Держатель трубы для отвода воздуха в турбогенераторе

Держатель трубы для отвода воздуха в турбогенераторе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к держателю трубы для отвода насыщенного маслом воздуха турбогенератора.

Турбогенератор, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, обычно содержит сверху вниз в направлении истечения газов воздуходувку, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, турбину низкого давления и выпускную трубу для газов. Каждой ступени компрессора соответствует ступень турбины, при этом они соединены валом таким образом, что образуют корпус, в частности корпус низкого давления и корпус высокого давления.

Вал корпуса низкого давления может быть полым и может содержать трубу, называемую обычно «центральный продувочный патрубок» или «CVT». Эта труба содержит расположенную выше по потоку часть, подвижную при вращении, продолженную неподвижной расположенной ниже по потоку частью, и обеспечивает отвод насыщенного маслом воздуха, исходящего из некоторых полостей турбогенератора.

Расположенная ниже по потоку часть этой трубы пересекает реактивное сопло, с которым она соединена держателем, содержащим внутреннюю кольцевую часть с общим сечением омега-образного профиля, окружающую трубу, и коническую часть, закрепленную на реактивном сопле и на кольцевой внутренней части. Коническая часть содержит проходные отверстия расхода охлаждающего воздуха, пересекающие реактивное сопло. Кроме того, коническая часть держателя прикреплена к кольцевой внутренней части посредством винтов.

Реактивное сопло подвержено температурам, находящимся в диапазоне от 650°С до 680°С, в то время как труба может находиться при температуре в диапазоне от 450°С до 480°С. Эта важная разница температур (240°С) создает явления термического расширения, напряжения и смещения, которые держатель должен поглощать, полностью сохраняя свои качества жесткости.

Чтобы достичь такого компромисса существующий держатель является относительно тяжелым, что увеличивает общую массу турбогенератора, и, кроме того, является дорогостоящим.

Задачей изобретения является, в частности, разработка простого, эффективного и экономичного решения этой проблемы.

Для решения задачи в изобретении предложен держатель, предназначенный удерживать трубу отвода насыщенного маслом воздуха турбогенератора, содержащий кольцевую в радиальном направлении внутреннюю часть, выполненную с возможностью монтажа вокруг упомянутой трубы, отличающийся тем, что держатель содержит лопатки, продолжающиеся по направлению наружу от кольцевой части, при этом упомянутые лопатки наклонены по отношению к осевому направлению кольцевой части и по отношению к радиальной плоскости, при этом наружная в радиальном направлении периферия лопаток выполнена с возможностью закрепления на реактивном сопле турбогенератора.

Подобный держатель имеет относительно небольшой вес, является недорогим, обеспечивает прохождение воздуха через реактивное сопло и надлежащим образом выдерживает эффекты термического расширения, которые могут возникать при работе, полностью обеспечивая свою функцию опоры трубы.

Для сравнения, подобный держатель приблизительно в пять-шесть раз более легкий, чем существующий держатель.

Согласно аспекту изобретения внутренняя кольцевая часть содержит внутреннее цилиндрическое кольцо, начиная с которого кольцевая манжета в форме усеченного конуса продолжается в радиальном направлении наружу, при этом каждая лопатка продолжается наружу в продолжение упомянутой манжеты.

Длина внутреннего цилиндрического кольца предпочтительно меньше или равна 0,4 его внутреннего диаметра.

Таким образом, внутреннее цилиндрическое кольцо является короткой направляющей, создавая, в некоторой степени, шарнирную связь между трубой и держателем.

Согласно другому аспекту изобретения каждая лопатка содержит внутреннюю периферию, связанную с кольцевой частью, и наружную периферию, содержащую зону крепления к реактивному соплу, образующую угол с остальной частью лопатки.

Каждая зона крепления предпочтительно имеет форму участка конуса, дополнительного к реактивному соплу.

Кроме того, лопатки и внутренняя кольцевая часть могут быть выполнены из сверхсплава на основе никеля, например из INCONEL 625 или из INCONEL 718.

В качестве примера, число лопаток составляет от 3 до 14.

Изобретение относится также к узлу для турбогенератора, содержащему выпускную трубу для насыщенного маслом воздуха турбогенератора, при этом упомянутая труба содержит расположенную выше по потоку подвижную часть, подвижную при вращении, и расположенную ниже по потоку неподвижную часть, при этом расположенная ниже по потоку упомянутая часть пересекает реактивное сопло и продолжается по оси упомянутого реактивного сопла, упомянутая расположенная ниже по потоку часть окружена внутренней кольцевой частью держателя вышеназванного типа таким образом, что упомянутая расположенная ниже по потоку часть смонтирована в осевом направлении свободной при вращении и при поступательном перемещении в упомянутой внутренней кольцевой части, при этом лопатки держателя, кроме того, закреплены на реактивном сопле своей наружной периферией.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения реактивное сопло содержит по меньшей мере кольцевой элемент жесткости, при этом наружная периферия каждой лопатки прикреплена к элементу жесткости.

Изобретение относится, наконец, к турбогенератору, отличающемуся тем, что он содержит описанный выше узел.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительного варианта его осуществления, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой вид в изометрии в осевом разрезе одной части существующего турбогенератора;

- фиг. 2 представляет собой вид осевого разреза, иллюстрирующий установку существующего держателя между реактивным соплом и выпускной трубой для насыщенного маслом воздуха;

- фиг. 3 представляет собой вид в изометрии сборки по фиг. 2;

- фиг. 4 представляет собой вид в изометрии держателя согласно первому варианту осуществления изобретения;

- фиг. 5 представляет собой вид сбоку держателя по фиг. 4;

- фиг. 6 представляет собой вид в изометрии манжеты в виде усеченного конуса и лопаток держателя по фиг. 4;

- фиг. 7 представляет собой вид в изометрии цилиндрического кольца держателя по фиг. 4;

- фиг. 8 представляет собой вид в изометрии частичного выреза части турбогенератора, содержащего держатель по фиг. 4;

- фиг. 9 представляет собой вид в изометрии частичного разреза части турбогенератора, содержащего держатель по второму варианту осуществления изобретения;

- фиг. 10 представляет собой подробный вид части фиг. 9.

Расположенная ниже по потоку часть современного турбогенератора представлена на фиг. 1 и содержит реактивное сопло 1, закрепленное на выходе картера 2 выхлопа газов, который сам расположен на выходе турбины низкого давления (не представлена). Реактивное сопло 1 содержит осевое отверстие 3 на своем расположенном ниже по потоку конце.

Турбогенератор содержит также трубу 4, обычно называемую «центральный продувочный патрубок» или «CVT», которая содержит расположенную выше по потоку часть, подвижную при вращении (не видима), продолженную расположенной ниже по потоку неподвижной частью 4а, и которая обеспечивает отвод насыщенного маслом воздуха, исходящего из некоторых полостей турбогенератора.

Расположенная ниже по потоку часть 4а этой трубы 4 пересекает реактивное сопло 1 и выходит вниз по потоку от реактивного сопла через отверстие 3. Упомянутая расположенная ниже по потоку часть 4а соединена с реактивным соплом 1 посредством держателя 5. Держатель виден на фиг. 2 и содержит внутреннюю кольцевую часть 6 с общим сечением омега-образной формы, окружающую трубу 4, и коническую часть 7, прикрепленную к реактивному соплу 1 и к внутренней кольцевой части 6. Коническая часть 7 содержит отверстия 8, позволяющие прохождение расхода охлаждающего воздуха и пересекающие реактивное сопло 1. Кроме того, коническая часть 7 держателя 5 прикреплена к внутренней кольцевой части 6 посредством винтов (не представлены).

Как указано ранее, такой держатель 5 является относительно тяжелым и дорогим.

С целью устранения этих недостатков в изобретении предложено соединить расположенную ниже по потоку часть 4а трубы 4 с реактивным соплом 1 посредством держателя 5, проиллюстрированного на фиг. 4-8. Этот держатель 5 выполнен путем сборки цилиндрического кольца 9, выполненного с возможностью монтажа вокруг упомянутой трубы 4, и манжеты 10 в форме усеченного конуса, от которой продолжаются лопатки 11. Длина цилиндрического кольца 9 меньше или равна 0,4 его внутреннего диаметра. Таким образом, цилиндрическое кольцо 9 является короткой направляющей, образуя, в некоторой степени, шарнирную связь между трубой 4 и держателем 5. Манжета 10 в форме усеченного конуса закреплена в средней зоне цилиндрического кольца 9. Труба 4 также смонтирована свободной при вращении и при осевом поступательном движении в кольце 9. Эти разные степени свободы позволяют, в частности, компенсировать возможные деформации при работе, обусловленные, например, механическими и тепловыми напряжениями. Кольцо 9 может также содержать скошенные фаски, повернутые в радиальном направлении к внутреннему пространству, на уровне своих концов таким образом, чтобы не повредить трубу 4 во время монтажа держателя 5.

Узел, представленный на фиг. 6, образующий манжету 10 в форме усеченного конуса, так же как лопатки 11 может быть получен путем разрезания и сгибания листа, перед тем как быть прикрепленным, например, путем пайки к внутреннему цилиндрическому кольцу 9, представленному на фиг. 7.

Каждая лопатка 11 проходит в продолжение манжеты 10 наружу от нее и содержит внутреннюю периферию, соединенную с манжетой 10, также как наружную периферию, содержащую зону 12 крепления к реактивному соплу 1, образуя угол β с остальной частью лопатки 11. Каждая зона 12 крепления предпочтительно имеет форму участка конуса и является дополнительной частью внутренней поверхности реактивного сопла 1. Число лопаток 11 составляет, например, от 3 до 14.

Угол α манжеты 10 и лопаток 11 по отношению к оси А держателя 5 не является прямым. Угол α наклона лопаток 11 позволяет надлежащим образом выдерживать явления термических расширений, которые могут возникать при работе, полностью обеспечивая функцию опоры трубы 4.

Лопатки 11, манжета 10 в форме усеченного конуса и цилиндрическое кольцо 9 изготовлены из сверхсплава на основе никеля, например из INCONEL 625 (NiCr22Mo9Nb) или из INCONEL 718.

Такой держатель 5 является относительно легким, обеспечивает прохождение охлаждающего воздуха между разными лопатками 11 и является недорогим. В качестве сравнения, подобный держатель 5 приблизительно в пять-шесть раз легче, чем существующий держатель, проиллюстрированный на фиг. 2.

На фиг. 9 и 10 проиллюстрирован вариант осуществления настоящего изобретения, в котором внутренняя стенка реактивного сопла 1 содержит кольцевые элементы жесткости, продолжающиеся в радиальном направлении внутрь. Каждый элемент жесткости имеет секцию в форме L, одно ответвление 13а которой прикреплено, например, путем сварки к внутренней стенке сопла 1, при этом другое ответвление 13b содержит отверстия 14 (фиг. 10).

Как указано ранее, держатель 5 выполнен путем сборки цилиндрического кольца 9, выполненного с возможностью монтажа вокруг упомянутой трубы 4, и манжеты 10 в форме усеченного конуса, от которой продолжаются лопатки 11. Держатель 5 на фиг. 9 и 10 отличается от держателя, представленного на фиг. 4-8, тем, что наружная периферия каждой лопатки в радиальном направлении содержит зону крепления 12, параллельную крылу 13b элемента жесткости, расположенного более ниже по потоку, и прикрепленную к расположенной выше по потоку стенке этого крыла 13b. Каждая зона 12 крепления содержит отверстие 15, расположенное напротив отверстия 14, соответственно.

Эти отверстия 14, 15 обеспечивают прохождение к элементу жесткости 13 винтов крепления держателя 5, предназначенных взаимодействовать, например, с клепаными гайками в отверстиях 15 лопаток 11 держателя 5 или в отверстиях 14 элемента 13 жесткости.

1. Держатель (5), выполненный с возможностью удержания трубы (4) для отвода насыщенного маслом воздуха турбогенератора, содержащий внутреннюю кольцевую в радиальном направлении часть (9, 10), выполненную с возможностью монтажа вокруг упомянутой трубы (4), отличающийся тем, что держатель содержит лопатки (11), продолжающиеся по направлению наружу от кольцевой части (9, 10), при этом упомянутые лопатки наклонены по отношению к осевому направлению (А) кольцевой части (9, 10) и по отношению к радиальной плоскости, при этом наружная в радиальном направлении периферия (12) лопаток (11) выполнена с возможностью закрепления на реактивном сопле (1) турбогенератора.

2. Держатель (5) по п.1, отличающийся тем, что внутренняя кольцевая часть содержит внутреннее цилиндрическое кольцо (9), от которого кольцевая манжета (10) в форме усеченного конуса продолжается в радиальном направлении наружу, при этом каждая лопатка (11) продолжается наружу в продолжение упомянутой манжеты (10).

3. Держатель (5) по п.2, отличающийся тем, что длина внутреннего цилиндрического кольца (9) меньше или равна 0,4 размера его внутреннего диаметра.

4. Держатель (5) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждая лопатка (11) содержит внутреннюю периферию, связанную с кольцевой частью (9, 10), и наружную периферию, содержащую зону (12) крепления к реактивному соплу (1), образуя угол с остальной частью лопатки (11).

5. Держатель (5) по п.4, отличающийся тем, что каждая зона крепления (12) имеет форму участка конуса.

6. Держатель (5) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что лопатки (11) и внутренняя кольцевая часть (9, 10) выполнены из сверхсплава на основе никеля, например, из INCONEL 625 или из INCONEL 718.

7. Держатель (5) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что число лопаток (11) составляет от 3 до 14.

8. Узел турбогенератора, содержащий трубу (4) для отвода насыщенного маслом воздуха турбогенератора, при этом упомянутая труба (4) содержит расположенную выше по потоку часть, подвижную при вращении, и расположенную ниже по потоку часть (4а), при этом упомянутая расположенная ниже по потоку часть (4а) пересекает реактивное сопло (1) и продолжается по оси (А) упомянутого реактивного сопла (1), причем упомянутая расположенная ниже по потоку часть (4а) окружена внутренней кольцевой частью (9, 10) держателя (5) по любому из пп.1-7 таким образом, что упомянутая расположенная ниже по потоку часть (4а) смонтирована свободной в осевом направлении при вращении и при поступательном перемещении в упомянутой внутренней кольцевой части (9, 10), при этом лопатки (11) держателя (5), кроме того, закреплены на реактивном сопле (1) своей наружной периферией (12).

9. Узел по п.8, отличающийся тем, что реактивное сопло содержит по меньшей мере кольцевой элемент жесткости (13), при этом наружная периферия (12) каждой лопатки (11) прикреплена к элементу жесткости (13).

10. Турбогенератор, отличающийся тем, что содержит узел по п.8 или 9.