КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТАНГЕНЦИАЛЬНЫМИ ЩЕЛЯМИ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ КАМЕРУ СГОРАНИЯ
ANNULAR COMBUSTION CHAMBER OF GAS TURBINE ENGINE, AND GAS TURBINE ENGINE CONTAINING SUCH COMBUSTION CHAMBER

Настоящее изобретение относится к области кольцевых камер сгорания для газотурбинного двигателя, оборудованных моноблочным обтекателем для защиты систем впрыска топлива.
Как правило, кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит две продольные кольцевые стенки (наружная стенка и внутренняя стенка), соединенные на входе поперечной стенкой, образующей дно камеры (см., например, патент США №6449952 или публикацию европейской заявки ЕР 1479975).
В частности, настоящее изобретение касается камер сгорания, которые содержат также моноблочный обтекатель, установленный перед дном камеры. Обтекатель позволяет, в частности, предохранять системы впрыска топлива, установленные на дне камеры.
Соединение этих различных элементов камеры сгорания осуществляют при помощи болтовых соединений, выполненных на уровне внутренней и наружной стенок. В частности, дно камеры и обтекатель содержат внутренний фланец и наружный фланец, на которых при помощи болтового соединения крепят соответственно внутреннюю стенку и наружную стенку камеры сгорания, причем эти продольные стенки вставляют между обтекателем и дном камеры. Таким образом, одно и то же болтовое соединение одновременно проходит через одну из продольных стенок, дно камеры и обтекатель камеры сгорания.
На практике такой тип архитектуры камеры сгорания создает много проблем. В частности, различные элементы камеры сгорания имеют большие заводские допуски, что приводит к наложению допусков друг на друга, вследствие чего во время сборки камеры сгорания эти элементы плохо стыкуются между собой, не позволяя осуществить надежное затягивание между фланцами. Действительно, часть затягивания, используемая для деформирования камеры, вычитается из усилия реакции между этими компонентами. Когда это усилие реакции уменьшается, усилие, необходимое для скольжения деталей относительно друг друга, снижается. Поэтому требуется дополнительный момент затяжки для выборки зазоров, возникающих из-за заводских допусков, и для сохранения соответственно хорошего усилия затяжки для прохождения усилий скольжения в соединении. Вследствие этого во время работы вибрации, возникающие при сгорании газов внутри камеры сгорания, приводят к образованию трещин на уровне болтовых соединений в обтекателе и/или дне камеры. Такие трещины сказываются особенно отрицательно на сроке службы камеры сгорания.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных устройств путем создания архитектуры кольцевой камеры сгорания, позволяющей легко осуществлять сборку и обладающей достаточной гибкостью, чтобы избежать образования трещин, сохраняя при этом надежность затяжки.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая продольные стенки, соединенные поперечным дном камеры, и моноблочный обтекатель, при этом дно камеры и обтекатель содержат внутренний фланец и наружный фланец, каждый из которых содержит множество отверстий для прохождения крепежных систем крепления обтекателя на дне камеры. С каждой крепежной системой связана, по меньшей мере, одна тангенциальная щель, выполненная в соответствующем фланце дна камеры и/или в соответствующем фланце обтекателя, при этом каждая щель выполнена в непосредственной близости от соответствующей крепежной системы и проходит по существу в окружном направлении.
Наличие, по меньшей мере, одной тангенциальной щели на уровне каждой крепежной системы позволяет, с одной стороны, повысить гибкость стыковки между тремя основными компонентами камеры сгорания, обеспечивая таким образом лучшее затягивание между этими компонентами, и, с другой стороны, снизить механические напряжения на уровне крепежных систем. За счет этого общий момент затяжки уменьшается и приближается к моменту затяжки, обеспечивающему только прохождение усилий во время работы. Благодаря этому упрощается сборка камеры сгорания и увеличивается срок ее службы.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан газотурбинный двигатель, содержащий вышеописанную кольцевую камеру сгорания.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на чертежи, иллюстрирующие неограничительный пример выполнения изобретения. На чертежах:
фиг.1 - вид в продольном разрезе камеры сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - частичный вид в продольном разрезе и в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.1, до сборки; и
фиг.3 - частичный вид в изометрии камеры сгорания, показанной на фиг.2, после сборки.
На фиг.1-3 показана камера сгорания газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Такой газотурбинный двигатель, например авиационный газотурбинный двигатель, содержит ступень 1 сжатия, в которой воздух сжимается, а затем нагнетается в картер 2 камеры 3, затем в установленную в нем камеру 4 сгорания.
Сжатый воздух попадает в камеру 4 сгорания и смешивается с топливом, а затем смесь сгорает в камере 4 сгорания. Газы, получаемые в результате этого сгорания, направляются в турбину 5 высокого давления, расположенную на выходе камеры 4 сгорания.
Камера 4 сгорания является камерой кольцевого типа. Она образована внутренней кольцевой стенкой 6 и наружной кольцевой стенкой 8, которые имеют по существу продольное направление относительно продольной оси Х-Х газотурбинного двигателя.
Продольные стенки 6, 8 соединены спереди (относительно направления потоков газов в камере сгорания) поперечной стенкой 10, образующей дно камеры. Камера сгорания содержит также кольцевой моноблочный (то есть выполненный в виде единой детали) обтекатель 12, закрывающий дно 10 камеры.
Основные элементы камеры сгорания (а именно продольные стенки 6, 8, дно 10 камеры и обтекатель 12) соединены между собой при помощи множества крепежных систем 14, равномерно распределенных по всей окружности камеры сгорания, каждая из которых содержит винт 13 и затяжную гайку 15.
В частности, как показано на фиг.2 и 3, дно 10 камеры содержит внутренний фланец 16 и наружный фланец 18, выполненные в продольном направлении в сторону входа и содержащие, каждый, отверстия, соответственно 17 и 19, для прохождения крепежных винтов 13.
Точно так же моноблочный обтекатель 12 содержит внутренний фланец 20 и наружный фланец 22, выполненные в продольном направлении в сторону выхода и содержащие, каждый, отверстия, соответственно 21 и 25, для прохождения крепежных винтов 13.
Что же касается продольных стенок 6, 8 камеры сгорания, то они тоже содержат на своем переднем конце множество отверстий, соответственно 7 и 9, для прохождения крепежных винтов 13.
Соединение этих элементов камеры сгорания осуществляют, вставляя продольные стенки 6, 8 между соответствующими фланцами дна 10 камеры и обтекателя 12, как показано на фиг.1 и 3. Весь узел крепится крепежными винтами 13, на которых затягивают гайки 15, причем последние, в случае необходимости, можно приваривать к дну 10 камеры.
Кроме того, дно 10 камеры и обтекатель 12 камеры сгорания содержат множество отверстий, соответственно 24 и 26, для прохождения систем 27 впрыска топлива.
Согласно изобретению с каждой крепежной системой 14 связана, по меньшей мере, одна тангенциальная щель 28, выполненная в соответствующем фланце 16, 18 дна 10 камеры и/или в соответствующем фланце 20, 22 обтекателя 12, при этом каждая тангенциальная щель 28 выполнена в непосредственной близости от соответствующей крепежной системы.
Под тангенциальной щелью следует понимать щель, выполненную по существу в тангенциальном (или окружном) направлении относительно общей кольцевой геометрической формы камеры сгорания. Тангенциальная щель 28 позволяет снизить тангенциальные напряжения на уровне каждой крепежной системы и таким образом уменьшить опасность образования трещин.
В примере выполнения, показанном на фиг.1-3, если рассматривать одну из крепежных систем 14, предназначенную для установки внутренней продольной стенки 6 на дне 10 камеры, одновременно внутренний фланец 16 дна 10 камеры и внутренний фланец 20 обтекателя 12 оборудованы тангенциальной щелью 28, выполненной в непосредственной близости от крепежной системы.
Точно так же, если рассматривать одну из крепежных систем 14, предназначенных для установки наружной продольной стенки 8 на дне 10 камеры, наружный фланец 18 дна 10 камеры и наружный фланец 22 обтекателя 12 оборудованы тангенциальной щелью 28, выполненной в непосредственной близости от крепежной системы.
В альтернативном варианте для каждой крепежной системы только один из соответствующих фланцев дна камеры и обтекателя могут быть оборудованы тангенциальной щелью.
Тангенциальные щели 28 выполнены в непосредственной близости от крепежных систем 14, то есть они не должны быть расположены, например, между двумя смежными крепежными системами.
Действительно, наличие этих щелей обеспечивает гибкость на уровне крепежных систем, которые придают слишком большую жесткость соединению элементов камеры сгорания. Необходимо также отметить, что продольные стенки 6, 8 камеры сгорания не содержат таких тангенциальных щелей, что устраняет всякую возможность нарушения герметичности и уменьшения жесткости этих стенок.
В примере, показанном на фиг.1-3, щели 28 выполнены в тангенциальном направлении по существу на одинаковом расстоянии по обе стороны от крепежных систем 14. Например, они могут иметь длину (измеренную в тангенциальном направлении), примерно равную диаметру соединения, умноженному на π(3,14) и поделенному на удвоенное число щелей (длина с канавкой равна длине без канавки).
Геометрические параметры каждой щели (размеры и форма) определяют в зависимости от степени гибкости, которую необходимо получить во время сборки камеры сгорания. Щели выполняют, например, путем сверления водяной струей или путем резания нитью, причем управление этими операциями осуществляют при помощи компьютера.