устройство для соединения смесителя с корпусом наружного контура двухконтурного газотурбинного двигателя

Формула изобретения

1. Устройство для соединения смесителя с корпусом наружного контура двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащее закрепленные на смесителе с чередующимися воздушными и газовыми каналами элементы его соединения с корпусом наружного контура двигателя, отличающееся тем, что эти элементы выполнены в виде кольца, закрепленного на смесителе посредством элементов подвески в виде наклонных стенок с полками, жестко закрепленными на кольце и на смесителе, причем кольцо установлено относительно наружного контура двигателя с кольцевым радиальным термокомпенсационным зазором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы подвески кольца на смесителе попарно соединены друг с другом своими полками, закрепленными на кольце, с образованием единого элемента П-образного профиля, средняя полка которого расположена напротив воздушного канала смесителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все элементы подвески кольца на смесителе соединены друг с другом своими полками с образованием гофрированного пояса.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кольцо выполнено с продольными шлицами, а корпус наружного контура двигателя выполнен с ответными шлицами, при этом кольцевой радиальный термокомпенсационный зазор выполнен по делительной окружности шлиц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам узловых соединений корпусов газотурбинных двигателей (далее ГТД) летательных аппаратов.

Известно устройство для соединения корпусов внутреннего и наружного контуров газотурбинного двигателя, содержащее закрепленные на продольных гофрах смесителя внутреннего контура двигателя элементы его соединения с корпусом наружного контура двигателя (1).

В этом устройстве в качестве элементов соединения используются штыри, закрепленные на корпусе наружного контура и входящие в шарниры ползунов, находящихся в пазах кольца смесителя. Такое соединение обеспечивает развязку корпусов двигателя в радиальном и осевом направлениях.

Однако в известном устройстве установка большого числа штырей в ползунах, находящихся в пазах смесителя, должна производиться с точностью, обеспечивающей одинаковую величину зазора между ползунами и пазами, что на практике трудноосуществимо. Вместе с тем, в процессе работы двигателя неравномерная величина этих зазоров приводит к неравномерному нагружению штырей и, следовательно, к перегрузке отдельных элементов, что, в свою очередь, может привести к их поломке. В результате снижается надежность работы всего устройства.

Кроме того, такая конструкция соединительных элементов способствует существенному загромождению периферийной зоны смесителя, что приводит к возникновению срывных зон, в которые поступает горячий газ внутреннего контура. Следовательно, в тракт охлаждения вместе с холодным воздухом наружного контура поступает горячий газ, что снижает эффективность охлаждения элементов конструкции форсажной камеры сгорания и реактивного сопла.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы устройства для соединения корпусов газотурбинного двигателя, за счет предотвращения поломки элементов, соединяющих смеситель внутреннего контура с корпусом наружного контура двигателя, с одновременным обеспечением функции опоры газогенератора и сохранением параметров потока воздуха на выходе из смесителя.

Задача решается тем, что в устройстве для соединения смесителя с корпусом наружного контура двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем закрепленные на смесителе с чередующимися воздушными и газовыми каналами элементы его соединения с корпусом наружного контура, эти элементы выполнены в виде кольца, закрепленного на смесителе посредством элементов подвески в виде наклонных стенок с полками, жестко закрепленными на кольце и на смесителе, причем кольцо установлено относительно наружного контура двигателя с кольцевым радиальным термокомпенсационным зазором.

Кроме того, в заявленном устройстве элементы подвески кольца на смесителе могут быть попарно соединены друг с другом своими полками, закрепленными на кольце, с образованием единого элемента П-образного профиля, средняя полка которого расположена напротив воздушного канала смесителя, а могут быть и все соединены друг с другом своими полками с образованием гофрированного пояса.

Кольцо может быть также выполнено с продольными шлицами, а корпус наружного контура двигателя выполнен с ответными шлицами, при этом кольцевой радиальный термокомпенсационный зазор выполнен по делительной окружности шлиц.

Выполнение элементов соединения смесителя внутреннего контура двигателя с корпусом его наружного контура в виде кольца, установленного относительно корпуса наружного контура двигателя с кольцевым радиальным термокомпенсационным зазором, позволяет осуществить соединение корпусов наружного и внутреннего контуров двигателя посредством минимального количества деталей, что уменьшает вероятность поломки каких либо соединительных элементов из-за их неравномерного нагружения в процессе работы двигателя. Такая конструкция возможна на некоторых ГТД, например стационарных газотурбинных установках и малоразмерных двигателях, где из-за малой величины крутящего момента отсутствует необходимость его передачи со смесителя на корпус наружного контура двигателя, и, следовательно, возникает возможность исключения из конструкции элементов передачи крутящего момента.

Крепление кольца на смесителе посредством элементов подвески в виде наклонных стенок с полками, жестко закрепленными на кольце и смесителе, обеспечивает минимальное загромождение периферийной зоны смесителя, что позволяет не нарушать параметры потока воздуха наружного контура двигателя перед входом в систему охлаждения элементов конструкции его форсажной камеры и реактивного сопла.

Соединение элементов подвески попарно своими полками, закрепленными на кольце, с образованием единого элемента П-образного профиля уменьшает количество элементов подвески. При этом расположение П-образного элемента таким образом, что его средняя полка находится напротив воздушного канала смесителя, позволяет создать упругую систему, обеспечив, с одной стороны, проход воздуха через единый канал, образованный П-образным элементом совместно с воздушным каналом смесителя, а с другой стороны, компенсировать температурные расширения смесителя относительно кольца.

Соединение всех элементов подвески своими полками с образованием гофрированного пояса технологически упрощает сборку заявленного устройства.

Если все-таки стоит необходимость в передаче крутящего момента со смесителя на корпус наружного контура двигателя, предлагаемая конструкция предусматривает выполнение наружной поверхности кольца и внутренней поверхности корпуса наружного контура двигателя с контактирующими друг с другом продольными шлицами. При этом кольцевой радиальный термокомпенсационный зазор выполняется по делительной окружности шлиц.

Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 изображен продольный разрез места соединения корпусов ГТД, на фиг.2 представлен поперечный разрез соединения корпусов ГТД без шлиц, на фиг.3 представлен поперечный разрез соединения корпусов ГТД со шлицами, на фиг.4 представлен общий вид одного из секторов заявленного устройства в аксонометрической проекции.

Устройство содержит корпус 1 наружного контура ГТД и корпус внутреннего контура ГТД, являющийся корпусом смесителя 2. На продольных гофрах 3 смесителя 2 закреплены элементы подвески 4, представляющие собой наклонные стенки 5 с полками 6, жестко закрепленными на гофрах 3, и с полками 7, на которых жестко закреплено кольцо 8. Кольцо 8 установлено относительно корпуса 1 наружного контура двигателя с кольцевым радиальным термокомпенсационным зазором 9. Кольцо 8 может быть выполнено со шлицами 10, а корпус 1 наружного контура с ответными им шлицами 11, при этом кольцевой радиальный термокомпенсационный зазор 9 выполняется по делительной окружности шлиц.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В процессе работы двигателя за счет его температурного расширения в радиальном направлении зазор 9 между корпусом 1 наружного контура двигателя и кольцом 2 уменьшается до минимального значения. Наличие остаточного зазора 9 позволяет кольцу 8 перемещаться относительно корпуса 1 в осевом направлении. Таким образом обеспечивается полная развязка внутреннего и наружного корпусов двигателя.

Возникающие в виду разницы температурных расширений кольца 8, элементов подвески 4 и смесителя 2 деформации смесителя, а также допустимые технологические отклонения от формы кольца 8 компенсируются местной податливостью наклонных стенок 5 элементов подвески 4 и радиальных стенок продольных гофров 3 смесителя 2.

Поперечная сила приходит на наружное кольцо устройства в виде радиальной, распределенной по закону косинуса на половине окружности нагрузки, которая через наклонные стенки 5 элементов подвески 4 передается на кольцевые стенки 12 смесителя 2 и далее на кольцевую обечайку 13 корпуса задней опоры турбины.

Крутящий момент передается равномерно через шлицы кольца 8, а затем наклонные стенки 5 элементов подвески на кольцевые стенки 12 смесителя 2 и далее на кольцевую обечайку 13 корпуса задней опоры турбины.

Отсутствие на выходе из смесителя 2 в его периферийной части участков с существенным загромождением, которые приводят к возникновению срывных зон, способствует устранению поступления горячего газа в тракт охлаждения корпусов форсажной камеры сгорания и реактивного сопла и обеспечивает более качественное охлаждение этих элементов конструкции двигателя.

Изобретение позволяет повысить надежность работы устройства для соединения корпусов газотурбинного двигателя, одновременно обеспечивая функции опоры газогенератора и сохраняя параметры потока воздуха на выходе из смесителя.

Источники информации:

1. Патент РФ 2117796 С1, F 02 C 7/20, 1998 г.