КОРОБКА ПРИВОДНЫХ АГРЕГАТОВ С АДАПТЕРОМ ТОПЛИВНЫХ АГРЕГАТОВ Российский патент 2023 года по МПК F02C7/32 F02C7/22 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода коробок приводных агрегатов (КПА) двухконтурных газотурбинных двигателей (ГТД), и может быть использовано в ГТД авиационного применения.

Изобретение касается размещения, соединения и пространственной ориентации агрегатов, устанавливаемых на КПА, а именно: топливных (приводных и не приводных) агрегатов, обеспечивающих подачу топлива в камеру сгорания ГТД и масляных агрегатов, обеспечивающих подачу масла на охлаждение и смазку подшипников и зубчатых колес.

Известна конструкция двигателей, в которых на КПА устанавливаются приводные топливные насосы, а на других корпусных деталях крепятся не приводные топливные агрегаты (например, теплообменники, дозаторы топлива, топливные фильтры). Соединение этих топливных агрегатов может осуществляться с помощью трубопроводных коммуникаций (ТК), при этом для их минимизации массы расположение агрегатов должно обеспечивать минимальные длины ТК (см. учебник «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок», под редакцией А.А. Иноземцева, том 3 стр. 133 раздел 12.3.4 «Размещение агрегатов, датчиков и проектирование узлов крепления»). Демонтаж любого из указанных топливных агрегатов связан с высокой трудоемкостью, поскольку сначала необходимо расконтрить и демонтировать соединяющие их ТК, а только потом появится возможность демонтажа этих агрегатов. Кроме того, для соединения агрегатов трубопроводами, последние должны иметь на выходе (и на входе) часть трубы с прямолинейным участком для технологичности их изготовления, а также для уменьшения гидравлических потерь эти трубопроводы должны иметь возможно большие радиусы сгиба (не менее 2…2,5D (см. «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок под редакцией А.А. Иноземцева, т. 3 стр. 109 раздел 12.2.1.2). Все это приводит к тому, что при конструировании КПА устанавливаемые агрегаты приходится отодвигать друг от друга для обеспечения проведения монтажа большого количества пространственно-сложных трубопроводов, при этом увеличивается риск утечки топлива в случае негерметичности их соединения и при растрескивании самих труб.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция КПА, в которых каналы топливных агрегатов соединяются не внешними трубопроводами, а с помощью переходной крепежной плиты, внутри которой выполнены литые каналы (см. описание патента ЕР 0540192 (А1). Согласно этому описанию на общей переходной крепежной плите устанавливаются приводные (топливный насос и гидромеханический привод) и не приводные (теплообменники) топливные агрегаты, топливо между которыми циркулирует по литым каналам, изготовленным внутри этой переходной плиты. Передача мощности к топливному насосу и гидромеханическому блоку происходит посредством зубчатых колес КПА, которые соединены с этими агрегатами через приводные валы, уплотненными в переходной крепежной плите. Эта крепежная плита крепится на корпусе КПА, при этом на одной стороне переходной крепежной плиты находятся топливный насос, гидромеханический привод и один из теплообменников. На противоположной стороне переходной крепежной плиты находится второй теплообменник. Между этими агрегатами циркулирует топливо по литым каналам крепежной плиты, заменяя при этом трубопроводы, которые традиционно используются для соединения этих агрегатов. Недостатком этой конструкции является то, что все приводные и не приводные агрегаты (за исключением одного теплообменника) находятся на одной стороне крепежной плиты, а топливо перенаправляется от одного агрегата к другому по литым каналам в крепежной плите преимущественно в продольном направлении. Кроме того, в этой крепежной плите располагаются литые каналы, по которым циркулирует масло. В результате этого, крепежная плита получается вытянутой в продольном направлении, увеличивается ее масса и она занимает существенное пространство по длине корпуса КПА.

Таким образом, технической проблемой является отсутствие оптимального расположения топливных (приводных и не приводных) агрегатов.

Техническая задача заключается в расположении топливных (приводных и не приводных) агрегатов, таким образом, что обеспечит более компактное расположение агрегатов, сократит длину литых топливных каналов, соединяющих их, а также сократит длину и снизит массу переходной крепежной плиты. Это тем более актуально при размещении КПА с агрегатами в межконтурном пространстве, в которой плотность трубопроводной обвязки увеличивается из-за относительно малого диаметра корпусных деталей газогенератора.

Технический результат заключается в получении оптимального расположения топливных (приводных и не приводных) агрегатов, установленных на корпусе КПА и переходной крепежной плите, называемой «адаптер топливных агрегатов» (АТА), с использованием наиболее коротких литых каналов.

Технический результат достигается за счет того, что топливные агрегаты устанавливаются не только с двух сторон АТА, но и тем, что некоторые агрегаты (например, фильтр последнего шанса (ФПШ), могут быть установлены с торца АТА, другие, как, например, блок топливных насосов (БТН) установлены с противоположной стороны корпуса КПА, а топливные коммуникации этих агрегатов соединены с АТА с помощью литых каналов, расположенных непосредственно в корпусе КПА. Это конструктивное решение, согласно изобретению, позволяет существенно сократить продольное расположение топливных агрегатов и габариты АТА. При этом, наиболее тяжелые агрегаты: БТН и дозатор топлива (ДТ) устанавливаются на корпусе КПА и АТА, не находящиеся на консольной части АТА поэтому вес этих агрегатов воспринимает сам корпус КПА. На консольно расположенной части АТА установлены относительно легкие агрегаты: блок топливно-масляных теплообменников (БТМТ), основной топливный фильтр (ОТФ) и фильтр последнего шанса (ФПШ), в связи с чем нагрузка, действующая от силы тяжести этих агрегатов будет незначительной и АТА не потребуется делать переразмеренным и массивным.

Кроме того, для сокращения длины каналов в АТА и уменьшения его консольного расположения, возможен вариант применения Т-образного АТА. Наиболее кардинальным и перспективным случаем расположения топливных агрегатов является вариант цельнолитого корпуса КПА, в котором проходят все топливные и масляные каналы. Преимуществом последнего является исключение дополнительных разъемов в стыке «корпус КПА - АТА». Однако, этот вариант крайне нетехнологичный, ведь в случае негерметичности каналов, повреждения при эксплуатации (монтаже/демонтаже) или износе отдельных деталей, будет забракована очень дорогостоящая и трудоемкая в изготовлении деталь - корпус КПА. Поэтому наиболее приемлемым вариантом является изготовление АТА с литыми каналами, в случае повреждения которого можно выполнить его замену.

На АТА также могут быть установлены датчики температуры и давления.

На Фиг. 1 представлен вид на КПА со стороны корпуса КПА.

На Фиг. 2 представлен вид на КПА со стороны АТА.

На Фиг. 3 представлена схема соединения каналов топливных агрегатов.

На Фиг. 4 представлена схема соединения каналов топливных агрегатов при Т-образном АТА.

На Фиг. 5 представлена схема соединения каналов топливных агрегатов, расположенных в цельнолитом корпусе КПА.

Изобретение работает следующим образом.

Корпус КПА (1) показан на фиг. 1, на котором с помощью традиционного крепежа установлен АТА (2). На корпус КПА устанавливается БТН (3), а на АТА устанавливаются ОТФ (6), ФПШ (7), а также показанные на фиг. 2 ДТ (4) и БТМТ (5). Указанные топливные агрегаты сообщаются между собой литыми каналами в корпусе КПА и АТА по следующей схеме: (см. Фиг. 1 и Фиг. 2):

Топливо низкого давления 0…4 кгс/см2 поступает на вход центробежной ступени БН (А4), помимо этого сюда же поступают излишки топлива из ДТ (Б4).

После поднятия давления в центробежной ступени (А1) до 4…10 кгс/см2 топливо поступает в БТМТ (В1) для последующего подогрева, с целью исключения образования кристаллов льда, которые могут привести к выходу из строя ОТФ. Помимо этого, на вход БТМТ (В1) поступают излишки топлива низкого давления из ДТ (Б1).

Подогретое в БТМТ топливо (В2) поступает на вход ОТФ (Д1) для последующей фильтрации. Помимо этого, на вход в ОТФ (Д1) поступают излишки топлива низкого давления из ДТ (Б2).

Отфильтрованное топливо поступает на вход центробежной ступени БН (А2). После поднятия давление до 80…110 кгс/см2 поступает на вход ДТ (Б3), где после распределения подается на контуры форсунок в КС.

Кроме того, имеется возможность использования АТА для перетекания не только топлива, но и масла по следующей схеме:

Масло давлением 2…15 кгс/см2 поступает на вход адаптера (Е1), после чего по литому каналу подается на вход БТМТ (В3). После прохождения через БТМТ (В4) масло охлаждается, передавая свое тепло холодному топливу (попутно подогревая топливо) и поступает на вход в ФПШ (Г1). После прохождения ФПШ (Г2) отфильтрованное масло распределяется по двигателю.

Кроме того, имеется возможность из точки В4 (из выхода масла из БТМТ) также литыми каналами направить масло на смазку зубчатых колес и подшипников КПА (из АТА - в корпус КПА).

Таким образом, трубопроводные коммуникации, выполненные литыми каналами (8) в корпусе КПА и АТА связывают следующие точки:

А1→В1←Б1; Б2→Д1←В2,

указанные выше литые топливные каналы показаны на Фиг. 3, а также реализованы в перспективных вариантах на Фиг. 4 и Фиг. 5:

Д2→А2; А3→Б3; Б4→А4.

Кроме того, имеется возможность использования АТА для перетекания не только топлива, но и масла по следующей схеме:

Е1 (вход масла) → В3;

В4→Г1→Г2 (выход масла).

В4 (из выхода масла из БТМТ) → на смазку зубчатых колес и подшипников КПА (масло перетекает из АТА - в корпус КПА).

Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, при более компактном расположении агрегатов, позволит сократить длину литых топливных каналов, а также сократить длину и снизить массу АТА.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода коробок приводных агрегатов двухконтурных газотурбинных двигателей, и может быть использовано в газотурбинных двигателях авиационного применения. Изобретение касается размещения, соединения и пространственной ориентации агрегатов, устанавливаемых на коробку приводных агрегатов: топливных (приводных и не приводных) агрегатов, обеспечивающих подачу топлива в камеру сгорания ГТД, и масляных агрегатов, обеспечивающих подачу масла на охлаждение и смазку подшипников и зубчатых колес. Топливные агрегаты устанавливаются не только с двух сторон адаптера топливных агрегатов, но и тем, что часть топливных агрегатов, например, блок топливных насосов установлены с противоположной стороны корпуса КПА, а топливные коммуникации этих агрегатов соединены с адаптером топливных агрегатов с помощью литых каналов, расположенных непосредственно в корпусе КПА. Это конструктивное решение позволяет существенно сократить продольное расположение топливных агрегатов и габариты адаптера топливных агрегатов. При этом, наиболее тяжелые агрегаты: блок топливных насосов и дозатор топлива устанавливаются на корпусе КПА и адаптера топливных агрегатов, не находящиеся на консольной части адаптера топливных агрегатов, поэтому вес этих агрегатов воспринимает сам корпус КПА. На консольно расположенной части адаптера топливных агрегатов установлены относительно легкие агрегаты: блок топливно-масляных теплообменников, основной топливный фильтр и фильтр последнего шанса, поэтому нагрузка, действующая от силы тяжести этих агрегатов, будет незначительной и адаптер топливных агрегатов, не потребуется делать переразмеренным и массивным. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Коробка приводных агрегатов (1) с адаптером топливных агрегатов (2), на которых установлены топливно-масляные агрегаты, а именно: блок топливных насосов (3), дозатор топлива (4), блок топливо-масляных агрегатов (5), основной топливный фильтр (6) и фильтр последнего шанса (7), отличающаяся тем, что блок топливных насосов (3) и дозатор топлива (4), как наиболее тяжелые агрегаты, установлены на корпусе коробки приводных агрегатов (1), с противоположной стороны от адаптера топливных агрегатов (2), который сообщается с расположенными на адаптере топливных агрегатов (2) топливными коммуникациями, выполненных в виде литых каналов (8), расположенных в корпусе коробки приводных агрегатов (1) и адаптере топливных агрегатов (2), что обеспечивает минимальную длину топливных каналов, причем относительно легкие агрегаты, например, блок топливо-масляных агрегатов (5), основной топливный фильтр (6) и фильтр последнего шанса (7), установлены в адаптере топливных агрегатов, в зоне, находящейся на консольной части самого адаптера тепловых агрегатов, чем обеспечивается минимальная масса адаптера тепловых агрегатов.

2. Коробка приводных агрегатов с адаптером топливных агрегатов по п. 1, отличающаяся тем, что по литым каналам внутри адаптера топливных агрегатов и корпуса коробки приводных агрегатов циркулирует масло, которое после входа направляется в блок топливо-масляных агрегатов, где охлаждается, нагревая при этом топливо, и направляется после этого литыми каналами для смазки зубчатых колес и подшипников, а близкое расположение фильтра последнего шанса и блока топливо-масляных агрегатов обеспечивает минимальную длину литых масляных каналов.

3. Коробка приводных агрегатов с адаптером топливных агрегатов по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что с целью максимально компактного размещения топливо-масляных агрегатов и сокращения длины каналов, часть агрегатов (например, фильтр последнего шанса или другие) могут быть расположены с торца адаптера топливных агрегатов.

4. Коробка приводных агрегатов с адаптером топливных агрегатов по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что адаптер топливных агрегатов может иметь Т-образную форму для более компактного размещения агрегатов.

5. Коробка приводных агрегатов с адаптером топливных агрегатов по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в составе адаптера топливных агрегатов могут быть установлены датчики измерения температуры и давления.