СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ СОЕДИНЕНИЯ МЕЖДУ СОПЛОМ ТУРБОМАШИНЫ И КАМЕРОЙ ПОДАЧИ ДЛЯ ПОДВЕДЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ К ИНЖЕКТОРАМ
COUPLING DEVICE FOR MAKING CONNECTION BETWEEN TURBOMACHINE NOZZLE AND SUPPLY CHAMBER FOR SUPPLY OF COOLING FLUID MEDIUM TO INJECTORS

Настоящее изобретение касается соединительного устройства между соплом и камерой подачи для подведения охлаждающей текучей среды к по меньшей мере одному инжектору охлаждающей текучей среды в турбомашине, типа турбореактивного двигателя или турбовинтового двигателя для самолета.
В турбомашинах инжекторы могут быть расположены радиально с внутренней стороны и с внешней стороны от сопел, и камеры подачи инжекторов с соединительными устройствами для образования соединений с соплами также могут быть расположены радиально с внутренней стороны и с внешней стороны от сопел.
Известные соединительные устройства состоят из цилиндрических втулок, концы которых зацеплены в отверстиях в стенке сопла и в камерах подачи, и которые способны скользить в упомянутых отверстиях. Для предотвращения выскакивания втулок из отверстий предусмотрены осевые удерживающие средства, и они сформированы, во-первых, посредством развальцовки одного конца каждой втулки и обеспечения промежуточного фланца, устанавливаемого в камере подачи под соплом для втулок, установленных во внутренних камерах, и, во-вторых, посредством использования стопорных колец, которым, для целей удерживания, требуется механически обрабатываемая кольцеобразная выемка внутри промежуточной втулки, размещенной в стенке камеры подачи над соплом, и в которых зацепляется часть соединительного устройства, для втулок, установленных во внешних камерах (см. ЕР 0890710 и US 6443694).
Эти устройства многочисленных форм увеличивают риск ошибок, когда их выбирают в качестве соответствующего соединительного устройства для установки на турбомашине, и препятствуют оптимизированию стоимости изготовления таких устройств. Кроме того, каждая дополнительная часть отличающейся формы составляет новую ссылочную позицию, которой следует манипулировать, например, в отношении продолжительности, типа продолжительности изготовления или продолжительности транспортировки; в отношении доступности, например, имеются ли в продаже детали для создания или содержания в исправности турбомашин; или, действительно, в отношении качества, которое требуется контролировать, чтобы соответствовать жестким техническим условиям, которые необходимы в области авиации. Манипулирование каждой новой деталью является дорогостоящим.
Кроме того, ограничения веса и стоимости, которым турбомашины должны подчиняться, требуют от изготовителей делать такие соединительные устройства и средства для предотвращения аксиального перемещения таких устройств, которые являются одновременно простыми, легкими и недорогими. Известный технический прием удовлетворения вышеупомянутых ограничений состоит в выполнении осевого удерживания соединительного устройства по направлению к ротору турбомашины посредством промежуточной пластины, расположенной внутри камеры подачи под соплом, причем эта пластина также служит для поддержания герметизации камеры подачи. Промежуточная пластина имеет такую форму, чтобы представлять несущую поверхность, которая входит в контакт с осевым концом соединительного устройства, смежным с ротором турбомашины.
Хотя этот технический прием предотвращения перемещения является очень простым, он имеет недостаток, заключающийся в снижении поперечного сечения камеры подачи, где соединительное устройство открывается внутрь камеры подачи. Это снижение ведет к существенным потерям напора потока газа, выходящего из соединительного устройства. Такие потери напора понижают давление подачи в инжекторы, а следовательно, качество инжекции, поскольку выполнять ее требуется под высоким давлением.
Кроме того, использование промежуточной пластины для формирования осевой опоры увеличивает вес камеры подачи, а следовательно, увеличивает отношение массы к мощности турбомашины, тогда как всегда стремятся упомянутое отношение снижать.
Задачей изобретения является избежать вышеупомянутых недостатков и обеспечить решение проблем удерживания в осевом направлении соединительных устройств между соплами и камерами подачи инжекторов, которое является технически простым и недорогим, в то же время также сокращая потери напора внутри камер подачи под соплом.
С этой целью изобретение обеспечивает соединительное устройство между соплом и камерой подачи для подведения по меньшей мере к одному инжектору охлаждающей текучей среды в турбомашине, где устройство содержит по меньшей мере одну втулку, скользящим образом устанавливаемую через ее открытые осевые концы в отверстиях в стенке сопла и в стенке камеры подачи, а также удерживающие средства для удерживания втулки в осевом направлении, в котором удерживающие средства содержат средство опоры, выступающее от цилиндрической внешней поверхности втулки между осевыми концами втулки и на расстоянии от упомянутых концов.
Термин "осевое удерживание втулки" следует понимать, как означающий удерживание втулки в направлении, которое является параллельным ее оси симметрии.
В предпочтительном варианте осуществления упомянутое средство опоры содержит внешний кольцеобразный буртик, выступающий от цилиндрической поверхности втулки.
Благоприятная отличительная особенность втулки по изобретению заключается в том, что ее можно изготавливать целиком, как единую деталь, посредством механической деформации или механической обработки, например с помощью гидроформинга или штамповки.
В другом варианте осуществления изобретения втулка образована посредством трубчатого элемента, имеющего кольцеобразную шайбу, подогнанную и закрепленную на нем, чтобы формировать вышеупомянутый буртик.
В другом варианте осуществления изобретения втулка состоит из двух элементов, каждый из которых имеет кольцеобразную закраину на одном конце, причем две кольцеобразные закраины прижаты друг к другу и объединены, например, посредством пайки твердым припоем, с целью формирования вышеупомянутого кольцеобразного буртика втулки.
В еще одном варианте изобретения кольцеобразный буртик проходит в радиальном направлении от внешней цилиндрической поверхности втулки приблизительно на равные расстояния между двумя осевыми концами втулки. Тогда втулка может быть симметричной по форме относительно среднего сечения, содержащего кольцеобразный буртик, например, чтобы избежать любой возможности расположения втулки не с того конца при сборке в турбомашине.
Трубчатые элементы, позволяющие формировать втулку, сами можно изготавливать посредством механической обработки, пластической деформации, гидроформинга, штамповки или спиннингования.
Преимущество изобретения заключается в использовании одних и тех же втулок для образования соединений между соплом и камерой подачи под соплом, расположенной радиально внутри сопла, и для установления соединений между соплом и камерой подачи над соплом, расположенной радиально снаружи сопла.
Устанавливая втулки скользящим образом в отверстиях сопла и стенок камеры подачи, можно снизить механические напряжения, которым втулки подвергаются вследствие их собственного теплового расширения и теплового расширения окружающих элементов, когда турбомашина находится в действии.
Соединительное устройство по изобретению является простым для изготовления и обеспечивает возможность избегать формирования особых и дополнительных средств на осевых концах втулки, которые предназначены для предотвращения перемещения втулки в противоположных осевых направлениях. С этой втулкой, которая легко может удерживаться посредством своего среднего буртика, больше нет необходимости, во-первых, в формировании поверхности для опирания на промежуточную пластину, которая используется для уплотнения камеры подачи, и во-вторых, нет необходимости в обработке на станке кольцеобразной выемки для удерживания стопорного кольца в промежуточной втулке, с целью удерживания втулки в осевом направлении.
Промежуточная пластина, которая до сих пор была необходима для обеспечения осевой опоры для втулки, может быть заменена упругой уплотнительной прокладкой кольцеобразной формы, устанавливаемой в камере подачи между краем отверстия, принимающего втулку, и задней или находящейся ниже по потоку стенкой камеры.
Значительное преимущество, связанное с видоизменением или устранением промежуточной пластины, заключается в снижении потерь напора газа, подаваемого в инжекторы, поскольку отсутствует частичное загораживание выпускных отверстий втулок в камеру подачи инжектора.
Изобретение будет лучше понятно, и другие его характеристики, детали и преимущества проявятся более ясно при чтении последующего описания, данного посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг.1 представляет схематический вид в продольном разрезе известных внутреннего и внешнего соединительных устройств в турбомашине, которая показана только частично;
- фиг.2 представляет вид в более крупном масштабе части фиг.1;
- фиг.3 представляет вид в более крупном масштабе другой части фиг.1;
- фиг.4 представляет схематический вид в продольном разрезе первого варианта осуществления соединительного устройства по изобретению;
- фиг.5 представляет схематический вид в продольном разрезе второго варианта осуществления соединительного устройства по изобретению;
- фиг.6 представляет вид, соответствующий фиг.1, но с использованием внутреннего и внешнего соединительных устройств по изобретению; и
- фиг.7 представляет вид в более крупном масштабе, показывающий часть фиг.6, включающую внутреннее соединительное устройство по изобретению.
Фиг.1 изображает предшествующий уровень техники и представляет собой фрагментарный вид ступени турбины в турбореактивном двигателе, показывающий, в частности, участок сопла и две камеры подачи для инжекторов охлаждающей текучей среды. Сопло 2 в целом формирует кольцеобразный проход в турбореактивном двигателе 1 относительно оси 3 вращения ротора турбореактивного двигателя 1. Первая камера 4 для подающих инжекторов (не показано) расположена радиально внутри сопла 2 и упоминается ниже как камера 4 подачи под соплом, а вторая камера 5 для подающих инжекторов (не показано) расположена вокруг и радиально снаружи сопла 2 и упоминается ниже как камера 5 подачи над соплом. Камера 4 под соплом имеет две стенки 6 и 7, сформированные задней или находящейся ниже по потоку пластиной 6, которая расположена ниже по потоку относительно направления потока газа через сопло 2, и передней или находящейся выше по потоку пластиной 7, которая расположена выше по потоку относительно направления потока газа через сопло 2.
Камеры 4 и 5 подачи связаны с соплом 2 трубчатыми соединительными устройствами 8, 9. Поток газа через сопло 2 проникает через соединительные устройства 8 и 9 в камеры 4 и 5 подачи инжекторов.
Соединительное устройство, более ясно показанное на фиг.2, соединяющее сопло 2 с камерой 4 подачи под соплом, образовано втулкой 8, которая скользящим образом установлена одним из ее открытых осевых концов 10 в отверстии 11 в стенке сопла 2, и скользящим образом установлена через ее другой открытый осевой конец 12 в отверстии 13 кольцеобразной закраины на находящейся выше по потоку пластине 7 камеры 4 подачи под соплом.
Соединительное устройство, которое более ясно показано на фиг.3, для соединения сопла 2 с камерой 5 подачи над соплом образовано втулкой 9, скользящим образом установленной посредством одного из ее открытых осевых концов 14 в первой промежуточной втулке 15, зафиксированной в отверстии, образованном в стенке сопла 2, и через ее другой открытый осевой конец 17 во второй промежуточной втулке 18, зафиксированной в отверстии 19, образованном в стенке камеры 5 подачи над соплом.
Соединительные втулки 8 и 9 имеют разные осевые удерживающие средства и поэтому имеют разные формы. Осевое удерживающее средство втулки 8 в прототипе состоит из раструба 20, сформированного на конце 12 втулки, которая может упираться в промежуточную пластину 21, установленную в камере 4 подачи под соплом. Промежуточная пластина 21 установлена герметичным образом относительно закраины, находящейся выше по потоку пластины 7, которая поддерживает втулку 8. Средство для удерживания втулки 9 в осевом направлении в прототипе состоит из стопорного кольца 22, установленного в кольцеобразной выемке в промежуточной втулке 18, причем втулка 9 не имеет раструба на одном из ее концов.
Рассмотрим теперь фиг.4, на которой показан первый вариант осуществления соединительного устройства по изобретению, содержащий втулку 23, состоящую из двух идентичных трубчатых элементов 24 и 25, которые могут быть получены посредством гидроформинга, спиннингования или штамповки, каждый из которых имеет кольцеобразную закраину 26, 27 на одном осевом конце. Для образования втулки 23, два трубчатых элемента 24 и 25 соединяют впритык их кольцеобразными закраинами 26 и 27, прижимая друг к другу и объединяя с помощью пайки твердым припоем, чтобы образовать на втулке 23 кольцеобразный буртик 28.
На фиг.5 показан второй вариант осуществления соединительного устройства по изобретению, в котором цилиндрическая втулка 30 механически деформирована и зафиксирована в кольцеобразной шайбе 31, окружающей втулку 30. Посредством деформирования втулки 30 около шайбы 31, гидроформинга или механической деформации можно зацепить материал втулки 30 в кольцеобразной выемке 32, сформированной в цилиндрической внутренней поверхности шайбы 31.
На фиг.6 представлен фрагментарный вид каскада турбины в турбореактивном двигателе, который включает в себя соединительные устройства по изобретению, и на этом чертеже, в частности, показан участок сопла и двух камер подачи инжекторов для охлаждающей текучей среды. Известные соединительные устройства 8 и 9, показанные на фиг.1, 2 и 3, заменены соединительными устройствами по изобретению, с внешней цилиндрической поверхностью каждой втулки 23 или 30, имеющей кольцеобразный буртик 28 или 31 между осевыми концами втулки, причем буртик проходит в радиальном направлении наружу от внешней поверхности втулки.
Внешняя втулка 23 или 30 размещена между камерой 5 подачи над соплом и соплом 2 таким образом, что буртик 28 или 31 расположен между первой промежуточной втулкой 15 и второй промежуточной втулкой 18, как описано выше, и может упираться в одну и/или другую из этих двух промежуточных втулок 15, 18, таким образом предотвращая выскакивание втулки 23 или 30 из отверстий, в которых она зацепляется, радиальный размер средства опоры, образованного буртиком 28, 31, превышает радиальные размеры отверстий, в которых втулка зацепляется.
Внутренняя втулка 23 или 30 размещена между камерой 4 подачи под соплом и соплом 2 таким образом, что буртик 28 или 31 расположен между отверстием 11, образованным в стенке сопла 2, и кольцеобразной закраиной, расположенной выше по потоку пластины 7 камеры 4 подачи под соплом, и может упираться в сопло 2 и/или в кольцеобразную закраину, таким образом предотвращая выход втулки из отверстий, в которых она установлена скользящим образом.
Удерживание в осевом направлении внутренней втулки 23 или 30 с помощью кольцеобразного буртика 28 или 31 позволяет перемещать промежуточную пластину 21 от отверстия втулки 23 или 30 в камеру 4, и, таким образом, обеспечивает возможность снижения потерь напора на выходе из втулки 23 или 30.
Как показано на фиг.7, промежуточную пластину 21 также можно заменить упругой уплотнительной прокладкой 35 кольцеобразной формы, установленной внутри камеры 4 подачи под соплом между краем 36 отверстия 13, принимающего втулку 23 или 30, и задней или находящейся ниже по потоку пластиной 6. Эта простая, легкая и недорогая прокладка 35 обеспечивает возможность получать большой пустой объем вокруг выхода втулки 23 или 30 и обеспечивать хорошую герметизацию для камеры 4.