КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЧЕРЕДОВАНИЕМ КРЕПЛЕНИЙ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
GAS TURBINE ENGINE ANNULAR COMBUSTION CHAMBER WITH ALTERNATING FASTENERS, AND GAS TURBINE ENGINE

Настоящее изобретение относится к области кольцевых камер сгорания для газотурбинного двигателя, оборудованных моноблочными обтекателями для защиты систем впрыска топлива.
Как правило, кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит две продольные кольцевые стенки (наружная стенка и внутренняя стенка), соединенные на входе поперечной стенкой, образующей дно камеры. Пример такой камеры сгорания раскрыт в публикации GB 2263733.
В частности, настоящее изобретение касается камер сгорания, которые содержат также моноблочный обтекатель, установленный перед дном камеры. Обтекатель позволяет, в частности, предохранять системы впрыска топлива, установленные на дне камеры.
Соединение этих различных элементов камеры сгорания осуществляют при помощи болтовых соединений, выполненных на уровне внутренней и наружной стенок. В частности, дно камеры и обтекатель содержат внутренний фланец и наружный фланец, на которых при помощи болтового соединения крепят соответственно внутреннюю стенку и наружную стенку камеры сгорания, причем эти продольные стенки вставляют между обтекателем и дном камеры. Таким образом, одни и те же болтовые соединения одновременно проходят через одну из продольных стенок, дно камеры и обтекатель камеры сгорания.
На практике такой тип архитектуры камеры сгорания создает много проблем. В частности, различные элементы камеры сгорания имеют большие заводские допуски, что приводит к наложению допусков друг на друга, вследствие чего во время сборки камеры сгорания эти элементы плохо стыкуются между собой, не позволяя осуществить надежное затягивание между фланцами. Действительно, часть затягивания, используемая для деформирования камеры, вычитается из усилия реакции между этими компонентами. Когда это усилие реакции уменьшается, усилие, необходимое для скольжения деталей относительно друг друга, снижается. Поэтому требуется дополнительный момент затяжки для выборки зазоров, возникающих из-за заводских допусков, и для сохранения соответственно хорошего усилия затяжки для прохождения усилий скольжения в соединении. Вследствие этого во время работы вибрации, возникающие при сгорании газов внутри камеры сгорания, приводят к образованию трещин на уровне болтовых соединений в обтекателе и/или дне камеры. Такие трещины сказываются особенно отрицательно на сроке службы камеры сгорания.
В связи с вышеизложенным задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих известным устройствам путем создания архитектуры кольцевой камеры сгорания, позволяющей легко осуществлять сборку и обладающей достаточной гибкостью, чтобы избежать образования трещин, сохраняя при этом надежность затяжки.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, образованная внутренней и наружной продольными стенками, соединенными на входе поперечным дном камеры, и содержащая моноблочный обтекатель, закрывающий упомянутое дно камеры, при этом каждая из продольных стенок вставлена между соответствующими фланцами дна камеры и обтекателя, при этом продольные стенки, дно камеры и обтекатель соединены между собой при помощи множества первых креплений только между продольными стенками и дном камеры, чередующихся с множеством вторых креплений, отличных от первых креплений, только между продольными стенками и обтекателем.
Чередование крепления продольных стенок на дне камеры и обтекателе камеры сгорания позволяет уменьшить наложение друг на друга заводских допусков этих элементов на одну треть. В результате получают меньшую жесткость соединения и лучшую стыковку между этими элементами во время сборки камеры, что снижает опасность образования трещин.
Кроме того, решение, которое заключалось в сокращении заводских допусков элементов камеры сгорания, оказывается гораздо более дорогим, чем решение в соответствии с настоящим изобретением.
Предпочтительно количество первых креплений между продольными стенками и дном камеры соответствует количеству вторых креплений между продольными стенками и обтекателем.
Предпочтительно первые крепления между внутренней продольной стенкой и дном камеры расположены напротив вторых креплений между наружной продольной стенкой и обтекателем, а вторые крепления между внутренней продольной стенкой и обтекателем размещены напротив первых креплений между наружной продольной стенкой и дном камеры. Такая конструкция позволяет избежать любой цикличной асимметрии гибкости и жесткости в азимутальном направлении и, следовательно, избежать любых разрушительных явлений, которые могут возникнуть от вибрационного воздействия камеры сгорания во время ее работы.
Фланцы дна камеры предпочтительно содержат пазы, выполненные на уровне вторых креплений между продольными стенками и обтекателем. Точно также фланцы обтекателя предпочтительно содержат пазы, выполненные на уровне первых креплений между продольными стенками и дном камеры. Наличие пазов облегчает сборку камеры сгорания.
Согласно второму объекту изобретения создан газотурбинный двигатель, содержащий описанную выше кольцевую камеру сгорания.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие неограничительный пример выполнения. На чертежах:
Фиг.1 - вид в продольном разрезе камеры сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 - частичный вид в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.1, до сборки;
Фиг.3 - частичный вид в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.2, после сборки; и
Фиг.4 - схематичный вид камеры сгорания, показанной на фиг.1, иллюстрирующий местонахождение различных креплений между ее элементами.
На фиг.1-4 показана камера сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Такой газотурбинный двигатель, например авиационный газотурбинный двигатель, содержит ступень сжатия (не показана), в которой воздух сжимается, а затем нагнетается в картер 2 камеры, затем в установленную в нем камеру 4 сгорания.
Сжатый воздух попадает в камеру сгорания и смешивается с топливом, а затем смесь сгорает в камере сгорания. Газы, получаемые в результате этого сгорания, направляются в турбину 5 высокого давления, расположенную на выходе камеры сгорания.
Камера 4 сгорания является камерой кольцевого типа. Она образована внутренней кольцевой стенкой 6 и наружной кольцевой стенкой 8, которые соединяются на входе (относительно направления потока газов в камере сгорания) поперечной кольцевой стенкой 10, образующей дно камеры.
Камера сгорания содержит также кольцевой моноблочный (то есть выполненный в виде единой детали) обтекатель 12, закрывающий дно 10 камеры.
Продольные стенки 6, 8 камеры сгорания расположены вдоль продольной оси Х-Х, которая имеет небольшой наклон относительно продольной оси Y-Y газотурбинного двигателя, как показано на фиг.1.
Настоящее изобретение применяется также к камерам сгорания, продольные стенки которых не имеют наклона относительно продольной оси газотурбинного двигателя.
Кроме того, дно 10 камеры и обтекатель 12 содержит множество отверстий, соответственно 14 и 15, для прохождения систем 18 впрыска топлива.
Основные элементы камеры сгорания (а именно: продольные стенки 6, 8, дно 10 камеры и обтекатель 12) соединены между собой при помощи множества креплений 20, равномерно распределенных по всей окружности камеры сгорания, каждое из которых содержит винт 20а и затяжную гайку 20b.
В частности, как показано на фиг.2 и 3, дно 10 камеры содержит внутренний фланец 22 и наружный фланец 24, выполненные в продольном направлении в сторону входа, и каждый из которых содержит отверстия, соответственно 22а и 24а, для прохождения крепежных винтов 20а.
Точно также моноблочный обтекатель 12 содержит внутренний фланец 26 и наружный фланец 28, выполненные в продольном направлении в сторону выхода, и каждый из которых содержит отверстия, соответственно 26а и 28а, для прохождения крепежных винтов 20а.
Что же касается продольных стенок 6, 8 камеры сгорания, то они тоже содержат на своем переднем конце множество отверстий, соответственно 6а и 8а, для прохождения крепежных винтов 20а.
Соединение этих элементов камеры сгорания осуществляют, вставляя продольные стенки 6, 8 между соответствующими фланцами дна 10 камеры и обтекателя 12, как показано на фиг.1 и 3. Весь узел крепится крепежными винтами 20а, на которых затягивают гайки 20b.
Согласно изобретению продольные стенки 6, 8, дно 10 камеры и обтекатель 12 соединяют поочередно и попарно при помощи креплений 20.
Иначе говоря, как показано на фиг.4, крепления 20 для соединения этих элементов распределены на две группы: первая группа креплений 20′ стягивает только продольные стенки 6, 8 и соответствующие фланцы 22, 24 дна 10 камеры, а вторая группа креплений 20″ стягивает только продольные стенки 6, 8 и соответствующие фланцы 26, 28 обтекателя 12, при этом крепления 20″ второй группы выполнены отдельно от креплений 20′ первой группы и чередуются с ними.
Таким образом, каждое из креплений 20′, 20″, принадлежащих этим группам, проходит только через два из элементов, образующих камеру 4 сгорания, а именно либо через одну из продольных стенок 6, 8 и соответствующий фланец 22, 24 дна 10 камеры, либо через одну из продольных стенок 6, 8 и соответствующий фланец 26, 28 обтекателя 12.
Согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, показанному на фиг.4, предусмотрено столько же креплений 20′, относящихся к первой группе (то есть креплений между продольными стенками 6, 8 и дном 10 камеры), сколько и креплений 20″, относящихся ко второй группе (то есть креплений между продольными стенками 6, 8 и обтекателем 12). Например, для каждой группы может быть предусмотрено восемь креплений.
Кроме того, необходимо отметить, что для обеспечения чередования креплений 20′, 20″, принадлежащих каждой группе, которое было бы равномерным по всей окружности камеры сгорания, необходимо иметь четное число креплений.
Согласно другому предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения, показанному на фиг.4, крепления 20′ между внутренней продольной стенкой 6 и дном 10 камеры расположены напротив креплений 20″ между наружной продольной стенкой 8 и обтекателем 12, а крепления 20″ между внутренней продольной стенкой 6 и обтекателем 12 находятся напротив креплений 20′ между наружной продольной стенкой 8 и дном 10 камеры.
Выражение «находятся напротив» означает, что крепления находятся на одной линии и имеют одно радиальное направление относительно продольной оси Y-Y газотурбинного двигателя, как показано на фиг.4.
Согласно еще одному предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения внутренний фланец 22 и наружный фланец 24 дна 10 камеры содержат пазы, соответственно 30 и 32, выполненные на уровне креплений 20″ между продольными стенками 6, 8 и обтекателем 12.
Точно также внутренний фланец 26 и наружный фланец 28 обтекателя 12 содержат пазы, соответственно 34 и 36, выполненные на уровне креплений 20′ между продольными стенками 6, 8 и дном 10 камеры.
Наличие таких пазов 30-36 на фланцах дна камеры и обтекателя облегчает соединение этих двух элементов камеры сгорания. Указанные пазы имеют размеры, достаточные для прохождения винтов 20а и гаек 20b креплений.