UA76298C2

UA76298C2 - Afterburner ring for two-contour turbo-jet engine, afterburner unit and turbo-jet engine

Info

Publication number: UA76298C2
Application number: UA20040806541A
Authority: UA
Inventors: Jacques Marcel Arthur Bunel; Jacques Andre Michel Roche; Stephane Henri Guy Touchaud
Original assignee: Snecma Moteurs
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-07-17
Also published as: JP2005054792A; DE602004000485D1; KR20050016140A; CN1580641A; DE602004000485T2; JP4056996B2; EP1505347B1; US7287383B2; RU2004123918A; ES2256829T3; CA2475430A1; US20050086941A1; FR2858661A1; EP1505347A1; FR2858661B1; RU2291315C2; CN100368731C

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до галузі двоконтурних турбореактивних двигунів і, зокрема форсажних пристроїв. 2 Двоконтурні турбореактивні двигуни виробляють потік відпрацьованих газів, що називається первинним контуром, температура якого перевищує температуру повітряного потоку, що називається вторинним контуром.

Відомо, що двоконтурні турбореактивні двигуни містять форсажний пристрій. Даний пристрій містить зовнішній кільцевий корпус і кільцевий випускний корпус, що розташований всередині зовнішнього кільцевого корпусу на деякій відстані від нього і містить внутрішню і зовнішню кільцеві стінки, поворотна вісь симетрії яких 70 збігається з віссю обертання турбореактивного двигуна. Зовнішня стінка і зовнішній кільцевий корпус визначають канал вторинного контуру, зовнішня кільцева стінка і внутрішня кільцева стінка визначають канал первинного контуру. За зоною першого спалення, яка виділяє потік відпрацьованих газів (первинний контур), що проходить через турбіни низького і високого тиску, турбореактивний двигун містить пристрій, в якому застосовується вприскування палива у первинний контур та у вторинний контур для допалювання. Відомі 12 форсажні пристрої, що містять кільцевий пальник, розташований у вторинному контурі, і стояки утримання полум'я, розташовані у первинному контурі, гази якого змішуються з частиною газів вторинного контуру. Відомі також форсажні пристрої, що містять кільцевий пальник, розташований у первинному контурі. При такому розташуванні виникають сильні термічні напруження.

Задачею даного винаходу є удосконалення відомого форсажного пристрою.

Даний винахід відноситься до форсажного кільця для двоконтурного турбореактивного двигуна, в якому потік відпрацьованих газів, що називається первинним контуром, знаходиться під дією більш високої температури, ніж повітряний потік, що називається вторинним контуром, причому кільце має поворотну вісь симетрії, яка збігається з віссю обертання турбореактивного двигуна, і містить, з одного боку, передній кільцевий кожух, що утворює кільцевий канал, відкритий в осьовому напрямі у бік виходу, і, з іншого боку, рампу паливних с форсунок, розташовану у кільцевому каналі, при цьому кільце утворене множиною з'єднаних між собою секторів. (9 кільця, кожний з яких містить сектор переднього кільцевого кожуха, кожний з яких обладнаний впуском палива, з'єднаним з рампою паливних форсунок.

Відповідно до головної відмітної ознаки даного винаходу передня (або зовнішня) поверхня переднього кільцевого кожуха виконана з можливістю контакту з первинним потоком. Крім того, кожний сектор кільця містить со засіб з'єднання, розташований у кільцевому каналі на вході рампи паливних форсунок, призначений для Ге») розміщення, з одного боку, впуску палива і, з іншого боку, вентиляційної камери, виконаної у кільцевому каналі, щонайменше, на частині довжини сектора переднього кільцевого кожуха і на виході рампи паливних с форсунок, при цьому кожний сектор переднього кільцевого кожуха обладнаний впуском вторинного повітря, що «о виходить з вентиляційної камери для охолоджування рампи паливних форсунок. Крім того, сектор переднього кільцевого кожуха розташований на виході рампи паливних форсунок для захисту рампи паливних форсунок. -

Даний винахід відноситься також до форсажного пристрою для двоконтурного турбореактивного двигуна, в якому потік відпрацьованих газів, що називається первинним контуром, знаходиться під впливом більш високої температури, ніж повітряний потік, що називається вторинним контуром, і який містить зовнішній кільцевий « корпус і випускний кільцевий корпус, що знаходиться всередині зовнішнього кільцевого корпусу і на деякій З 70 відстані від нього, і містить внутрішню і зовнішню кільцеві стінки, поворотна вісь симетрії яких збігається з с віссю обертання турбореактивного двигуна, при цьому зовнішня стінка і зовнішній кільцевий корпус формують

Із» канал вторинного контуру, зовнішня кільцева стінка і внутрішня кільцева стінка формують канал первинного контуру, а пристрій додатково містить форсажні стояки.

Відповідно до головної відмітної ознаки даного винаходу зовнішня стінка містить отвори, а пристрій містить визначене вище форсажне кільце, закріплене на зовнішній кільцевій стінці таким чином, що передня 7 поверхня переднього кільцевого кожуха знаходиться у контакті з первинним потоком і впуск вторинного повітря

Ге») кожного сектора переднього кільцевого кожуха збігається з отворами зовнішньої стінки.

Додані фігури ілюструють варіанти виконання даного винаходу, які не носять обмежувального характеру. о Фіг1А зображає двоконтурний турбореактивний двигун у розрізі. (Те) 20 Фіг.18 - частину двоконтурного турбореактивного двигуна, показаного на Фіг.1А, у розрізі.

Фіг.1С - сектор кільцевого пальника у першій фазі збирання відповідно до даного винаходу. со Фіг.2 - сектор кільцевого пальника у другій фазі збирання відповідно до даного винаходу.

Фіг.З - у розрізі по А-А сектор кільцевого пальника, показаний на Фіг.5.

Фіг.4 - сектор кільцевого пальника, обладнаний на кінцях кріпильною насадкою. 29 Фіг.5 - з боку виходу сектор кільцевого пальника, обладнаний на кінцях кріпильною насадкою.

ГФ) Фіг.6 - загальну схему форсажного пристрою, що у даному випадку не містить кільцевого пальника відповідно до даного винаходу. о Фіг.7 - передню частину з'єднувальної насадки.

Фіг.8 - задню частину з'єднувальної насадки. бо Фіг.9 - задню частину з'єднувальної насадки, з'єднаної з вентиляційною камерою.

Фіг.10 - задню частину з'єднувальної насадки.

Креслення в основному містять визначені ключові елементи. У зв'язку з цим вони можуть не тільки допомогти краще зрозуміти опис, але також, у випадку необхідності, доповнити визначення даного винаходу.

На Фіг1А схематично показаний двоконтурний турбореактивний двигун. бо Спочатку повітря всмоктується впускним вентилятором 11, а потім направляється у компресор низького тиску

12. Одна частина стиснутого повітря направляється у компресор високого тиску 14, а інша частина - у частину 18 турбореактивного двигуна. Після камери згоряння 16 відпрацьовані гази направляються у турбіну високого тиску, а потім - у турбіну низького тиску 17 перед тим, як потрапити у випускний корпус 23. Ці відпрацьовані гази з високою температурою відповідають первинному потоку. Потік холодного повітря частини 18 турбореактивного двигуна нагрівається від контакту з каналом 15 гарячого повітря. Нагрітий повітряний потік називається вторинним потоком.

Надалі з посиланням на фіг Л В наводиться докладний опис форсажного пристрою 19. Форсажний пристрій 19 містить зовнішній кільцевий корпус 25 і випускний кільцевий корпус всередині зовнішнього кільцевого 7/0 Корпусу Її на деякій відстані від нього. Обидва корпуси мають одну і ту ж поворотну вісь симетрії, що відповідає осі обертання турбореактивного двигуна. Випускний кільцевий корпус містить внутрішню 29 і зовнішню 27 кільцеві стінки, поворотна вісь симетрії яких збігається з віссю обертання турбореактивного двигуна, причому зовнішня стінка 27 і зовнішній кільцевий корпус 25 формують канал 32 для вторинного потоку після його проходження через частину 18 турбореактивного двигуна, зовнішня кільцева стінка 27 і внутрішня 7/5 Кільцева стінка 29 формують канал 34 для первинного потоку після його проходження через турбіни 17. Отвір 30 у зовнішній кільцевій стінці 27 забезпечує прохід для змішування вторинного потоку з первинним потоком у каналі 34. Механізм впуску палива у канал 34 забезпечує спалахування суміші первинний потік/вторинний потік/лаливо, при цьому полум'я фіксується на стояках 22 утримання полум'я. Як показано на Фіг.1В, стояки закріплені на зовнішньому корпусі і направлені у бік виходу під кутом по відношенню до площини, перпендикулярної до осі обертання. Крім того, у вторинному контурі знаходиться кільцевий пальник 21, що складається з секторів кільця, розташованих між стояками утримання полум'я. Передній кільцевий кожух цього кільцевого пальника захищає від форсажного полум'я і від високотемпературного (930022) первинного потоку рампу паливних форсунок, які вприскують паливо у напрямі виходу для забезпечення допалювання.

Для підвищення ККД форсованого режиму кільцевий пальник розміщують у первинному контурі. Таке с розташування породжує дуже високі термічні напруження на рівні кільцевого пальника. Тому, відповідно до даного винаходу, його виконують таким чином, щоб знизити термічні напруження і підвищити ККД форсованого о режиму.

На Фіг.6 схематично у розрізі показаний форсажний пристрій відповідно до даного винаходу. Даний пристрій містить кільцевий пальник, що містить, з одного боку, передній кільцевий кожух, який утворює кільцевий канал, о зо Відкритий в осьовому напрямі у бік виходу, і, з іншого боку, рампу паливних форсунок 4, розташовану у кільцевому каналі, при цьому кільцевий пальник утворений множиною з'єднаних між собою секторів кільця 20, іа кожний з яких містить сектор 1 переднього кільцевого кожуха, при цьому кожний сектор 1 переднього кільцевого су кожуха обладнаний впуском палива 35, що з'єднується з рампою паливних форсунок 4. Передній кільцевий кожух може, наприклад, являти собою кільцевий двогранний кут, закруглена вершина якого направлена до ее, з5 входу, при цьому внутрішня пластина двогранного кута паралельна до осі обертання, а зовнішня пластина че направлена радіально назовні. Як показано на Фіг.б, зовнішня кільцева стінка 27 у площині, перпендикулярній до осі обертання, містить отвори 36, віддалені один від одного через рівні проміжки по всьому колу зовнішньої кільцевої стінки 27. Отвори 36 обмежені направленою до виходу частиною 28 труби, при цьому дана частина 28 труби з відкритими кінцями виконана формуванням у вигляді єдиної деталі, наприклад, з внутрішньою кільцевою « стінкою 27. Частина 28 труби виконана у напрямі виходу під кутом відносно площини, перпендикулярної до осі шщ с обертання. Кожний сектор переднього кільцевого кожуха кільцевого пальника, зокрема, кожна зовнішня пластина й кожного сектора містить отвір, обмежений частиною 37 труби, виконаною у напрямі входу під кутом відносно "» площини, перпендикулярної до осі обертання. Отвір сектора переднього кільцевого кожуха сполучають з одним з отворів зовнішньої кільцевої стінки 27 і фіксують.

Отвір сектора переднього кільцевого кожуха виконує роль впуску вторинного повітря і впуску палива у -І кільцевий канал, утворений сектором переднього кільцевого кожуха. В іншому варіанті отвори можна виконати таким чином, щоб відділити впуск повітря від впуску палива. Впуск палива, зокрема, здійснюється через трубу

Фо 35, яка проходить через збіжні отвори зовнішньої кільцевої стінки і сектора переднього кільцевого кожуха. ка Труба 35 своїм кінцем сполучається зі з'єднувальною головкою, з'єднаною з рампою паливних форсунок, 5р розташованою у кільцевому каналі, обмеженому сектором переднього кільцевого кожуха. Рампа 4 паливних о форсунок розміщена, щонайменше, на частині сектора 1 переднього кільцевого кожуха і виконана у вигляді о труби з отворами з боку виходу. Для того щоб уникнути надмірних термічних напружень в умовах високої температури, що виникають через положення кільцевого пальника у первинному контурі, необхідно забезпечити вентиляцію і охолоджування кожного сектора кільцевого пальника. Для поліпшення вентиляції переднього

Кільцевого кожуха і рампи паливних форсунок на вході рампи паливних форсунок встановлюють вентиляційну камеру 2, яка живиться від впуску повітря. На Фіг.1С показаний варіант установки вентиляційної камери до іФ) установки рампи паливних форсунок у кільцевому каналі, показаної на Фіг.2. Кожна труба вентиляційної камери ко містить локальні потовщення, які називаються бобишками, для забезпечення наявності міжтрубного простору між сектором переднього кільцевого кожуха і вентиляційною камерою. во Кожний сектор кільцевого пальника містить з'єднувальну насадку З, розташовану у кільцевому каналі на вході рампи паливних форсунок і призначену для установки, з одного боку, впускної паливної трубки і впуску повітря і, з іншого боку, для установки вентиляційної камери у кільцевому каналі, щонайменше, на частині довжини сектора переднього кільцевого кожуха і на вході рампи паливних форсунок. Дана з'єднувальна насадка детально показана на Фіг.7, 8, 9 і 10. 65 З'єднувальна насадка З має форму, що відповідає кільцевому каналу, утвореному переднім кільцевим кожухом, для забезпечення можливості її установки на вході рампи паливних форсунок. Дана насадка містить основну порожнину, виконану з можливістю її установки навпроти отвору сектора переднього кільцевого сектора і з можливістю установки у ній з'єднувальної головки впуску палива і впуску повітря. Основна порожнина з'єднується із заднім отвором 45 для забезпечення можливості з'єднання з'єднувальної головки з рампою паливних форсунок, розташованою перпендикулярно до напряму з'єднувальної головки. Щоб уникнути провертання з'єднувальної головки у порожнині, що з'єднується із заднім отвором, з'єднувальна насадка містить виступ 48, що виконаний в осьовому напрямі і виступає радіально назовні за межі заднього отвору. Крім того, з'єднувальна насадка З містить бічні отвори, тобто протилежні один одному отвори, виконані по колу кільця по обидві сторони основної порожнини впуску повітря. У переважному варіанті виконання вентиляційна камера 7/0 Містить дві порожнисті труби з множиною отворів, виконані з можливістю їх утримання відкритими кінцями в одному з бічних отворів, при цьому їх вільний кінець з'єднується з основною порожниною. Повітря, що надходить через отвір сектора переднього кільцевого кожуха, проходить в основну порожнину, яка утворює повітрозабірник, і направляється у бічному напрямі та в кільцевому напрямі у порожнисті труби вентиляційної камери через їх кінці, встановлені у бічних отворах з'єднувальної насадки.

Для збереження рампи паливних форсунок і вентиляційної камери від зворотного полум'я і випромінювання у кільцевому каналі, обмеженому сектором переднього кільцевого кожуха, на виході рампи встановлюють сектор 5 заднього кільцевого кожуха, що має в осьовому перерізі в основному напівкруглу форму, при цьому кінці даного перерізу утворюють, відповідно, з кінцями пластин сектора переднього кільцевого кожуха канали для палива, що надходить з рампи паливних форсунок. Даний сектор 5 заднього кільцевого кожуха утворює направлений у бік 2о виходу теплозахисний екран кільцевого пальника.

Сектор заднього кільцевого кожуха утворює кільцевий канал, відкритий в осьовому напрямі у бік виходу, і з'єднаний за допомогою кріпильних засобів з сектором переднього кільцевого кожуха. Як кріпильні засоби можуть бути використані заклепки. Як показано на Фіг.3, сектор 5 заднього кільцевого кожуха містить засоби утримання, встановлені в осьовому напрямі на вході цього сектора і призначені для утримання на місці рампи сч ов паливних форсунок, утримання вентиляційної камери на внутрішній стінці сектора переднього кільцевого кожуха і для точкового з'єднання сектора заднього кільцевого кожуха із задньою поверхнею сектора переднього і) кільцевого кожуха. Дані засоби утримання виконані, наприклад, у вигляді лапок 54 (наприклад, по дві лапки на сектор) незначної кільцевої ширини, виконаних шляхом формування у вигляді єдиної деталі із сектором заднього кільцевого кожуха на вході останнього. Лапка 54 показана у розрізі на Фіг.3. Лапка 54 містить внутрішній со зо Виступ 55, виконаний в осьовому напрямі на вході сектора заднього кільцевого кожуха таким чином, щоб після правильної установки сектора заднього кільцевого кожуха у кільцевому каналі, утвореному сектором переднього б» кільцевого кожуха, цей внутрішній виступ 55 притискав одну з труб вентиляційної камери до дна даного с кільцевого каналу. Зовнішній виступ 56 лапки 54 обмежує разом з внутрішнім виступом 55 увігнуту порожнину для установки рампи паливних форсунок і для утримання останньої на визначеній відстані від передньої ісе) з5 поверхні сектора 5 заднього кільцевого кожуха. Таким чином, сектор 5 заднього кільцевого кожуха виконує роль р теплозахисного екрана. На своїх зовнішньому і внутрішньому радіальних кінцях лапка 54 містить також порожнини, що встановлюються навпроти отворів, виконаних у секторі переднього кільцевого кожуха з можливістю установки бобишек б, які проходять через отвори, з упором у порожнині. Дані бобишки 6 приварюються для кріплення між ними переднього і заднього секторів кільцевого кожуха. Можна передбачити й « 40. Інші засоби кріплення переднього і заднього секторів кільцевого кожуха з можливістю демонтажу теплозахисного пт) с екрана для технічного обслуговування кільцевого пальника.

На Фіг.4 і 5 показаний сектор кільцевого пальника, що містить на своїх кінцях бічні кріпильні насадки для ;» з'єднання даного сектора з іншим сектором кожним кінцем. Таким чином, сектори кільця з'єднуються один з одним за допомогою бічних кріпильних насадок, які містять деталь, що має на кінцях, розташованих навпроти

Кінців секторів кільця, пази, в які заходять кінці передніх секторів кільцевого кожуха. Крім того, дані бічні -І кріпильні насадки служать для кріплення секторів кільця до форсажних стояків за допомогою шплінта 8 і шпонки 9.

Ме, Наявність цих бічних кріпильних насадок забезпечує вільне розширення секторів кільця, оскільки кінці

ГІ останніх закріплюються не жорстко. Разом з тим, заклепка 10 дозволяє утримувати весь вузол у нерухомому положенні. і, Даний винахід не обмежується описаними вище варіантами виконання кріпильного пристрою, наведеними с виключно як приклади, і може включати в себе всі варіанти, які можуть бути розроблені фахівцем у межах наведеної нижче формули винаходу.

Claims

Формула винаходу

Ф) ГІ 1. Форсажне кільце для двоконтурного турбореактивного двигуна, в якому температура потоку відпрацьованих газів, що являє собою первинний контур, перевищує температуру повітряного потоку, що являє во собою вторинний контур, при цьому кільце (21) має поворотну вісь симетрії, яка збігається з віссю обертання турбореактивного двигуна, містить, з одного боку, передній кільцевий кожух, що утворює кільцевий канал, відкритий в осьовому напрямі у бік виходу, і, з іншого боку, рампу (4) паливних форсунок, розташовану у кільцевому каналі, і утворене множиною з'єднаних між собою секторів (20) кільця, кожний з яких містить сектор (1) переднього кільцевого кожуха, кожний з яких обладнаний паливним впуском (35), з'єднаним з рампою (4)

де паливних форсунок, яке відрізняється тим, що передня поверхня переднього кільцевого кожуха виконана з можливістю контакту з первинним потоком, причому кожний сектор (20) кільця містить з'єднувальний засіб (3),

розташований у кільцевому каналі на вході рампи (4) паливних форсунок, для установки, з одного боку, паливного впуску (35) і, з іншого боку, вентиляційної камери (2), виконаної у кільцевому каналі щонайменше на частині довжини сектора переднього кільцевого кожуха і на вході рампи (4) паливних форсунок, при цьому Кожний сектор (1) переднього кільцевого кожуха обладнаний впуском вторинного повітря, що виходить з вентиляційної камери (2) для охолодження рампи (4) паливних форсунок, а на виході рампи (4) паливних форсунок передбачений сектор (5) заднього кільцевого кожуха для захисту цієї рампи.
2. Форсажне кільце за п. 1, яке відрізняється тим, що сектор (5) заднього кільцевого кожуха утворює кільцевий канал, відкритий в осьовому напрямі у бік виходу, і з'єднаний за допомогою кріпильних засобів з 7/о сектором (1) переднього кільцевого кожуха.
З. Форсажне кільце за одним з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що сектор (5) заднього кільцевого кожуха містить засоби утримання, розташовані в осьовому напрямі на вході, для утримання на місці рампи (4) паливних форсунок, вентиляційної камери (2) на внутрішній стінці сектора (1) переднього кільцевого кожуха і для з'єднання сектора (5) заднього кільцевого кожуха з внутрішньою стінкою сектора (1) переднього кільцевого /5 кожуха.
4. Форсажне кільце за одним з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що з'єднувальний засіб (3) містить порожнину, яка утворює гніздо для паливного впуску (35) і для впуску вторинного повітря.
5. Форсажне кільце за одним з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що вентиляційна камера (2) містить дві порожнисті труби з множиною отворів, при цьому з'єднувальний засіб (3) містить два отвори, 2о розташовані один навпроти одного по колу по обидва боки від порожнини, яка утворює повітрозабірник, при цьому перша і друга труби утримуються своїм відкритим кінцем в одному з двох отворів, і їх відкритий кінець з'єднаний з порожниною, яка утворює повітрозабірник.
6. Форсажне кільце за одним з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що сектори (20) кільця з'єднані між собою за допомогою бічних кріпильних насадок, що містять деталь з пазами, в які заходять кінці секторів сч ов (5) заднього кільцевого кожуха.
7. Форсажне кільце за одним з попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що кривизна передньої поверхні і) з'єднувального засобу (3) відповідає кривизні задньої поверхні переднього кожуха.
8. Форсажний пристрій для двоконтурного турбореактивного двигуна, в якому температура потоку відпрацьованих газів, що називається первинним контуром, перевищує температуру повітряного потоку, що со зо називається вторинним контуром, який містить зовнішній кільцевий корпус (25) і випускний кільцевий корпус, що розміщений всередині зовнішнього кільцевого корпусу (25) на деякій відстані від нього і містить внутрішню Ме (29) та зовнішню (27) кільцеві стінки, поворотна вісь симетрії яких збігається з віссю обертання с турбореактивного двигуна, при цьому зовнішня стінка і зовнішній кільцевий корпус формують канал вторинного контуру, зовнішня кільцева стінка (27) і внутрішня кільцева стінка (29) формують канал первинного контуру, а ісе) пристрій додатково містить форсажні стояки (22), який відрізняється тим, що зовнішня стінка (27) містить ї- отвори, а пристрій містить форсажне кільце (21) за одним з попередніх пунктів, закріплене на зовнішній кільцевій стінці (27) таким чином, що передня поверхня переднього кільцевого кожуха знаходиться у контакті з первинним потоком і впуск вторинного повітря кожного сектора (1) переднього кільцевого кожуха збігається з отворами зовнішньої стінки (27). «
9. Форсажний пристрій за п.8, який відрізняється тим, що передній кільцевий кожух впирається у спинку пт) с форсажних стояків (22), при цьому сектори (1) переднього кільцевого кожуха з'єднані між собою та зі спинками форсажних стояків (22) за допомогою кріпильних засобів, встановлених на кріпильних насадках, що містять ;» деталь з пазами, в які заходять кінці секторів (5) заднього кільцевого кожуха.
10. Турбореактивний двигун, що містить форсажний пристрій за одним з пп.8 і 9. -І (22) іме) о 50 ІЧ е) Ф) іме) 60 б5