НАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ
GUIDING DEVICE IN COMBUSTION CHAMBER

Данное изобретение относится к устройству для направления элемента, такого как свеча зажигания или топливная форсунка, расположенного в отверстии или вблизи отверстия стенки камеры сгорания газотурбинного двигателя.
Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя ограничена двумя коаксиальными стенками, имеющими форму тела вращения, расположенными (относительно описанной ниже оси 34) одна внутри другой и соединенными между собой на своих входных концах кольцевой стенкой дна камеры.
Стенка дна камеры содержит отверстия для установки средств впрыска воздушно-топливной смеси внутрь камеры, при этом воздух поступает от компрессора газотурбинного двигателя, а топливо поступает через форсунки.
Вход является стороной, через которую воздушно-топливная смесь поступает в кольцевую камеру сгорания.
(По отношению к описанной ниже оси 38) средства впрыска или форсунки расположены по существу радиально, начиная от своих наружных концов, закрепленных на наружном корпусе камеры, до своих головок, совмещенных в осевом направлении с отверстиями стенки дна камеры.
Кольцевая наружная стенка камеры содержит по меньшей мере одно отверстие для прохождения одного конца свечи зажигания, другой конец которой может быть закреплен на наружном корпусе камеры, и эта свеча предназначена для воспламенения воздушно-топливной смеси в камере.
Во время работы газотурбинного двигателя стенки камеры сгорания подвергаются тепловому расширению, что приводит к относительным перемещениям между наружной стенкой камеры и свечой зажигания и между стенкой дна камеры и топливными форсунками.
Чтобы обеспечивать и компенсировать эти относительные перемещения, используют устройства для направления свечи и форсунок, каждое из которых содержит по существу коаксиальные плавающее кольцо и фланец, установленные одно внутри другого. В осевом направлении через кольцо должен проходить указанный элемент, и оно содержит наружный бортик, направляемый в поперечном направлении внутренним кольцевым пазом фланца. Фланец предназначен для крепления на краю отверстия стенки камеры сгорания. Этот фланец содержит втулку, имеющую отбортованный край, через который втулку скрепляют посредством пайки или сварки с манжетой, чтобы они образовали между собой указанный кольцевой паз. Устройство имеет по меньшей мере одно приоритетное поперечное направление перемещения кольца.
В патентной заявке ЕР-А1-1 770 332, поданной на имя заявителя, описано направляющее устройство этого типа. Относительные перемещения между наружной стенкой камеры и свечой в основном происходят в направлении, параллельном продольной оси камеры. Таким образом, во время работы фланец, неподвижно соединенный со стенкой камеры, в основном перемещается в этом продольном направлении относительно направляющего кольца свечи, установленного на наружном корпусе. Относительные перемещения кольца в пазу фланца в других поперечных направлениях имеют меньшие амплитуды. Таким образом, осевое или продольное направление является приоритетным направлением перемещения направляющего кольца свечи зажигания относительно фланца, установленного на камере. Относительные перемещения между стенкой дна камеры и форсунками в основном происходят в радиальных направлениях относительно продольной оси камеры, и, таким образом, приоритетным направлением относительного перемещения кольца, установленного вокруг форсунки, является радиальное направление относительно продольной оси камеры.
В современной технике обе детали, манжета и фланец, образующие фланец направляющего устройства, скреплены друг с другом на своих наружных перифериях сварным швом или сварными швами, выполняемыми по всему контуру втулки.
Выражение «сварной шов» относится как к пайке, так и к настоящей сварке.
Хотя оператор, отвечающий за выполнение этого сварного шва, соблюдает максимальную осторожность во время работы, сварные швы могут наплывать в кольцевой направляющий паз кольца и локально закупоривать наружную периферию этого паза, что уменьшает или препятствует смещениям кольца в поперечном направлении в пазу фланца. Следовательно, операция сварки деталей фланца является сложной и не позволяет контролировать это образование наплыва сварного шва. Кроме того, существует риск блокировки устройства и/или повреждения сварных швов и даже их разрыва каждый раз, когда бортик кольца входит в контакт со сварным швом, который имеет наплыв в паз фланца.
Изобретение призвано предложить простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.
Для этого предложено устройство для направления элемента в отверстии стенки камеры сгорания газотурбинного двигателя, при этом устройство содержит по существу коаксиальные плавающее кольцо и фланец, установленные друг в друге, при этом через кольцо должен проходить в осевом направлении (ось 520а) элемент, и оно содержит наружный бортик, направляемый поперечно (к указанной оси 520а) во внутреннем кольцевом пазу фланца, который предназначен для крепления на краю отверстия стенки камеры сгорания, при этом фланец содержит втулку, имеющую отбортованный край, через который втулка крепится пайкой или сваркой с манжетой таким образом, чтобы они образовали между собой указанный паз, при этом устройство имеет по меньшей мере одно приоритетное поперечное направление перемещения кольца, причем, согласно изобретению, параллельно указанной оси (520а) между сварными швами или спаями и траекторией бортика кольца, когда оно перемещается относительно втулки в приоритетном направлении, в продолжении указанного паза остается промежуточное пространство.
Таким образом, указанные сварные швы или спаи будут наплывать в промежуточное пространство; и сварные швы или спаи будут находиться за пределами траектории бортика кольца.
Решение является простым в выполнении и экономичным. При заявленном решении указанные сварные швы или спаи могут наплывать в указанное промежуточное пространство и только в это промежуточное пространство.
Чтобы наиболее эффективно отвести промежуточное пространство и, следовательно, наплыв сварных швов или спаев от указанной траектории, можно предусмотреть, чтобы указанное пространство располагалось вокруг части манжеты поперечно к указанной оси (520а) между указанной частью манжеты и отбортованным краем.
Искомое осевое смещение будет достигнуто вокруг указанной части манжеты.
Эффективным решением для получения этого промежуточного пространства, избегая деформации втулки, является выполнение манжеты ступенчатой при помощи заплечика, имеющего наружный бортик, через который манжета будет скреплена пайкой или сваркой с удлиненным в осевом направлении концом отбортованного края.
Таким образом, заплечик образует препятствие или экран между зоной траектории бортика кольца и зоной наплыва.
Кроме того, вместо выполнения манжеты, например, с периферической формой в виде перевернутого U, ориентированного параллельно указанной оси (520а) в сторону указанного паза, предпочтительно можно предусмотреть, чтобы параллельно этой оси высота (в дальнейшем обозначаемая Н10) указанного отбортованного края была по меньшей мере равна высоте (обозначаемой в дальнейшем Н30) указанного наплыва, увеличенной на толщину указанного бортика и на величину зазора J (см. ниже), что позволяет вышеупомянутому бортику перемещаться во внутреннем пазу фланца.
Таким образом, по сравнению с известной ситуацией, представленной на описанной ниже фиг. 2, «просто» увеличивают высоту отбортованного края вдоль указанной оси (520а).
Если, поперечно к указанной оси (520а), бортик удаляет от отбортованного края заплечик, образующий часть манжеты, создавая таким образом указанное промежуточное пространство, оставленное для наплывов сварных швов или спаев, можно получить поперечно к этой оси (520а) наилучший компромисс между оптимальным объемом для наплыва и наименьшим габаритом.
Объектом изобретения является также камера сгорания газотурбинного двигателя летательного аппарата, при этом камера сгорания расположена в кольцевом направлении вокруг оси (в дальнейшем обозначаемой 34) и оснащена описанным выше направляющим устройством со всеми или с частью упомянутых выше признаков, причем это направляющее устройство образует направляющую для свечи, при этом элементом, направляемым в отверстии указанной стенки камеры сгорания является свеча, которая сообщается с внутренним объемом камеры сгорания через это отверстие, а стенка, в которой выполнено указанное отверстие, образована кольцевой стенкой, радиально наружной относительно указанной оси (34).
В частности, указанная камера сгорания может также содержать кольцевую стенку дна камеры, соединяющую указанную радиально наружную кольцевую стенку с кольцевой стенкой, радиально внутренней относительно указанной оси (34), при этом указанная кольцевая стенка дна камеры содержит отверстия для установки систем впрыска воздушно-топливной смеси в камеру сгорания.
Таким образом, предложена эффективная камера сгорания.
Изобретение и его другие детали, признаки и преимущества будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показан диффузор и камера сгорания авиационного газотурбинного двигателя, вид в осевом разрезе (по оси 38);
на фиг. 2 схематично показано известное направляющее устройство, вид в осевом разрезе (по оси 38);
на фиг. 3 схематично показано заявленное направляющее устройство, вид в осевом разрезе (по оси 38);
на фиг. 4 схематично показана кольцевая манжета, которая может быть установлена на устройстве, показанном на фиг. 3, вид в осевом разрезе (по оси 38).
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана кольцевая камера 10 сгорания газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный двигатель, расположенная на выходе кольцевого диффузора 12, который, в свою очередь, расположен на выходе компрессора (не показан). Относительно оси 34 (см. ниже) камера 10 содержит (радиально) внутреннюю круглую или кольцевую стенку 14 и (радиально) наружную круглую или кольцевую стенку 16, соединенные на входе (АМ) с кольцевой стенкой 18 дна камеры и закрепленные на выходе (AV) при помощи радиально внутреннего 20 и наружного 22 кольцевых фланцев соответственно на внутренней усеченно-конической стенке 24 диффузора и на выходном конце наружного корпуса 26 камеры, при этом входной конец этого корпуса 26 закреплен на наружной усеченно-конической стенке 28 диффузора. Таким образом, в данном случае определения «осевой», «радиальный» и «входной/выходной» следует рассматривать относительно оси 34. Стенки 14, 16, 18, образуют внутренний объем 11 камеры 10, где происходит горение.
Стенка 18 дна камеры содержит отверстия 30 для установки систем 37 впрыска воздушно-топливной смеси в камеру 10, при этом воздух поступает из диффузора 12, а топливо поступает через форсунки 32. Форсунки 32 закреплены своими радиально наружными концами на наружном корпусе 26 и равномерно распределены по окружности вокруг оси 34 вращения камеры. Каждая форсунка 32 содержит на своем радиально внутреннем конце головку 36 впрыска топлива, которая направляется в системе 37 впрыска и находится на одной прямой с осью 38 одного из соответствующих отверстий 30 стенки 18 камеры, причем эта ось 38 совпадает на чертеже с продольной осью сечения камеры. Ось 38 является осью, вдоль которой в основном проходят внутренняя 14 и наружная 16 кольцевые стенки. Ось 34 тела вращения камеры 10 сгорания расположена параллельно продольной оси газотурбинного двигателя.
Оси 34 и 38 наклонены относительно друг друга под острым углом, который расходится от входа к выходу. Однако они могут быть расположены и по-другому.
На входных концах стенок 14, 16 и 18 камеры закреплена выгнутая в сторону входа кольцевая крышка 40, которая содержит отверстия 42 для прохождения воздуха, совмещенные с отверстиями 30 стенки 18 дна камеры. Воздушно-топливная смесь, впрыскиваемая в камеру 10, воспламеняется при помощи по меньшей мере одной свечи 44 зажигания, которая расположена радиально снаружи камеры. Свеча 44 направляется на своем радиально внутреннем (относительно оси 34) конце в отверстии 460 наружной стенки 16 камеры, а ее радиально наружный конец закреплен при помощи соответствующих средств на наружном корпусе 26 и соединен со средствами электрического питания (не показаны), находящимися снаружи корпуса 26. Снаружи камеры 10 на наружной стенке 16 вокруг отверстия 46 (соответственно 460) закреплено устройство 48 (которое можно заменить описанным ниже устройством 480), направляющее вдоль радиальной оси 52а (соответственно 520а) радиально внутренний (относительно оси 34 или 38) конец свечи 44 зажигания, чтобы компенсировать относительные перемещения между наружной стенкой 16 камеры и свечой 44, установленной на корпусе 26, во время работы газотурбинного двигателя. Эти относительные перемещения в основном происходят в продольном направлении по существу параллельно оси 38.
В каждой системе 37 впрыска, установленной в отверстии 30 стенки 18 камеры, выполнено также устройство 48’ направления головки 36 форсунки, чтобы компенсировать относительные перемещения между камерой и форсункой, которые в основном происходит в радиальном направлении относительно оси 38.
На фиг. 2 представлен известный вариант выполнения вышеупомянутого общего направляющего устройства/каждого направляющего устройства, обозначенного позицией 48 и являющегося ближайшим аналогом направляющего устройства 480.
Направляющее устройство 48 содержит плавающее кольцо 50, через которое в осевом направлении (ось 52а) проходит свеча 44 (или головка 36 форсунки) и которое установлено внутри одного конца коаксиального фланца 52. Другой конец фланца 52 закреплен посредством пайки, сварки или аналогичного средства на наружной стенке 16 камеры вокруг проходного отверстия 46 для свечи (или закреплен на системе 37 впрыска, установленной в стенке 18 камеры). Кольцо 50 содержит цилиндрическую часть 54, внутренняя поверхность 56 которой окружает с небольшим зазором свечу 44 (или головку 36 форсунки). Эта цилиндрическая часть 54 соединена одним концом с усеченно-конической частью 58, расширяющейся наружу, которая служит для направления свечи (или головки 36 форсунки) во время ее установки в устройстве, и содержит на своем другом конце кольцевой бортик 60. Кольцевой бортик 60 проходит в радиальном направлении наружу относительно оси кольца 50 и направляется во внутреннем кольцевом пазу 62 фланца 52. Фланец 52 содержит две коаксиальные кольцевые детали 64, 66, называемые соответственно втулкой и манжетой, которые скреплены между собой пайкой или сваркой и образуют паз 62, в данной случае кольцевой паз для направления наружного бортика 60 кольца 50. В представленном примере фланец 52 содержит втулку 64 и манжету 66. Каждая из них тоже может быть кольцевой с фланцем 52 по существу S- или Z-образного сечения в осевом разрезе по оси 38.
Втулка 64 содержит цилиндрическую стенку или трубу 68, которая закреплена одним концом посредством сварки или пайки на стенке 16 (или на системе 37 впрыска) и соединена своим другим концом со стенкой 70, радиальной относительно оси 52а и образующей внутреннюю кольцевую поверхность 72 (относительно оси 34) паза 62. Радиальная стенка 70 втулки 64 сопрягается на своей наружной периферии с бортиком 74, который расположен со стороны, противоположной к цилиндрической стенке 68, и на который укладывают и крепят сваркой или пайкой периферию манжеты 66.
Бортик 74 может быть радиальным относительно оси 38 и цилиндрическим. Он похож на отбортованный край, высота Н1 которого вдоль оси 52а определяет или, по крайней мере, влияет на глубину Н2 паза 62 вдоль этой же оси. В данном случае Н1 = Н2.
Манжета 66 расположена по существу радиально относительно оси втулки и образует другую внутреннюю кольцевую поверхность 76 паза 62, причем эта поверхность 76 является параллельной относительно поверхности 72, образованной первой деталью 64 фланца. Кольцевые поверхности 72, 76 позволяют направлять наружный бортик 60 кольца в плоскости, радиальной или поперечной относительно оси 52а фланца. Наружный диаметр кольцевого бортика 60 кольца 50 меньше внутреннего диаметра цилиндрического бортика 74 фланца 52, и наружный диаметр цилиндрической часть 54 кольца меньше внутреннего диаметра манжеты 66, чтобы обеспечивать перемещения бортика 60 кольца в пазу 62 в поперечной плоскости. В этом решении манжета 66 имеет вид плоской шайбы. Кроме того, размер вдоль оси 52а или толщина наружного бортика 60 кольца меньше глубины Н2 паза 62, чтобы обеспечивать угловые смещения между осями кольца 50 и фланца 52. Однако во время операции крепления наружной периферии манжеты 66 посредством сварки или пайки на стенке 74 расплавленный материал 78 проникает из зоны 80 соединения внутрь паза 62 и локально закупоривает этот паз по меньшей мере на части его контура, что выражается уменьшением хода кольца 50 в поперечном направлении в пазу.
Изобретение позволяет решить эту проблему, благодаря креплению сваркой или пайкой манжеты и втулки в (по меньшей мере) зоне пространства 881, см. фиг. 3, которая во время работы камеры сгорания смещается радиально (по отношению к оси 34/38) или параллельно указанной оси 52а (обозначенной 520а на фиг. 3) относительно приоритетного направления Х1, Х2 перемещения бортика кольца в вышеупомянутом пазу, см. фиг. 3: траектория 600а бортика 600 кольца 500 при перемещении последнего в пазу 620 относительно фланца 520. При таком смещении зона 881 оказывается удаленной от этого направления Х1, Х2.
В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, в этих условиях предусмотрено, чтобы параллельно оси 520а между сварными швами или спаями 800 и траекторией 600а бортика 600 так называемая промежуточная зона (или пространство) 881 периферически продолжала указанный паз 620, чтобы в нее наплывали (в 780) эти сварные швы или спаи таким образом, чтобы эти сварные швы или спаи находились за пределами указанной траектории 600а в любую сторону вдоль приоритетного направления Х1, Х2.
Сварные швы или спаи 800 наплывают (в 780) только в указанную промежуточную зону (или пространство) 881, то есть не наплывают внутрь и, следовательно, не забивают паз 620, в котором перемещается бортик 600 по траектории 600а.
В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, детали, выполняющие те же функции, что и детали на фиг. 2, имеют ссылочные обозначения, увеличенные в 10 раз.
Ниже уточнены конструктивные и функциональные различия.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, 4, плоская манжета 66 заменена манжетой 660, выполненной ступенчатой за счет заплечика 661, имеющего наружный бортик 663, посредством которого манжету 660 крепят пайкой или сваркой с удлиненным в осевом направлении (параллельно оси 520а) концом 741 стенки или отбортованного края 740. Таким образом, кольцевая манжета 660 имеет вид плечевой шайбы.
Таким образом, наплывы сварного шва или спая, которые проникают в паз 620 фланца 520 и которые могут его закупорить, не будут ограничивать перемещения бортика 600. Следовательно, больше нет необходимости учитывать эти наплывы при расчете размеров фланца направляющего устройства 480.
Промежуточное пространство 881, которое продолжает или расположено в указанному пазу 620 между указанной/указанными зонами 800 и траекторией 600а придает этому пазу периферическую кривизну, создающую кольцевой объем в дополнение к объему, имеющемуся для перемещения бортика 600 радиально к оси 520а, где может наплывать сварной шов или спай.
В этом предпочтительном варианте вместо сложной формы, придаваемой манжете 660 (например, с периферическим бортиком, ориентированным параллельно оси 520а в сторону стенки 700), создают пространство 881 за счет увеличения высоты стенки 740. Параллельно оси 520а высота Н10 стенки 740 равна высоте Н30 наплыва 780, увеличенной на толщину бортика 600 и на величину зазора J, позволяющего бортику 600 перемещаться в пазу 620.
За счет этого увеличения высоты Н10 стенки 740 по сравнению с высотой Н1 стенки 74 наплыва спая не находится на траектории 600а.
В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, пространство 881 расположено вокруг части 665 манжеты 660 поперечно к указанной оси 520а между этой частью 665 и стенкой 740 фланца 520. Таким образом, легко получают периферическую кривизну.
Указанную/указанные зоны 800 сварки или пайки, где образуются наплывы 780, можно получить при помощи нескольких сварных точек или одного или нескольких сварных швов.
В этом же предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, Н10 > Н20.
Этого легко достигают, не прибегая к деформации стенки 740, а просто за счет ее удлинения таким образом, чтобы Н10 > Н1, и за счет выполнения заплечика 661 манжеты 660, продолженного наружным бортиком 663, где манжету спаивают или сваривают с концом 741 стенки 740.
Таким образом, пространство 881 занимает объем паза 620, находящийся между стенкой 740 и частью 665 манжеты 660, то есть напротив заплечика 661.
Ни труба 680, ни ее крепление в точке 681 вокруг отверстия 460 не подвергаются никаким изменениям.
В плоскости, радиальной или поперечной относительно оси 520а фланца, наружный бортик 600 кольца направляется между внутренней кольцевой поверхностью 760 паза 620, находящейся в основании заплечика 661, и внутренней поверхностью 720 стенки 700 фланца 640. Эта стенка 700, поперечная к оси 540а, соединяет трубу 680 с отбортованным краем 740.
Кольцевые поверхности 72, 76 обеспечивают параллельность внутренней поверхности 760 паза и этой поверхности 76.
Можно также отметить, что при наличии бортика 663 предпочтительное решение, показанное на фиг. 3, позволяет удалить от стенки или отбортованного края 740 поперечно к оси 520а заплечик 661, так же как и указанную частью 665 манжеты. Так получают пространство 881.