УПЛОТНЕНИЕ СТВОРОК РЕГУЛИРУЕМОГО РЕАКТИВНОГО СОПЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к уплотнениям створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, и может быть использована в авиационных газотурбинных двигателях.
Известно уплотнение створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, содержащее выполненное из композиционного материала основание, закрепленный на поверхности основания продольный выступ и прикрепленные к выступу металлические элементы для закрепления уплотнения на створках при помощи крепежных деталей, расположенных в соответствующих отверстиях, выполненных в выступе и элементах для закрепления уплотнения на створках (см. патент EP №2096291, Кл. F02K 1/12, опубл. 02.09.2009).
Недостатки известного уплотнения - значительная масса, недостаточная надежность при работе двигателя из-за неэффективного обеспечения компенсации температурных расширений в соединении металл-неметалл, сложность крепления выступа к основанию уплотнения и металлических элементов для закрепления уплотнения на створках к выступу.
Технический результат заявленной полезной модели - снижение массы и повышение надежности сопла.
Указанный технический результат достигается тем, что в уплотнении створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, содержащем основание из композиционного материала с выступом и соединенные с последним металлические средства крепления уплотнения к створкам, согласно полезной модели, выступ также выполнен из композиционного материала и с отверстиями под крепежные детали, а средства крепления уплотнения к створкам соединены с выступом основания через металлические опорные элементы, каждый из которых выполнен с внутренним пазом и отверстиями под крепежные детали и скреплен с выступом основания, при этом одно из отверстий в выступе основания и/или в каждом металлическом опорном элементе имеет геометрические размеры и/или форму, отличную от остальных отверстий.
Указанная совокупность признаков является существенной, так как позволяет компенсировать температурные расширения в соединяемых деталях (уплотнение и створки) с различными коэффициентами теплового расширения (композиционный материал - например, УККМ C/SiBCO и металл, например, ВЖ-98).
На фиг. 1 изображено уплотнение с металлическими опорными элементами,
на фиг. 2 - уплотнение в сборе с одной из створок.
Уплотнение створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя содержит основание 1 с продольным выступом 2 на его поверхности, выполненные из композиционного материала, например, УККМ С/SiBCO, и металлическими опорными элементами 3. Каждый элемент 3 выполнен с внутренним продольным пазом 4, отверстиями 5 под крепежные детали (не показаны) и средствами крепления, например, в виде проушин 6. К проушинам 6 крепят металлические средства крепления уплотнения, например, ограничитель 7 и зацеп 8, к створкам 9 сопла. Ограничитель 7 и зацеп 8 закреплены на металлических опорных элементах 3 при помощи известных крепежных средств и обеспечивают зацепление со створками 9 сопла. Для крепления к дозвуковым (сходящимся) уплотнениям дозвуковых (сходящихся) створок используют опорный металлический элемент 10 со сферой 11 и отверстиями 12 под крепежные детали.
Количество отверстий 5 в каждом элементе 3 - не менее двух. В выступе 2 также выполнены отверстия (не показаны). Отверстия в выступе 2 выполняют на участках крепления к нему опорных элементов 3, и их количество равно количеству отверстий 5 в каждом металлическом опорном элементе 3. Металлические опорные элементы 3 и выступ 2 закреплены между собой путем размещения выступа 2 основания в пазу 4 и расположения крепежных деталей, например, металлических пальцев (не показаны), в соответствующих отверстиях опорного элемента 3 и выступа 2.
Для обеспечения прочного соединения и эффективности учета линейных температурных расширений выступа 2 из композитного материала и металлического опорного элемента 3 и обеспечения условия, что соединяемые детали не должны иметь относительное смещение от эксплуатационных нагрузок, возможно одно из отверстий выступа 2 выполнять по форме и/или геометрическим размерам, отличным от формы и/или геометрических размеров остальных отверстий, например, одно отверстие в выступе круглое, остальные овальные, и геометрические размеры круглого отверстия меньше, чем размеры остальных отверстий. Выполнение отверстия, отличного от других, позволяет обеспечить отсутствие смещения соединяемых деталей друг относительно друга при эксплуатации, при этом размеры и форма отверстия и размеры и тип крепежного элемента выбирают с учетом обеспечения необходимых зазоров - монтажного и компенсирующего температурные расширения. Форму и размеры остальных отверстий выбирают с учетом недопущения поломок, возникающих из-за разности коэффициентов линейного температурных расширений. При этом форма и/или геометрические размеры отверстий 5 в опорном элементе 3 могут или совпадать, или отличаться от формы и размеров отверстий выступа 2. Также отверстия 5 в опорном элементе 3 могут быть выполнены как одинаковыми по форме и/или геометрическим размерам, так и одно из отверстий может отличаться от остальных отверстий. При этом, форма поперечного сечения отверстий может быть не только круглой или овальной, но и иной, например, квадратной, шестиугольной, эллипсоидной и пр. Выбор формы и геометрических размеров отверстий определяют в каждом конкретном случае в зависимости от рабочих температур, формой (типом) крепежных элементов и с учетом обеспечения свободы линейных температурных расширений металла и неметалла. По табличным данным выбирают монтажный зазор и рассчитывают коэффициенты температурных линейных расширений, по которым устанавливают форму и размеры отверстий, их количество, рассчитывают допустимые зазоры между стержнями крепежных деталей и отверстиями при работе двигателя.
Уплотнение соединяют со створками следующим образом.
В металлических опорных элементах 3 выполняют (например, высверливают) на боковой поверхности сквозные отверстия круглой формы в поперечном сечении, например, по три отверстия в каждом металлическом опорном элементе 3, и одно из них круглое, остальные два овальные. На выступе 2, выполненного из материала УККМ С/SiBCO и имеющего коэффициент температурного расширения меньший, чем у металла, в зоне расположения опорных элементов 3 также выполняют три сквозные отверстия: одно круглое, остальные овальные. Затем размещают опорные элементы 3 на выступе 2, устанавливая выступ 2 основания 1 в пазу 4 опорного элемента 3, совмещают отверстия (не показаны) на выступе 2 и отверстия 5 на опорном элементе 3 и устанавливают в отверстиях крепежные детали - металлические пальцы. После этого на металлических опорных элементах 3 закрепляют ограничители 7 и зацепы 8, например, путем размещения крепежных деталей, например осей, в проушинах 6 опорных элементов 3 и проушинах ограничителей 7 и зацепов 8, и на них крепят створки известным способом по одной с каждой стороны основания 1 уплотнения. Для крепления к дозвуковым (сходящимся) уплотнениям дозвуковых (сходящихся) створок используют опорный металлический элемент 10 со сферой 11. Опорный элемент 11 крепят на выступе 2 так же, как и опорные элементы 3. Выбор отверстий (количество, форму, геометрические размеры) осуществляют так же, как и для опорного элемента 3. Дополнительно для компенсации температурных расширений на поверхности ребра под опорным элементом 3 можно расположить пластину изогнутой формы с пружинными свойствами, например z-образной формы, выполненную из металла.
При работе двигателя на форсажных режимах осуществляют раскрытие створок 9 сопла, и уплотнения, прижимаясь к створкам, обеспечивают герметичность канала для истечения потока из сопла.
Использование предложенного уплотнения позволяет уменьшить массу сопла и повысить рабочую температуру за счет использованию уплотнения из композиционного материала при сохранении надежности сопла путем обеспечения компенсации температурных расширений в соединении неметалл-металл (уплотнение - створка).