Демонтируемая камера сгорания с улучшенными аэродинамическими характеристиками

Камера сгорания турбореактивного двигателя включает в себя кольцевую наружную стенку, кольцевую внутреннюю стенку и заднюю стенку камеры и обтекатель. Задняя стенка простирается между наружной и внутренней стенками и на ней монтируются средства впрыскивания. Обтекатель вместе с задней стенкой камеры ограничивает кольцевую полость, в которой помещаются средства впрыскивания. Обтекатель содержит кольцевую деталь, называемую наружная оболочка, и кольцевую деталь, называемую внутренняя оболочка. Внутренние крепежные детали, выступающие внутрь кольцевой полости, закреплены в оболочках. Задняя стенка камеры включает в себя соответствующие внутренние крепежные детали, выступающие внутрь кольцевой полости. Крепежные детали оболочек соединены с крепежными деталями задней стенки камеры и представляют собой разнесенные по окружности шпонки. Средства впрыскивания содержат множество форсунок. Каждая оболочка содержит столько шпонок, сколько имеется форсунок, при этом шпонки смещены по окружности относительно форсунок. Изобретение направлено на облегчение демонтажа камеры сгорания при ее ремонте. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к камере сгорания для турбореактивного двигателя. В частности, оно направлено на усовершенствование соединения различных деталей камеры сгорания с двойной целью: снизить помехи истечению воздуха вокруг камеры, что чревато ухудшением ее характеристик, и облегчить ремонт и техобслуживание.

Известная из US 5353587 камера сгорания представляет собой неразъемное соединение нескольких деталей. Различают кольцевую, как правило, наружную стенку, кольцевую, как правило, внутреннюю стенку и заднюю стенку камеры, которая простирается между указанными наружной и внутренней стенками. Средства впрыскивания топлива монтируются на указанной задней стенке камеры. Они состоят из множества систем впрыскивания, разнесенных по окружности. Кроме того, обтекатель вместе с указанной задней стенкой камеры образует кольцевую полость, в которой помещаются средства впрыскивания. Образованная таким образом камера сгорания представляет собой осесимметричный блок, который также должен быть как можно более обтекаемым, так как он помещен в воздушном тракте. Обычно обтекатель включает в себя кольцевую деталь, известную как наружная оболочка, и кольцевую деталь, известную как внутренняя оболочка. Различные составные элементы камеры сгорания соединены между собой с возможностью демонтажа. Известно, например, соединение указанных наружной и внутренней стенок указанной задней стенки камеры и элементов обтекателя при помощи болтового венца, смонтированного возле задней стенки камеры. Головки болтов создают помеху воздушному потоку. Это препятствие негативно сказывается на характеристиках камеры сгорания.

В некоторых камерах сгорания, например в упомянутом документе, монтаж при помощи болтового соединения заменен системой сварки указанных внутренней и наружной стенок, задней стенки камеры и обтекателя. В такой камере сгорания отсутствуют винтовые головки, мешающие воздушному потоку на уровне наружного обтекания или на уровне внутреннего обтекания камеры сгорания. В то же время сварка усложняет ремонт камеры сгорания, так как необходимо разрезать указанную камеру по меньшей мере по двум круговым сварным швам. В связи с тем, что эти сварные швы находятся на конусах, повторное соединение камеры после ремонта какого-либо элемента камеры представляется трудоемким и дорогостоящим.

Изобретение позволяет устранить эти недостатки. В частности, изобретение относится к камере сгорания турбореактивного двигателя, включающей в себя кольцевую, как правило, наружную стенку, кольцевую, как правило, внутреннюю стенку и заднюю стенку камеры, которая простирается между указанными наружной и внутренней стенками и на которой монтируются средства впрыскивания, и обтекатель, который вместе с указанной задней стенкой камеры ограничивает кольцевую полость, в которой помещаются указанные средства впрыскивания, при этом указанный обтекатель содержит кольцевую деталь, известную как наружная оболочка, и кольцевую деталь, известную как внутренняя оболочка, отличающейся тем, что указанные оболочки включают в себя внутренние крепежные детали, выступающие внутрь указанной кольцевой полости, причем указанная задняя стенка камеры включает в себя соответствующие внутренние крепежные детали, выступающие внутрь указанной кольцевой полости, а крепежные детали указанных оболочек соединены с крепежными деталями указанной задней стенки камеры.

Указанные крепежные детали могут быть представлены разнесенными по окружности шпонками или, более общо, обечайками.

В случае использования, например, шпонок как шпонки указанных оболочек, так и шпонки указанной задней стенки камеры привариваются. Предпочтительно, они свариваются попарно между собой лишь на концах. В этих условиях, возможный демонтаж составных элементов камеры сгорания может легко производиться путем шлифовки концов шпонок, с тем чтобы удалить места сварки.

Удаление шпонок позволяет разделить камеру сгорания на несколько деталей, что делает возможным ремонт любой из этих деталей.

Если крепежные элементы представлены обечайками, предпочтительно сохранить соединение на отдельных участках, как это имеет место в случае использования шпонок, произведя, например, ряд равномерно разнесенных по окружности сварных соединений. Можно комбинировать обечайки со шпонками.

Согласно предпочтительному варианту исполнения указанная наружная оболочка и указанная наружная стенка соединяются по окружности при помощи сварки. Сварное соединение может производиться ребро в ребро.

Преимущественно внутренняя стенка и задняя стенка камеры выполнены по окружности неразъемными. Соединение может быть осуществлено клепкой или даже склеиванием.

Сварка, соединяющая между собой шпонки, представляет собой предпочтительно сварку, известную как TIG. Ток большой силы проходит по электроду из вольфрама, образуя со свариваемыми деталями электрическую дугу. Металл, принимающий дугу, подвергается местной плавке. Сварка производится в среде инертного газа (например, аргона).

Шпонки на оболочках предпочтительно присоединяются к последним пайкой. Каждая шпонка соединяется с оболочкой при помощи присадочного металла, точка плавления которого ниже точки плавления соединяемых материалов. Таким образом, соединение осуществляется, не подвергая плавке металл соединяемых элементов. Как только присадочный металл доводится до температуры плавки, он проникает за счет капиллярного притяжения между соединяемыми деталями. Присадочный металл, преимущественно на основе никеля, имеет температуру плавки порядка 1160°С.

Согласно еще одной допустимой характеристике внутренняя оболочка содержит кольцевую полосу, которая контактирует с внутренней стенкой, огибая концевой участок последней.

Лучшее понимание изобретения и более наглядное представление о других его преимуществах позволяет получить нижеследующее описание, которое дается исключительно в виде примера и сопровождается ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 представляет частичный вид в изометрии камеры сгорания согласно изобретению;

Фиг.2 представляет аналогичный вид с фиг.1, на котором средства впрыскивания отсутствуют для лучшего изображения соединения различных деталей, образующих камеру сгорания; и

Фиг.3 представляет радиальное сечение в увеличенном масштабе согласно фиг.2.

На чертежах приводится частичный вид передней части камеры сгорания 11, образованной соединением нескольких кольцевых деталей. Различаются кольцевая, как правило, наружная стенка 12, кольцевая, как правило, внутренняя стенка 13 и задняя стенка 14 камеры, которая простирается между указанными наружной и внутренней стенками и на которой монтируются средства впрыскивания 21, и обтекатель 15, включающий в себя кольцевую деталь, известную как наружная оболочка 16, и кольцевую деталь, известную как внутренняя оболочка 17. Обтекатель вместе с указанной задней стенкой камеры ограничивает кольцевую полость 20, в которой помещаются средства впрыскивания. Они состоят из множества равномерно разнесенных по окружности форсунок 22, которые монтируются на задней стенке 14 камеры.

Изобретение относится, в частности, к способу соединения между указанными внутренней и наружной стенками, задней стенкой камеры и двумя оболочками.

В частности, оболочки 16, 17 включают в себя соответственно шпонки 24, 25, которые выступают внутрь кольцевой полости 20. Эти шпонки равномерно разнесены по окружности. Каждая оболочка содержит столько шпонок 24 или 25, сколько имеется форсунок, но они смещены по окружности относительно форсунок для лучшего доступа в случае демонтажа. Шпонка 24 или 25 содержит изогнутый участок 28, который принимает форму внутренней поверхности оболочки, и участок 29, загнутый радиально вовнутрь, который заходит выступом в кольцевую полость. Задняя стенка камеры также содержит шпонки 34, 35, выступающие внутрь кольцевой полости. Задняя стенка 14 камеры и находящиеся на ней шпонки 34, 35 как внутри, так и снаружи изготовлены из одного и того же, вырубленного и отштампованного листового материала, как это видно на фиг.2. Различаются ряд наружных шпонок 34 и ряд внутренних шпонок 35. Наружные шпонки 34 задней стенки камеры и шпонки 24 наружной оболочки представлены в одинаковом количестве и соответствуют друг другу, то есть каждая шпонка оболочки примыкает своей выступающей частью к соответствующей шпонке задней стенки камеры. Равным образом шпонки 25 внутренней оболочки и внутренние шпонки 35 задней стенки камеры представлены в одинаковом количестве и соответствуют друг другу, то есть каждая шпонка внутренней оболочки примыкает своей выступающей частью к соответствующей шпонке задней стенки камеры. В этом положении шпонки указанных оболочек соединяются со шпонками указанной задней стенки камеры. В частности, шпонки указанных оболочек и шпонки указанной задней стенки камеры свариваются попарно и предпочтительно только на концах. Как указывалось ранее, сварка 40 представляет собой предпочтительно сварку, известную как TIG. В то же время участки шпонок 24, 25, неразъемные относительно оболочек 16, 17, присоединены к ним плавкой. В связи с тем, что шпонки изогнуты таким образом, что они примыкают попарно одна к другой и что они привариваются только на концах, то они относительно легко отделяются, например, шлифовкой указанных сварных концов. Эти операции по шлифовке позволяют демонтировать различные детали камеры сгорания, с тем чтобы произвести там ремонт. После ремонта возможно повторное соединение путем повторной сварки слегка укороченных концов шпонок 24, 34 и 25, 35.

Кроме того, наружная оболочка 16 и указанная наружная стенка 12 соединены по окружности при помощи сварки. Как представлено, сварное соединение 42 осуществлено ребро в ребро таким образом, чтобы течение воздуха из камеры сгорания не встречало препятствий. Задняя стенка 14 камеры не крепится к указанной наружной детали.

С другой стороны, внутренняя стенка 13 и указанная задняя стенка 14 камеры жестко соединены по окружности. В описанном варианте исполнения обе стенки образованы контактирующими кольцевыми полосами 43, 44. Эти полосы могут быть жестко соединены клепкой или склеиванием. Указанная внутренняя оболочка 17 также содержит кольцевую полосу 47, которая контактирует с указанной внутренней стенкой, огибая кольцевую полосу последней. Она не крепится жестко к этой внутренней стенке. Это соединение практически не препятствует истечению воздуха внутри воздушного тракта, ограниченного внутренней стенкой и внутренней оболочкой камеры сгорания. Указанная внутренняя стенка 13 и внутренняя оболочка 17 не имеют жесткого соединения в зоне контакта.

Соединение с использованием обечаек представляет в разрезе конфигурацию согласно фиг.3.

1. Камера сгорания турбореактивного двигателя, включающая в себя в целом кольцевую наружную стенку, в целом кольцевую внутреннюю стенку, и заднюю стенку камеры, которая простирается между указанными наружной и внутренней стенками и на которой монтируются средства впрыскивания, и обтекатель, который вместе с задней стенкой камеры ограничивает кольцевую полость, в которой помещаются средства впрыскивания, при этом обтекатель содержит кольцевую деталь, называемую наружная оболочка, и кольцевую деталь, называемую внутренняя оболочка, причем внутренние крепежные детали, выступающие внутрь указанной кольцевой полости, закреплены в оболочках, причем задняя стенка камеры включает в себя соответствующие внутренние крепежные детали, выступающие внутрь указанной кольцевой полости, а крепежные детали указанных оболочек соединены с крепежными деталями задней стенки камеры, отличающаяся тем, что указанные крепежные детали представляют собой разнесенные по окружности шпонки, причем средства впрыскивания содержат множество форсунок, при этом каждая оболочка содержит столько шпонок, сколько имеется форсунок, при этом шпонки смещены по окружности относительно форсунок.

2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что шпонки указанных оболочек и шпонки задней стенки камеры сварены между собой.

3. Камера сгорания по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что шпонки оболочек с одной стороны и шпонки задней стенки камеры с другой стороны изогнуты с возможностью попарного примыкания друг к другу и попарно сварены между собой на концах.

4. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что наружная оболочка и наружная стенка соединены по окружности при помощи сварки.

5. Камера сгорания по п.4, отличающаяся тем, что наружная оболочка и наружная стенка сварены ребро в ребро.

6. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя стенка и задняя стенка камеры жестко соединены между собой по окружности.

7. Камера сгорания по п.7, отличающаяся тем, что внутренняя стенка и задняя стенка камеры образованы контактирующими кольцевыми полосами, жестко соединенными между собой клепкой или склеиванием.

8. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что задняя стенка камеры и находящиеся на ней шпонки изготовлены из одного и того же вырубленного и отштампованного листового материала.

9. Камера сгорания по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что находящиеся на оболочках шпонки соединены с оболочками пайкой.

10. Камера сгорания по п.7, отличающаяся тем, что указанная внутренняя оболочка включает в себя кольцевую полосу, которая контактирует с внутренней стенкой, огибая кольцевую полосу последней.