентированы под углом к вертикальной оси (как показано углами AN1 и AN2) и основная часть которых находится внутри распорок 50. Показаны два соединительных элемента 12, создающие соединение между кожухом 20 и дренажными патрубками 11.

На фиг. 7 показана эта конфигурация в виде осевого сечения газотурбинного двигателя 201. Также показано центральное цилиндрическое тело 51. Подшипник 100 показан как сечение через опору подшипника и друге детали подшипника. Компрессор 200 показан только лопатками первой ступени компрессора. Секция турбины 203 показана первой ступенью лопаток ротора и статора. Таком образом, как показано на чертеже, подшипник 100 расположен в горячей области газотурбинного двигателя 201. Впускной патрубок 202 для подачи смазки на подшипники обозначен штриховыми линиями, поскольку он находится не в плоскости сечения на фиг. 7. Впускной патрубок 202 заканчивается системой каналов (не показана), распределяющих смазку по поверхности опоры 105 подшипника, обращенной к ротору 110. Кольцевые полости 101 и 102 на противоположных сторонах подшипника 100 собирают смазку, выходящую из подшипника 100. Из этих полостей 101 и 102 отходит дренажный патрубок 11. Дренажный патрубок 11 для слива смазки из подшипников 100 также показан штриховыми линиями, поскольку он также расположен не в плоскости сечения на фиг. 7.

Как было указано выше, раскрытое устройство патрубка по настоящему изобретению полезно для предотвращения ухудшения свойств смазочного масла из-за перегрева в дренажном патрубке.

Изобретение относится к устройству патрубка для турбомашины, содержащему патрубок для текучей среды для направления текучих сред и соединительный элемент для соединения патрубка для текучей среды с компонентом, подвергающимся воздействию температуры. Соединительный элемент выполнен с возможностью создания первого соединения между соединительным элементом и компонентом первым концом соединительного элемента. Соединительный элемент обеспечивает второе соединение между соединительным элементом и первым участком поверхности патрубка для текучей среды вторым концом соединительного элемента. Кроме того, соединительный элемент содержит участок муфты, окружающий второй участок поверхности патрубка для текучей среды и отнесенный от второго участка поверхности патрубка для текучей среды. Кроме того, устройство также относится к устройству впуска или выпуска, содержащему такое устройство патрубка, и к газотурбинному двигателю, содержащему такое устройство патрубка. Технический результат изобретения – предотвращение ухудшения свойств смазочного масла из-за перегрева в дренажном патрубке. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство патрубка (10) для турбомашины для дренирования смазочного масла из подшипников, содержащее

патрубок (11) для текучей среды для направления текучих сред, при этом текучими средами является смазочное масло; и

соединительный элемент (12) для соединения патрубка (11) для текучей среды с компонентом (20), подвергающимся воздействию температуры,

причем

соединительный элемент (12) выполнен с возможностью создания первого соединения (16) между соединительным элементом (12) и компонентом (20) первым концом (13) соединительного элемента (12),

соединительный элемент (12) обеспечивает второе соединение (17) между соединительным элементом (12) и первым участком (15) поверхности патрубка (11) для текучей среды вторым концом (14) соединительного элемента (12),

соединительный элемент (12) содержит участок муфты (19), окружающий второй участок (18) поверхности патрубка (11) для текучей среды и отнесенный от второго участка (18) поверхности патрубка (11) для текучей среды,

причем участок муфты (19) проходит над первым концом (13) соединительного элемента (12), и

причем область контакта между соединительным элементом (12) и патрубком (11) для текучей среды ограничена вторым соединением (17).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй конец (14) содержит сопрягаемую поверхность (30), обращенную к первой оси (A1) симметрии соединительного элемента (12) для сопряжения с первым участком (15) поверхности патрубка (11) для текучей среды, при этом первый участок (15) поверхности обращен от второй оси (А2) симметрии патрубка (11) для текучей среды.

3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что участок муфты (19) отнесен от второго участка (18) поверхности патрубка (11) для текучей среды так, чтобы сформировать полость (21), повторяющую форму боковой поверхности цилиндра, или боковой поверхности эллиптического в сечении цилиндра, или боковой поверхности усеченного конуса, или так, чтобы полость (21) имела прямоугольное, или треугольное, или квадратное сечение.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что участок муфты (19) отнесен от второго участка (18) поверхности патрубка (11) для текучей среды так, чтобы образовать полость (21), в которой противоположные поверхности имеют, по существу, идентичное расстояние между ними.

5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что

полость (21) сформирована так, чтобы патрубок (11) для текучей среды имел неизменное сечение или толщину стенки или диаметр на всей осевой протяженности второго участка (18) поверхности, а соединительный элемент (12) имел участок увеличенного сечения или толщины стенки или диаметра, или

полость (21) сформирована так, чтобы патрубок (11) для текучей среды имел участок уменьшенного сечения или толщины стенки или диаметра, а соединительный элемент (12) имел неизменное сечение на всей осевой протяженности соединительного элемента (12), или

полость (21) сформирована так, чтобы патрубок (11) для текучей среды имел участок уменьшенного сечения или толщины стенки или диаметра, а соединительный элемент (12) имел участок увеличенного сечения или толщины стенки или диаметра.

6. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что участок муфты (19) не имеет каналов, ведущих в полость (21).

7. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что участок муфты (19) соединительного элемента (12) непрерывно отнесен от второго участка (18) поверхности без распорок или средств стабилизации.

8. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первый конец (13) соединительного элемента (12) отнесен от второго участка (18) поверхности патрубка (11) для текучей среды, и первый конец (13) соединительного элемента (12) не находится в физическом контакте с патрубком (11) для текучей среды на первом конце (13) соединительного элемента (12).

9. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что участок муфты (19) отнесен от второго участка (18) поверхности патрубка (121) для текучей среды так, чтобы сформировать полость (21), и полость (21) проходит по участку муфты (19) и первому концу (13).

10. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первый конец (13) соединительного элемента (12) выполнен в форме фланца, или кольцевого выступа, или обода.

11. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что

патрубок (11) для текучей среды и соединительный элемент (12) выполнены монолитными или

патрубок (11) для текучей среды и соединительный элемент (12) являются отдельными деталями и второе соединение (17) образовано, в частности, сваркой, или пайкой твердым припоем, или посадкой внатяг, или с помощью резьбы, или путем обжимания.

12. Устройство впуска или выпуска текучей среды, содержащее

устройство (10) патрубка по одному из пп. 1-11, и

компонент (20), подверженный влиянию температуры, в частности кожух, с которым устройство (10) патрубка соединено через первое соединение (16) между соединительным элементом (12) и компонентом (20), на первом конце (13) соединительного элемента (12).

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что патрубок (11) для текучей среды содержит первый участок патрубка, проходящий сквозь компонент (20), и второй участок патрубка, выступающий из компонента (20), при этом патрубок (11) и компонент (20) не находятся в контакте друг с другом на первом участке патрубка.

14. Устройство по одному из пп. 12 или 13, отличающееся тем, что

первый конец (13) соединительного элемента (12) выполнен в форме фланца, и

первое соединение (16) между соединительным элементом (12) и компонентом (20) первым концом (13) соединительного элемента (12) выполнено с помощью по меньшей мере одного крепежного элемента, в частности болта, шпильки или винта, вставленного в сквозное отверстие во фланце на первом конце (13).

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что патрубок (11) для текучей среды ориентирован под углом от 20 до 50°, в частности от 30 до 45° относительно вертикальной оси.

16. Газотурбинный двигатель, содержащий

компрессор,

камеру сгорания,

турбину,

устройство впуска или выпуска текучей среды по одному из пп. 12-14, в котором патрубок (10) для текучей среды расположен перед впуском компрессора или после выпуска компрессора, при этом положение после выпуска компрессора находится, в частности, в секции турбины газотурбинного двигателя или в переходной секции между секцией компрессора и секцией турбины газотурбинного двигателя.