Клапанный узел вентилятора
FAN VALVE UNIT

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к клапанным устройствам для газотурбинных двигателей (ГТД).
По крайней мере, некоторые известные авиационные ГТД включают в себя вентилятор, компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давления и форсажную камеру. Воздушный поток на входе вентилятора сжимается, а воздушный поток, выходящий из вентилятора, разделяется так, что часть направляется в компрессор, а остальная часть, именуемая обводным потоком вентилятора, направляется в перепускной канал, где она обходит компрессор, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления и попадает в реактивное сопло. Воздушный поток в компрессоре сжимается и выпускается через камеру сгорания, где он смешивается с топливом и воспламеняется, производя газы сгорания, которые попадают в турбины высокого и низкого давления. К тому же, по крайней мере, некоторые известные ГТД смешивают часть обводного воздушного потока вентилятора с потоком воздуха, выходящего из турбины низкого давления.
Для регулировки количества обводного воздуха, поступающего в реактивное сопло, по крайней мере, некоторые ГТД включают в себя клапанный узел.
Известен газотурбинный двигатель, включающий в себя узел вентилятора, обводной канал вентилятора, соединенный с узлом вентилятора, а также клапанный узел, соединенный по потоку от узла вентилятора в обводной канал вентилятора и включающий в себя кольцевое тело клапана, состоящее из золотника, наружного и внутреннего обтекателя, выполненное с возможностью осевого перемещения вдоль канала. Перемещение кольцевого клапана осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, включающего в себя связанный с управляющим механизмом трубчатый корпус кривошипа с коленчатыми рычагами, один из которых связан с корпусом канала вентилятора, а другой - с кольцевым клапаном (см. патент №US 2009/0211090 А1, опубл. 27.08.2009 г.).
Недостатком известного клапанного узла является наличие трех обтекаемых тел сложной геометрической формы. Это приводит к усложнению конструкции клапана, увеличению его массы и снижению ресурса и надежности его работы.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции клапанного узла вентилятора содержащего минимальное количество подвижных обтекаемых воздухом (газом) тел сложной геометрической формы.
Техническим результатом является регулируемый перепуск рабочего тела из-за ступени вентилятора в обводной канал при упрощении конструкции механизма перемещения клапанного узла, снижение массы клапанного узла и повышение его ресурса и надежности, а также поддержание минимального гидравлического сопротивления течению рабочего тела в канале и минимизация утечек рабочего тела через зазоры.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапанном узле вентилятора, содержащем корпус канала перепуска с установленным на нем с возможностью осевого перемещения кольцевым клапаном и механизм перемещения кольцевого клапана с приводом, размещенным над корпусом канала перепуска, отличающемся тем, что кольцевой клапан выполнен в виде оболочки профилированной формы и системы ребер жесткости внутри него, механизм перемещения кольцевого клапана содержит две тяги с общей поворотной осью, одна из которых соединена с кольцевым клапаном, а другая - с приводом, причем тяга, соединенная с кольцевым клапаном, и элемент ее крепления к последнему размещены внутри кольцевого клапана, а поворотная ось проходит через соответствующие отверстия в корпусе канала перепуска и кольцевого клапана, при этом кольцевой клапан выполнен с возможностью поступательно-вращательного движения.
Кольцевой клапан представляет собой соединенную воедино, например, при помощи сварки оболочечную конструкцию профилированной формы, усиленную изнутри ребрами жесткости. В передней части кольцевой клапан снабжен крышкой лабиринтного уплотнения, зафиксированной на последнем при помощи, например, болтового соединения.
Выполнение кольцевого клапана в виде соединенной воедино оболочечной конструкции и наличие соответствующих отверстий в корпусе канала перепуска и в кольцевом клапане позволяет разместить внутри него элементы механизма перемещения, а именно часть поворотной оси, проходящей через упомянутые выше отверстия, и тягу с элементом ее крепления к кольцевому клапану, минимизирует габаритный диаметр клапанного узла, а также уменьшает гидравлическое сопротивление течения рабочего тела в обводном канале за счет отсутствия выступающих в проточную часть канала деталей механизма перемещения.
Использование системы ребер жесткости, установленных внутри кольцевого клапана, обеспечивает прочность и жесткость конструкции при минимальной массе, при обеспечении потребной высоты кольцевого клапана.
Высота кольцевого клапана выбрана исходя из обеспечения минимальной площади проходного сечения обводного канала для создания преимущественно осевого течения рабочего тела в канале с минимальным гидравлическим сопротивлением.
Кольцевой клапан, обеспечивая перекрытие проточной части канала вентилятора, в открытом положении (крайнее левое положение) создает минимальное гидравлическое сопротивление течению рабочего тела в обводном канале вентилятора, в закрытом положении (крайнее правое положение) поддерживает плотное прилегание профилированной оболочки к обтекателю статора позади идущего направляющего аппарата с сохранением минимальных утечек рабочего тела через зазоры между контактирующими деталями.
Поворотная ось может быть снабжена парой трения в виде втулок, выполненных из жесткого материала, что позволит точно позиционировать кольцевой клапан относительно корпуса и минимизировать трение в клапанном узле.
Реализация осевого перемещения кольцевого клапана путем поступательно-вращательного движения вокруг оси поворота позволяет обеспечить потребный осевой ход движения при минимальном трении и малой массе клапанного узла.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг. 1-3.
Фиг. 1 - клапанный узел вентилятора.
Фиг. 2 - схема перемещения клапанного узла (вид сверху).
Фиг. 3 - схема перемещения клапанного узла (вид сбоку).
Клапанный узел вентилятора состоит из (фиг. 1 - в закрытом положении, штриховыми линиями - в открытом положении) корпуса 1 канала перепуска и кольцевого клапана 2, установленного на поворотной оси 3 при помощи пары трения 4, состоящей из двух втулок. Поворотная ось 3 соединена с кольцевым клапаном 2 тягой 5 с элементом крепления 6, снабженным сферическим подшипником. Также поворотная ось 3 соединена тягой 7 с приводом 8, например гидроцилиндром. Привод 8 закреплен на корпусе 1 канала перепуска при помощи кронштейна 9.
Кольцевой клапан 2 представляет собой соединенную воедино оболочку 10 профилированной формы, усиленную изнутри ребрами жесткости 11, на передней части которого закреплена крышка 12 лабиринтного уплотнения.
Принцип действия клапанного узла вентилятора заключается в изменении площади проходного сечения А-А за счет поступательно-вращательного движения кольцевого клапана 2 вдоль корпуса 1 канала перепуска (фиг. 2).
Клапанный узел вентилятора находится в исходном закрытом положении (крайнее правое положение). При получении управляющего сигнала привод 8 плавно приводит в движение тягу 7. Вращение через поворотную ось 3 в виде вращательного момента передается от тяги 7 на тягу 5. Тяга 5 через элемент крепления 6 приводит во вращательно (вокруг оси двигателя) - поступательное (вдоль оси двигателя) движение кольцевой клапан 2, принимающий любое промежуточное положение в зависимости от величины управляющего сигнала на привод 8. Возвратное движение осуществляется в той же последовательности при обратном значении управляющего сигнала.