КОЛЛЕКТОР ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ БОКОВОЙ ПАНЕЛЬЮ Российский патент 2019 года по МПК F01D25/30 

Область технически

Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным двигателям, а в частности к коллектору выхлопных газов с криволинейной боковой панелью. Предшествующий уровень техники

Газотурбинные двигатели включают в себя: устройство впуска, секцию компрессора, секцию камеры сгорания, секцию турбины и выхлопную систему. Выхлопная система включает в себя коллектор выхлопных газов, рассеивающий и направляющий выхлопные газы в выхлопную трубу выхлопной системы.

В патентной заявке США №2009/0320496 Л. Фаулдер описывает устройство рассеивания потока отбираемого воздуха. Устройство имеет впускной гребень, способный принимать поток отбираемого воздуха главным образом вдоль продольной оси устройства. Устройство далее имеет торцевую стенку в продольном направлении, расположенную на некотором расстоянии от впускного гребня и способную задерживать поток отбираемого воздуха главным образом вдоль продольной оси устройства. Устройство также содержит первую стенку диффузора, расположенную концентрически относительно второй стенки диффузора, причем каждая из первой и второй стенок диффузора выполнены между впускным гребнем и торцевой стенкой и включают в себя несколько перфорационных отверстий, позволяющих потоку отбираемого воздуха, выходить из устройства под углом к продольной оси.

Настоящее изобретение направлено на решение одной или нескольких проблем, обнаруженных автором изобретения или известных в отрасли техники, к которой относится данное изобретение.

Сущность изобретения

Описывается коллектор выхлопных газов газотурбинного двигателя. Коллектор выхлопных газов включает в себя переднюю панель, заднюю панель и боковую панель. Передняя панель включает в себя переднюю кольцевую часть. Передняя кольцевая часть представляет собой, по меньшей мере, часть кольцевой формы, простирающуюся вокруг оси коллектора выхлопных газов. Задняя панель включает в себя заднюю кольцевую часть. Задняя кольцевая часть представляет собой, по меньшей мере, часть кольцевой формы, простирающуюся вокруг оси коллектора выхлопных газов, напротив передней панели. Боковая панель простирается между передней панелью и задней панелью, образуя выхлопное отверстие. Выхлопное отверстие обращено в радиальном направлении.

Боковая панель содержит окружную часть, первую отформованную часть и вторую отформованную часть. Окружная часть простирается вокруг оси коллектора выхлопных газов с постоянным радиусом. Первая отформованная часть находится между окружной частью и выхлопным отверстием. Первая отформованная часть включает в себя первое множество криволинейных участков чередующейся вогнутости. Каждый из первого множества криволинейных участков простирается от передней панели до задней панели. Вторая отформованная часть находится между окружной частью и выхлопным отверстием, напротив первой отформованной части. Вторая отформованная часть включает в себя второе множество криволинейных участков чередующейся вогнутости. Каждый из второго множества криволинейных участков простирается от передней панели до задней панели.

Краткое описание чертежей

На РИС. 1 представлен примерный газотурбинный двигатель, схематичный вид;

на РИС. 2 - коллектор выхлопных газов газотурбинного двигателя, изображенного на РИС. 1, вид в перспективе;

на РИС. 3 - часть профиля боковой панели коллектора выхлопных газов, изображенного на РИС. 2;

на РИС. 4 - коллектор выхлопных газов, изображенный на РИС. 2, вид спереди;

на РИС. 5 - коллектор выхлопных газов, изображенный на РИС. 2, вид сзади.

Подробное описание изобретения

Системы и способы, описанные здесь, включают в себя коллектор выхлопных газов газотурбинного двигателя. В вариантах осуществления изобретения, коллектор выхлопных газов включает в себя переднюю панель, заднюю панель и боковую панель. Боковая панель включает в себя первую отформованную часть и вторую отформованную часть на каждой стороне коллектора выхлопных газов. Первая отформованная часть и вторая отформованная часть включают в себя несколько профилей, простирающихся поперек боковой панели между передней панелью и задней панелью, что увеличивает жесткость боковой панели, уменьшает угол поворота потока и среднее напряжение боковой панели, а также уменьшает или предотвращает поломку боковой панели из-за многоцикловой усталости.

На РИС. 1 схематично показан примерный газотурбинный двигатель 100. Для ясности и простоты объяснения некоторые из поверхностей были опущены или увеличены (здесь и на других рисунках). Кроме того, в описании имеются ссылки на направление «вперед» и «назад». Как правило, все ссылки на направление «вперед» и «назад» связаны с направлением потока первичного воздуха (т.е. воздуха, используемого в реакции горения), если не указано иное. Например, вперед означает «вверх по потоку» по отношению к первичному потоку воздуха, а назад означает «вниз по потоку» по отношению к первичному потоку воздуха.

Кроме того, в описании имеются ссылки на центральную ось 95 вращения газотурбинного двигателя, которая, как правило, определяется продольной осью вала 120 (поддерживаемого множеством подшипниковых узлов 150). Осевая линия 95 может быть общей или совпадать с другими различными концентричными элементами двигателя. Все ссылки на радиальные, осевые направления, направления по окружности и размеры со ссылкой на осевую линию 95, если не указано иное, понятия «внутренний» и «наружный», обычно указывают на меньшее или большее расстояние по радиусу, где радиус 96 может быть в любом перпендикулярном и направленном наружу направлении от осевой линии 95.

Газотурбинный двигатель 100 включает в себя: устройство 110 впуска, вал 120, компрессор 200, камеру 300 сгорания, турбину 400, устройство 500 выпуска и муфту 600 отбора мощности. Газотурбинный двигатель 100 может иметь один вал или несколько валов.

Компрессор 200 включает в себя роторный узел 210 компрессора, неподвижные лопатки 250 компрессора (направляющие лопатки) и входной направляющий аппарат 255. Роторный узел 210 компрессора механически соединен с валом 120. Как показано, роторный узел 210 компрессора представляет собой роторный узел осевого типа. Роторный узел 210 компрессора включает в себя один или более дисковых узлов 220 компрессора. Каждый дисковый узел 220 компрессора содержит диск ротора компрессора с установленными по окружности лопатками ротора компрессора. Направляющие лопатки 250 расположены вдоль оси, следуя за каждым из дисковых узлов 220 компрессора. Каждый дисковый узел 220 компрессора спарен с примыкающими направляющими лопатками 250, следующими за дисковым узлом 220 компрессора, и представляет собой ступень компрессора. Компрессор 200 включает в себя несколько ступеней компрессора. Входной направляющий аппарат 255 расположен вдоль оси, предваряя ступени компрессора.

Камера 300 сгорания включает в себя одну или более топливных форсунок 310 и включает в себя одну или более камер 390 сгорания. Топливные форсунки 310 могут располагаться по окружности вокруг центральной оси 95.

Турбина 400 включает в себя роторный узел 410 турбины и сопла 450 турбины. Роторный узел 410 турбины механически соединен с валом 120. Как показано, роторный узел 410 турбины представляет собой роторный узел осевого типа. Роторный узел 410 турбины включает в себя один или более дисковых узлов 420 турбины. Каждый дисковый узел 420 турбины включает в себя диск турбины с установленными по окружности лопатками турбины. Сопла 450 турбины расположены вдоль оси, предваряя каждый из дисковых узлов 420 турбины. Каждый дисковый узел 420 турбины спарен с примыкающими соплами 450 турбины, предваряющими дисковый узел 420 турбины, и представляет собой ступень турбины. Турбина 400 включает в себя несколько ступеней турбины.

Выхлопная система 500 включает в себя выхлопной диффузор 510 и коллектор 520 выхлопных газов. Коллектор 520 выхлопных газов соединяется с выхлопным диффузором 510. Коллектор 520 выхлопных газов простирается назад по оси, примыкая к турбине 400 и выхлопному диффузору 510.

Коллектор 520 выхлопных газов включает в себя переднюю панель 540, заднюю панель 550 и боковую панель 560. Передняя панель 540 обращена в осевом направлении газотурбинного двигателя 100 и примыкает к турбине 400. Задняя панель 550 обращена в осевом направлении газотурбинного двигателя 100 и представляет собой панель напротив передней панели 540. Боковая панель 560 простирается между передней панелью 540 и задней панелью 550 вдоль наружных кромок передней панели 540 и задней панели 550. Боковая панель 560 включает в себя первую отформованную часть 562 (как показано на РИС. 2) и вторую отформованную часть 572, по одной на каждой стороне коллектора 520 выхлопных газов. Первая отформованная часть 562 и вторая отформованная часть 572, каждая, имеет криволинейные формы или профили. Боковая панель 560 изготовляется неразъемной или состоящей из нескольких частей, соединенных друг с другом способом соединения, таким как сварка.

Передняя панель 540, задняя панель 550 и боковая панель 560 соединяются друг с другом способом соединения, таким как сварка. Передняя панель 540, задняя панель 550 и боковая панель 560 образуют выхлопное отверстие 522. В изображенном варианте осуществления, выхлопное отверстие 522 ориентировано на выброс выхлопных газов в вертикальном направлении. В других вариантах осуществления выходное отверстие 522 может иметь разный угол наклона для выброса выхлопных газов в другом направлении.

На РИС. 2 представлен на виде в перспективе коллектор 520 выхлопных газов газотурбинного двигателя 100, изображенного на РИС. 1. Коллектор 520 выхлопных газов содержит ось 521 коллектора выхлопных газов. Ось 521 коллектора выхлопных газов соосна или совпадает с центральной осью 95 (как показано на РИС. 1). В варианте осуществления, представленном на РИС. 2, передняя панель 540 включает в себя переднюю кольцевую часть 541 и переднюю верхнюю часть 543. Передняя кольцевая часть 541 может представлять собой все кольцо или его часть. Часть кольца может представлять собой кольцевой сегмент в по меньшей мере сто восемьдесят градусов. Кольцо простирается вокруг оси 521 коллектора выхлопных газов.

Передняя верхняя часть 543 имеет прямоугольную форму, простирающуюся от передней кольцевой части 541. Передняя верхняя часть 543 простирается от передней кольцевой части 541, от места пересечения хордой плоскости кольца, для образования формы кольцевого сегмента. Передняя верхняя часть 543 образует одну из сторон или часть выхлопного отверстия 522. Передняя кольцевая часть 541 может быть наклонена таким образом, что точка 549, отдаленная или расположенная напротив передней верхней части 543, будет находиться ближе к задней панели 550 в осевом направлении, чем передняя верхняя часть 543.

Передняя панель 540 также содержит фланец 545 отбора воздуха. Фланец 545 отбора воздуха располагается в пределах кромок передней верхней части 543 и выступает из передней верхней части 543 в виде полого цилиндра, образуя вход в коллектор 520 выхлопных газов для отбираемого воздуха.

Коллектор 520 выхлопных газов включает в себя передние радиальные ребра 542 жесткости и передние верхние ребра 544 жесткости. Передние радиальные ребра 542 жесткости простираются в радиальном направлении относительно оси 521 коллектора выхлопных газов вдоль наружной поверхности передней кольцевой части 541. Передние верхние ребра 544 жесткости простираются между боковой панелью 560 и фланцем 545 отбора воздуха вдоль передней верхней части 543.

Коллектор 520 выхлопных газов также включает в себя входное отверстие 530 выхлопной системы. Входное отверстие 530 выхлопной системы принимает выхлопные газы, двигающиеся в осевом направлении или, по существу, в осевом направлении от секции турбины 400 газотурбинного двигателя 100. Входное отверстие 530 выхлопной системы включает в себя наружную стенку 532 и внутреннюю стенку 534. Наружная стенка 532 может представлять собой полый цилиндр и располагается по внутреннему радиусу, образуя форму кольца в передней кольцевой части 541. Наружная стенка 532 частично выступает вперед в осевом направлении от передней кольцевой части 541 и простирается в осевом направлении от передней кольцевой части 541 в направлении задней кольцевой части 551.

Внутренняя стенка 534 расположена радиально внутрь от внешней стенки 532. Внутренняя стенка 534 представляет собой полый цилиндр и соединяется с задней панелью 550. Наружная стенка 532 и внутренняя стенка 534 соединяются или сцепляются с выхлопным диффузором 510.

Выхлопное отверстие 522 представляет собой прямоугольное отверстие в коллекторе 520 выхлопных газов, перпендикулярное радиальной линии, простирающееся от оси 521 коллектора выхлопных газов и обращенное в радиальном направлении.

Боковая панель 560 простирается вокруг оси 521 коллектора выхлопных газов от одной стороны выхлопного отверстия 522 к другой стороне выхлопного отверстия 522. Боковая панель 560 включает в себя окружную часть 569, первую боковую часть 561 и вторую боковую часть 571. Окружная часть 569 может представлять собой сегмент или сектор полого цилиндра или цилиндрический кожух вокруг оси 521 коллектора выхлопных газов. Окружная часть 569 может занимать по меньшей мере сто восемьдесят градусов с постоянным радиусом вокруг оси 521 коллектора выхлопных газов. Окружная часть 569 располагается напротив выхлопного отверстия 522.

Первая боковая часть 561 перпендикулярна передней верхней части 543 и простирается по оси 521 коллектора выхлопных газов. Первая боковая часть 561 образует другую сторону или часть выхлопного отверстия 522. Коллектор 520 выхлопных газов также включает в себя элемент 568 жесткости первой стороны, простирающийся в осевом направлении вдоль наружной поверхности первой боковой части 561.

Вторая боковая часть 571 также перпендикулярна передней верхней части 543 и простирается по оси 521 коллектора выхлопных газов. Вторая боковая часть 571 располагается напротив первой боковой части 561 параллельно первой боковой части 561. Вторая боковая часть 571 образует другую сторону или часть выхлопного отверстия 522. Коллектор 520 выхлопных газов включает в себя элемент 578 жесткости второй стороны (как показано на РИС. 4 и 5), простирающийся в осевом направлении вдоль наружной поверхности второй боковой части 571.

Первая отформованная часть 562 располагается между окружной частью 569 и выхлопным отверстием 522. В изображенном варианте осуществления, первая отформованная часть 562 простирается между окружной частью 569 и первой боковой частью 561, проходя от передней панели 540 к задней панели 550. Первая отформованная часть 562 включает в себя несколько криволинейных участков чередующейся вогнутости между окружной частью 569 и выхлопным отверстием 522. Каждый криволинейный участок и линия перегиба между криволинейными участками простираются от передней панели 540 к задней панели 550.

На РИС. 3 представлен вид части профиля боковой панели 560 коллектора 520 выхлопных газов, изображенного на РИС. 2. В варианте осуществления, представленном на РИС. 3, первая отформованная часть 562 включает в себя первый профиль 563, второй профиль 564 и третий профиль 565. Первый профиль 563 примыкает к первой боковой части 561 и находится между первой боковой частью 561 и вторым профилем 564 и представляет собой кривую от первой боковой части 561 до второго профиля 564. Второй профиль 564 находится между первым профилем 563 и третьим профилем 565 и представляет собой кривую от первого профиля 563 до третьего профиля 565. Третий профиль 565 примыкает к окружной части 569 и находится между окружной частью 569 и вторым профилем 564 и представляет собой кривую от окружной части 569 до второго профиля 564. Первый профиль 563, второй профиль 564 и третий профиль 565 представляют собой равномерно изогнутую панель или секцию с постоянным радиусом, причем каждая панель или секция выполнены поперек боковой панели 560, простираясь от передней панели 540 к задней панели 550.

Каждый контур первого профиля 563, второго профиля 564 и третьего профиля 565 представляет собой дугу с радиусом от 127 мм (5 дюймов) до 381 мм (15 дюймов) или дугу с радиусом от одной десятой радиуса окружной части 569 до трех десятых радиуса окружной части 569. В одном варианте осуществления, каждый контур первого профиля 563, второго профиля 564 и третьего профиля 565 представляет собой дугу с радиусом от 228,6 мм (9 дюймов) до 279,4 мм (11 дюймов). В другом варианте осуществления, радиусы контуров первого профиля 563, второго профиля 564 и третьего профиля 565, равны, например, 254 мм (10 дюймов) или одной пятой радиуса окружной части 569.

Контур первой отформованной части 562 представляет собой сложнопрофильную кривую чередующейся кривизны, образованную несколькими кривыми или дугами. В одном варианте осуществления, первый профиль 563 и третий профиль 565 представляют собой кривые вогнутой формы, а второй профиль 564 представляет собой кривую выпуклой формы. В другом варианте осуществления, первый профиль 563 и третий профиль 565 представляют собой кривые выпуклой формы, а второй профиль 564 представляет собой кривую вогнутой формы.

Первая отформованная часть 562 образует выемку или углубление относительно окружной части 569 и первой боковой части 561. Пунктирные линии 591 и 599 иллюстрируют эту выемку или углубление, показывая место сопряжения между окружной частью 569 и боковой частью 561 без первой отформованной части 562. Первый профиль 563 и третий профиль 565 изогнуты внутрь от боковой части 561 и окружной части 569, соответственно, образуя выемку или углубление.

Высота первой отформованной части 562 может составлять от 508 мм (20 дюймов) до 584,2 мм (23 дюймов), или находиться в пределах от двух третей до трех четвертей суммарной величины радиусов, определяющих отформованную часть 562, как радиусов первого профиля 563, второго профиля 564 и третьего профиля 565. Высота измеряется в радиальном направлении, в котором выхлопные газы выходят из коллектора 520 выхлопных газов. В изображенном варианте осуществления, выхлопные газы выходят из коллектора 520 выхлопных газов в вертикальном направлении.

На РИС. 4 представлен на виде спереди коллектор 520 выхлопных газов, изображенный на РИС. 2. Вторая отформованная часть 572 включает в себя профили, радиусы и высоты, схожие с описанными для первой отформованной части 562. Подобно первой отформованной части 562, вторая отформованная часть 572 располагается между окружной частью 569 и выхлопным отверстием 522. В изображенном варианте осуществления, вторая отформованная часть 572 простирается между окружной частью 569 и второй боковой частью 571. Вторая отформованная часть 572 образует выемку или углубление относительно окружной части 569 и второй боковой части 571 аналогичным образом, как первая отформованная часть 562 образует выемку или углубление относительно окружной части 569 и первой боковой части 561.

Согласно РИС. 4, передняя панель 540 включает в себя первый передний профиль 546 и второй передний профиль 547. Первый передний профиль 546 совпадет с первой отформованной частью 562. Первый передний профиль 546 включает в себя такую же сложнопрофильную кривую или изгибы, как и первая отформованная часть 562. Первый передний профиль 546 располагается вдоль наружной кромки передней панели 540 и может располагаться в месте сопряжения передней кольцевой части 541 и передней верхней части 543. Аналогично, второй передний профиль 547 совпадет со второй отформованной частью 572. Второй передний профиль 547 представляет собой такую же сложнопрофильную кривую или кривые, как и вторая отформованная часть 572. Второй передний профиль 547 располагается вдоль наружной кромки передней панели 540 и может располагаться в месте сопряжения передней кольцевой части 541 и передней верхней части 543, напротив первого переднего профиля 546.

На РИС. 5 представлен на виде сзади коллектор 520 выхлопных газов 520, изображенный на РИС. 2. Задняя панель 550 включает в себя заднюю кольцевую часть 551, заднюю верхнюю часть 553, заднюю часть 554 конической формы, первый задний профиль 556 и второй задний профиль 557.

Задняя кольцевая часть 551 представляет собой все кольцо или его часть. Часть кольца включает в себя кольцевой сегмент в по меньшей мере сто восемьдесят градусов. Кольцо простирается вокруг оси 521 коллектора выхлопных газов.

Задняя верхняя часть 553 имеет прямоугольную форму, простирающуюся от задней кольцевой части 551. Задняя верхняя часть 553 простирается от задней кольцевой части 551, от места пересечения хордой плоскости кольца, для образования формы кольцевого сегмента. Задняя верхняя часть 553 образует одну из сторон или часть выхлопного отверстия 522. Кромки передней верхней части 543, задней верхней части 553, первой боковой части 561 и второй боковой части 571 выхлопного отверстия 522 образуют выходной фланец 523. Выходной фланец 523 используется для соединения коллектора 520 выхлопных газов с выхлопной трубой выхлопной системы (не показано).

Задняя часть 554 конической формы простирается внутрь в радиальном направлении, а в осевом направлении к передней панели 540 от задней кольцевой части 551 к внутренней стенке 534 входного отверстия 530 выхлопной системы. Задняя часть 554 конической формы может представлять собой усеченный полый конус, воронку с гиперболической поверхностью или псевдосферу. Внутренняя стенка 534 может продолжать форму задней части 554 конической формы в качестве внутренней стенки 534, простираясь в осевом направлении к выхлопному диффузору 510.

Первый задний профиль 556 совпадет с первой отформованной частью 562. Первый задний профиль 556 представляет собой такую же сложнопрофильную кривую или кривые, как и первая отформованная часть 562. Первый задний профиль 556 располагается вдоль наружной кромки задней панели 550 и может располагаться в месте сопряжения задней кольцевой части 551 и задней верхней части 553. Аналогично, второй задний профиль 557 совпадет со второй отформованной частью 572. Второй задний профиль 557 представляет собой такую же сложнопрофильную кривую или кривые, как и вторая отформованная часть 572. Второй задний профиль 557 располагается вдоль наружной кромки задней панели 550 и может располагаться в месте сопряжения задней кольцевой части 551 и задней верхней части 553, напротив первого заднего профиля 556.

Коллектор 520 выхлопных газов включает в себя задние ребра 552 жесткости. Задние ребра 552 жесткости простираются в радиальном направлении относительно оси 521 коллектора выхлопных газов вдоль наружной поверхности задней кольцевой части 551. Каждое ребро жесткости коллектора 520 выхлопных газов, включая передние радиальные ребра 542 жесткости, передние верхние ребра 544 жесткости, задние ребра 552 жесткости, элемент 568 жесткости первой стороны и элемент 578 жесткости второй стороны, имеют момент инерции сечения от 4,787 см⁴ (0,115 дюйм.⁴) до 6.035 см⁴ (0,145 дюйм.⁴). Каждое ребро жесткости может представлять собой вытянутую прямоугольную пластину с полой выступающей частью. Полая выступающая часть может представлять собой криволинейную вогнутую поверхность, такую как часть полого цилиндра с частью сферического кожуха, закрывающего каждый конец. Часть полого цилиндра может представлять собой цилиндрический сегмент, где плоскость сечения полого цилиндра проходит в осевом направлении цилиндра. В одном варианте осуществления, поперечное сечение выступающей части имеет радиус и высоту от 30,48 мм (1,2 дюйма) до 33,02 мм (1,3 дюйма). В другом варианте осуществления, радиус и высота поперечного сечения выступающей части составляют 31,75 миллиметра (1,25 дюйма).

Передняя панель 540, задняя панель 550 и боковая панель 560 могут иметь большую толщину, чем другие части коллектора 520 выхлопных газов, такие как наружная стенка 532 и внутренняя стенка 534 входного отверстия 530 выхлопной системы и ребра жесткости. В одном варианте осуществления, толщина передней панели 540, задней панели 550 и боковой панели 560 составляет от 2,794 мм (0,110 дюйма) до 3,302 мм (0.130 дюйма). В другом варианте осуществления, толщина передней панели 540, задней панели 550 и боковой панели 560 составляет 3,048 мм (0.120 дюйма).

В вариантах осуществления, толщина наружной стенки 532, внутренней стенки 534 и ребер жесткости составляет от 2,159 мм (0,085 дюйма) до 2,413 мм (0,095 дюйма). В других вариантах осуществления, толщина внешней стенки 532, внутренней стенки 534 и ребер жесткости составляет 2,286 мм (0,090 дюйма).

Один или несколько из перечисленных выше компонентов (или их составляющие) изготавливаются из листового металла, нержавеющей стали и/или прочных высокотемпературных материалов, известных как «жаропрочный сплав». Жаропрочный сплав или сплав с высокими рабочими характеристиками представляет собой сплав, обладающий исключительной механической прочностью и жаропрочностью, хорошей стабильностью свойств поверхности и стойкостью к коррозии и окислению. Жаропрочный сплавы включают в себя такие материалы, как ХАСТЕЛЛОЙ, сплав X, ИНКОНЕЛЬ, ВАСПАЛЛОЙ, сплавы РЕНЕ, сплавы ХАЙНЕС, сплав 188, сплав 230, ИНКОЛЛОЙ, МР98Т, сплавы TMS, монокристаллические сплавы CMSX. В проиллюстрированных вариантах осуществления, коллектор 520 выхлопных газов выполнен из листового металла с описанными и сваренными друг с другом элементами указанной толщины.

Промышленная применимость

Газотурбинные двигатели используются в большинстве отраслей промышленности, таких как нефтяная и газовая промышленность (в том числе транспортировка, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), производство электроэнергии, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, аэрокосмическая отрасль и другие транспортные отрасли.

Согласно РИС. 1, газ (обычно воздух 10) поступает в устройство 110 впуска в качестве «рабочей текучей среды» и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочая текучая среда сжимается в кольцевом канале 115 рядом дисковых узлов 220 компрессора. В частности, воздух 10 сжимается в нескольких «ступенях», связанных с каждым дисковым узлом 220 компрессора. Например, «4-я воздушная ступень» связана с 4-ым дисковым узлом 220 компрессора ниже по потоку или в направлении «назад», глядя от устройства ПО впуска в направлении устройства 500 выпуска. Точно так же, каждый дисковый узел 420 турбины связан с конкретной ступенью.

После выхода сжатого воздуха 10 из компрессора 200, он подается в камеру 300 сгорания, где распыляется и смешивается с топливом. Воздух 10 и топливо впрыскивается в камеру 390 сгорания форсункой 310 и воспламеняется. После реакции горения, энергия реакции горения топливовоздушной смеси приводит в действие турбину 400 на каждой ступени дисковых узлов 420 турбины.

Отходящие газы 90 затем рассеиваются в выхлопном диффузоре 510 и направляются в коллектор 520 выхлопных газов. Коллектор 520 выхлопных газов перенаправляет отходящие газы 90 с осевого направления во входном отверстии 530 выхлопной системы на радиальное направление в выхлопном отверстии 522. Коллектор 520 выхлопных газов направляет отходящие газы 90 в выхлопную трубу выхлопной системы для выброса отходящих газов 90 в атмосферу. Выхлопная труба выхлопной системы может дополнительно обрабатывать отходящие газы 90, уменьшая количество вредных выбросов, и/или регенерируя тепло отходящих газов 90 перед выбросом отходящих газов 90 в атмосферу.

Во время работы газотурбинного двигателя 100 коллектор 520 выхлопных газов подвергается воздействию высоких напряжений, обусловленных внутренним противодавлением и собственной резонансной частотой. Большие плоские участки коллектора 520 выхлопных газов могут быть восприимчивы к деформации из-за многоцикловой усталости при высоких напряжениях. Многоцикловая усталость может привести к образованию трещин и прорыву горячих выхлопных газов.

Первая отформованная часть 562 и вторая отформованная часть 572 имеют жесткость и резонансную частоту, которые минимизируют собственную резонансную частоту и многоцикловую усталость каждой стороны боковой панели 560 между выхлопным отверстием 522 и окружной частью 569. Изгиб первой отформованной части 562 и второй отформованной части 572 способен уменьшить угол отклонения потока боковой панелью 560 и среднее напряжение на боковой панели 560. Изгиб первой отформованной части 562 и второй отформованной части 572 способен увеличить жесткость боковой панели 560, что позволяет снизить переменное напряжение и увеличить собственную резонансную частоту боковой панели 560. Повышение собственной резонансной частоты боковой панели 560 затруднит модовое возбуждение.

Повышенная жесткость, благодаря изгибу первой отформованной части 562 и второй отформованной части 572, уменьшает или предотвращает многоцикловую усталость, повышая надежность коллектора 520 выхлопных газов и сокращая простои газотурбинного двигателя 100.

Увеличение толщины передней панели 540, задней панели 550 и боковой панели 560 повышает жесткость коллектора 520 выхлопных газов. Кроме того, увеличение радиусов ребер жесткости, таких как элемент 568 жесткости первой стороны и элемент 578 жесткости второй стороны, позволяет увеличить момент инерции сечения ребер жесткости, дополнительно увеличивая жесткость коллектора 520 выхлопных газов.

Предшествующее подробное описание носит лишь поясняющий характер и не предназначено для ограничения изобретения или применения и использования настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления не имеют ограничений в использовании совместно с определенным типом газотурбинного двигателя. Следовательно, хотя настоящее изобретение для удобства объяснения изображает и описывает конкретный газотурбинный двигатель, следует понимать, что коллектор выхлопных газов в соответствии с этим изобретением может быть реализован в различных других конфигурациях, может быть использован с различными другими типами газотурбинных двигателей и может быть использован в других типах машин. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в предшествующем уровне техники или подробном описании. Следует также понимать, что чертежи могут включать преувеличенные размеры, чтобы лучше проиллюстрировать представленные ссылочные позиции, и не рассматриваются как ограничивающие объем изобретения, если иное не указано в качестве таковых.

Коллектор выхлопных газов газотурбинного агрегата. Коллектор выхлопных газов включает в себя переднюю панель, заднюю панель и боковую панель. Боковая панель содержит периферийную часть, первую отформованную часть и вторую отформованную часть. Периферийная часть простирается по оси коллектора выхлопных газов с постоянным радиусом. Первая отформованная часть и вторая отформованная часть находятся между периферийной частью и выхлопным отверстием и включают в себя несколько криволинейных участков переменной вогнутости. Каждый из нескольких криволинейных участков простирается от передней панели до задней панели. Повышенная жесткость уменьшает или предотвращает многоцикловую усталость, повышая надежность коллектора выхлопных газов и сокращая простои газотурбинного двигателя. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Коллектор (520) выхлопных газов газотурбинного двигателя (100), содержащий:

переднюю панель (540), включающую в себя переднюю кольцевую часть (541), представляющую собой, по меньшей мере, часть кольцевой формы, простирающуюся вокруг оси (521) коллектора выхлопных газов;

заднюю панель (550), включающую в себя заднюю кольцевую часть (551), представляющую собой, по меньшей мере, часть кольцевой формы, простирающуюся вокруг оси (521) коллектора выхлопных газов, напротив передней панели (540); и

боковую панель (560), простирающуюся между передней панелью (540) и задней панелью (550), образуя выхлопное отверстие (522), обращенное в радиальном направлении, причем боковая панель (560) включает в себя:

окружную часть (569), простирающуюся вокруг оси (521) коллектора выхлопных газов с постоянным радиусом;

первую отформованную часть (562) между окружной частью (569) и выхлопным отверстием (522), включающую в себя первое множество криволинейных участков чередующейся вогнутости, при этом каждый из первого множества криволинейных участков простирается от передней панели (540) до задней панели (550), и

вторую отформованную часть (572) между окружной частью (569) и выхлопным отверстием (522), расположенную напротив первой отформованной части (562) и включающую в себя второе множество криволинейных участков чередующейся вогнутости, при этом каждый из второго множества криволинейных участков простирается от передней панели (540) до задней панели (550);

причем каждое из первого множества криволинейных участков и второго множества криволинейных участков включает в себя первый профиль (563), второй профиль (564) и третий профиль (565), при этом каждый первый профиль (563) представляет собой кривую постоянного радиуса и вогнутой формы, каждый второй профиль (564) представляет собой кривую постоянного радиуса и выпуклой формы и каждый третий профиль (565) представляет собой кривую постоянного радиуса и вогнутой формы, проходящую от второго профиля до окружной части.

2. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, в котором каждый из первого множества криволинейных участков и второго множества криволинейных участков имеет радиус от одной десятой радиуса окружной части (569) до трех десятых радиуса окружной части (569).

3. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, в котором первый профиль (563), второй профиль (564) и третий профиль (565) каждый имеет радиус от 127 мм до 381 мм.

4. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, в котором первый профиль (563), второй профиль (564) и третий профиль (565) каждый имеет радиус от 228,6 мм до 279,4 мм.

5. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, дополнительно содержащий:

переднюю панель (540), также включающую в себя переднюю верхнюю часть (543), простирающуюся от передней кольцевой части (541), от места пересечения хордой плоскости кольца для образования формы передней кольцевой части (541), причем передняя верхняя часть (543) имеет прямоугольную форму;

заднюю панель (550), также включающую в себя заднюю верхнюю часть (553), простирающуюся от задней кольцевой части (551), от места пересечения хордой плоскости кольца для образования формы задней кольцевой части (551), причем задняя верхняя часть (553) имеет прямоугольную фору и параллельна передней верхней части (543); и

боковую панель (560), также включающую в себя:

первую боковую часть (561), простирающуюся от передней верхней части (543) до задней верхней части (553) и перпендикулярно передней верхней части (543) и задней верхней части (553); и

вторую боковую часть (571), простирающуюся от передней верхней части (543) до задней верхней части (553), перпендикулярно передней верхней части (543) и задней верхней части (553) и параллельно первой боковой части (561), передней верхней части (543), задней верхней части (553), первой боковой части (561) и второй боковой части (571), образуя выхлопное отверстие (522);

причем первая отформованная часть (562) находится между окружной частью (569) и первой боковой частью (561), а вторая отформованная часть (572) находится между окружной частью (569) и второй боковой частью (571).

6. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 4, дополнительно содержащий:

элемент (568) жесткости первой стороны, простирающийся в осевом направлении вдоль поверхности боковой панели (560) рядом с первой отформованной частью (562), причем элемент (568) жесткости первой стороны имеет момент инерции сечения от 4,787 см⁴ до 6,035 см⁴; и

элемент (578) жесткости второй стороны, простирающийся в осевом направлении вдоль поверхности боковой панели (560) рядом со второй отформованной частью (572), причем элемент (578) жесткости второй стороны имеет момент инерции сечения от 4,787 см⁴ до 6,035 см⁴.

7. Коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, в котором передняя панель (540) и задняя панель (550) выполнены из листового металла толщиной от 2,794 мм до 3.302 мм.

8. Газотурбинный двигатель (100), включающий в себя секцию турбины (400) и коллектор (520) выхлопных газов по п. 1, причем передняя панель (540) примыкает к секции турбины (400).