УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ТУРБОМАШИНЫ
DEVICE TO FEED FUEL INTO TURBO MACHINE COMBUSTION CHAMBER

Настоящее изобретение относится к устройству для подачи топлива в камеру сгорания турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является устройство для подачи топлива в камеру сгорания турбомашины, раскрытое в патенте США №3775975. Это устройство содержит кольцевой направляющий элемент для подачи топлива, проходящий вокруг внешнего цилиндрического кожуха камеры сгорания и присоединенный к средствам подачи топлива, и множество инжекторов, прикрепленных к кожуху и открывающихся в камеру сгорания, при этом инжекторы присоединены к направляющему элементу для подачи топлива с помощью изогнутых каналов для подачи топлива и опорных средств для направляющего элемента.
В данном устройстве вокруг внешнего цилиндрического кожуха камеры сгорания проходит кольцевой направляющий элемент для подачи топлива, присоединенный, прежде всего, к средствам подачи топлива и затем к множеству инжекторов, которые прикреплены к кожуху и которые открываются в камеру сгорания.
Инжекторы присоединены к направляющему элементу для подачи топлива с помощью изогнутых под углом каналов для подачи топлива, а также с помощью механических опор направляющего элемента, которые позволяют кожуху термически расширяться в радиальном направлении относительно кольцевого направляющего элемента, в то же время обеспечивая достаточно жесткую опору кольцевому направляющему элементу и изогнутым под углом каналам, при этом кольцевой направляющий элемент остается относительно холодным, в то время как температура кожуха камеры сгорания при работе повышается до относительно высокой температуры.
Поэтому необходимо найти такое техническое решение, которое бы обеспечивало гибкость опорным средствам направляющего элемента для уравновешивания теплового расширения кожуха в радиальном направлении относительно кольцевого направляющего элемента и которое в то же время обеспечивало бы определенную степень жесткости для создания соответствующей опоры кольцевого направляющего элемента и упомянутых изогнутых под углом каналов для присоединения их к инжекторам.
В частности, целью настоящего изобретения является устранение существующих проблем эффективным, простым и недорогим способом.
Для этого согласно настоящему изобретению создано устройство для подачи топлива в камеру сгорания турбомашины, такой как авиационный турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, содержащее кольцевой направляющий элемент для подачи топлива, проходящий вокруг внешнего цилиндрического кожуха камеры сгорания и присоединенный к средствам подачи топлива, и множество инжекторов, прикрепленных к кожуху и открывающихся в камеру сгорания, при этом инжекторы присоединены к направляющему элементу для подачи топлива с помощью изогнутых каналов для подачи топлива и опорных средств для направляющего элемента. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что опорные средства для направляющего элемента включают в себя средства, которые являются деформируемыми при сгибании, перекручивании, повороте, позволяя кожуху термически расширяться в радиальном направлении относительно кольцевого направляющего элемента и обеспечивая твердую опору для кольцевого направляющего элемента.
Эти средства, относящиеся к устройству согласно настоящему изобретению и деформируемые при сгибании, перекручивании, повороте, допускают сравнительно большое тепловое радиальное расширение кожуха относительно кольцевого направляющего элемента, обеспечивая при этом твердую опору кольцевому направляющему элементу и не допуская какой-либо деформации или резонирующего эффекта при работе двигателя.
В первом варианте воплощения настоящего изобретения деформирующиеся средства присоединены к кольцевому направляющему элементу и к инжекторам посредством жестких лапок, проходящих в общей плоскости на расстоянии друг от друга, и включают, по меньшей мере, одну, а предпочтительно две пластинчатые пружины или спиральные пружины, установленные между этими жесткими лапками, при этом пружины являются деформируемыми при сгибании, перекручивании, повороте и позволяют кожуху свободно термически расширяться относительно направляющего элемента.
Во втором варианте воплощения настоящего изобретения деформирующиеся средства присоединены к кольцевому направляющему элементу и к инжекторам с помощью жестких лапок, проходящих в параллельных плоскостях, которые могут опираться друг на друга или могут находиться на некотором расстоянии друг от друга.
Если параллельные лапки опираются друг на друга, то они объединяются заклепками, устанавливаемыми с радиальным зазором в отверстиях жестких лапок, при этом заклепки имеют головки, которые аксиально удерживают эти жесткие лапки, обеспечивая в то же время аксиальный зазор. Применение таких заклепок позволяет обеспечить небольшое радиальное смещение между этими жесткими лапками, допуская, таким образом, термическое расширение кожуха в радиальном направлении, не подвергая при этом напряжению направляющий элемент, который также непосредственно поддерживается кожухом с помощью деформирующихся изогнутых лапок.
Если жесткие лапки расположены параллельно и на некотором расстоянии друг от друга, то упомянутые опорные средства включают в себя, по меньшей мере, одну пружину сжатия, проходящую перпендикулярно между жесткими лапками и удерживаемую между ними коаксиально вставленным винтом, имеющим один конец с головкой в форме сферического колпачка, который направляется в соответствующее гнездо, выполненное на одной из жестких лапок, образуя тем самым шаровое соединение и, таким образом, облегчая деформацию опорных средств при сгибании, перекручивании и повороте.
В одном варианте воплощения опорные средства включают в себя металлический кабель, упругонамотанный между жесткими лапками вокруг параллельной им оси и направляемый по проходам, выполненным в планках, прикрепленных к указанным лапкам, при этом концы этого металлического кабеля содержатся в отверстиях этих планок.
В другом варианте воплощения опорные средства включают металлический амортизатор, установленный между концами жестких лапок, и стержень-держатель, проходящий внутри амортизатора перпендикулярно жестким лапкам и установленный в отверстиях лапок.
В еще одном варианте воплощения вокруг металлического амортизатора коаксиально проходит пружина сжатия, и ее концы опираются на жесткие лапки.
И еще в одном варианте воплощения опорные средства включают в себя слоистую опору, выполненную из стопки металлических конических шайб или пластин, или из эластомерных шайб, при этом опора установлена между концами лапок перпендикулярно им и прикреплена к концам винтами.
Опорные средства согласно настоящему изобретению просты по конструкции и хорошо противостоят воздействию высоких температур. Они могут быть установлены между кольцевым направляющим элементом и, по меньшей мере, несколькими из топливных инжекторов. В некоторых вариантах воплощения некоторые из них составлены из любых доступных деформирующихся средств.
Другие отличительные признаки, подробности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после прочтения нижеприведенного описания, выполненного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематичный вид в перспективе устройства согласно настоящему изобретению для подачи топлива в камеру сгорания турбомашины;
Фиг.2 - схематичный вид в осевом сечении и в увеличенном масштабе части варианта воплощения устройства согласно настоящему изобретению, на котором показаны опорные средства для кольцевого направляющего элемента для подачи топлива; и
Фиг.3-10 - виды, соответствующие фиг.2 и иллюстрирующие различные варианты воплощения устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 показано устройство 10 для подачи топлива к кольцевой камере сгорания турбомашины, при этом устройство расположено на внешнем цилиндрическом кожухе 12 камеры сгорания, а кожух 12 включает в себя на своем верхнем по потоку конце кольцевой фланец 14 для прикрепления к соответствующему кожуху компрессора турбомашины и на своем нижнем по потоку конце кольцевой фланец 16 для прикрепления к соответствующему кожуху турбины турбомашины.
Устройство 10 включает в себя кольцевой направляющий элемент 18 для подачи топлива, проходящий вокруг кожуха 12 и на заданном расстоянии от него и подсоединенный к средствам подачи топлива (не показаны), и множество инжекторов 20, которые прикреплены к кожуху 12 и присоединены к направляющему элементу 18 посредством каналов 22 передачи топлива, которые имеют L-образную или U-образную форму и перпендикулярно присоединены к направляющему элементу 18 одним из своих концов, в то время как другими своими концами они присоединены к соответствующим инжекторам 20.
Каждый инжектор 20 содержит канал 24, который проходит радиально внутрь кожуха 12 через отверстие 26 и который имеет радиальный внутренний конец 28, обращенный вниз по потоку внутри камеры сгорания. Инжектор 20 прикреплен к кожуху с помощью пластины 30, которая закрывает отверстие и которая прикреплена к кожуху винтами 32.
Опорные средства 34 соединяют направляющий элемент 18 с, по меньшей мере, некоторыми из инжекторов 20, причем средства 34 схематично показаны на фиг.1 пунктирными линиями.
Первый вариант осуществления опорных средств согласно настоящему воплощению показан на фиг.2, где можно видеть, что направляющий элемент 18 также присоединен к кожуху 12 с помощью, по меньшей мере, одной L-образной лапки 36, при этом один его конец прикреплен к фланцу 38, выполненному вокруг направляющего элемента 18, а второй конец прикреплен к кольцевому фланцу 16 кожуха с помощью, по меньшей мере, одного винта 40.
Каждая лапка 36 является деформирующейся и позволяет кожуху 12 термически расширяться в радиальном направлении относительно направляющего элемента 18. Лапки 36 распределены с одинаковым интервалом по периферии направляющего элемента 18.
Опорные средства 34 с фиг.2 включают в себя две тяговые пружины 42 с концами, прикрепленными к жестким лапкам 43, 44, несомым инжектором 20 и направляющим элементом 18 соответственно.
Жесткая лапка 43 прижата к пластине 30 инжектора и прикреплена вместе с ней к кожуху с помощью упомянутых винтов 32, а жесткая лапка 44 прикреплена, по меньшей мере, одним винтом 46 к упомянутому фланцу 38, выполненному вокруг направляющего элемента и присоединенному к изогнутой лапке 36. Лапки 43 и 44 имеют концы, которые проходят друг к другу в общей плоскости.
Пружины 42 являются спиральными тяговыми пружинами, которые проходят параллельно друг другу в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, и наклонены наружу от направления выше по потоку к направлению ниже по потоку под углом приблизительно 20° относительно оси кожуха 12, при этом лишь одна из таких пружин 42, находящихся в плоскости, показана на чертеже.
Концы пружин 42 прицеплены к винтам 52, прикрепленным к упомянутым концам жестких лапок 43 и 44.
В то время как турбомашина находится в работе, инжекторы 20 и кожух 12 могут достигать температуры приблизительно 450°С, тогда как направляющий элемент для подачи топлива достигает температуры приблизительно 120°С.
Такое температурное различие приводит к тепловому расширению кожуха 12 в радиальном направлении относительно направляющего элемента 18, как это показано стрелками D.
Пружины 42 могут быть деформированы при растяжении, сгибании, перекручивании и повороте, и они позволяют кожуху 12 термически расширяться относительно кольцевого направляющего элемента 18.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.3, опорные элементы 34 включают в себя, по меньшей мере, два гибких деформирующихся металлических стержня или пластины 54, чьи концы прикреплены винтами 52 к упомянутым жестким лапкам 43 и 44, несомым инжектором 20 и направляющим элементом 18 соответственно.
Металлические стержни или пластины 54 являются удлиненными, и они проходят по существу параллельно и вблизи друг друга, как и упомянутые выше пружины 42, причем одна из таких пластин 54 расположена в той же плоскости, что и данный чертеж.
Концы пластин 54 прикреплены к двум перемычкам 56, которые проходят перпендикулярно к плоскости чертежа и которые прикреплены к двум упомянутым концам жестких лапок 43 и 44 упомянутыми винтами 52.
При работе турбодвигателя и в то время, как кожух 12 термически расширяется в радиальном направлении, пластины 54 деформируются при сгибании, перекручивании и повороте, чтобы ограничить напряжение, воздействующее на направляющий элемент 18.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.4, опорные средства 34 содержат заклепки 58, которые установлены в отверстиях жестких лапок 59 и 60, прикрепленных к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
Жесткие лапки 59 и 60 проходят навстречу друг другу, по существу параллельно друг другу и оси кожуха 12, и у них имеются концы, обращенные друг к другу, которые согнуты под прямым углом и прижаты друг к другу.
Согнутый конец жесткой лапки 59, несомой инжектором 20, направлен по существу радиально наружу, в то время как согнутый конец жесткой лапки 60, несомый направляющим элементом 18, направлен по существу радиально внутрь.
В отверстиях 64 указанных концов лапок установлены с радиальным зазором 62, по меньшей мере, две заклепки 58, и они проходят вблизи друг друга в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, при этом одна из таких заклепок 58 располагается в плоскости чертежа.
Головки 66 этих заклепок расположены на небольшом расстоянии от концов жестких лапок 59 и 60, и они образуют средства для удержания лапок аксиально с аксиальным зазором 68.
Аксиальный зазор 68 и радиальный зазор 62 заклепок обеспечивают небольшое относительное перемещение между жесткими лапками 59 и 60, позволяя, таким образом, кожуху 12 термически расширяться в радиальном направлении относительно кольцевого направляющего элемента 18, который, подобно другим вариантам воплощения, также является несомым лапками 36, прикрепленными к нижнему по потоку фланцу кожуха 12.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.5, опорные средства 34 включают в себя пружину сжатия 70, которая проходит перпендикулярно между жесткими лапками 72 и 74, прикрепленными к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
Жесткие лапки 72 и 74 проходят по направлению друг к другу, и их параллельные разнесенные друг от друга концы взаимно перекрывают друг друга.
Конец лапки 72, несомой инжектором 20, проходит наклонно в направлении ниже по потоку и наружу приблизительно под углом 20° относительно оси кожуха 12, а конец лапки 74, несомой направляющим элементом 18, проходит параллельно концу лапки 72 и расположен радиально внутри него.
Пружина 70 представляет собой спиральную пружину сжатия, чьи концы упираются в обращенные друг к другу поверхности на концах лапок 72 и 74 и прицеплены к втулкам 76 и 78, установленным в отверстиях на концах этих лапок.
Каждая втулка 76 или 78 имеет внешний кольцевой ободок 80 или 82 соответственно для упора в поверхность лапки, расположенной на заданном расстоянии от пружины 70.
Внутрь втулок 80 и 82 и внутрь пружины 70 по ее оси проходит винт 84, имеющий на одном конце головку 86 в форме сферического колпачка, который направляется в соответствующее гнездо 88, выполненное на внешнем ободке 80 втулки 76, для образования шарового соединения.
Другой конец этого винта принимает гайку 90, которая упирается во внешний ободок 82 втулки 78.
Шаровое соединение позволяет опорным средствам 34 деформироваться при сгибании, перекручивании и повороте.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.6, опорные средства 34 включают в себя металлический кабель 92, который обмотан или скручен между жесткими лапками 94 и 96, прикрепленными к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
Лапки 94 и 96 проходят в направлении друг к другу и являются по существу параллельными друг другу и оси кожуха 12. Их направленные друг к другу концы являются параллельными, они расположены на заданном расстоянии друг от друга и взаимно перекрывают друг друга.
Лапка 96, присоединенная к кольцевому направляющему элементу 18, расположена радиально снаружи от лапки 94, присоединенной к инжектору 20.
Планки 98 и 100 прикреплены к концам обращенных друг к другу поверхностей лапок 94 и 96 с помощью винтов 102.
Каждая из этих планок состоит из двух частей, которые прижаты друг к другу и имеют поперечные желобки 104 на поверхностях их соприкосновения для образования проходов для размещения металлического кабеля 92.
Кабель 92 упруго намотан между жесткими лапками 94 и 96 вокруг оси 106 и параллельно ей, при этом он проходит через желобки 104, находящиеся в планках 98 и 100, в то время как его концы удерживаются закрепленными в конечных желобках этих планок.
Сборная конструкция, составленная из лапок 94 и 96, планок 98 и 100 и намотанного металлического кабеля 92, является упругодеформируемой при сгибании, перекручивании и повороте и позволяет кожуху 12 термически расширяться в радиальном направлении относительно направляющего элемента 18.
В варианте воплощения, показанном на фиг.7, опорные средства 34 включают в себя металлический амортизатор 107, который установлен между жесткими лапками 108 и 109, которые прикреплены к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
Лапки 108 и 109 относятся к тому же самому типу, что и лапки, описанные со ссылкой на фиг.6.
Металлический амортизатор 107 проходит по существу радиально между опорной пластиной 110 и лапкой 109 и параллельно им и сцеплена между двумя участками этого металлического амортизатора 107, по существу посередине.
Внутри амортизатора 107 аксиально проходит стержень 112, при этом он проходит перпендикулярно жестким лапкам и опорной пластине 110 и проходит через расположенные там отверстия.
На одном своем конце стержень 112 имеет головку 114, упирающуюся в пластину 110 с внешней от амортизатора стороны, в то время как его другой конец имеет резьбу и навернутую на нее гайку 116, которая упирается в жесткую лапку 109 с внешней от амортизатора стороны.
Сборная конструкция, образованная лапками 108 и 109, пластиной 110 и металлическим амортизатором 107, является деформируемой при изгибе, перекручивании и повороте и позволяет кожуху 12 термически расширяться в радиальном направлении относительно направляющего элемента 18. Этот амортизатор 107 может быть выполнен, например, из оплетенных металлических проводов.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.8, опорные средства 34 включают в себя пружину сжатия 118, которая проходит вокруг металлического амортизатора 120, который подобен вышеописанному амортизатору 107, причем пружина установлена между жесткими лапками 122 и 124 и прикреплена к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
При этом лапки 122 и 124 подобны тем, которые описаны со ссылкой на фиг.6.
Металлический амортизатор 120 проходит по существу радиально между жесткими лапками 122 и 124.
Пружина 118 представляет собой спиральную пружину сжатия, расположенную коаксиально с амортизатором 120, при этом ее концы упираются в концы жестких лапок 122 и 124.
Внутри этого амортизатора и пружины коаксиально проходит стержень 126, расположенный перпендикулярно жестким лапкам 122 и 124 и включающий в себя головку 128, упирающуюся в жесткую лапку 124 с его внешней от амортизатора стороны, в то время как его противоположный конец, например, имеет резьбу и навернутую на нее гайку, которая упирается в жесткую лапку 122 с ее внешней от амортизатора стороны.
Сборная конструкция, составленная жесткими лапками 122 и 124, металлическим амортизатором 120 и соответствующей пружиной 118, является деформируемой при изгибе, перекручивании и повороте и позволяет кожуху 12 термически расширяться в радиальном направлении относительно направляющего элемента 18.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.9, опорные средства 34 включают коническую пластинчатую опору 130, установленную между жесткими лапками 132 и 134 и прикрепленную к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
При этом лапки 132 и 134 подобны тем, которые показаны на фиг.6.
Опора 130 составлена из ряда металлических конических шайб или пластин 136, и она проходит по существу радиально между жесткими лапками 132 и 134.
Опора 130 прикреплена к внутренней жесткой лапке 132 винтами 138, вкрученными в две наклонные ножки 140, поддерживающие пластины 136, при этом опора прикреплена с помощью, по меньшей мере, одного винта 142 к внешней жесткой лапке 134, причем винт 142 вкручивается в центральную ножку 144, поддерживающую пластины 136.
Опора 130 является коммерчески доступной.
В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг.10, опорные средства 34 включают в себя пластинчатую опору 146, установленную между жесткими лапками 148 и 150 и прикрепленную к инжектору 20 и к направляющему элементу 18 соответственно.
Опора 146, являющаяся коммерчески доступной опорой известного типа, включает в себя набор эластомерных шайб 151, прикрепленных центральным винтом 152 к внешней лапке 150 и шайбой 154 в виде усеченного конуса к внутренней лапке 148.
Обе опоры, показанные на фиг.9 и 10, обеспечивают те же преимущества, что и варианты воплощений, проиллюстрированные на предшествующих чертежах.