КОЛЬЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2022 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к области авиадвигательной техники, а именно, к устройствам форсажных камер сгорания.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран кольцевой стабилизатор форсажной камеры, содержащий корпус, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента и радиальных элементов, расположенные в проточной части (см. патент RU 2366823 С1, МПК F02K 3/10, 10.09.2009).

Основными недостатками такого технического решения является сложность его ремонта, так как для замены одного экрана требуется снять весь кольцевой стабилизатор.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение описанного выше недостатка с сохранением или улучшением эксплуатационных свойств как кольцевого стабилизатора, так форсажной камеры в целом.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является повышение ремонтопригодности кольцевого стабилизатора за счет выполнения его разъемным из нескольких частей, а также увеличение ресурса кольцевого стабилизатора и деталей форсажной камеры, расположенных в непосредственной близости от последнего, за счет экранирования лучистого теплового потока на данные детали от зоны горения за счет установки закладных элементов в кольцевой стабилизатор, то есть за счет снижения их рабочей температуры, что повышает прочностные свойства применяемых для их изготовления материалов в работе. Это позволяет при ремонте проводить разборку только части кольцевого стабилизатора и снижать его температуру и окружающих деталей в работе, что повышает ремонтопригодность и ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Ожидаемый технический результат достигается тем, в известном кольцевом стабилизаторе форсажной камеры авиационного двигателя, содержащем корпус, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента и радиальных элементов, расположенных в проточной части, согласно предложению кольцевой элемент корпуса выполнен разъемным из по меньшей мере трех сегментов, соседние из которых выполнены с возможностью фиксации друг относительно друга по торцам посредством соединения выступ-паз, при этом радиальные элементы размещены по одному на каждый сегмент, кольцевой элемент имеет стенки, образующие форму угла в плоскости, проходящей через ось кольцевого стабилизатора, при этом вершина угла направлена навстречу потоку и снабжена средствами крепления стабилизатора к смежным элементам форсажной камеры, по меньшей мере, двумя на один сегмент, каждый радиальный элемент имеет стенки, образующие форму трапеции в поперечном сечении и торцевую стенку на минимальном радиусе, при этом каждый сегмент кольцевого элемента и каждый радиальный элемент снабжен закладным элементом, закрепленным с зазором внутри сегмента посредством крепежных элементов с возможностью относительного перемещения вдоль последних, при этом закладной элемент выполнен единым для сегмента и радиального элемента, а между закладными элементами соседних сегментов имеется зазор. Закладной элемент может быть выполнен сплошным из керамики.

Общеизвестно, что стабилизаторы форсажных камер работают в условиях очень больших температур, что приводит к их частым поломкам и ограничению их ресурса в работе. Поэтому решение задач по снижению трудоемкости при их ремонте и снижение их рабочей температуры являются приоритетными.

Выполнение корпуса разъемным из, по меньшей мере, трех сегментов, соседние из которых выполнены с возможностью фиксации друг относительно друга по торцам посредством соединения выступ-паз, позволяет в процессе ремонта производить разборку и замену только той части корпуса, которая этого требует, что повышает ремонтопригодность кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Размещение радиальных элементов по одному на каждый сегмент, а также выполнение кольцевого элемента со стенками, образующими форму угла в плоскости, проходящей через ось кольцевого стабилизатора, при этом направление вершины угла навстречу потоку, позволяет выполнить каждый сегмент обтекаемой формы и полым для возможности размещения внутри него закладных элементов из материалов с низкой теплопроводностью, что приводит к меньшему нагреву в работе сегментов и повышает ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Снабжение вершины угла средствами крепления стабилизатора к смежным элементам форсажной камеры, по меньшей мере, двумя на один сегмент, позволяет обеспечить надежное крепление кольцевого стабилизатора в форсажной камере, что повышает ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Выполнение каждого радиального элемента таким, что он имеет форму трапеции в поперечном сечении и снабжен торцевой стенкой на минимальном радиусе, позволяет выполнить каждый сегмент обтекаемой формы и полым для возможности размещения внутри него закладных элементов из материалов с низкой теплопроводностью, что приводит к меньшему нагреву в работе сегментов и повышает ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Снабжение каждого сегмента кольцевого элемента и каждого радиального элемента закладным элементом, закрепленным с зазором внутри сегмента посредством крепежных элементов с возможностью относительного перемещения вдоль последних, позволяет снизить рабочую температуру несущих элементов конструкции и позволяет обеспечить свободные относительные деформации элементов конструкции из материалов с разными коэффициентами линейного расширения, что приводит к меньшему нагреву в работе сегментов и повышает ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Выполнение закладного элемента единым для сегмента и радиального элемента позволяет сократить количество деталей форсажной камеры и сократить время сборки/разборки кольцевого стабилизатора, что повышает ремонтопригодность последнего и форсажной камеры в целом.

Выполнение зазора между закладными элементами соседних сегментов позволяет в процессе ремонта производить разборку и замену только той части корпуса, которая этого требует, что повышает ремонтопригодность кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Выполнение закладного элемента сплошным из керамики позволяет эффективно защищать кольцевой стабилизатор и часть деталей форсажной камеры за счет низкой теплопроводности данного материала, что снижает рабочую температуру данных деталей и повышает ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявленного изобретения.

На фиг. 2 представлен вид А на кольцевой стабилизатор со стороны закладных элементов.

На фиг. 3 представлен разрез Б-Б кольцевого сегмента плоскостью, проходящей через ось кольцевого стабилизатора и крепежные элементы закладного элемента.

На фиг. 4, 5 представлены виды на выступ/паз для соединения близлежащих сегментов кольцевого стабилизатора.

В частном случае реализации кольцевой стабилизатор содержит кольцевой корпус 1, установленный внутри форсажной камеры авиационного двигателя и выполненный в виде кольцевого элемента 2 и радиальных элементов 3 (фиг. 2), расположенных в проточной части. В частном случае реализации кольцевой элемент 2 состоит из одиннадцати сегментов 4, которые соединены друг с другом посредством соединения, обеспечивающего относительные перемещения в окружном направлении и ограничивающего осевые и радиальные перемещения. Для этого на одном из торцов каждого сегмента 4 выполнены пазы 5, а на втором торце выполнен выступ 6 (фиг. 4, 5). При этом смежные сегменты 4 установлены друг относительно друга с перехлестом, а выступ 6 располагается в пазах 5. Кольцевой элемент 2 имеет стенки 7, образующие форму острого угла со скругленной вершиной в плоскости, проходящей через ось кольцевого стабилизатора. При этом вершина угла направлена навстречу потоку и снабжена средствами крепления стабилизатора 8 к смежным элементам форсажной камеры. Каждое средство крепления стабилизатора 8 выполнено в виде двух проушин. В частном случае реализации каждый сегмент 4 содержит часть кольцевого элемента 2, один радиальный элемент 3 и одно средство крепления стабилизатора 8. Притом каждый сегмент 4 кольцевого элемента 2 снабжен закладным элементом 9, закрепленным внутри кольцевого элемента 2 и радиального элемента 3, а также выполненным из керамического материала. При этом каждый закладной элемент 9 установлен с зазором 10 (фиг. 1) относительно кольцевого элемента 2 и радиального элемента 3, а также закреплен внутри соответствующего сегмента 4 посредством крепежных элементов 11 (фиг. 3). Каждый из последних является штифтом, жестко закрепленным на соответствующем сегменте 4. При этом каждый крепежный элемент 11 обеспечивает подвижное соединение вдоль своей оси с соответствующим закладным элементом 9 и его удержание в поперечном своей оси направлении. Каждый радиальный элемент 3 имеет форму трапеции в поперечном сечении и снабжен торцевой стенкой 12 на минимальном радиусе. При этом закладные элементы 9 двух соседних сегментов 4 образуют окружной зазор 13 (фиг. 2).

При сборке заявленного устройства в каждый сегмент 4 устанавливают закладной элемент 9 посредством крепежных элементов 11. После чего из сегментов 4 собирают корпус 1. После этого собранный конструкцию устанавливают в форсажную камеру и крепят за средства крепления стабилизатора 8.

При ремонте существует возможность снять один или несколько сегментов 4, не снимая кольцевой стабилизатор с форсажной камеры. Для этого отсоединяют требующий ремонта сегмент 4 от форсажной камеры по его средству крепления стабилизатора 8. За счет податливости конструкции смещают в окружном направлении сегмент 4 сначала в одну сторону, размыкая его соединение с соседним сегментом 4 и смещая его в поперечном направлении от прежнего его положения. Затем смещают его в противоположном направлении, размыкая его соединение со вторым соседним сегментом 4. Установка нового сегмента 4 осуществляется в обратном порядке.

В работе кольцевой стабилизатор расположен в требуемом месте проточной части для формирования потока газа вокруг себя требуемым образом. В момент включения форсажа закладной элемент 9 защищает кольцевой стабилизатор и часть смежных деталей от лучистой энергии зоны горения топлива, что снижает рабочую температуру последних. При этом закладные элементы 9 не создают дополнительных напряжений в кольцевом стабилизаторе от тепловых нагрузок за счет наличия зазоров 10 и окружных зазоров 13, а также способа крепления к элементам сегментов 4.

Установка закладных элементов 9 в корпус 1 и его сегментарное исполнение позволяет повысить ремонтопригодность и ресурс кольцевого стабилизатора и форсажной камеры в целом.

Изобретение относится к области авиадвигательной техники, а именно, к устройствам форсажных камер сгорания. Кольцевой стабилизатор форсажной камеры авиационного двигателя содержит корпус, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента и радиальных элементов, расположенные в проточной части. Кольцевой элемент корпуса выполнен разъемным из, по меньшей мере, трех сегментов, соседние из которых выполнены с возможностью фиксации друг относительно друга по торцам посредством соединения выступ-паз, при этом радиальные элементы размещены по одному на каждый сегмент. Кольцевой элемент имеет стенки, образующие форму угла в плоскости, проходящей через ось кольцевого стабилизатора, при этом вершина угла направлена навстречу потоку и снабжена средствами крепления стабилизатора к смежным элементам форсажной камеры, по меньшей мере, двумя на один сегмент. Каждый радиальный элемент имеет стенки, образующие форму трапеции в поперечном сечении и торцевую стенку на минимальном радиусе, при этом каждый сегмент кольцевого элемента и каждый радиальный элемент снабжен закладным элементом, закрепленным с зазором внутри сегмента посредством крепежных элементов с возможностью относительного перемещения вдоль последних. Закладной элемент выполнен единым для сегмента и радиального элемента, а между закладными элементами соседних сегментов имеется зазор. Закладной элемент выполнен сплошным из керамики. Технический результат - повышение ремонтопригодности кольцевого стабилизатора, увеличение ресурса кольцевого стабилизатора и деталей форсажной камеры, расположенных в непосредственной близости от последнего, что повышает прочностные свойства применяемых для их изготовления материалов в работе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Кольцевой стабилизатор форсажной камеры авиационного двигателя, содержащий корпус, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента и радиальных элементов, расположенные в проточной части, отличающийся тем, что кольцевой элемент корпуса выполнен разъемным из, по меньшей мере, трех сегментов, соседние из которых выполнены с возможностью фиксации друг относительно друга по торцам посредством соединения выступ-паз, при этом радиальные элементы размещены по одному на каждый сегмент, кольцевой элемент имеет стенки, образующие форму угла в плоскости, проходящей через ось кольцевого стабилизатора, при этом вершина угла направлена навстречу потоку и снабжена средствами крепления стабилизатора к смежным элементам форсажной камеры, по меньшей мере, двумя на один сегмент, каждый радиальный элемент имеет стенки, образующие форму трапеции в поперечном сечении и торцевую стенку на минимальном радиусе, при этом каждый сегмент кольцевого элемента и каждый радиальный элемент снабжен закладным элементом, закрепленным с зазором внутри сегмента посредством крепежных элементов с возможностью относительного перемещения вдоль последних, при этом закладной элемент выполнен единым для сегмента и радиального элемента, а между закладными элементами соседних сегментов имеется зазор.

2. Кольцевой стабилизатор форсажной камеры авиационного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что закладной элемент выполнен сплошным из керамики.