УЗЕЛ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F23R3/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к узлу для газотурбинного двигателя, например, такого как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель.

Уровень техники

Такой узел известен из документа FR 3 004 518, поданного на имя заявителя, и показан на фиг. 1 и 2. Он содержит кольцевую камеру 1 сгорания, расположенную на выходе из компрессора и диффузора (не показаны) и на входе во входной направляющий аппарат 2 турбины высокого давления.

Камера 1 сгорания содержит внутреннюю и наружную стенки в виде тела вращения, называемые также соответственно внутренней обечайкой 3 и наружной обечайкой 4, которые расположены одна внутри другой и соединены на входе с кольцевой стенкой (не показана) дна камеры.

Чтобы ограничить деформацию внутренней 3 и наружной 4 обечаек, их выходной конец оснащают внутренним и наружным фланцами 6. Каждый фланец 6 является кольцевым и имеет сечение в виде U или в виде шпильки. Каждый фланец 6 проходит радиально внутрь или наружу и содержит радиальную часть 7а, соединенную с внутренней обечайкой 3 или с наружной обечайкой 4 камеры 1 сгорания. Свободный конец 6а каждого фланца 6 предназначен также для взаимодействия с внутренним корпусом 8 или с наружным корпусом 9 камеры 1. Цилиндрическая часть 7b проходит в сторону выхода от радиальной части 7а фланца 6.

Направляющий аппарат 2 закреплен на выходе камеры 1 при помощи соответствующих средств и содержит внутреннюю 11 и наружную 12 полки, соединенные между собой по существу радиальными лопатками 13. Наружная полка 12 направляющего аппарата 2 совмещена в осевом направлении с выходной торцевой частью наружной обечайки 4 камеры 1, а его внутренняя полка 11 совмещена в осевом направлении с выходной торцевой частью внутренней обечайки 3 камеры 1. Входной конец каждой полки 11, 12 направляющего аппарата 2 содержит радиальный бортик 14, который имеет меньший размер, чем радиальная часть 7а соответствующего фланца 6 камеры 1 сгорания.

Узел направляющего аппарата 2, как правило, установлен за камерой сгорания и включает в себя несколько направляющих аппаратов, полки которых являются секторами кольца, при этом полки направляющих аппаратов установлены в окружном направлении встык, чтобы образовать за камерой сгорания канал прохождения текучих сред.

Радиальные части 7а и бортики 14 ограничивают для каждой обечайки 3, 4 внутреннее кольцевое пространство 15, которое сообщается на одном конце с камерой 1 сгорания и которое закрыто на своем другом конце уплотнительными средствами 16.

Как более наглядно показано на фиг. 2, эти уплотнительные средства 16 включают в себя уплотнительные прокладки 17, расположенные в радиальном и окружном направлениях вдоль каждого сектора направляющего аппарата 2. Каждая прокладка 17 выполнена с возможностью плотно опираться на радиальную сторону соответствующего бортика 14 направляющего аппарата 2 и на свободный конец осевой части 7b соответствующего фланца 6 камеры 1 сгорания. Прокладки 17 удерживаются в положении опоры на указанные части 7b, 14 при помощи упругих возвратных средств.

Эти упругие средства являются, например, геликоидальными пружинами 18 конической формы, установленными вокруг винтов 19, завинченных в лапки 20, проходящие радиально от соответствующей полки 11, 12 направляющего аппарата 2. Выходные части 21 внутренней и наружной обечаек 3, 4 могут содержать множество отверстий 22. Во время работы газотурбинного двигателя в пространствах 24 и 25, ограниченных соответственно наружным корпусом 9 и наружной обечайкой 4, с одной стороны, и внутренним корпусом 8 и внутренней обечайкой 3, с другой стороны, протекает перепускной воздух 23. Этот перепускной воздух 23 проходит через множество отверстий 22, ограничивая нагрев выходных частей 21 внутренней и наружной обечаек 3, 4.

Входной конец каждой полки 11, 12 направляющего аппарата 2 обычно образует уступ 26 или ступеньку, которая позволяет избегать образования точки остановки горячего потока, выходящего из камеры 1 сгорания. Однако такой уступ способствует локальной обратной циркуляции потока горячего газа, что может привести к преждевременному износу соответствующей полки 11, 12 направляющего аппарата 2.

Другой узел этого типа известен также из документа FR 2 887 588.

Задача изобретения состоит в разработке простого, эффективного и экономичного решения этой проблемы.

Раскрытие сущности изобретения

Объектом изобретения прежде всего является узел для газотурбинного двигателя, содержащий:

- камеру сгорания, имеющую на своем выходном конце проходящий радиально выходной фланец,

- направляющий аппарат, расположенный на выходе из камеры сгорания и содержащий полку, от которой в радиальном направлении отходит по меньшей мере одна лопатка, при этом полка содержит входной бортик, расположенный радиально и ограничивающий вместе с расположенным напротив фланцем пространство, сообщающееся с камерой сгорания на своем радиально внутреннем конце и закрытое на своем радиально наружном конце уплотнительными средствами, закрепленными на направляющем аппарате,

согласно изобретению, выходной фланец камеры сгорания содержит по меньшей мере одно прямолинейное охлаждающее отверстие, проходящее через указанный фланец и выходящее в пространство напротив полки направляющего аппарата.

Воздух, обтекающий камеру сгорания, может проходить через указанное отверстие и обдувать полку направляющего аппарата, чтобы производить ее эффективное охлаждение и избегать ее разрушения по причине обратной циркуляции горячего газа на выходе из камеры сгорания. Охлаждающий воздух, проходящий через указанное отверстие, выходит в кольцевое пространство, что позволяет увеличить размеры охлаждаемой зоны полки направляющего аппарата. После охлаждения полки воздух, находящийся в указанном кольцевом пространстве, направляется радиально внутрь, после чего выходит на выходной конец камеры сгорания и образует пленки, охлаждающие полки направляющих аппаратов.

Термины «радиальный» и «осевой» определены относительно оси газотурбинного двигателя. Термины «входной» и «выходной» определены относительно направления прохождения потока газа внутри газотурбинного двигателя.

Уплотнительные средства могут включать в себя по меньшей мере одну прокладку, расположенную в радиальном и окружном направлениях и опирающуюся в осевом направлении на выходной фланец камеры сгорания и на входной бортик направляющего аппарата.

Прокладка может быть подпружинена при помощи упругих возвратных средств для опоры на соответствующий фланец камеры сгорания и на соответствующую полку направляющего аппарата.

Упругие возвратные средства могут включать в себя по меньшей мере одну пружину сжатия, например, цилиндрическую или коническую геликоидальную пружину.

Радиальная часть выходного фланца камеры сгорания может содержать по меньшей мере два охлаждающих отверстия, проходящих через выходной фланец и выходящих в пространство, при этом два из указанных отверстий проходят в двух направлениях, образующих между собой угол.

Узел может содержать по меньшей мере одно отверстие, наклоненное в первом окружном направлении, и по меньшей мере одно отверстие, наклоненное во втором окружном направлении, противоположном к первому окружному направлению.

Таким образом, каждое из указанных отверстий наклонено относительно радиальной плоскости. Угол наклона относительно радиальной плоскости составляет, например, от 15 до 75°, например, около 45°.

Указанный узел может содержать по меньшей мере одно отверстие, ориентированное в осевом направлении.

Таким образом, указанное отверстие не наклонено в окружном направлении, а ориентировано параллельно оси газотурбинного двигателя.

Узел может содержать по меньшей мере первое отверстие, ориентированное в осевом направлении, и по меньшей мере второе и третье отверстия, расположенные в окружном направлении с двух сторон от первого отверстия, при этом второе и третье отверстия наклонены в двух противоположных окружных направлениях.

Узел может содержать по меньшей мере четвертое отверстие и по меньшей мере пятое отверстие, расположенные соответственно в окружном направлении с двух сторон от второго и третьего отверстий противоположно к первому отверстию, при этом четвертое и пятое отверстия ориентированы в осевом направлении.

Отверстия могут иметь разные окружные наклоны. Это позволяет обеспечивать более равномерное охлаждение полок направляющего аппарата при помощи воздушной пленки по сравнению с отверстиями, которые наклонены в одном направлении.

Узел может содержать по меньшей мере два отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальном и окружном направлениях.

Края отверстий, выходящих в пространство, могут быть смещены относительно друг друга на расстояние, составляющее от 0,1 до 6 мм.

Отверстия могут быть цилиндрическими. Отверстия могут иметь диаметр, составляющий от 0,1 мм до 6 мм, например, около 1 мм.

Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, например, такой как авиационный турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, содержащий вышеупомянутый узел.

Изобретение, его другие особенности, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана часть известного узла, вид в осевом разрезе;

на фиг. 2 показан детальный вид фиг. 1;

на фиг. 3 показан вид, соответствующий фиг. 2 и иллюстрирующий вариант осуществления изобретения;

на фиг. 4 показана часть наружной обечайки камеры сгорания, принадлежащей узлу, показанному на фиг. 3, вид в перспективе.

Осуществление изобретения

На фиг. 3 и 4 показан узел для газотурбинного двигателя согласно варианту осуществления изобретения. Как было указано выше, указанный узел содержит кольцевую камеру 1 сгорания газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, расположенную за компрессором и диффузором (не показаны) и перед входным направляющим аппаратом 2 турбины высокого давления.

Камера 1 сгорания содержит внутреннюю и наружную обечайки 3, 4, соединенные на входе с кольцевой стенкой дна камеры.

Выходные концы обечаек 3, 4 содержат внутренний и наружный фланцы 6. Каждый фланец 6 является кольцевым и имеет сечение в виде U или в виде шпильки. Каждый фланец 6 проходит радиально внутрь или наружу и содержит радиальную часть 7а, соединенную с внутренней обечайкой 3 или наружной обечайкой 4 камеры 1 сгорания. Свободный конец 6а каждого фланца 6 предназначен также для взаимодействия с внутренним корпусом 8 или наружным корпусом 9 камеры 1. Цилиндрическая часть 7b проходит в сторону выхода от радиальной части 7а фланца 6.

Направляющий аппарат 2 закреплен на выходе камеры 1 при помощи соответствующих средств и содержит внутреннюю 11 и наружную 12 полки, соединенные между собой по существу радиальными лопатками 13. Наружная полка 12 направляющего аппарата 2 совмещена в осевом направлении с выходной торцевой частью наружной обечайки 4 камеры 1 сгорания, а его внутренняя полка 11 совмещена в осевом направлении с выходной торцевой частью внутренней обечайки 3 камеры 1 сгорания. Входной конец каждой полки 11, 12 направляющего аппарата 2 содержит радиальный бортик 14, который имеет меньший размер, чем радиальная часть 7а соответствующего фланца 6 камеры 1 сгорания.

Входной конец каждой полки 11, 12 направляющего аппарата 2 обычно образует уступ 26 или спускающуюся вниз ступеньку, которая позволяет избегать образования точки остановки горячего потока, выходящего из камеры 1 сгорания. В не показанном варианте может быть выполнена поднимающаяся вверх ступенька. Узел направляющего аппарата 2 установлен за камерой сгорания и включает в себя несколько направляющих аппаратов, полки которых представляют собой секторы кольца, при этом полки направляющих аппаратов установлены в окружном направлении встык, чтобы образовать канал прохождения текучих сред на выходе из камеры сгорания.

Радиальные части 7а и бортики 14 ограничивают для каждой обечайки 3, 4 внутреннее кольцевое пространство 15, которое сообщается на одном конце с камерой 1 и которое закрыто на своем другом конце уплотнительными средствами 16.

Эти уплотнительные средства 16 включают в себя уплотнительные прокладки 17, расположенные в радиальном и окружном направлениях вдоль каждого сектора направляющего аппарата 2. Каждая прокладка 17 выполнена с возможностью плотно опираться на радиальную сторону соответствующего бортика 14 направляющего аппарата 2 и на свободный конец осевой части 7b соответствующего фланца 6 камеры 1 сгорания. Прокладки 17 удерживаются в положении опоры на указанные части 7b, 14 при помощи упругих возвратных средств.

Эти упругие средства являются, например, геликоидальными пружинами 18 конической формы, установленными вокруг винтов 19, завинченных в лапки 20, проходящие радиально от соответствующей полки 11, 12 направляющего аппарата 2. Выходные части 21 внутренней и наружной обечаек 3, 4 могут содержать множество отверстий 22.

Радиальная часть 7а фланца содержит зоны, расположенные напротив направляющего аппарата 2 и имеющие отверстия 27а, 27b, 27c, 27d.

В частности, каждая зона содержит срединное в окружном направлении отверстие 27а, ориентированное в осевом направлении, отверстия 27b и 27с, расположенные в окружном направлении с двух сторон от срединного отверстия 27а, и отверстия 27d, находящиеся на окружных концах каждой зоны, при этом указанные отверстия 27d ориентированы в осевом направлении.

Отверстия 27b и 27с наклонены в двух противоположных окружных направлениях и образуют угол, составляющий от 15 до 75° с осевой плоскостью, например, угол порядка ±45°. Положительный или отрицательный знак угла зависит от наклона отверстий.

Отверстия 27а-27d являются цилиндрическими и открыты на входе в пространства 24 и 25 и на выходе в кольцевое пространство 15. Каждое отверстие имеет диаметр, составляющий от 0,1 мм до 6 мм, например, около 1 мм.

Каждая зона может содержать единственное центральное отверстие 27а, десять отверстий 27b, десять отверстий 27с и две пары из трех или четырех отверстий 27d, как показано на фиг. 4.

Выходные концы отверстий 27а-27d, открытые в кольцевое пространство 15, могут отстоять друг от друга в радиальном направлении и/или в окружном направлении на расстояние, составляющее от 0,1 до 6 мм.

В данном случае отверстия 27b, 27с и 27d расположены в два ряда, смещенные относительно друг друга в радиальном направлении, и чередуются друг с другом. Отверстие 27а смещено в радиальном направлении противоположно к газовому проточному тракту относительно отверстий 27b, 27с и 27d.

Во время работы газотурбинного двигателя в пространствах 24 и 25, ограниченных соответственно наружным корпусом 9 и наружной обечайкой 4, с одной стороны, и внутренним корпусом 8 и внутренней обечайкой 3, с другой стороны, протекает перепускной воздух 23. Этот перепускной воздух 23 проходит через множество отверстий 22, ограничивая нагрев выходных частей 21 внутренней и наружной обечаек 3, 4, и проходит через отверстия 27а-27d, охлаждая соответствующие полки 11, 12 направляющего аппарата 2.

Изобретение относится к узлу для газотурбинного двигателя, содержащему камеру (1) сгорания, имеющую на своем выходном конце проходящий радиально выходной фланец (6), направляющий аппарат (2), расположенный на выходе из камеры (1) сгорания и содержащий полку (11, 12), от которой в радиальном направлении отходит по меньшей мере одна лопатка (13), при этом полка (11, 12) содержит входной бортик, расположенный радиально и ограничивающий вместе с расположенным напротив выходным фланцем (6) пространство (15), сообщающееся с камерой (1) сгорания на своем радиально внутреннем конце и закрытое на своем радиально наружном конце уплотнительными средствами (17, 18), закрепленными на направляющем аппарате (2). Согласно изобретению, выходной фланец (6) камеры (1) сгорания содержит по меньшей мере одно прямолинейное охлаждающее отверстие (27а, 27b, 27с, 27d), проходящее через указанный фланец (6) и выходящее в пространство (15) напротив полки (11, 12) направляющего аппарата (2). 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел для газотурбинного двигателя, содержащий:

- камеру (1) сгорания, имеющую на своем выходном конце выходной фланец (6), проходящий радиально,

- направляющий аппарат (2), расположенный на выходе из камеры (1) сгорания и содержащий полку (11, 12), от которой в радиальном направлении отходит по меньшей мере одна лопатка (13), при этом полка (11, 12) содержит входной бортик, проходящий радиально и ограничивающий вместе с расположенным напротив выходным фланцем (6) пространство (15), сообщающееся с камерой (1) сгорания на своем радиально внутреннем конце и закрытое на своем радиально наружном конце уплотнительными средствами (17, 18), закрепленными на направляющем аппарате (2), при этом выходной фланец (6) камеры (1) сгорания содержит по меньшей мере одно прямолинейное охлаждающее отверстие (27а, 27b, 27с, 27d), проходящее через указанный фланец (6) и выходящее в пространство (15) напротив полки (11, 12) направляющего аппарата (2), отличающийся тем, что радиальная часть (7а) выходного фланца (6) камеры (1) сгорания содержит по меньшей мере два охлаждающих отверстия (27а, 27b, 27с, 27d), проходящих через выходной фланец (6) и выходящих в пространство (15), при этом два из указанных отверстий (27а, 27b, 27с, 27d) проходят в двух направлениях, образующих между собой угол.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительные средства содержат по меньшей мере одну прокладку (17), расположенную в радиальном и по окружности направлениях и опирающуюся в осевом направлении на выходной фланец (6) камеры (1) сгорания и на входной бортик направляющего аппарата (2).

3. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно отверстие (27b), наклоненное в первом направлении по окружности, и по меньшей мере одно отверстие (27с), наклоненное во втором направлении по окружности, противоположном к первому направлению по окружности.

4. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно отверстие (27а, 27d), ориентированное в осевом направлении.

5. Узел по п. 3, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно отверстие (27а, 27d), ориентированное в осевом направлении.

6. Узел по п. 5, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно первое отверстие (27а), ориентированное в осевом направлении, и по меньшей мере одно второе и одно третье отверстия (27b, 27с), расположенные в направлении по окружности с двух сторон от первого отверстия (27а), при этом второе и третье отверстия (27b, 27с) наклонены в двух противоположных направлениях по окружности.

7. Узел по п. 6, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одно четвертое отверстие (27d) и по меньшей мере одно пятое отверстие (27d), расположенные соответственно в направлении по окружности с двух сторон от второго и третьего отверстий (27b, 27с) противоположно к первому отверстию (27а), при этом четвертое и пятое отверстия (27d) ориентированы в осевом направлении.

8. Узел по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере два отверстия (27а, 27b, 27с, 27d), смещенные относительно друг друга в радиальном и по окружности направлениях.

9. Узел по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что края отверстий (27а, 27b, 27с, 27d), выходящих в пространство (15), смещены относительно друг друга на расстояние, составляющее от 0,1 до 6 мм.