Клапанный узел канала перепуска компрессора

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к клапанным устройствам для газотурбинных двигателей, и может найти применение в авиадвигателестроении. Клапанный узел канала перепуска компрессора, содержащий корпус компрессора, внешний и внутренний корпуса канала перепуска с установленным с возможностью осевого перемещения внутри внутреннего корпуса кольцевым затвором профилированной формы, привод. Корпус компрессора снабжен осевыми пазами с установленными в них с возможностью перемещения продольными направляющими. Кольцевой затвор усилен продольными ребрами жесткости, соединенными с продольными направляющими и приводом. Привод размещен внутри кольцевого затвора и закреплен на корпусе компрессора. Продольные направляющие выполнены прямоугольного сечения. Кольцевой затвор имеет возможность перемещаться по поверхности внутреннего корпуса канала перепуска. Изобретение позволяет снизить габаритные размеры и массу клапанного узла канала перепуска компрессора, увеличить прочность конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к клапанным устройствам для газотурбинных двигателей, и может найти применение в авиадвигателестроении.

По крайней мере, некоторые известные авиационные двухконтурные двухвальные газотурбинные двигатели включают в себя вентилятор, компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давления, и форсажную камеру. Вентилятор двухконтурного турбореактивного двигателя представляет собой компрессор низкого давления или его часть, повышающий давление воздуха, который поступает в наружный контур или одновременно в наружный и внутренний контуры. Воздушный поток на входе вентилятора сжимается, а воздушный поток, выходящий из вентилятора, разделяется так, что часть направляется в компрессор, а остальная часть, именуемая наружным контуром вентилятора, направляется в перепускной канал, где она обходит компрессор, камеру сгорания, турбину высокого и низкого давления и попадает в реактивное сопло. Воздушный поток в компрессоре сжимается и выпускается через камеру сгорания, где он смешивается с топливом и воспламеняется, производя газы сгорания, которые попадают в турбины высокого и низкого давления. К тому же, по крайней мере, некоторые известные газотурбинные двигатели смешивают часть потока наружного контура вентилятора с потоком воздуха, выходящего из турбины низкого давления.

Для регулировки количества воздуха наружного контура, поступающего в реактивное сопло и форсажную камеру, по крайней мере, некоторые газотурбинные двигатели включают в себя клапанный узел.

Известен газотурбинный двигатель, включающий в себя вентилятор, канал перепуска вентилятора, соединенный с вентилятором, а также клапанный узел, соединенный по потоку от узла вентилятора в наружном контуре вентилятора и включающий в себя кольцевое тело клапана, состоящее из золотника, наружного и внутреннего обтекателя, выполненное с возможностью осевого перемещения вдоль канала. Перемещение кольцевого клапана осуществляется приводом с помощью кривошипно-шатунного механизма, включающего в себя связанный с управляющим механизмом трубчатый корпус кривошипа с коленчатыми рычагами, один из которых связан с корпусом канала вентилятора, а другой - с кольцевым клапаном (патент № US 2009/0211090 А1 от 27.08.2009).

Недостатком известного клапанного узла является наличие трех обтекаемых тел сложной геометрической формы. Это приводит к усложнению конструкции клапана, увеличению его массы и снижению ресурса и надежности работы.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является газотурбинный двигатель, включающий в себя вентилятор, канал перепуска вентилятора, соединенный с вентилятором, а также клапанный узел, соединенный по потоку от вентилятора в канал перепуска вентилятора и включающий в себя корпус канала перепуска, соединенный с диффузором, с установленным внутри него с возможностью осевого перемещения кольцевым клапаном профилированной формы и приводом, расположенным внутри кольцевого клапана.

Осевое перемещение клапанного узла осуществляется за счет сжатого воздуха, подводимого по каналам через отверстия во входную полость кольцевого клапана. Обратное перемещение осуществляется при подаче сжатого воздуха, подводимого по каналам через отверстия в конечную полость кольцевого клапана перед уплотнительным соединением (патент № US 2009/0035127 A1 от 05.02.2009).

Недостатком известного клапанного узла является пневматический привод. Требуемые осевые усилия перемещения кольцевого клапана получают отбором воздуха от компрессора, что ухудшает экономичность двигателя, или увеличением рабочей площади приложения давления к кольцевому клапану, что увеличивает габаритный диаметр кольцевого клапана и двигателя. Для быстрого заполнения полостей кольцевого клапана требуется большое количество каналов подвода сжатого воздуха, что увеличивает массу трубопроводов и увеличивает гидравлическое сопротивление течения воздуха в канале наружного контура. Кроме того, необходимо герметизировать корпус наружного контура в местах прохождения трубопроводов, что дополнительно увеличивает массу конструкции и увеличивает вероятность утечек воздуха канала наружного давления за корпус двигателя с потерей тяги.

Позиционирование кольцевого клапана относительно корпуса канала перепуска выполнено при помощи сложного, массивного механического соединения, протяженного по осевой длине.

В совокупности конструкция клапанного узла усложнена, увеличена его масса, снижена надежность работы, увеличен габаритный диаметр двигателя, сопровождаемый снижением экономичности двигателя и потерей тяги.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции клапанного узла канала перепуска компрессора с минимальным диаметральным размером, с минимальными гидравлическими потерями рабочего тела на обтекание клапанного узла.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является снижение габаритных размеров и массы клапанного узла канала перепуска компрессора, компактное размещение управляющего привода в полости кольцевого клапана, увеличение прочности конструкции, сохранение коэффициента полезного действия компрессора при работе клапанного узла.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапанном узле канала перепуска компрессора, содержащем корпус компрессора, внешний и внутренний корпуса канала перепуска с установленным с возможностью осевого перемещения внутри канала кольцевым затвором профилированной формы, привод, согласно изобретению корпус компрессора снабжен осевыми пазами с установленными в них с возможностью перемещения продольными направляющими, кольцевой затвор усилен продольными ребрами жесткости, соединенными с продольными направляющими и приводом, причем привод размещен внутри кольцевого затвора и закреплен на корпусе компрессора. Продольные направляющие выполнены прямоугольного сечения. Кольцевой затвор имеет возможность перемещаться по поверхности внутреннего корпуса канала перепуска.

Кольцевой клапан представляет собой соединенную воедино, например, при помощи сварки конструкцию, усиленную продольными ребрами жесткости, равномерно расположенными в окружном направлении, количество которых выбирается исходя из условий обеспечения ее прочности и жесткости. Такая конструкция позволяет соединить привод, например гидравлический или электрический, с продольными ребрами жесткости, что позволяет компактно разместить управляющие гидроцилиндры внутри кольцевого клапана с уменьшением габаритных размеров и массы клапанного узла. Крепление приводов к продольным ребрам жесткости кольцевого затвора и корпусу компрессора выполнено при помощи разъемного соединения, например болтового, снабженного сферическим телом, обеспечивающим возможность малых угловых перекосов.

Количество приводов выбрано из условия обеспечения потребного усилия перемещения кольцевого клапана, с учетом ограничения габаритных размеров внутри кольцевого клапана, при этом для обеспечения равномерного перемещения в осевом направлении без перекосов и заклинивания, не менее трех, например шесть, что также равномерно передает нагрузку на продольные ребра жесткости кольцевого затвора.

Продольные направляющие, например, прямоугольного сечения, соединенные с продольными ребрами жесткости, обеспечивают центровку и осевое перемещение кольцевого клапана в пазах относительно корпуса компрессора и не передают нагрузку на корпус компрессора от давления рабочего тела, действующего на кольцевой клапан в частично прикрытом/закрытом положении. Прямоугольное сечение продольных направляющих технологичнее в изготовлении, чем, например, трапециевидное, обеспечивающее совместное радиальное перемещение кольцевого клапана и корпуса компрессора. Кроме того, паз и ребра жесткости, расположенные на корпусе компрессора, обеспечивают ему повышенную прочность и жесткость, а также препятствуют пробиванию его в случае обрыва рабочей лопатки.

Высота кольцевого клапана выбрана исходя из обеспечения минимальной площади проходного сечения канала перепуска для создания преимущественно осевого течения рабочего тела в канале с минимальным гидравлическим сопротивлением.

Кольцевой затвор клапана и внешний корпус канала перепуска за счет профилированной формы, представляющей собой гладкую, обтекаемую поверхность, преимущественно эллипсоидной формы, или, в частном случае, не менее двух сопряженных радиусов, при обеспечении перекрытия проточной части канала компрессора, создает минимальное гидравлическое сопротивление течению рабочего тела как в канале перепуска компрессора, так и в канале компрессора.

Расположение привода внутри кольцевого клапана, например, между внутренним корпусом канала перепуска и корпусом компрессора, и крепление его к корпусу компрессора упрощает кинематическую схему клапанного узла и уменьшает потребный рабочий ход привода.

Например, в двухконтурном двухвальном газотурбинном двигателе клапанный узел канала перепуска может быть расположен на компрессоре высокого давления, компрессоре низкого давления, в частном случае - вентиляторе.

Болтовое соединение элементов конструкции клапанного узла позволяет проводить сборку и разборку узла для проведения ремонта и технического обслуживания.

На чертеже показан продольный разрез клапанного узла канала перепуска компрессора.

1 - внешний корпус канала перепуска;

2 - кольцевые ребра жесткости;

3 - передний фланец;

4 - направляющий аппарат предыдущей ступени компрессора;

5 - задний фланец;

6 - кольцевой затвор профилированной формы;

7 - продольные ребра жесткости;

8 - продольные направляющие;

9 - осевые пазы корпуса компрессора;

10 - ребра жесткости на корпусе компрессора;

11 - корпус компрессора;

12 - проставка;

13 - направляющий аппарат последующей ступени компрессора;

14 - фланцевое соединение;

15 - привод;

16 - ось крепления к штоку привода;

17- кронштейн;

18 - ось крепления к корпусу привода;

19 - поверхность внутреннего корпуса канала перепуска;

20 - внутренний корпус канала перепуска.

Клапанный узел канала перепуска состоит из внешнего корпуса канала перепуска 1, снабженного кольцевыми ребрами жесткости 2, передним фланцем 3 присоединенного к статору впереди идущего направляющего аппарата 4 предыдущей ступени компрессора, задним фланцем 5 присоединенного, например, к промежуточному корпусу (на фигуре не показано) или удлинительному патрубку (на фигуре не показано), присоединенному, например, к промежуточному корпусу, кольцевого клапана, состоящего из кольцевого затвора 6 профилированной формы, снабженного продольными ребрами жесткости 7, установленного при помощи продольных направляющих 8 в осевых пазах 9, имеющих ребра жесткости 10, расположенные на корпусе компрессора 11. Корпус компрессора 11 совместно с проставкой 12 крепления направляющих аппаратов 13 последующей ступени компрессора прикреплен, например, к промежуточному корпусу при помощи фланцевого соединения 14. Кольцевой клапан соединен с приводами 15 по оси 16 при помощи разборного соединения, например болтового, снабженного сферическим телом. Приводы 15 закреплены на корпусе компрессора 11 при помощи кронштейна 17 по оси 18 разборным соединением, например болтовым, снабженным сферическим телом. Кольцевой затвор 6 кольцевого клапана перемещается по поверхности 19 внутреннего корпуса канала перепуска 20.

Принцип действия устройства заключается в изменении площади проходного сечения А-А в зависимости от программы управления двигателем путем осевого перемещения кольцевого клапана по продольным направляющим 8 вдоль пазов 9 корпуса компрессора 11 при помощи приводов 15, например, закрепленных на корпусе компрессора 11. В закрытом положении клапанного узла канала перепуска компрессора кольцевой клапан касается внешнего корпуса канала перепуска 1, шток гидроцилиндра 15 выдвинут в максимально открытое положение. При подаче управляющего давления в полость гидроцилиндра 15 шток перемещается в закрытое положение (вправо на чертеже), перемещая кольцевой клапан, таким образом, что площадь проходного сечения А-А непрерывно увеличивается до полного открытия. Кольцевой клапан занимает крайнее открытое положение, обеспечивающее потребный расход рабочего тела в соответствии с программой управления двигателем. Закрытие клапанного узла осуществляется в обратной последовательности.

1. Клапанный узел канала перепуска компрессора, содержащий корпус компрессора, внешний и внутренний корпуса канала перепуска с установленным с возможностью осевого перемещения внутри канала перепуска кольцевым затвором профилированной формы, привод, отличающийся тем, что корпус компрессора снабжен осевыми пазами с установленными в них с возможностью перемещения продольными направляющими, кольцевой затвор усилен продольными ребрами жесткости, соединенными с продольными направляющими и приводом, причем привод размещен внутри кольцевого затвора и закреплен на корпусе компрессора.

2. Клапанный узел канала перепуска компрессора по п. 1, отличающийся тем, что продольные направляющие выполнены прямоугольного сечения.

3. Клапанный узел канала перепуска компрессора по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой затвор имеет возможность перемещаться по поверхности внутреннего корпуса канала перепуска.



 

Похожие патенты:

Газотурбинный двигатель содержит очень высокоскоростную турбину низкого давления, при этом отношение параметра, определяемого произведением площади выходного сечения турбины низкого давления на квадрат скорости вращения турбины низкого давления, к такому же параметру турбины высокого давления составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5.

Газотурбинный двигатель содержит вентилятор, выполненный с возможностью вращения вокруг оси, компрессорную секцию, камеру сгорания, сообщающуюся по текучей среде с компрессорной секцией, и турбинную секцию, сообщающуюся по текучей среде с камерой сгорания.

Турбореактивный двигатель с передним вентилятором содержит по меньшей мере один контур текучей среды и теплообменник воздух/текучая среда, посредством которого упомянутая текучая среда охлаждается воздухом, наружным относительно турбореактивного двигателя, и разделитель потока.

Газотурбинный двигатель содержит компрессорную секцию, камеру сгорания, сообщающуюся по текучей среде с компрессорной секцией, турбинную секцию, сообщающуюся по текучей среде с камерой сгорания, вентилятор и систему изменения скорости, приводимую в действие турбиной привода вентилятора для вращения вентилятора вокруг оси.

Разделитель потока газа, способный разделять поток газа на первый поток и второй поток, содержит переднюю кромку разделителя и устройство для предотвращения обледенения передней кромки.

Лопасть (l1) предназначена для установки на втулке (12, 13) винта турбомашины таким образом, что пустое пространство (18, I8A, 18B) предусмотрено между основанием (14A) лопасти (14) и стороной втулки (12, 13), противолежащей основанию (14A).

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям устройств управления шагом лопастей воздушного винта. Устройство подачи текучей среды (100) в гидравлический цилиндр управления ориентацией лопастей вентилятора турбовинтового двигателя с двойным воздушным винтом содержит дозатор текучей среды (120), жестко соединенный с ротором турбовинтового двигателя.

Группа изобретений относится к боевой авиации, на борту которой устанавливается лазерное оружие. В способе работы авиационного газотурбинного двигателя, включающем процесс сжатия воздуха в компрессорах, подвод тепла в камере сгорания, расширение газового потока для получения сверхзвуковой скорости осуществляют через бинарную систему, состоящую из турбины низкого давления, лопатки которой выполнены в виде сопел Лаваля, и установленного за ней кольцевой неподвижной закритической расширяющейся части сопла Лаваля.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может быть применимо для сверхзвуковой военной авиации и гиперзвуковых самолетов. Водородный воздушно-реактивный двигатель содержит воздухозаборник, корпус, по меньшей мере, один компрессор, камеру сгорания с топливным коллектором, установленную за компрессором и соединенную с ним воздушным трактом, по меньшей мере, одну турбину и, по меньшей мере, один вал, соединяющий компрессор и турбину, реактивное сопло и систему подачи водорода к камере сгорания.

Изобретение относится к области компрессорных воздушно-реактивных двигателей, представляющих собой реактивный воздушный винт (пропеллер с реактивным приводом). Камеру сгорания топлива и сверхзвуковое реактивное сопло компрессорного воздушно-реактивного двигателя вращают на конце полой лопасти воздушного винта центробежного компрессора с окружной скоростью концов лопастей >300 м/с.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, две горелки, камеру сгорания, расположенную ниже по потоку за указанными горелками, турбину, два температурных датчика ниже по потоку за указанной камерой сгорания.

Изобретение касается газовой турбины, а также способа ее эксплуатации. Газовая турбина имеет компрессор для подготовки воздуха, камеру сгорания с горелкой и турбину для сброса давления.

Исполнительное устройство содержит: неподвижную часть, образующую корпус, содержащий вход для прохождения текучей среды, главный выход и второй выход отбора и возвратные средства, действующие механическим усилием на подвижную часть; подвижную часть, содержащую затвор, содержащий шток, перемещающийся между положением открывания и положением закрывания; термостатическое устройство, содержащее переворотный конусный диск, при этом переворот диска при значении сверх известной критической температуры приводит к перемещению затвора в его положение закрывания; устройство управления, обеспечивающее создание силы удержания затвора, при этом устройством управления управляют таким образом, чтобы при значении ниже критической температуры открывание или закрывание затвора происходило в результате равновесия сил между удерживающей силой и механическим усилием.

Предложен способ отслеживания КПД прямого вытеснения высоконапорного насоса в гидравлической системе регулирования турбомашины. Способ включает в себя следующие этапы, на которых: запускают двигатели упомянутой турбомашины на низкой скорости N0 двигателя, при этом упомянутый клапан закрыт; используют компьютер для осуществления движения исполнительного механизма; постепенно увеличивают скорость N двигателя, пока упомянутая производительность Q не достигает заранее определенного значения Q0, которое достаточно для открывания клапана; запоминают в компьютере, во-первых, положение исполнительного механизма, а во-вторых, скорость N двигателя, соответствующую открыванию клапана; повторяют предыдущие этапы в последовательные моменты времени t1, t2, …, tn в течение срока службы упомянутых двигателей турбомашины; и заменяют упомянутый высоконапорный поршневой насос прямого вытеснения, когда упомянутая скорость N двигателя превышает заранее определенное значение Nпредел.

Компрессор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата содержит решетку (2) неподвижных лопаток и систему для отбора воздуха на уровне проходов (5) между двумя лопатками (3) через щели (6), выполненные в упомянутой стенке (4).

Изобретение относится к энергетике. Способ управления заклиненным сопловым аппаратом, установленным между первой и второй турбинами, соединенными последовательно с компрессором.

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в энергетических парогазовых установках с газотурбинными двигателями, паровыми турбинами и котлами-утилизаторами, снабженными блоками дожигающих устройств.

Изобретение относится к компрессору газотурбинного двигателя, оборудованного системой отбора воздуха, а также к газотурбинному двигателю, такому как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованному компрессором этого типа.

Узел турбомашины содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный корпус, размещенный между ними, клапан перепуска воздуха и приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха. Клапан перепуска воздуха расположен между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления и установлен во внутреннем кожухе промежуточного корпуса. Приводной силовой гидроцилиндр клапана перепуска воздуха содержит цилиндр, продолженный разделителем, используемым для крепления приводного силового гидроцилиндра к стенке корпуса турбомашины, и стержень поршня, окруженный разделителем и предназначенный для соединения с концом механизма передачи. Разделитель не содержит боковые отверстия, а расположенный вниз по потоку фланец промежуточного корпуса крепится на боковой стороне разделителя. При сборке приводного силового гидроцилиндра размещают стержень поршня так, что он выступает из разделителя, затем соединяют выступающий стержень поршня с концом механизма передачи, выступающим из стенки корпуса на стороне приводного силового гидроцилиндра. Втягивают стержень поршня так, чтобы подводить цилиндр ближе к указанной стенке корпуса, и крепят разделитель к стенке корпуса. Группа изобретений позволяет обеспечить противопожарную защиту приводного силового гидроцилиндра клапана перепуска воздуха без существенного усложнения процесса его сборки. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к клапанным устройствам для газотурбинных двигателей, и может найти применение в авиадвигателестроении. Клапанный узел канала перепуска компрессора, содержащий корпус компрессора, внешний и внутренний корпуса канала перепуска с установленным с возможностью осевого перемещения внутри внутреннего корпуса кольцевым затвором профилированной формы, привод. Корпус компрессора снабжен осевыми пазами с установленными в них с возможностью перемещения продольными направляющими. Кольцевой затвор усилен продольными ребрами жесткости, соединенными с продольными направляющими и приводом. Привод размещен внутри кольцевого затвора и закреплен на корпусе компрессора. Продольные направляющие выполнены прямоугольного сечения. Кольцевой затвор имеет возможность перемещаться по поверхности внутреннего корпуса канала перепуска. Изобретение позволяет снизить габаритные размеры и массу клапанного узла канала перепуска компрессора, увеличить прочность конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх