УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КАНАЛА ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В КОРПУСЕ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
FLUID PIPE FASTENER IN TURBOJET CASE

Изобретение относится к устройству для закрепления канала для текучей среды в корпусе турбореактивного двигателя, в частности канала для подачи топлива к кольцу форсунок в форсажной камере сгорания турбореактивного двигателя.
Обычно в двухконтурном турбореактивном двигателе, имеющем форсажную камеру, кольцо форсунок устанавливают на радиально-внешних концах стабилизаторов пламени, которые прикреплены к внешнему корпусу форсажной камеры, и внутри кольца форсунок проходит кольцевой канал для впрыска топлива (см., например, патент США №6354085 B1). Кольцевой канал соединен в множестве точек с источниками подачи топлива на внешнем корпусе форсажной камеры сгорания при помощи питающих каналов, которые проходят в радиальном направлении между внешним корпусом и кольцом форсунок. Эти питающие каналы проходят через поток во вторичном контуре турбореактивного двигателя, который проходит между внешним корпусом и внутренней цилиндрической стенкой, образующей форсажную камеру сгорания, где расположено кольцо форсунок и где проходит основной поток, образованный отработавшим газом, выходящим из камеры сгорания турбореактивного двигателя. Эти каналы обычно устанавливают по месту и закрепляют изнутри форсажной камеры сгорания.
Было бы предпочтительно заключить топливные каналы, питающие кольцо форсунок, внутри внешних оконечных частей стабилизаторов пламени для защиты этих каналов от основного потока, который имеет высокую температуру (достигающую уровня, например, около 2000 K при форсажном режиме), и для исключения нарушения прохождения основного потока, но известные средства для прикрепления таких каналов к внешнему корпусу имеют части, которые проходят сквозь стенку и имеют относительно большой диаметр, в результате чего они непригодны для прохождения внутри стабилизаторов пламени.
Кроме того, пространство между внешним корпусом форсажной камеры сгорания и внутренней цилиндрической стенкой за кольцом форсунок слишком мало для того, чтобы можно было прикреплять изнутри эти проходящие насквозь части к внешнему корпусу с использованием инструментов, применяемых внутри внешнего корпуса за кольцом форсунок.
Целью настоящего изобретения является получение решения этой проблемы, которое отличается простотой, эффективностью и невысокими затратами.
С этой целью согласно изобретению создано устройство для закрепления канала для текучей среды в отверстии корпуса турбореактивного двигателя, в частности канала для подачи топлива к кольцу форсунок в форсажной камере, причем устройство содержит средство типа винта и гайки между концевым элементом канала и отверстием корпуса, при этом устройство содержит кольцо, ввинченное в отверстие корпуса и имеющее один конец, который упирается в упорное средство, установленное на канале, и гайку, навинченную на концевой элемент канала таким образом, что она прижимает кольцо к упорному средству канала для прикрепления его к корпусу.
Предпочтительно, упорное средство канала представляет собой шайбу, насаженную на концевой элемент канала и упирающуюся в выступ указанного канала.
Предпочтительно, шайба имеет центральное отверстие в форме усеченного конуса, входящее в контакт с соответствующей поверхностью в форме усеченного конуса канала.
Предпочтительно, указанная шайба удерживается в обойме, образующей внутренний конец кольца.
Предпочтительно, указанное кольцо ввинчивают в отверстие в указанном корпусе снаружи, и внутренний конец которого упирается в упорное средство канала.
Предпочтительно, гайку навинчивают на концевой элемент канала снаружи корпуса.
Предпочтительно, гайку навинчивают на концевой элемент канала внутри кольца, и она имеет внешний диаметр, который меньше внутреннего диаметра кольца. Зазор, образуемый таким образом между кольцом и гайкой, исключает создание напряжения на конце канала до конца затягивания гайки.
Предпочтительно, гайка имеет внутренний конец, упирающийся во внутренний кольцевой выступ кольца.
Предпочтительно, внутренний кольцевой выступ образован на внутреннем конце кольца.
Предпочтительно, внешний конец кольца имеет направленный наружу кольцевой выступ, упирающийся в корпус вокруг отверстия, когда кольцо ввинчено в отверстие. Это обеспечивает возможность определенного установления конечного положения кольца в отверстии корпуса и конечного положения канала в указанном отверстии, когда гайка завинчена до отказа.
Предпочтительно, резьбовая часть отверстия, в которую ввинчено кольцо, образована втулкой, входящей в зацепление в отверстии корпуса и удерживаемой благодаря осевому упору в указанном отверстии. Это позволяет ограничить операции механической обработки, выполняемые на внешнем корпусе турбореактивного двигателя, и втулку можно легко заменять в случае повреждения резьбы вместо выполнения новой резьбы в отверстии корпуса.
Предпочтительно, кольцо имеет внешнюю левую резьбу, а гайка имеет внутреннюю правую резьбу. При работе вибрация может способствовать отвинчиванию кольца и/или гайки. Благодаря наличию противоположных резьб, степень, в которой одна может быть ослаблена относительно другой, ограничена.
Предпочтительно, на кольце и на гайке имеются средства для предотвращения их вращения, причем указанные средства содержат, например, проволоку, вставленную в соответствующие концевые отверстия кольца и гайки.
Предпочтительно, концевой элемент канала включает в себя осевое отверстие для прохождения текучей среды, имеющее сечение, отличающееся от круглого, которое, например, является шестиугольным для размещения инструмента для предотвращения поворота канала относительно корпуса при затягивании гайки.
Априори такое крепежное устройство можно использовать для прикрепления концевого элемента канала к корпусу либо снаружи, либо изнутри внешнего корпуса. Когда пространство внутри корпуса недостаточно велико для манипулирования указанными выше кольцом и гайкой, кольцо и гайку предпочтительно привинчивают снаружи внешнего корпуса, соответственно, в отверстие корпуса и на концевой элемент канала.
Кроме того, упорное средство, располагаемое на канале, предпочтительно сажают на него снаружи от внешнего корпуса перед завинчиванием указанного выше кольца и гайки, что, таким образом, обеспечивает возможность без труда устанавливать канал по месту изнутри корпуса и, например, проводить питающий топливный канал для кольца форсунок внутри стабилизатора пламени изнутри форсажной камеры.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанная шайба удерживается в обойме, образующей внутренний конец кольца. Этот вариант осуществления изобретения автоматически обеспечивает правильную установку шайбы на концевом выступе канала и ее удерживание на месте.
Предпочтительно, на кольце и на гайке имеются средства для предотвращения их вращения, например, содержащие контровочную проволоку, вставленную в соответствующие концевые отверстия кольца и гайки.
Предпочтительно, концевой элемент канала включает в себя осевое отверстие для прохождения текучей среды с сечением, отличающимся от круглого, например, являющимся шестиугольным для размещения инструмента для предотвращения поворота канала относительно корпуса при затягивании гайки.
Это служит для предотвращения поворота канала в отверстии корпуса и позволяет исключать создание напряжения в канале после того, как гайка затянута.
Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут понятны при ознакомлении с нижеследующим описанием неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - частичный вид осевого сечения форсажной камеры двухконтурного турбореактивного двигателя, включающей в себя устройство для крепления канала подачи топлива для кольца форсунок согласно изобретению;
фиг.2 - схематический вид в увеличенном масштабе части фиг.1, показывающий устройство согласно изобретению; и
фиг.3 - схематический вид осевого сечения другого варианта выполнения устройства согласно изобретению.
Сначала ссылки будут сделаны на фиг.1, показывающую часть форсажной камеры 1 двухконтурного турбореактивного двигателя, причем камера расположена ниже по потоку от турбины турбореактивного двигателя.
Форсажная камера 1 содержит по существу цилиндрический внешний корпус 2 с осью 3, который имеет направленный наружу кольцевой фланец 4 на его верхнем по потоку конце для прикрепления к внешнему корпусу турбины и направленный наружу кольцевой фланец 5 на его нижнем по потоку конце для прикрепления к внешнему корпусу сопла.
Форсажная камера 1 включает в себя внутренний кольцевой корпус 6, соосный с внешним корпусом 2.
Внешняя поверхность внутреннего корпуса 6 и внутренняя поверхность внешнего корпуса 2 образуют кольцевое пространство 7, проходящее от верхнего к нижнему по потоку концу, в котором проходит холодный или вторичный поток турбореактивного двигателя, создаваемый вентилятором в верхнем по потоку конце турбореактивного двигателя и служащий для увеличения тяги и вентиляции компонентов турбореактивного двигателя.
Внутренний корпус 6 образует цилиндрическое пространство 8, проходящее от верхнего к нижнему по потоку концу, в котором проходит горячий или основной поток турбореактивного двигателя, образованный отработавшим газом из камеры сгорания турбореактивного двигателя.
Форсажная камера 1 способствует увеличению тяги турбореактивного двигателя посредством впрыскивания воздуха и топлива в основной поток и сжигания смеси в форсажной камере 1.
Топливо впрыскивается при помощи каналов 9 подачи топлива в верхнем по потоку конце форсажной камеры 1 при помощи каналов 10 подачи топлива, проходящих в стабилизаторах 11 пламени, расположенных ниже по потоку канала 9, и при помощи каналов 12 подачи топлива для кольца 13 форсунок, установленного на стабилизаторах 11 пламени.
Подающие каналы 9 и 10 имеют отверстия для распыления топлива в направлении вниз по потоку в их радиально-внутренних частях, которые проходят в основной поток.
Подающие каналы 9, 10 и 12, предпочтительно, выровнены по оси относительно друг друга и равномерно разнесены друг от друга по окружности внешнего корпуса 4. Осевое выравнивание служит для ограничения турбулентности во вторичном и основном потоках и, таким образом, для уменьшения потерь напора. Например, в форсажной камере 1 может быть расположено девять подающих каналов 9, 10 или 12.
Подающие каналы 9 по существу перпендикулярны оси 3 и находятся в полых V-образных частях 14 с наклонной стороной, обращенной к верхнему по потоку концу, и выступают из внутреннего корпуса 6 в зону основного потока. Радиально-внешняя часть наклонной V-образной части 14, которая проходит через вторичный поток, имеет вырез, образующий отверстие 15.
При работе часть вторичного потока захватывается отверстием 15 в V-образной части 14 и отводится в основной поток через отверстия 16, выполненные в радиальной стенке, проходящей сверху по потоку от канала 9 и защищающей его от основного потока. Например, температура вторичного потока составляет около 450 K, тогда как температура основного потока может находиться в диапазоне от 1100 до 2000°С в зависимости от рабочей скорости турбореактивного двигателя. Вторичный поток внутри V-образных частей 14 предназначен для охлаждения подающих каналов 9 и V-образных частей 14, а также для улучшения распыления топлива в основной поток.
Стабилизаторы 11 пламени проходят в радиальном направлении вокруг оси 3 и наклонены относительно нее, причем их радиально-внутренние концы смещены вниз по потоку и каждый из них имеет радиально-внешнюю часть, проходящую через вторичный поток, и радиально-внутреннюю часть, проходящую в основной поток.
Радиально-внутренняя часть каждого стабилизатора 11 образована полой V-образной частью, наклонная сторона которой обращена вверх по потоку, и которое закрыто снизу по потоку изогнутой стенкой 17, образующей теплозащитный экран для канала 10 подачи топлива, который проходит внутри стабилизатора 11 от внешнего корпуса 2.
Радиально-внешняя часть наклонной стороны V-образной части стабилизатора 11 имеет вырез для образования отверстия для захвата части вторичного потока, и две боковые стенки 18 этой части V-образной части прикреплены к внешнему корпусу 2.
Кольцевое пространство для вторичного потока имеет радиальный размер, уменьшающийся по существу наполовину за стабилизатором 11 пламени кольцевой стенки 19, установленной между внутренним корпусом 6 и кольцом 13 форсунок, таким образом, что при работе часть вторичного потока проходит внутри каждого стабилизатора 11 в вентиляционной камере 20, проходящей вдоль подающего канала 10 и спереди от него, причем камера 20 включает в себя расположенные по всей ее длине отверстия, которые выровнены относительно подающего канала 10.
Кольцо 13 форсунок имеет по существу U-образное осевое сечение, при этом выемка U-образной конфигурации обращена назад, и оно установлено в основном потоке между указанной выше стенкой 19 и задним кольцевым ребром 21 на конце каждого стабилизатора 11.
В кольце 13 форсунок расположен кольцевой канал 22 подачи топлива, имеющий впрыскивающие отверстия, обращенные вниз по потоку, при этом этот кольцевой канал соединен с подающими каналами 12, которые проходят по существу радиально и которые проходят в радиально-внешних частях стабилизаторов 11, будучи прикрепленными к внешнему корпусу 2 крепежными устройствами согласно изобретению.
Эти крепежные устройства устанавливают по месту снаружи от корпуса 2, и они не требуют использования инструментов в зоне вторичного потока между внешним корпусом 2 и внутренним корпусом 6 за стабилизаторами 11 пламени.
Теперь ссылки будут сделаны на фиг.2, которая является видом в увеличенном масштабе крепежного устройства согласно изобретению.
Как показано на фиг.2, отверстие для прикрепления канала 12 к корпусу образовано в выступе 23 корпуса, причем этот выступ имеет ось 24, перпендикулярную оси 3 корпуса, и внешнюю поверхность 25, которая является плоской и перпендикулярна оси 24.
Отверстие, образованное в выступе 23, имеет внешнюю часть, являющуюся цилиндрической проточкой 26, которое открыто в проточку 27 большего диаметра, проходящее до внутренней поверхности корпуса 2.
В проточке 26 внутри корпуса вставлена цилиндрическая втулка 28, имеющая кольцевой выступ 29 на внутреннем конце, который упирается в конец проточки 27 и который включает в себя такое средство, как шпилька 30, для предотвращения вращения втулки в проточке 27.
Внутренняя цилиндрическая поверхность втулки 28 имеет резьбу для размещения кольца 31, которое имеет на внешнем конце кольцевой выступ 32 для упора во внешнюю поверхность 25 выступа 23 и имеет на внутреннем конце направленный внутрь кольцевой выступ 33, образующий поверхность, упирающуюся в шайбу 34, насаженную на концевой элемент 35, установленный на конце канала 12.
В этом варианте осуществления изобретения концевой элемент 35 имеет изгиб и включает в себя прямую цилиндрическую часть 36 с внешней резьбой, которая принимает цилиндрическую гайку 37, на внешнем конце которой находится направленный наружу кольцевой выступ 38, имеющий внешний диаметр, в данном примере немного превышающий внутренний диаметр кольца 31.
Резьбовая часть 36 концевого элемента заканчивается вблизи поверхности 39 в форме усеченного конуса, образованной на концевом элементе 35 для формирования опорной поверхности для упора во внутреннюю поверхность 40 в форме усеченного конуса шайбы 34, причем усеченные конусы имеют их большие основания внутри и их меньшие основания снаружи корпуса 2 турбореактивного двигателя.
Внешний диаметр шайбы 34 меньше внутреннего диаметра втулки 28 и больше внутреннего диаметра кольцевого выступа 33 кольца 31.
Осевая длина гайки 37 задана так, что в затянутом положении, показанном на фиг.2, ее внутренний конец упирается в выступ 33 кольца 31, который, в свою очередь, упирается в шайбу 34, установленную на поверхность 39 в форме усеченного конуса концевого элемента 35 канала 12, а направленный наружу кольцевой выступ 38 гайки 37 в этом случае отнесен от выступа 32 кольца 31.
Внутренняя поверхность 41 резьбовой части 36 концевого элемента 35 не круглая, а, например, шестиугольная для обеспечения возможности предотвращения вращения концевого элемента при помощи шестигранного ключа, вставленного в указанную часть 36 концевого элемента 35.
Крепежное устройство согласно изобретению устанавливают следующим образом:
- канал 12, соединенный с кольцевым каналом 22 в кольце 13 форсунок, проводят внутри внешней концевой части стабилизатора 11, и концевой элемент 35 вставляют в проточку 26 корпуса 2;
- на концевой элемент 35 снаружи от корпуса 2 помещают шайбу 34, которая проходит сквозь втулку 28, предварительно установленную по месту в проточке 26. Шайба 34 должна иметь правильную круглую форму для обеспечения того, что ее поверхность 40 в форме усеченного конуса будет правильно упираться в поверхность 39 в форме усеченного конуса концевого элемента 35; и
- затем на втулку 28 навинчивают кольцо 31, после чего на резьбовую часть 36 концевого элемента 35 навинчивают гайку 37. Положения в конце завинчивания показаны на фиг.2.
Внутренний диаметр внешней части гайки 37, которая имеет резьбу не по всей ее длине, достаточно велик относительно внутреннего диаметра концевого элемента 35 для того, чтобы можно было соединять концевой элемент со средствами подачи топлива, которые частично проходят внутрь гайки 37.
Установка гайки 37 таким образом, чтобы она упиралась в выступ 33 кольца 31, который, в свою очередь, упирается в шайбу 34, установленную на поверхность 39 в форме усеченного конуса концевого элемента 35, обеспечивает то, что корпус 2 не пропускает топливо снаружи внутрь.
Предпочтительно, резьбы кольца 31 и гайки 37 имеют противоположное направление, то есть кольцо 31 имеет левую резьбу, а гайка 37 имеет правую резьбу для исключения их ослабления относительно друг друга под действием вибрации.
Кроме того, в сквозные отверстия в выступах 32 и 38 кольца 31 и гайки 37 может быть установлена контровочная проволока, как показано, для обеспечения того, что их соединение не ослабится.
Удерживание концевого элемента 35 от вращения при помощи шестигранного ключа, установленного внутрь его резьбовой части 36, обеспечивает то, что концевой элемент не будет вращаться в конце затягивания, что могло бы вызвать напряжение в канале 12.
В другом варианте, показанном на фиг.3, шайба 34 постоянно установлена в обойме, образованной на внутреннем конце кольца 31 при помощи пальцев 43, загнутых по оси кольца 31, таким образом, удерживающих шайбу на месте и обеспечивающих то, что она не будет неправильно установлена на поверхности 39 в форме усеченного конуса концевого элемента 35.
В основном устройство согласно изобретению позволяет легко и надежно устанавливать каналы 12 на корпусе снаружи от корпуса, при этом каналы 12 выровнены в осевом направлении относительно каналов 10, которые проходят в стабилизаторах 11 пламени и не приводят к дополнительному возмущению вторичного потока.
Кроме того, каналы 12 защищены от горячего основного потока стабилизаторами 11 пламени и они не создают какого-либо возмущения в основном потоке.