Опорное установочное устройство соединения корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя

Опорное установочное устройство соединения корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Техническое решение относится к опорным установочным устройствам корпусов авиационных и других газотурбинных двигателей, особенно с учетом снижения температурных и монтажных напряжений в опорных конструкциях и корпусах турбин таких двигателей, в частности в устройствах соединения их кожухов и корпусов.

Устройство соединения корпусов, а также узлы опорных конструкций их крепления к соответствующим корпусам, размещенные в тракте второго контура, создают сопротивление газодинамическому потоку, особенно если речь идет о малоразмерных двухконтурных газотурбинных двигателях. Такой двигатель, в частности, представлен в описании к патенту США № 3487636, кл. 60-39.82 (МПК F02C 7/22 фирмы Дженерал Электрик, аналоги - № 1250180, Великобритании и № 1600387 Франции).

В газодинамическом тракте известного двигателя с форсажной камерой представлено соединение корпусов наружного контура и фронтового устройства форсажной камеры, жестко связанных между собой. Мы видим в пространстве между стекателем и наружным корпусом двигателя закрепленную к последнему через внутреннее кольцо обтекаемую стойку 10 с выходом патрубка и далее размещение устройств воспламенения и поддержания пламени.

Конструкция имеет продольную устойчивость, но не предусматривает возможности компенсации радиального и продольного перемещений в результате теплового воздействия.

Известно соединение корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя (см. описание к пат. РФ № 2117796, F02C 7/20, фирмы «А. Люлька-Сатурн»).

Известное устройство содержит наружный и внутренний корпуса. На Фиг.1 можно видеть в концевой части двигателя схематично представленную взаимосвязь внутреннего корпуса с задней опорой турбин.

Внутренний корпус имеет продольные стыковочные выступы с П-образными пазами, куда введены ползуны, связанные шарнирами со штырями, радиально направленными внутрь к оси двигателя.

Штыри имеют в своей верхней части цилиндрические цапфы с наружными шлицами, введенными в ответные внутренние шлицы наружного корпуса.

Цапфы со шлицами эксцентричны относительно радиальных штырей.

Описанное известное устройство может быть использовано в качестве прототипа заявляемого технического решения, но надо учитывать, что это известное решение эффективно в двигателях средних и больших продольных габаритов, где соединение наружного и внутреннего корпусов внешнего контура двухконтурного газотурбинного двигателя организовано за пределами размещения задней опоры двигателя. Тем не менее, упомянутая выше задняя опора турбин может рассматриваться как опорное и установочное устройство для внутреннего корпуса газотурбинного двигателя.

При этом не исключено воздействие на известное устройство значительного перепада температур между холодным наружным и горячим внутренним корпусами на выходе из-за турбины.

Перед авторами стояла задача создать опорное установочное устройство соединения корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя, которое позволило бы получить совокупный технический результат, содержащий несколько логически взаимосвязанных причинно-следственной связью прогрессивных технических результатов, а именно:

- при размещении в полостях обтекаемых стоек функционально важных коммуникаций, в частности откачки и подвода масла к опоре турбины, суфлирования масляных полостей и подвода воздуха к уплотняющим элементам, повышение выходных параметров двигателя за счет уменьшения непроизвольных потерь путем снижения сопротивления потоку воздуха во втором контуре газотурбинного двухконтурного двигателя, в частности, небольших размеров;

- при получении компенсации температурных перепадов взаимосвязанных узлов внутреннего и наружного контуров;

- наряду с вышеперечисленными техническими результатами повышение технологичности сборки-разборки, обслуживания и ремонта за счет усовершенствования соединения корпусов в области размещения опоры турбин двигателя.

Для достижения этой совокупности технических результатов в известном опорном установочном устройстве корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем наружный корпус, взаимосвязанный через стойки с опорой турбины посредством узловых соединений с ползунами в продольных пазах, произведено усовершенствование.

Усовершенствование состоит в том, что указанный наружный корпус выполнен в виде последовательно расположенных передней и задней частей, жестко скрепленных между собой по окружности отдельными кронштейнами. Под и между указанными частями наружного корпуса установлено внутреннее кольцо. При этом узловые соединения с ползунами в продольных пазах взаимосвязаны с указанными кронштейнами и внутренним кольцом, а упомянутые стойки опоры турбины скреплены с указанным кольцом.

Указанные отдельные кронштейны прикреплены к наружным радиальным фланцам, дополнительно выполненным на упомянутых передней и задней частях наружного корпуса.

Кроме того, в указанном внутреннем кольце в местах крепления упомянутых стоек опоры турбин выполнены отверстия, сообщенные с полостями этих стоек. При этом в пространство между упомянутыми фланцами и кронштейнами через полости указанных стоек и указанные отверстия дополнительно выведены трубопроводы обеспечения работоспособности опоры турбины.

Таким образом, узлы соединения корпусов и фланцы крепления трубопроводов располагаются за пределами второго контура и не затеняют тракт.

Для предотвращения утечки рабочего тела между указанными передней и задней частями наружного корпуса и внутренним кольцом по его периметру смонтированы уплотнения.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на:

- фиг.1 дана схема газотурбинного двухконтурного двигателя с заявляемым опорным установочным устройством соединения его корпусов;

- фиг.2 показан увеличенный фрагмент А (см. фиг.1) опорного установочного устройства корпусов газотурбинного двигателя;

- фиг.3 представлен вид Б фиг.2 на опорное установочное устройство корпусов газотурбинного двигателя с выводом из отдельных стоек трубопроводов обеспечения опоры турбины;

- фиг.4 дано продольное сечение В-В фиг.3 одной из профилированных стоек с трубопроводом обеспечения опоры турбины газотурбинного двигателя;

- фиг.5 показано поперечное сечение Г-Г фиг.4 профилированной стойки с трубопроводом обеспечения опоры турбины газотурбинного двигателя;

- фиг.6 показано продольное сечение Д-Д фиг.3 в местах размещения узловых соединений с ползунами между частями наружного корпуса заявляемого опорного установочного устройства газотурбинного двигателя;

- фиг.7 дано поперечное сечение Е-Е фиг.6 соединения кронштейнами частей наружного корпуса газотурбинного двигателя в местах размещения узловых соединений с ползунами.

Двухконтурный газотурбинный двигатель, схема которого дана на фиг.1, содержит проточные тракты, 1 - первого контура и 2 - второго контура.

Проточный тракт второго контура 2 сформирован внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 4 со взаимосвязанными между собой передней частью 5 и задней частью 6 упомянутого наружного корпуса 4. Тракт 2 второго контура пересекают только профилированные обтекаемые стойки 7 опоры турбины 8.

Стойки 7 скреплены с внутренним корпусом 3 и кольцом 9, размещенным между и под передней 5 и задней 6 частями наружного корпуса 4 (фиг.2).

Для предотвращения утечек из проточного тракта второго контура 2 между кольцом 9, фланцем 10 передней части 5 и фланцем 11 задней части 6 наружного корпуса 4 расположены кольцевые уплотнения 12 по периметру кольца 9.

Фланец 10 передней части 5 наружного корпуса 4 и фланец11 задней его части 6 соединены между собой отдельными кронштейнами 13 посредством резьбовых соединений - болтов 14 с гайками 15.

Внутри стоек 7 размещены трубопроводы 16, 17 (фиг.3), обеспечивающие работоспособность опоры турбины 8. Это могут быть трубопроводы откачки и подвода масла к опоре турбины 8, подвода воздуха к уплотняющим элементам, суфлирования масляной полости. Крепления каждого из упомянутых трубопроводов на указанном кольце 9 обеспечены с помощью дополнительных фланцев 18 между кронштейнами 13 (фиг.4).

На этом же кольце 9, связанном со стойками 7 опоры турбины 8, закреплены, по меньшей мере, двумя болтами 19 кронштейны 20 с пазами 21 (фиг.7), в которые введены ползуны 22. Ползуны 22, в свою очередь, болтами 23 взаимосвязаны с упомянутыми ранее кронштейнами 13 соединения частей наружного корпуса 4.

При этом ползуны 22 размещены в пазах 21 с радиальным зазором 24.

Во время работы двигателя инерционные усилия и крутящий момент от внутреннего корпуса 3 через стойки 7 передаются на указанное кольцо 9 опоры турбины 8 и далее посредством кронштейнов 20 с пазами 21 и ползунов 22, входящих в эти пазы, на кронштейны 13 наружного корпуса 4.

Развязка корпусов в осевом и радиальном направлениях обеспечена компенсацией тепловых расширений и осевых перемещений корпусов внутреннего 3 и наружного 4 за счет снятия ограничений как в осевом направлении в соединении паза 21 и ползуна 22, так и в радиальном за счет радиального зазора 24.

В заявляемом опорном установочном устройстве соединения корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя предусмотрены на наружной поверхности двигателя, где температура существенно ниже, а это увеличивает ресурс всех остальных частей конструкции.

Кроме того, в случае необходимости предлагаемая конструкция позволяет без разборки двигателя обеспечить доступ к обслуживанию и замене деталей.

Предлагаемое устройство при полной кинематической развязке корпусов в осевом и радиальном направлениях обеспечивает минимальное сопротивление потоку воздуха, протекающему через второй контур газотурбинного двигателя, обеспечивая повышение его газодинамических параметров.

1. Опорное установочное устройство соединения корпусов двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащее наружный корпус, взаимосвязанный через стойки с опорой турбины посредством узловых соединений с ползунами в продольных пазах,отличающееся тем, чтоуказанный наружный корпус выполнен в виде последовательно расположенных передней и задней частей, жестко скрепленных между собой, размещенными по окружности, отдельными кронштейнами, причем под и между указанными частями наружного корпуса дополнительно установлено внутреннее кольцо, при этом узловые соединения с ползунами в продольных пазах взаимосвязаны с указанными кронштейнами и внутренним кольцом, а упомянутые стойки опоры турбины скреплены с указанным внутренним кольцом.

2. Опорное установочное устройство по п.1,отличающееся тем, что указанные отдельные кронштейны прикреплены к наружным радиальным фланцам, дополнительно выполненным на упомянутых передней и задней частях наружного корпуса, а в указанном внутреннем кольце в местах крепления упомянутых стоек опоры турбины выполнены отверстия, сообщенные с полостями указанных стоек, при этом в пространство между упомянутыми фланцами и кронштейнами через полости указанных стоек и указанные отверстия дополнительно выведены трубопроводы обеспечения работоспособности опоры турбины.

3. Опорное установочное устройство по п.2,отличающееся тем, что между указанными передней и задней частями наружного корпуса и упомянутым внутренним кольцом установлены уплотнения по периметру последнего.