Масляное сопло для газотурбинного двигателя Российский патент 2019 года по МПК F02C7/06 F01D25/18 

Данное изобретение относится к масляному соплу, а также к газотурбинному двигателю, оборудованному таким масляным соплом.

Известные газотурбинные двигатели содержат большое количество маслопроводов для смазки оборудования, такого как роликовые подшипники и зубья зубчатых колес, или для охлаждения оборудования, такого, как электрические генераторы. Маслопроводы содержат масляные сопла, которые питают различные механические устройства и расположены в маслопроводах.

При запуске газотурбинного двигателя проходит некоторое время, прежде чем масло достигает оборудования, это означает, что в этом оборудовании отсутствует смазка в течение этого времени. Этот промежуток времени тем больше, чем длиннее каналы для смазывающего масла и чем больший объем они занимают.

На практике этот промежуток времени соответствует времени, необходимому для полного заполнения маслопроводов. В действительности, на этапах остановки двигателя, масло сливается из маслопроводов под действием силы тяжести через выходные отверстия масляных сопел. Поэтому, пока из маслопроводов не удален воздух, давление масла в маслопроводах остается на чрезвычайно низком уровне, что не позволяет масляным соплам снабжать оборудование маслом должным образом.

Следовательно, это особенно вредно для передаточного оборудования, такого, как гидродинамические подшипники. Кроме того, на этапе запуска передаваемые крутящие моменты являются наибольшими.

Более конкретно, целью изобретения является обеспечение простого, эффективного и экономичного решения этой проблемы.

Для этого предложено сопло, в частности, масляное сопло для газотурбинного двигателя, содержащее корпус, имеющий циркуляционную трубку для протекания находящейся под давлением текучей среды, отличающееся тем, что корпус содержит первую часть и вторую часть, между которыми вставлена упруго деформируемая мембрана, выполненная с возможностью деформации между закрытым положением, в котором она препятствует циркуляции текучей среды в трубке, и положением, в котором она не препятствует циркуляции текучей среды в трубке, причем вторая часть содержит опорное средство, выполненное с возможностью приложения усилия к мембране в направлении, противоположном направлению циркуляции текущей среды, так, чтобы обеспечить предварительную нагрузку мембраны в закрытом положении.

Таким образом, изобретение предлагает добавить мембрану, препятствующую циркуляции текучей среды, когда давление ниже значения, определенного предварительной нагрузкой мембраны со стороны опорного средства. Таким образом, когда газотурбинный двигатель остановлен, мембрана находится в закрытом положении, которое блокирует циркуляцию текучей среды с помощью статического опорного средства, так что текучая среда не может больше протекать и, следовательно, удерживается в сопле и трубках, к которым оно присоединено. Поэтому, при запуске газотурбинного двигателя, нуждающееся в текучей среде оборудование получит ее почти немедленно, так как трубки заполнены текучей средой, что способствует поддержанию давления в трубках.

В соответствии с другим признаком изобретения, опорное средство содержит выпуклый выступ, опирающийся на центральную часть мембраны.

Использование выпуклого выступа позволяет обеспечить зону контакта между выступом и мембраной, что достигается без каких-либо выступающих элементов, несмотря на давление опорного средства на мембрану. Преимущественно, в случае с выпуклыми выступами опорная поверхность возрастает пропорционально усилию опорного средства.

В соответствии с одной возможностью изобретения, выпуклый выступ соединен, по меньшей мере с помощью двух плеч, проходящих по существу перпендикулярно потоку текучей среды, с внутренней стенкой второй части, с обеспечением образования по меньшей мере одного выреза или отверстия для прохода текучей среды между выступом и внутренней стенкой.

Более конкретно, в практическом варианте выполнения, мембрана закрывает нижний по потоку конец первой части, вставленный в верхний по потоку конец второй части, при этом указанный нижний по потоку конец первой части содержит штифты, выступающие вниз по потоку и расположенные по краю мембраны в направлении, по существу, перпендикулярном потоку текучей среды.

Выступающие штифты позволяют ограничить смещение упругой мембраны в направлении, перпендикулярном потоку текучей среды, что приводит к прохождению текучей среды в положении блокировки циркуляции текучей среды.

Сопло может содержать, по меньшей мере, три штифта, равномерно распределенные на нижнем по потоку конце первой части. В этой конфигурации внутренний участок масляного канала первой и второй частей может быть круглой формы, и мембрана имеет форму диска.

На практике мембрана может быть пластиной, предпочтительно изготовленной из стали и предпочтительно имеющей толщину менее 0,5 мм, предпочтительно от 0,15 мм до 0,3 мм.

Изобретение также относится к устройству, содержащему корпус, такой как корпус газотурбинного двигателя, содержащий кожух, в котором расположено сопло согласно одному из предыдущих пунктов формулы изобретения, в котором первая часть прикреплена к нижней стенке кожуха, а ко второй части прикреплено зажимное устройство так, чтобы прикрепить вторую часть к первой части.

Зажимное устройство может содержать гайку, которая навинчена на внутреннюю поверхность корпуса и один конец которой контактирует со второй частью.

Кроме того, изобретение относится к газотурбинному двигателю, такому как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, отличающемуся тем, что он содержит, по меньшей мере, одно сопло описанного ниже типа или устройство, рассмотренное выше.

Изобретение будет более понятно, и другие детали, характеристики и преимущества изобретения станут очевидны при прочтении последующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг. 1 упрощенно изображает вид в разрезе масляного сопла согласно изобретению в корпусе газотурбинного двигателя, причем изображена только часть корпуса,

- фиг. 2 упрощенно изображает вид в аксонометрии разреза в плоскости А-А, показанной на фиг. 1,

- фиг. 3 упрощенно изображает вид в плоскости А-А разреза на фиг. 1, и

- фиг. 4 упрощенно изображает вид в плоскости В-В разреза на фиг. 3.

Фиг. 1 изображает масляное сопло 10, установленное в корпусе 12 газотурбинного двигателя с помощью зажимной гайки 14. Преимущество использования зажимной гайки 14 для сопла 10 согласно изобретению будет более понятно из дальнейшего описания.

Масляное сопло 10 содержит трубчатый корпус 16, вмещающий трубку 18 для циркуляции масла. Трубка 18 сопла сообщается с расположенным выше по потоку каналом 20 для подачи масла, выполненным в корпусе 12. Масло выходит через расположенное ниже по потоку распылительное отверстие 22 для питания различных механических деталей, которые нуждаются в этом (фиг. 2).

Корпус 16 состоит из двух конструктивно независимых частей, а именно первой части 24 и второй части 26, расположенной под первой частью. Первая часть 24 и вторая часть 26 выполнены с возможностью установки неподвижно друг относительно друга. Трубка 18, таким образом, проходит через первую часть 24 и вторую часть 26.

Первая часть 24 имеет, по существу, трубчатую форму и содержит первый, нижний по потоку участок 28 и второй, верхний по потоку участок 30. Первый, нижний по потоку участок 28 первой части имеет внутренний диаметр и наружный диаметр, которые больше, соответственно, чем внутренний диаметр и наружный диаметр второго, верхнего по потоку участка 30 первой части 24. Радиальный буртик 32 выполнен снаружи в месте соединения первого участка 28 и второго участка 30 первой части 24. Аналогично, вторая часть 26 имеет, по существу, трубчатую форму и содержит первый, нижний по потоку участок 34 и второй, верхний по потоку участок 36. Первый, нижний по потоку участок 34 второй части 26 имеет внутренний диаметр и наружный диаметр, которые меньше, соответственно, чем внутренний диаметр и наружный диаметр второго, верхнего по потоку участка 36 второй части 26. Радиальный буртик 38 выполнен снаружи в месте соединения первого участка 34 и второго участка 36 второй части 26.

Первый участок 28 первой части 24 имеет цилиндрическую стенку 40, вставленную во второй участок 36 второй части 26. Первый участок 28 первой части 24 на верхнем по потоку конце цилиндрической стенки имеет радиальный буртик 42, на который может опираться свободный конец второго участка 36 второй части 26. В наружной кольцевой канавке 44 цилиндрической стенки 40 первого участка 28 первой части 24 установлено уплотнение 43 (фиг. 2 и 3).

Второй участок 36 второй части 26 имеет цилиндрическую стенку 47, расположенную вокруг цилиндрической стенки 40 первого участка 28 первой части 24. Внутри цилиндрической стенки 48 выполнен выпуклый выступ 46 так, что выпуклая поверхность выступа обращена к первой части 28.

Выступ 46 имеет по существу полусферическую наружную поверхность и соединен в своем основании с двумя плечами 48, проходящими, по существу, перпендикулярно потоку текучей среды и соединенными с внутренней поверхностью цилиндрической стенки 47 второго участка 36 второй части 26 (в частности фиг. 2 и 4). Таким образом, плечом 48, основанием выпуклого выступа и внутренней поверхностью цилиндрической стенки 47 ограничены два окна 50, каждое из которых имеет форму полукольца.

Как можно видеть на фиг. 2 и 3, между свободным концом цилиндрической стенки 40 первой части 24 и выпуклым выступом 46 расположена упруго деформируемая мембрана 52, так что выпуклый выступ 46 упирается по существу в центральную часть мембраны 52. Упругая мембрана 52 полностью покрывает свободный конец первого участка 28 первой части 24. Указанный свободный конец содержит штифты 54, выступающие вниз по потоку и расположенные по краю мембраны 52 в направлении, перпендикулярном потоку масла, с обеспечением ограничения смещения мембраны 52 в поперечном направлении (фиг. 3 и 4).

Таким образом, фиг. 2 изображает мембрану в положении блокировки или перекрытия циркуляции масла в направлении распылительного отверстия 22. Таким образом, должно быть понятно, что степень вхождения первой части 24 во вторую часть 26 позволяет регулировать уровень деформации мембраны 52 и, следовательно, уровень предварительной нагрузки мембраны 52. Когда давление масла больше предварительной нагрузки, приложенной к выпуклому выступу 46, мембрана 52 упруго деформируется, и масло течет через отверстия 50 к выходному отверстию 22 сопла. Выпуклый выступ 46, таким образом, образует статическое опорное средство на мембране.

Как изображено на фиг. 1, сопло установлено в полости корпуса. Эта полость содержит первый кожух 53 и второй кожух 55, которые имеют цилиндрическую форму. Диаметр первого кожуха 53 больше, чем диаметр второго кожуха 55. Второй участок 30 первой части 24 сопла установлен во втором кожухе 55. Первый участок 28 первой части 24 сопла 10 и второй участок 36 второй части 26 сопла 10 установлены в первом кожухе 53, так что буртик 32 первой части 24 корпуса 16 сопла 10 контактирует с буртиком 56 корпуса, выполненным в месте соединения первого и второго кожухов 53 и 55. На внутреннюю поверхность первого кожуха 53 на конце, противоположном второму кожуху 55, навинчена зажимная гайка 14, расположенная на буртике 38 второй части 26 корпуса 16 сопла 10 для блокировки указанной части. На практике, предварительная нагрузка определена размерами первой и второй частей 24 и 26 сопла.

Изобретение помогает ограничить, путем блокирования циркуляции масла, потери масла в маслопроводе, которые происходят под действием гравитации при остановке газотурбинного двигателя. Обеспечение давления в контуре значительно облегчено, и смазочное масло может быть быстро подано к различным механическим элементам, которые нуждаются в этом.

Несмотря на то, что в описании и чертежах предложена конструкция с выпуклым выступом, понятно, что можно использовать другие опорные средства для обеспечения предварительной нагрузки эластично деформируемой мембраны для того, чтобы блокировать поток масла при остановке газотурбинного двигателя.

Термин «корпус» относится как к корпусу, поддерживающему кожухи ротора низкого давления или ротора высокого давления газотурбинного двигателя, так и к корпусу вспомогательной коробки передач вспомогательного оборудования. Вспомогательная коробка передач обычно размещена в гондоле газотурбинного двигателя.

Выражения «выше по потоку» и «ниже по потоку» в данном документе использованы относительно направления потока текучей среды в масляном сопле.

Изобретение относится к масляному соплу для газотурбинного двигателя, содержащему корпус (16), имеющий циркуляционную трубку (18) для находящейся под давлением текучей среды. Корпус (16) сопла содержит первую часть (24) и вторую часть (26), между которыми размещена упруго деформируемая мембрана (52), выполненная с возможностью деформации между закрытым положением, в котором она препятствует циркуляции текучей среды в трубке (18), и положением, в котором она не препятствует циркуляции текучей среды в трубке (18). Вторая часть (26) содержит опорное средство (46), выполненное с возможностью приложения усилия к мембране (52) в направлении, противоположном направлению циркуляции текущей среды, так, чтобы обеспечить предварительную нагрузку мембраны (46) в закрытом положении. Изобретение помогает ограничить, путем блокирования циркуляции масла, потери масла в маслопроводе, которые происходят под действием гравитации при остановке газотурбинного двигателя. Обеспечение давления в контуре значительно облегчено, и смазочное масло может быть быстро подано к различным механическим элементам, которые нуждаются в этом. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сопло (10), в частности масляное сопло для газотурбинного двигателя, содержащее корпус (16), содержащий циркуляционную трубку (18) для потока находящейся под давлением текучей среды, отличающееся тем, что корпус (16) содержит первую часть (24) и вторую часть (26), между которыми размещена упруго деформируемая мембрана (52), выполненная с возможностью деформации между закрытым положением, в котором она препятствует циркуляции текучей среды в трубке (18), и положением, в котором она обеспечивает возможность циркуляции текучей среды в трубке (18), причем вторая часть (26) содержит опорное средство (46), выполненное с возможностью приложения усилия к мембране (52) в направлении, противоположном направлению циркуляции текущей среды, с обеспечением предварительной нагрузки мембраны (46) в закрытом положении, причем опорное средство содержит выпуклый выступ (46), опирающийся на центральную часть мембраны (52).

2. Сопло по п. 1, в котором выпуклый выступ (46) соединен с помощью, по меньшей мере, двух плеч (48), проходящих по существу поперечно направлению потока текучей среды, с внутренней стенкой второй части (26) с образованием по меньшей мере одного отверстия (50) для прохода текучей среды между выступом (46) и внутренней стенкой.

3. Сопло по п. 2, в котором мембрана закрывает нижний по потоку конец первой части (24), вставленный в верхний по потоку конец второй части (26), причем указанный нижний по потоку конец первой части содержит штифты (54), выступающие вниз по потоку и расположенные напротив края мембраны (52) в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока текучей среды.

4. Сопло по п. 3, содержащее, по меньшей мере, три штифта (54), равномерно распределенные на нижнем по потоку конце первой части (24).

5. Сопло по одному из пп. 1-4, в котором мембрана (52) представляет собой пластину, предпочтительно выполненную из стали и имеющую толщину менее 0,5 мм, предпочтительно от 0,15 мм до 0,3 мм.

6. Устройство, содержащее корпус, такой как корпус газотурбинного двигателя, содержащий кожух, в котором расположено сопло (10) по одному из пп. 1-5, причем указанная первая часть (24) размещена на нижней стенке кожуха, а к указанной второй части (26) прикреплено зажимное устройство (14) с обеспечением прикрепления второй части (26) к первой части (24).

7. Устройство по п. 6, в котором зажимное устройство содержит гайку (14), которая навинчена на внутреннюю поверхность кожуха и один конец которой контактирует со второй частью (26).

8. Газотурбинный двигатель, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одно сопло по одному из пп. 1-5 или устройство по п. 6 или 7.