Обшивка картера в турбореактивном двигателе и турбореактивный двигатель
Обшивка картера в турбореактивном двигателе включает в себя две коаксиальные обечайки, расположенные одна внутри другой и неподвижно соединенные радиальными оболочками, внутри которых проходят радиальные рукава картера. Обшивка закреплена нижним по потоку краем своей внутренней обечайки на элементе картера и имеет осевую опору верхним по потоку краем своей внешней обечайки на другом элементе картера. Обшивка имеет в свободном состоянии осевой размер, меньший осевого расстояния между точками закрепления нижнего по потоку края внутренней обечайки и точками осевой опоры на картере верхнего по потоку края внешней обечайки, и подвергается осевому напряжению, когда она смонтирована и закреплена на картере. Другое изобретение группы относится к турбореактивному двигателю, включающему в себя указанную выше обшивку картера. Изобретение позволяет исключить значительные вибрационные напряжения в обшивке за счет компенсации отклонения между осевым термическим расширением обшивки и картера. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение касается обшивки картера, такого как картер выпуска в турбореактивном двигателе, эта обшивка включает в себя две коаксиальные обечайки, расположенные одна внутри другой и неподвижно соединенные радиальными оболочками, внутри которых проходят радиальные рукава картера.
Обшивка такого типа описана в патенте GB 2226600.
Этот тип обшивки монтируется вокруг опоры подшипника турбореактивного двигателя и термически защищает картер выпуска от потока горячих газов, исходящего из камеры сгорания и из турбины турбореактивного двигателя и проходящего между обечайками обшивки.
Обшивка закреплена болтами на своем нижнем крае за фланец опоры подшипника и в состоянии покоя опирается на картер своим верхним краем таким образом, чтобы иметь возможность свободно расширяться под воздействием повышения температуры во время работы турбореактивного двигателя.
Тем не менее термическое расширение обшивки, превышающее термическое расширение картера, ликвидирует опору верхнего края обшивки на картер, по меньшей мере, во время переходных стадий между режимом малый газ и режимом работы в полный газ турбореактивного двигателя. Обшивка крепится в этом случае на весу на опоре подшипника своим нижнем краем и подвергается значительным вибрационным нагрузкам, которые способны вызывать появление трещин или надрывов.
Решение этой проблемы могло бы состоять в изменении геометрии обшивки и/или ее усилении посредством элементов жесткости. Однако такие меры являются неприемлемыми, так как они требуют значительных затрат и влекут за собой увеличение массы обшивки, что является недопустимым в самолетостроении.
Изобретение, в частности, имеет задачей обеспечить простое, эффективное и экономичное решение этих проблем.
Для решения поставленной задачи предлагается обшивка картера в турбореактивном двигателе, включающая в себя две коаксиальные обечайки, расположенные одна внутри другой и неподвижно соединенные радиальными оболочками, внутри которых проходят радиальные рукава картера, при этом обшивка закреплена нижним по потоку краем своей внутренней обечайки на элементе картера и имеет осевую опору верхним по потоку краем своей внешней обечайки на другом элементе картера, и отличающаяся тем, что она имеет в свободном состоянии осевой размер, меньший осевого расстояния между точками закрепления нижнего по потоку края внутренней обечайки и точками осевой опоры на картере верхнего по потоку края внешней обечайки, и подвергается осевому напряжению, когда она смонтирована и закреплена на картере.
Нагружение обшивки осевым растягивающим напряжением, когда она смонтирована на картере, позволяет компенсировать отклонение между ее осевым термическим расширением и термическим расширением картера, чтобы обеспечивать осевую опору ее верхнего края на картере во время работы турбореактивного двигателя, что позволяет избегать значительных вибрационных напряжений в обшивке.
Предпочтительно, чтобы разница между осевым размером обшивки в свободном состоянии и осевым расстоянием между точками закрепления нижнего по потоку края внутренней обечайки и точками осевой опоры верхнего по потоку края внешней обечайки была равна максимальной разнице между осевым термическим расширением обшивки и термическим расширением картера во время работы турбореактивного двигателя.
Таким образом, верхний край обшивки всегда имеет осевую или радиальную опору на картере, каким бы ни был режим работы турбореактивного двигателя, что достаточно для того, чтобы избежать появления вибрационных напряжений в обшивке.
Предпочтительно, чтобы эта разница составляла, например, порядка 1-1,2 миллиметра в частном случае способа осуществления изобретения.
Предпочтительно также, чтобы обшивка нижним по потоку краем внутренней обечайки была закреплена с помощью болтов на фланце опоры подшипника и имела на верхнем по потоку крае своей внешней обечайки ориентированную наружу радиальную реборду, размещенную внутри и вверх по потоку от радиального борта, образованного на верхнем по потоку крае элемента картера, а радиальная реборда верхнего по потоку края внешней обечайки получала осевую опору на радиальный борт элемента картера при монтаже обшивки на картер.
Предпочтительно также, чтобы радиальная реборда, образованная на верхнем по потоку крае внешней обечайки обшивки, при термическом расширении могла получить радиальную опору на элемент картера во время работы турбореактивного двигателя.
Когда обшивка достигает своего максимального осевого термического расширения по отношению к термическому расширению картера, радиальная реборда обшивки выходит на один уровень с радиальным бортом картера и обечайка обшивки получает радиальную опору на элементе картера. Верхний край обшивки постоянно опирается, таким образом, на картер, каким бы ни был режим работы турбореактивного двигателя.
Изобретение касается также турбореактивного двигателя, отличающегося тем, что он включает, по меньшей мере, одну обшивку картера, как показано выше.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных примеров его осуществления со ссылками на приложенные чертежи, где:
фиг.1 изображает половину схематического вида в осевом разрезе обшивки картера выпуска согласно изобретению;
фиг.2 - вид в более крупном масштабе средств крепления обшивки фиг.1;
фиг.3 - вид в более крупном масштабе средств осевой опоры обшивки фиг.1.
На фиг.1 представлена обшивка 10 картера выпуска 12 турбореактивного двигателя, которая смонтирована вокруг опоры подшипника 14 и которая позволяет термически защитить картер 12 от потока горячих газов 16, исходящего из камеры сгорания и из турбины (не представлена) турбореактивного двигателя.
Опора подшипника 14 включает в себя перегородку 18, близкую по форме к форме усеченного конуса, проходящую вниз по потоку к оси 20 турбореактивного двигателя и несущую наружное кольцо 21 подшипника (не представлен), центрирующего и направляющего вал турбореактивного двигателя. Перегородка 18 опоры подшипника имеет на своем нижнем конце фланец 22 крепления к средствам смазки 23 подшипника и соединена своим верхним краем с нижним краем стенки 24 почти цилиндрической формы.
Картер выпуска 12 включает в себя девять радиальных рукавов 26, которые закреплены радиальными болтами 25 за свои внутренние края на цилиндрической стенке 24 опоры подшипника и радиальными болтами 27 за свои внешние края на цилиндрическом элементе 28 картера. Каждый радиальный рукав 26 включает в себя внутреннюю полость 30 для циркуляции охлаждающего воздуха, поступающего из находящейся в радиальном направлении с внешней стороны от элемента картера 28 камеры питания 32, и удаляемого частично в камеру 34, расположенную в радиальном направлении с внутренней стороны от стенки 24 опоры подшипника и ограниченную этой стенкой 24 и перегородкой в форме усеченного конуса 18 опоры подшипника.
Обшивка 10 является моноблочной и включает в себя две коаксиальные обечайки 36 и 38, которые проходят одна внутри другой и соединены девятью радиальными оболочками 40, внутри которых проходят радиальные рукава 26. Внутренняя обечайка 36 проходит снаружи и на некотором расстоянии от стенки 24 опоры подшипника, а внешняя обечайка 38 проходит внутри и на некотором расстоянии от элемента картера 28.
Каждая оболочка 40 имеет профилируемую в радиальном направлении форму, а радиальный рукав 26 проходит внутри верхней части оболочки и на расстоянии от нее.
Радиальный рукав 26 имеет в верхней части отверстия 42, выходящие в сторону верхнего края оболочки 40, которая сама по себе имеет внизу отверстия 44, ориентированные книзу и выходящие в тракт истечения потока газа. Воздух, который циркулирует по внутренней полости 30 радиального рукава 26, частично удаляется через отверстия 42 и направляется на часть верхнего края оболочки для его охлаждения. Этот воздух огибает затем радиальный рукав 26 в оболочке 40 и нагнетается в поток газа 16 через отверстия 44.
В процессе работы турбореактивного двигателя обшивка 10 подвергается воздействию высоких температур, могущих достигать приблизительно 700-800°С, а воздух, который циркулирует в полостях 30 радиальных рукавов 26, имеет температуру порядка 300-400°С, что вызывает значительно отличающиеся значения термического расширения обшивки и картера.
Нижний край обшивки 10 закреплен на опоре подшипника 14, а ее верхний край имеет опору на элемент 28 картера, чтобы в процессе работы обшивка сохраняла возможность свободно расширяться в осевом направлении.
В представленном примере внутренняя обечайка 36 обшивки имеет на своем верхнем крае радиальный внутренний кольцевой фланец 50, который зажат посредством болтов 55 между расположенным сверху кольцевым фланцем 52 стенки 24 опоры подшипника и фланцами 51 - кольцевой крышки 53 и 54 - конуса выпуска 56 (фиг.2), расположенными снизу, причем конус выпуска вытянут вниз по потоку и находится на одной линии с внутренней обечайкой 36 обшивки.
Верхний конец внутренней обечайки 36 закреплен заклепками на способных к упругой деформации средствах 58, расположенных на опоре подшипника 14 и допускающих отличающиеся значения термического расширения обшивки и опоры подшипника.
Внешняя обечайка 38 обшивки включает в себя вблизи своего верхнего края кольцевую радиальную внешнюю реборду 60, которая осуществляет осевую опору своей нижней частью на верхнюю часть внешнего кольцевого борта 62, образованного на верхнем крае элемента картера 28 (фиг.3). Радиальный размер реборды 60 превосходит радиальное расстояние между внешней обечайкой 38 и цилиндрическим элементом 28.
Нижний край элемента картера 28 включает в себя средства 64, способные к упругой деформации и имеющие радиальную опору на нижний край внешней обечайки 38 обшивки.
В современном исполнении в свободном состоянии обшивка имеет осевой размер D, находящийся между нижней опорной стороной радиальной реборды 60 внешней обечайки и верхней стороной фланца 50, предназначенного быть наложенным на фланец 52 опоры подшипника, этот размер равен осевому расстоянию L между нижней стороной фланца 52, на который наложен фланец 50, и верхней опорной стороной радиального борта 62 элемента картера 28.
Во время работы обшивка расширяется в осевом и радиальном направлениях, а радиальная реборда 60 ее внешней обечайки перемещается в радиальном направлении вверх по отношению к своему положению в свободном состоянии и больше не имеет осевой опоры на радиальный борт 62 элемента картера, что может вызвать значительные вибрационные напряжения в обшивке и привести к ее повреждению.
Изобретение позволяет решить эту проблему благодаря обшивке, вышеупомянутый осевой размер D которой меньше осевого расстояния L, что вынуждает подвергать обшивку осевому напряжению, чтобы монтировать ее на опоре подшипника.
Разница между осевым размером D и осевым расстоянием L примерно равна максимальному расхождению между осевым термическим расширением обшивки и термическим расширением картера во время работы турбореактивного двигателя. Когда осевое термическое расширение обшивки становится равным этой разнице, опорная поверхность радиальной реборды 60 располагается на одном уровне с радиальным бортом 62 элемента картера, но радиальное термическое расширение обшивки при этом таково, что она получает радиальную опору на элементе 28 картера, что является достаточным, чтобы избежать появления вибрационных напряжений в обшивке.
Разница между размером D и расстоянием L составляет приблизительно от 1 до 1,2 миллиметра в примере осуществления изобретения.
Радиальное расстояние R между внешней обечайкой 38 и элементом картера 28 предпочтительно равно или немного меньше максимального радиального термического расширения обшивки для того, чтобы обшивка имела осевую и/или радиальную опору на элементе картера в процессе работы (фиг.3).
Монтаж обшивки 10 на картере выпуска 12 осуществляется, например, с вертикальным расположением деталей следующим образом: картер устанавливается с опорой на суппорт, оснастка размещается с опорой на верхнюю часть опоры подшипника и к ней прикладывается усилие в направлении оси картера, чтобы переместить книзу положение нижнего фланца 50 обшивки на расстояние 1-1,2 мм. Удерживая это положение, затягивают винты 25 и 27 крепления стоек на внешней обечайке картера и на опоре подшипника.
1. Обшивка картера (10) в турбореактивном двигателе, включающая в себя две коаксиальные обечайки (36, 38), расположенные одна внутри другой и неподвижно соединенные радиальными оболочками (40), внутри которых проходят радиальные рукава (26) картера, при этом обшивка закреплена нижним по потоку краем своей внутренней обечайки (36) на элементе картера и имеет осевую опору верхним по потоку краем своей внешней обечайки (38) на другом элементе картера, отличающаяся тем, что она имеет в свободном состоянии осевой размер (D), меньший осевого расстояния (L) между точками закрепления нижнего по потоку края внутренней обечайки (36) и точками осевой опоры на картере верхнего по потоку края внешней обечайки (38), и подвергается осевому напряжению, когда она смонтирована и закреплена на картере.
2. Обшивка картера по п.1, отличающаяся тем, что разница между осевым размером (D) обшивки (10) в свободном состоянии и осевым расстоянием (L) между точками закрепления нижнего по потоку края внутренней обечайки (36) и точками осевой опоры верхнего по потоку края внешней обечайки (38) равна максимальной разнице между осевым термическим расширением обшивки и термическим расширением картера во время работы турбореактивного двигателя.
3. Обшивка картера по п.2, отличающаяся тем, что разница составляет порядка 1-1,2 мм.
4. Обшивка картера по п.1, отличающаяся тем, что обшивка (10) нижним по потоку краем внутренней обечайки (36) закреплена с помощью болтов на фланце (52) опоры подшипника (14) и имеет на верхнем по потоку крае своей внешней обечайки (38) ориентированную наружу радиальную реборду (60), размещенную внутри и вверх по потоку от радиального борта (62), образованного на верхнем по потоку крае элемента (28) картера, причем радиальная реборда (60) верхнего по потоку края внешней обечайки (38) получает осевую опору на радиальный борт (62) элемента картера при монтаже обшивки на картер.
5. Обшивка картера по п.4, отличающаяся тем, что радиальная реборда (60), образованная на верхнем по потоку крае внешней обечайки обшивки (10), при термическом расширении может получить радиальную опору на элемент (28) картера во время работы турбореактивного двигателя.
6. Турбореактивный двигатель, отличающийся тем, что он включает в себя, по меньшей мере, одну обшивку (10) картера по п.1.
