Обеспечение герметичности для отбора воздуха в кабину самолета при помощи сегментного соединения
Предлагаемое изобретение относится к средству обеспечения герметичности полости отбора воздуха в кабину самолета, которое ограничено с одной стороны, наружной обечайкой компрессора и кольцевой конструкцией, соединенной с упомянутой обечайкой, и с другой стороны - наружным кожухом решетки диффузора, опорной системой, соединенной с упомянутым наружным кожухом, и наружной обечайкой кожуха двигателя, причем наружная обечайка кожуха закреплена на кольцевой конструкции путем болтового соединения фланцев, с использованием средств герметизации, предусмотренных между упомянутой кольцевой конструкцией и наружным кожухом решетки диффузора. Эти средства герметизации содержат разрезной кольцевой сегмент, внутренняя в радиальном направлении часть которого размещена герметичным образом и с возможностью скольжения в радиальном направлении в канавке, предусмотренной в периферийной зоне упомянутой передней по потоку части наружного кожуха решетки диффузора, причем периферийная зона упомянутого сегмента упирается во внутреннюю поверхность цилиндрической муфты, жестко связанной с кольцевой конструкцией и охватывающей упомянутый сегмент. Предложенное позволяет обеспечить герметичность между полостью отбора воздуха от двигателя и каналом течения первичного потока газов в компрессоре при любой возможной эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Предлагаемое изобретение относится к турбореактивному двигателю, содержащему, в направлении спереди назад по потоку, причем понятия спереди по потоку и позади по потоку определяются по отношению к направлению движения первичного потока газов, компрессор высокого давления, решетку диффузора и камеру сгорания, причем компрессор высокого давления содержит наружную обечайку, ограничивающую в радиальном направлении канал движения первичного потока газов и соединенную с кольцевой конструкцией, которая проходит в радиальном направлении наружу, решетка диффузора содержит в осевом продолжении упомянутой наружной обечайки компрессора наружный кожух, соединенный с конической опорной системой, ориентированной в направлении назад и ограничивающей спереди по потоку донную часть камеры сгорания, опорная система сама, в свою очередь, соединена с наружной обечайкой кожуха, которая проходит в направлении против потока и закреплена на упомянутой кольцевой конструкции при помощи соответствующих средств крепления, причем упомянутые опорная система, наружная обечайка кожуха и кольцевая конструкция формируют полость вокруг упомянутой решетки диффузора, и отверстия отбора воздуха выполнены в упомянутой опорной системе для создания сообщения донной части камеры с упомянутой полостью, и упомянутая наружная обечайка кожуха оборудована выходными отверстиями для обеспечения отбора воздуха, и средства обеспечения герметизации предусмотрены между упомянутой кольцевой конструкцией и упомянутым наружным кожухом решетки диффузора для изолирования упомянутой полости от канала движения первичного потока газов.
Отбор воздуха, требуемого для кабины самолета, оборудованного, по меньшей мере, одним турбореактивным двигателем, осуществляется в донной части камеры сгорания в зоне, где этот отбор воздуха в наименьшей степени затрагивает общий коэффициент полезного действия двигателя. Отбор воздуха осуществляется через отверстия, выполненные в опорной системе, что позволяет оптимально разместить выходные отверстия для отобранного воздуха. Такое техническое решение позволяет обеспечивать относительную герметичность между каналом потока газов компрессора высокого давления и полостью, располагающейся над решеткой диффузора.
Эту герметичность особенно трудно реализовать вследствие того, что возможные относительные перемещения между решеткой диффузора и наружной обечайкой компрессора имеют величину порядка 1,5 мм в осевом направлении и, по существу, имеют величину того же порядка в радиальном направлении в результате тепловых и механических изменений различных деталей двигателя, работающих в условиях воздействия высоких давлений, величина которых может достигать 30 бар, и высоких температур, величина которых может достигать 650°С.
Используемая в настоящее время технология обеспечения герметичности между компрессором и наружным кожухом решетки диффузора представляет собой стык пластинчатого типа и взаимодействующий с ним контрстык, подпираемые пружинами. Эта технология, по существу, позволяет обеспечить достаточно большие перемещения между двумя упомянутыми выше деталями.
Существующий уровень техники в данной области проиллюстрирован на фиг.1, где показана последняя ступень компрессора высокого давления 1 турбореактивного двигателя, представляющая, спереди назад по направлению течения первичного потока газов F1, венец неподвижных лопаток 2, которые проходят в радиальном направлении внутрь от наружного кожуха 3, за которым следует венец подвижных лопаток 4, установленных по периферии рабочего колеса компрессора 5 и проходящих в направлении наружу вплоть до наружной обечайки 6 компрессора, ограничивающей в радиальном направлении, совместно с наружным кожухом 3, канал течения первичного потока газов, причем эта наружная обечайка 6 соединена с кольцевой конструкцией 7, имеющей V-образное поперечное сечение в плоскости, содержащей ось вращения данного турбореактивного двигателя и проходящей в радиальном направлении наружу, которая прикреплена к наружному кожуху двигателя при помощи болтового соединения.
По потоку позади компрессора 1 предусмотрена решетка диффузора 10, которая принимает поток воздуха, сжатого в компрессоре 1, и направляет этот поток в камеру сгорания 11. Эта решетка диффузора 10 представляет в осевом продолжении наружной обечайки 6 компрессора 1 наружный кожух 12, присоединенный к конической опорной системе 13, ориентированной в направлении задней части данного турбореактивного двигателя, причем эта опорная система 13 определяет переднюю по потоку стенку донной части камеры сгорания 11 и соединяется в своей наружной в радиальном направлении зоне с наружной обечайкой 14 кожуха, которая проходит в направлении против потока и которая содержит передний по потоку фланец 15, служащий для болтового крепления системы, образованной камерой сгорания и диффузором, на наружном в радиальном направлении фланце 16 кольцевой конструкции 7.
Полость 20, охватывающая решетку диффузора 10, таким образом ограничивается в осевом направлении кольцевой конструкцией 7 и опорной системой 13, ограничивается в радиальном направлении снаружи наружной обечайкой 14 кожуха и ограничивается изнутри в радиальном направлении задним по потоку участком 6а наружной обечайки 6 компрессора и передним по потоку участком 12а наружного кожуха 12, причем промежуток 21 разделяет два эти участка.
Опорная система 13 представляет отверстия 22, предназначенные для отбора воздуха в донной части камеры, и наружная обечайка 14 кожуха оборудована выходными отверстиями 23, предназначенными для подачи некоторого количества воздуха, используемого для аэрации кабины самолета или для охлаждения других элементов данного турбореактивного двигателя.
Герметичность между каналом компрессора и упомянутой полостью 20 обеспечивается, как это подробно показано на фиг.2, при помощи разбитого на сегменты стыка 30, дублированного контрстыком 31, установленного на периферийной части переднего по потоку участка 12а наружного кожуха 12 решетки диффузора. Для достижения упомянутой герметичности этот передний по потоку участок 12а имеет на своем периметре канавку 32, ограниченную двумя фланцами, обозначенными позицией 33а спереди по потоку и позицией 33b сзади по потоку, которые содержат отверстия, предназначенные для размещения фиксирующих заклепок 34. Сегменты 30 и контрстыки 31 удерживаются опирающимися на заднюю по потоку поверхность переднего по потоку фланца 33а при помощи пружин 35 и фиксируются заклепками 34. Эти пружины 35 также фиксируются при помощи заклепок 34. Внутренний в радиальном направлении участок кольцевой конструкции 7 имеет кольцевой выступ 40, который проходит в осевом направлении в полости 20 и конец которого располагается над передним по потоку фланцем 33а в отсутствие осевого перемещения между наружной обечайкой 6 компрессора 1 и наружным кожухом 12 решетки диффузора, как это показано на фиг.2.
Пружины 35 упираются в упомянутые стыки в кольцевой зоне, отделяющей кольцевой выступ 40 от переднего по потоку фланца 33а. С другой стороны, давление воздуха в полости 20 немного превышает давление в канале движения потока воздуха на уровне промежутка 21.
Опоры для стыков 30 со стороны выступа 40 и со стороны переднего по потоку фланца 33а содержат выпуклые поверхности. Сопряженные усилия, создаваемые совместно пружинами 35 и возникающие вследствие упомянутой выше разности давлений, воздействуют на обе стороны стыков 30 и прижимают пластины 30, которые являются плоскими, к этим опорным поверхностям в конфигурации, показанной на фиг.2, что позволяет обеспечить требуемую степень герметичности.
В некоторых фазах полета зона опоры между пластинами 30 и упомянутым выступом 40 оставляет зазор утечки, в частности, в том случае, когда этот выступ 40 проходит над канавкой 32, как это показано на фиг.4 и 5. Между двумя последовательно расположенными пружинами эти пластины 30 удаляются от упомянутого выступа и только разность давлений между двумя сторонами этих пластин может в незначительной степени воспрепятствовать такому отклонению. При этом формируется зазор утечки 41 между упомянутыми пластинами и концом выступа 40.
И наоборот, в случае, когда решетка диффузора 10 удаляется от компрессора 1, как это можно видеть на фиг.3, усилие, возникающее вследствие разности давлений, и усилие, создаваемое пружинами 35, позволяют обеспечить надлежащую герметичность в результате деформации пластин 30.
Двухсторонние стрелки, представленные на фиг.2, указывают направления возможных радиальных и осевых относительных перемещений между задним по потоку концом наружной обечайки 6 компрессора и передним по потоку концом наружного кожуха 12 решетки диффузора 10.
Следует также отметить, что расположение этого устройства обеспечения герметичности, закрепленного на наружном кожухе 12, позволяет обеспечить монтаж системы, образованной камерой сгорания и диффузором, на компрессоре путем относительного осевого перемещения упомянутой системы по отношению к этому компрессору с последующим выполнением болтового соединения наружных фланцев 15 и 16.
Задача данного изобретения состоит в разработке турбореактивного двигателя, описанного в предшествующем изложении типа, в котором герметичность между полостью отбора воздуха от двигателя и каналом течения первичного потока газов в компрессоре обеспечивается при любом возможном в эксплуатации относительном положении наружной обечайки компрессора и наружного кожуха решетки диффузора.
Эта техническая задача в соответствии с предлагаемым изобретением решается тем, что средства герметизации содержат разрезной кольцевой сегмент, внутренняя в радиальном направлении часть которого размещена герметичным образом и с возможностью скольжения в радиальном направлении в канавке, предусмотренной на периферийной части передней по потоку части наружного кожуха решетки диффузора, причем периферийная часть упомянутого сегмента опирается на внутреннюю поверхность цилиндрической муфты, жестко связанной с упомянутой кольцевой конструкцией и охватывающей упомянутый кольцевой сегмент.
Наружный диаметр этого кольцевого сегмента в свободном ненапряженном состоянии немного превышает внутренний диаметр упомянутой муфты. Под действием пружины периферийная часть упомянутого сегмента опирается на внутреннюю поверхность муфты, и этот сегмент всегда является центрированным по отношению к этой муфте. В случае относительного радиального перемещения между наружным кожухом решетки диффузора и упомянутой муфтой этот сегмент имеет возможность скользить в упомянутой канавке. В случае возможного осевого относительного перемещения между двумя этими элементами упомянутый сегмент скользит по отношению к упомянутой муфте.
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше понятны из приведенного ниже описания примера его осуществления, в котором даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, в числе которых:
Фиг.1-5 схематически иллюстрируют существующий уровень техники, причем:
Фиг.1 представляет собой схематический вид в половинном разрезе по плоскости, проходящей через ось вращения данного турбореактивного двигателя, задней по потоку части компрессора и диффузора, демонстрирующий размещение полости, сообщающейся с донной частью камеры, и из которой отбирают воздух для его использования в кабине самолета, и размещение стыка герметизации, в соответствии с существующим уровнем техники, между этой полостью и каналом движения первичного потока газов;
Фиг.2 представляет собой схематический вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий расположение стыка герметизации в соответствии с существующим уровнем техники;
Фиг.3 представляет собой схематический вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий деформацию упомянутого стыка герметизации в случае увеличения промежутка между наружной обечайкой компрессора и наружным кожухом решетки диффузора;
Фиг.4 представляет собой схематический вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий деформацию того же самого стыка в случае уменьшения упомянутого промежутка;
Фиг.5 представляет собой схематический перспективный вид стыка герметизации в случае уменьшения упомянутого промежутка, демонстрирующий зазор утечки;
Фиг.6 представляет собой схематический вид в разрезе наружной зоны канала движения первичного потока газов, располагающейся между компрессором и диффузором, иллюстрирующий систему герметизации в соответствии с предлагаемым изобретением;
Фиг.7 представляет собой схематический перспективный вид части разрезного сегмента.
Схематические виды, приведенные на фиг.1-5 и иллюстрирующие существующий уровень техники в данной области, уже были прокомментированы выше и не требуют дополнительных пояснений.
На фиг.6 и 7 схематически представлено устройство герметизации в соответствии с предлагаемым изобретением, причем здесь элементы, идентичные элементам, показанным на фиг.1-5, обозначены теми же позициями.
Передняя по потоку часть 12а наружного кожуха 12 решетки 10 диффузора содержит на своей периферийной части канавку 32, ограниченную передним по потоку фланцем 33а и задним по потоку фланцем 33b. Два эти фланца могут представлять собой крылья кольца 60, содержащего периферийную канавку 32 и присоединенного при помощи сварки к периферийной зоне упомянутой передней по потоку части 12а.
Канавка 32 предназначена для размещения в ней герметично и с возможностью скольжения внутренней в радиальном направлении части 51 разрезного сегмента 50, имеющего двутавровое или I-образное поперечное сечение, и периферийная часть которого предпочтительно имеет выпуклую поверхность 52.
Внутренняя в радиальном направлении часть 7а кольцевой конструкции 7, которая является, по существу, конической и параллельной опорной системе 13, содержит муфту 53, которая проходит в направлении назад по потоку в полости 20 и которая охватывает сегмент 50 и фланцы 33а и 33b. Внутренняя поверхность 54 этой муфты является цилиндрической, и периферийная часть 52 сегмента упирается в эту поверхность 54. Внутренняя цилиндрическая поверхность 54 соединяется с задней по потоку стороны с конической поверхностью 55, по существу, параллельной опорной системе 13.
Наружный диаметр кольца 50 в его свободном состоянии, то есть, в том его состоянии, когда это кольцо не смонтировано на предназначенном для него месте и не подвергается механическим напряжениям, немного превышает внутренний диаметр муфты 53.
В смонтированном на предназначенном для него месте вида, как это показано на фиг.6, упомянутое кольцо 50 оказывается сжатым.
Коническая поверхность 55 обеспечивает сжатие кольца 50 в канавке 32 в процессе монтажа диффузора на компрессор путем осевого перемещения этого диффузора. Размеры этой конической поверхности 55, а также наружный и внутренний диаметры сегмента 50, рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить возможность монтажа компрессора и диффузора вслепую.
Внутренний диаметр сегмента 50 и наружный диаметр донной части канавки 32 выбираются таким образом, чтобы обеспечить возможность радиального перемещения этого сегмента 50 в канавке 32 в процессе функционирования двигателя.
Ширина внутренней в радиальном направлении части 51 сегмента 50, по существу, равна ширине канавки 32 для того, чтобы обеспечить герметичность в этой зоне и возможность радиального скольжения сегмента 50 в этой канавке 32 в процессе относительных радиальных перемещений между передней по потоку частью 12а наружного кожуха 12 и муфтой 53, причем в этом случае упомянутый сегмент 50 направляется при помощи муфты 53. В случае относительного осевого перемещения между этой передней по потоку частью 12а наружного кожуха 12 и наружной обечайкой 6 компрессора упомянутый сегмент 50, удерживаемый канавкой 32, скользит по внутренней поверхности муфты 53.
На фиг.7 схематически представлен сегмент 50 на уровне щели 70, выполненной в форме радиального выреза, имеющего Z-образное поперечное сечение. Оба язычка 71а и 71b сегмента 50 имеют возможность скользить друг относительно друга в процессе сжатия этого сегмента. Зазоры 72а и 72h предусмотрены между свободными концами язычков 71а и 71b и располагающимися против них заплечиками.
1. Турбореактивный двигатель, содержащий в направлении спереди назад по потоку, причем понятия спереди по потоку и позади по потоку определяются по отношению к направлению движения первичного потока газов, компрессор (1) высокого давления, решетку диффузора (10) и камеру сгорания, причем компрессор высокого давления содержит наружную обечайку (6), ограничивающую в радиальном направлении канал движения первичного потока газов и соединенную с кольцевой конструкцией (7), которая проходит в радиальном направлении наружу, упомянутая решетка диффузора содержит в осевом продолжении упомянутой наружной обечайки (6) компрессора наружный кожух (12), соединенный с конической опорной системой (13), ориентированной в направлении назад и ограничивающей спереди по потоку донную часть упомянутой камеры сгорания, и эта опорная система сама, в свою очередь, соединена с наружной обечайкой кожуха (14), которая проходит в направлении против потока и закреплена на упомянутой кольцевой конструкции (7) при помощи соответствующих средств крепления, причем упомянутая опорная система (13), упомянутая наружная обечайка (14) кожуха и упомянутая кольцевая конструкция (7) формируют полость (20), располагающуюся вокруг упомянутой решетки (10) диффузора, и отверстия (22) отбора воздуха выполнены в упомянутой опорной системе (13) для сообщения донной части камеры с упомянутой полостью (20), и упомянутая наружная обечайка кожуха оборудована выходными отверстиями, предназначенными для отбора воздуха (23), и средства герметизации предусмотрены между упомянутой кольцевой конструкцией (7) и упомянутым наружным кожухом (12) решетки диффузора для изолирования упомянутой полости (20) от канала движения первичного потока газов, отличающийся тем, что упомянутые средства герметизации содержат разрезной кольцевой сегмент (50), внутренняя в радиальном направлении часть (51) которого размещена герметичным образом и с возможностью скольжения в радиальном направлении в канавке (32), предусмотренной в периферийной зоне упомянутой передней по потоку части (12а) наружного кожуха (12) решетки диффузора, причем периферийная зона (52) упомянутого сегмента упирается во внутреннюю поверхность (54) цилиндрической муфты (53), жестко связанной с кольцевой конструкцией (7) и охватывающей упомянутый сегмент (50).
2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что канавка (32) ограничена передним по потоку фланцем (33а) и задним по потоку фланцем (33b), сформированными в периферийной зоне передней по потоку части (12а) наружного кожуха (12).
3. Турбореактивный двигатель по п.2, отличающийся тем, что сегмент (50) имеет поперечное сечение двутавровой или I-образной формы и его периферийная часть содержит выпуклую поверхность.
4. Турбореактивный двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность (54) муфты (53) соединяется с задней по потоку стороны с конической поверхностью (55), позволяющей обеспечить сжатие сегмента (50) в процессе соединения диффузора и компрессора.
5. Турбореактивный двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что наружный диаметр сегмента (50) в его свободном состоянии немного превышает внутренний диаметр упомянутой муфты (53).
