Камера сгорания для турбомашины
Изобретение относится к камере сгорания для турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или авиационный турбовинтовой двигатель. Камера (1) сгорания турбомашины содержит донную стенку (4), содержащую по меньшей мере одно отверстие (5), по меньшей мере одну втулку (12), установленную выше по потоку от донной стенки (4) и прикрепленную к донной стенке (4), закрывающее кольцо (13), ограничивающее вместе с втулкой (12) кольцевую канавку (11) и прикрепленное к втулке (12), по меньшей мере одну систему (6) впрыска воздушно-топливной смеси, имеющую ось (А) и установленную в отверстии (5) донной стенки (4), при этом система (6) впрыска содержит кольцевой буртик (10), проходящий радиально относительно указанной оси (А) и установленный в указанной канавке (11) с радиальным зазором, дефлектор (14), расположенный ниже по потоку от донной стенки (4), прикрепленный к втулке (12) и/или к донной стенке (4) и содержащий радиально внутреннюю часть, расположенную в осевом направлении между донной стенкой (4) и нижним по потоку концом системы (6) впрыска. Система (6) впрыска содержит по меньшей мере одну выступающую часть, выполненную с возможностью заходить в полую часть (16) дефлектора (14), или наоборот, в первом угловом положении установки системы (6) впрыска относительно дефлектора (14), причем во втором угловом положении указанная выступающая часть выполнена с возможностью приходить в осевом направлении в положение упора в радиальную поверхность или нижнюю по потоку поверхность дефлектора (14) или, соответственно, системы (4) впрыска для удерживания системы (6) впрыска относительно дефлектора (14), при этом указанная выступающая часть смещена в угловом направлении от полой части (16) в указанном втором положении. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
Изобретение относится к камере сгорания для турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или авиационный турбовинтовой двигатель.
Предшествующий уровень техники
На фиг. 1 показана часть кольцевой камеры 1 сгорания турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или авиационный турбовинтовой двигатель, в соответствии с известным техническим решением.
Камера 1 сгорания расположена на выходе диффузора (не показан), который, в свою очередь, находится на выходе компрессора. Камера 1 содержит внутреннюю стенку 2 вращения и наружную стенку 3 вращения, соединенные выше по потоку с кольцевой донной стенкой 4 камеры.
Донная стенка 4 камеры содержит отверстия 5, в которых установлены системы 6 впрыска воздушно-топливной смеси в камеру 1, при этом воздух поступает из диффузора, а топливо подается через форсунки (не показаны), равномерно распределенные по периферии камеры 1 сгорания. Каждая форсунка содержит головку впрыска топлива, выровненную с осью А соответствующего отверстия 5.
Часть воздушного потока, создаваемого компрессором и выходящего из диффузора, питает внутренний и наружный кольцевые каналы, проходящие вокруг камеры сгорания. Другая часть воздушного потока проходит в системы впрыска и смешивается с топливом, попадающим через форсунки, после чего распыляется в камере 1 сгорания.
Для каждой системы 6 впрыска центральная топливная форсунка окружена кольцевой стенкой 7 указанной системы 6 впрыска, образующей трубку Вентури. Чаша 8 окружает кольцевую стенку, при этом указанная чаша 8 расширяется в нижнюю по потоку сторону. Система впрыска обычно содержит ребра 9, предназначенные для сообщения проходящему через нее воздушному потоку кругового движения, способствующего гомогенизации топливно-воздушной смеси.
Радиально наружная периферия чаши содержит радиальный буртик 10, установленный подвижно в радиальной канавке 11, ограниченной втулкой 12, закрепленной сваркой на донной стенке 4 камеры 1 сгорания, и закрывающим кольцом 13, приваренным к втулке 12.
Радиальное перемещение буртика 10 в канавке 11 позволяет компенсировать относительные перемещения между форсунками и корпусом турбомашины, к которому они прикреплены, с одной стороны, и камерой 1 сгорания, с другой стороны. Такие перемещения появляются во время работы по причине дифференциальных расширений между различными элементами турбомашины.
Кроме того, ниже по потоку от донной стенки 4 установлен дефлектор 14, при этом дефлектор 14 содержит цилиндрическую часть 15, установленную внутри цилиндрической части 16 втулки 12 и закрепленную пайкой или сваркой на указанной цилиндрической части 16 втулки 12.
Существует риск отсоединения дефлектора 14 от втулки 12, что может привести к повреждению находящихся ниже по потоку элементов, в частности, турбины.
Изобретение направлено на предотвращение такого повреждения простым, надежным и недорогим способом.
Раскрытие изобретения
Для этого объектом изобретения является камера сгорания турбомашины, содержащая:
- донную стенку, содержащую по меньшей мере одно отверстие,
- по меньшей мере одну втулку, установленную выше по потоку от донной стенки и прикрепленную к донной стенке,
- закрывающее кольцо, ограничивающее вместе с втулкой кольцевую канавку и прикрепленное к втулке,
- по меньшей мере одну систему впрыска воздушно-топливной смеси, имеющую ось и установленную в отверстии донной стенки, при этом система впрыска содержит кольцевой буртик, проходящий радиально относительно указанной оси и установленный в указанной канавке с радиальным зазором,
- дефлектор, расположенный ниже по потоку от донной стенки, прикрепленный к втулке и/или к донной стенке, содержащий радиально внутреннюю часть, расположенную в осевом направлении между донной стенкой и нижним по потоку концом системы впрыска,
причем система впрыска содержит по меньшей мере одну выступающую часть, выполненную с возможностью заходить в полую часть дефлектора, или наоборот, в первом угловом положении установки системы впрыска относительно дефлектора, причем во втором угловом положении указанная выступающая часть выполнена с возможностью приходить в осевом направлении в положение упора в радиальную поверхность или нижнюю по потоку поверхность дефлектора или, соответственно, системы впрыска для удерживания системы впрыска относительно дефлектора, при этом указанная выступающая часть смещена в угловом направлении от полой части в указанном втором положении.
Таким образом, дефлектор и система впрыска содержат систему байонетного типа, обеспечивающую установку системы впрыска в дефлекторе в первое угловое положение и удерживающую дефлектор в осевом направлении относительно системы впрыска во втором угловом положении. В случае отделения дефлектора, с одной стороны, и втулки и/или донной стенки, с другой стороны, дефлектор по-прежнему остается на месте, удерживаемый в осевом направлении выступающей частью, поэтому исчезает риск повреждения находящихся ниже по потоку элементов турбомашины.
Понятия «ниже(нижний) по потоку» и «выше(верхний) по потоку» определены относительно газового потока, проходящего через турбомашину.
Понятия «радиальный», «осевой» и «окружной» определены относительно оси системы впрыска.
Камера сгорания может содержать средства удерживания в положении, выполненные с возможностью удерживать систему впрыска в ее втором положении относительно дефлектора.
Выступающая часть может проходить радиально от нижнего по потоку конца системы впрыска, при этом полая часть выполнена в дефлекторе.
Например, выступающая часть выполнена в виде выступа или лапки, проходящей радиально наружу. Полая часть может быть выполнена, например, в виде канавки или выемки в дефлекторе.
Число выступающих частей и полых частей, например, равно трем. Выступающие и полые части могут быть равномерно распределены по окружности.
Система впрыска может содержать лапку блокировки вращения, удерживаемую или застопоренную от вращения окружными упорами втулки и/или закрывающего кольца.
Втулка может содержать первый окружной упор и второй окружной упор, при этом лапка блокировки вращения выполнена с возможностью приходить в положение опоры на первый окружной упор в первом угловом положении системы впрыска, и лапка блокировки вращения выполнена с возможностью приходить в положение опоры на второй окружной упор во втором угловом положении системы впрыска.
Таким образом, окружные упоры образуют концевые упоры, обеспечивающие и ограничивающие угловое смещение системы впрыска относительно дефлектора. Такая конструкция облегчает установку всего узла.
Закрывающее кольцо может содержать третий окружной упор, при этом лапка выполнена с возможностью своего удерживания в положении между вторым и третьим окружными упорами, чтобы удерживать систему впрыска в ее втором угловом положении.
Таким образом, второй и третий окружные упоры образуют вышеупомянутые средства удерживания в положении вместе с лапкой удерживания в положении.
Втулка может содержать радиально внутреннюю цилиндрическую часть, установленную в отверстии донной стенки и прикрепленную к периферии указанного отверстия.
Соответствующее крепление обеспечивают, например, при помощи пайки или сварки.
Дефлектор может содержать цилиндрическую часть, установленную в радиально внутренней цилиндрической части втулки и прикрепленную к указанной радиально внутренней цилиндрической части.
Соответствующее крепление обеспечивают, например, при помощи пайки или сварки.
Втулка может содержать радиально наружную цилиндрическую часть, расположенную в осевом направлении выше по потоку от радиально внутренней цилиндрической части, при этом закрывающее кольцо установлено радиально внутри радиально наружной цилиндрической части.
Камера сгорания может содержать форсунку, имеющую головку впрыска, установленную в системе впрыска, при этом система впрыска содержит средства подачи воздуха и средства получения смеси воздуха с топливом, поступающим из форсунки.
Объектом изобретения является также турбомашина, содержащая камеру сгорания вышеупомянутого типа.
Кроме того, объектом изобретения является также способ сборки камеры сгорания вышеупомянутого типа, который включает в себя следующие этапы, на которых:
- втулку и дефлектор прикрепляют к донной стенке,
- систему впрыска размещают в первом угловом положении и вводят в отверстие донной стенки через втулку и дефлектор посредством поступательного перемещения вдоль оси системы впрыска и указанного отверстия, при этом выступающая часть проходит через полую часть,
- систему впрыска поворачивают в ее второе угловое положение так, чтобы выступающая часть образовала осевой упор с дефлектором,
- устанавливают закрывающее кольцо так, чтобы удерживать в осевом направлении кольцевой буртик системы впрыска в канавке, ограниченной закрывающим кольцом и втулкой, и чтобы застопорить от вращения систему впрыска.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана часть известной камеры сгорания, вид в разрезе;
на фиг. 2 – вид, соответствующий фиг. 1, поясняющий камеру сгорания согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 3 – система впрыска, вид в перспективе;
на фиг. 4 – система впрыска, вид в перспективе;
на фиг. 5 – дефлектор, вид в перспективе;
на фиг. 6 – часть камеры сгорания согласно изобретению, при этом система впрыска находится в своем втором угловом положении относительно дефлектора, вид в перспективе;
на фиг. 7 – втулка, дно камеры и система впрыска во втором угловом положении системы впрыска, вид в перспективе;
на фиг. 8 – вид, соответствующий фиг. 7, на котором добавлено закрывающее кольцо.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 2-8 показана часть камеры 1 сгорания согласно варианту осуществления изобретения, предназначенной для оснащения турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или авиационный турбовинтовой двигатель.
Камера 1 содержит внутреннюю стенку 2 вращения и наружную стенку 3 вращения, соединенные выше по потоку с кольцевой донной стенкой 4 камеры.
Донная стенка 4 камеры содержит отверстия 5, в которых установлены системы 6 впрыска воздушно-топливной смеси в камеру 1, при этом воздух поступает из диффузора, а топливо подается через форсунки (не показаны), равномерно распределенные по периферии камеры 1 сгорания. Каждая форсунка содержит головку впрыска топлива, выровненную с осью А соответствующего отверстия 5.
Часть воздушного потока, создаваемого компрессором и выходящего из диффузора, питает внутренний и наружный кольцевые каналы, проходящие вокруг камеры сгорания. Другая часть воздушного потока проходит в системы впрыска и смешивается с топливом, попадающим через форсунки, после чего распыляется в камере 1 сгорания.
Для каждой системы 6 впрыска центральная топливная форсунка окружена кольцевой стенкой 7 указанной системы 6 впрыска, образующей трубку Вентури. Чаша 8 окружает кольцевую стенку, при этом указанная чаша 8 расширяется в нижнюю по потоку сторону.
Нижний по потоку конец чаши 8 содержит кольцевой буртик 17, проходящий радиально наружу. Как более наглядно показано на фиг. 3 и 4, от радиально наружной периферии кольцевого буртика 17 радиально наружу отходят выступы или лапки 18. В данном случае выступы выполнены в количестве трех и равномерно распределены по окружности, то есть смещены в угловом направлении относительно друг друга на угол 120°.
Обычно система 6 впрыска содержит также ребра 9, предназначенные для сообщения воздушному потоку, поступающему через канал, ограниченной между чашей 8 и кольцевой стенкой, круговое движение, способствующее гомогенизации воздушно-топливной смеси.
Радиально наружная периферия чаши содержит радиальный буртик 10, соединенный с буртиком 17 цилиндрической частью 19. Буртик 10 расположен в осевом направлении выше по потоку от буртика 17. Буртик 10 установлен подвижно в радиальной канавке 11, ограниченном втулкой 12, приваренной к донной стенке 4 камеры 1 сгорания, и закрывающим кольцом 13, приваренным к втулке 12. Буртик 10 содержит лапку 10а, проходящую радиально наружу от радиально наружного края буртика 10.
Радиальное перемещение буртика 10 в канавке 11 позволяет компенсировать относительные перемещения между форсунками и корпусом турбомашины, на котором они закреплены, с одной стороны, и камерой 1 сгорания, с другой стороны. Такие перемещения появляются во время работы в результате дифференциальных расширений между различными элементами турбомашины.
В частности, от верхней по потоку стороны к нижней по потоку стороне втулка 12 содержит цилиндрическую часть 20, радиально проходящую кольцевую часть 21 и цилиндрическую часть 16. Цилиндрическая часть 20 имеет больший диаметр, чем цилиндрическая часть 16. Цилиндрическая часть 16 установлена в отверстии 5 донной стенки и прикреплена к указанной донной стенке 4 при помощи пайки или сварки. Радиально внутренняя область радиальной части 21 содержит расположенную ниже по потоку опорную поверхность, которая опирается на донную стенку 4.
Цилиндрическая часть 20 проходит только на части окружности. В частности, втулка содержит угловой сектор, не имеющий цилиндрической части 20, как показано на фиг. 7, и этот угловой сектор проходит на 120°. Окружные концы 20а, 20b цилиндрической части 20 выполнены с возможностью образовать упоры для лапки 10а, которая размещена в указанном угловом секторе, не имеющем цилиндрической части 20.
Закрывающее кольцо 13 имеет в общем Т-образное поперечное сечение и содержит кольцевые радиальную часть 22 и цилиндрическую часть 23. Нижний по потоку конец цилиндрической части 23 опирается на радиальную часть 21 втулки 12. Таким образом, указанная радиальная часть 21 втулки 12 и радиальная часть 22 закрывающего кольца 23 отстоят друг от друга в осевом направлении и ограничивают между собой канавку 11.
Нижний по потоку конец цилиндрической части 23 содержит выемку 23а (фиг. 8), функция которой будет описана далее.
Кроме того, ниже по потоку от донной стенки 4 установлен дефлектор 14.
От верхней по потоку стороны к нижней по потоку стороне дефлектор 14 содержит цилиндрическую часть 15, радиальную часть 24, имеющую форму сектора кольца, и буртики 25, проходящие в осевом направлении ниже по потоку на радиально внутреннем и наружном краях радиальной части 24. Цилиндрическая часть 15 установлена внутри цилиндрической части 16 втулки 12 и прикреплена посредством пайки или сварки к указанной цилиндрической части 16.
Кроме того, цилиндрическая часть 16 содержит канавки 26, в данном случае в количестве трех, равномерно распределенные по окружности.
Монтаж такой камеры сгорания осуществляют следующим образом.
Сначала втулку 12, в частности, цилиндрическую часть 16 устанавливают в отверстии 5 донной стенки 4. Дефлектор 14, в частности, цилиндрическую часть 15 устанавливают в цилиндрической части 16 втулки. Цилиндрическую часть 16, цилиндрическую часть 15 и донную стенку соединяют между собой посредством пайки или сварки.
Затем в отверстии 5 донной стенки через втулку 12 и дефлектор 14 устанавливают систему впрыска. В частности, систему впрыска размещают в первом угловом положении так, чтобы выступы 18 системы 6 впрыска оказались напротив канавок 26 дефлектора 14. Затем систему впрыска перемещают поступательным движением в нижнюю по потоку сторону, пока буртик 10 не станет опираться на радиальную часть 21 втулки. При этом выступы 18 оказываются сразу ниже по потоку от радиальной части 24 дефлектора, и лапка 10а размещается в области втулки 12, не имеющей цилиндрического буртика 20.
После этого систему 16 впрыска поворачивают во второе угловое положение, показанное на фиг. 6-8. В частности, систему впрыска поворачивают на угол 60° между первым и вторым угловыми положениями, причем этот угол соответствует половине углового промежутка между двумя канавками 26 или между двумя выступами 18.
Во втором угловом положении лапка 10а системы 6 впрыска опирается на окружной упор 20а, что облегчает монтаж.
Во втором угловом положении выступы 18 смещаются от канавок 26 и могут прийти в положение опоры на радиальную часть 24 дефлектора 14, чтобы препятствовать осевому перемещению системы 6 впрыска.
В цилиндрической части 20 втулки 10 устанавливают закрывающее кольцо 13 так, чтобы лапка 10а зашла и удерживалась в положении в выемке 23а. Затем закрывающее кольцо 13 прикрепляют пайкой или сваркой к втулке 12. Таким образом, предотвращается вращение системы 6 впрыска.
Такая конструкция обеспечивает простой монтаж узла и препятствует при этом выходу дефлектора 14 в случае разрушения сварного соединения или пайки цилиндрической части 15. Это позволяет избегать повреждения частей турбомашины, которые находятся ниже по потоку от донной стенки 4 или камеры 1 сгорания.
1. Камера (1) сгорания турбомашины, содержащая:
- донную стенку (4), содержащую по меньшей мере одно отверстие (5),
- по меньшей мере одну втулку (12), установленную выше по потоку от донной стенки (4) и прикрепленную к донной стенке (4),
- закрывающее кольцо (13), ограничивающее вместе с втулкой (12) кольцевую канавку (11) и прикрепленное к втулке (12),
- по меньшей мере одну систему (6) впрыска воздушно-топливной смеси, имеющую ось (А) и установленную в отверстии (5) донной стенки (4), при этом система (6) впрыска содержит кольцевой буртик (10), проходящий радиально относительно указанной оси (А) и установленный в указанной канавке (11) с радиальным зазором,
- дефлектор (14), расположенный ниже по потоку от донной стенки (4), прикрепленный к втулке (12) и/или к донной стенке (4) и содержащий радиально внутреннюю часть, расположенную в осевом направлении между донной стенкой (4) и нижним по потоку концом системы (6) впрыска,
отличающаяся тем, что система (6) впрыска содержит по меньшей мере одну выступающую часть (18), выполненную с возможностью заходить в полую часть (16) дефлектора (14), или наоборот, в первом угловом положении установки системы (6) впрыска относительно дефлектора (14), причем во втором угловом положении указанная выступающая часть (18) выполнена с возможностью приходить в осевом направлении в положение упора в радиальную поверхность или нижнюю по потоку поверхность дефлектора (14) или, соответственно, системы (4) впрыска для удерживания системы (6) впрыска относительно дефлектора (14), при этом указанная выступающая часть (18) смещена в угловом направлении от полой части (16) в указанном втором положении.
2. Камера (1) сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что содержит средства (10а, 23а) удерживания в положении, выполненные с возможностью удерживать систему (6) впрыска в ее втором положении относительно дефлектора (14).
3. Камера (1) сгорания по п. 1, отличающаяся тем, что выступающая часть (18) проходит радиально от нижнего по потоку конца системы (6) впрыска, при этом полая часть (16) выполнена в дефлекторе (14).
4. Камера (1) сгорания по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что система (6) впрыска содержит лапку (10а) блокировки вращения, застопоренную от вращения окружными упорами (20а, 23а) втулки (12) и/или закрывающего кольца (13).
5. Камера (1) сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что втулка (12) содержит первый окружной упор (20b) и второй окружной упор (20а), при этом лапка (10а) блокировки вращения выполнена с возможностью приходить в положение опоры на первый окружной упор (20b) в первом угловом положении системы (6) впрыска, и лапка (10а) блокировки вращения выполнена с возможностью приходить в положение опоры на второй окружной упор (20а) во втором угловом положении системы (6) впрыска.
6. Камера (1) сгорания по п. 4, отличающаяся тем, что закрывающее кольцо (13) содержит третий окружной упор (23а), при этом лапка (10а) выполнена с возможностью своего удерживания в положении между вторым и третьим окружными упорами (20а, 23а), чтобы удерживать систему (6) впрыска в ее втором угловом положении.
7. Камера (1) сгорания по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что втулка (12) содержит радиально внутреннюю цилиндрическую часть (16), установленную в отверстии (5) донной стенки (4) и закрепленную на периферии указанного отверстия (5).
8. Камера (1) сгорания по п. 6, отличающаяся тем, что дефлектор (14) содержит цилиндрическую часть (15), установленную в радиально внутренней цилиндрической части (16) втулки (12) и прикрепленную к указанной радиально внутренней цилиндрической части (16).
9. Камера (1) сгорания по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что втулка (12) содержит радиально наружную цилиндрическую часть (20), расположенную в осевом направлении выше по потоку от радиально внутренней цилиндрической части (16), при этом закрывающее кольцо (13) установлено радиально внутри радиально наружной цилиндрической части (20).
10. Способ сборки камеры (1) сгорания по любому из пп. 1-9, характеризующийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых:
- втулку (12) и дефлектор (14) прикрепляют к донной стенке (4),
- систему (6) впрыска размещают в первом угловом положении и вводят ее в отверстие (5) донной стенки (4) через втулку (12) и дефлектор (14) посредством поступательного перемещения вдоль оси (А) системы (6) впрыска и указанного отверстия (5), при этом выступающая часть (18) проходит через полую часть (26),
- систему (6) впрыска поворачивают в ее второе угловое положение так, чтобы выступающая часть (18) образовала осевой упор с дефлектором (14),
- устанавливают закрывающее кольцо (13) так, чтобы удерживать в осевом направлении кольцевой буртик (10) системы (6) впрыска в канавке (11), ограниченной закрывающим кольцом (13) и втулкой (12), и чтобы застопорить от вращения систему (6) впрыска.
