КОМПЕНСАТОР ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО КОРПУСОВ ТУРБОМАШИНЫ
COMPENSATOR OF RELATIVE DISPLACEMENT OF INTERNAL AND EXTERNAL TURBOMACHINE CASINGS

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции компенсаторов относительных перемещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашин.
В качестве наиболее близкого аналога выбран сильфонный компенсатор, который может быть использован в качестве компенсатора относительных перемещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашины, содержащий полый корпус, проходящий сквозь внутренний и внешний корпуса и жестко закрепленный на внутреннем корпусе (Основы конструирования, производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий: в 3 кн. / Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 2011. Кн. 1: Конструкция и прочность ГТД и ЭУ. - 2011. - 1087 с, см. стр. 837, рис. 19.5).
Недостатками известного компенсатора являются значительные масса и габариты, последнее особенно важно в случае установки компенсатора в потоке (воздуха, продуктов сгорания и др.), вследствие чего создается дополнительное сопротивление потоку между корпусами. Известный компенсатор вследствие его конструктивных особенностей в большей степени предназначен для компенсирования относительного смещения корпусов, вызывающее его растяжение, сжатие, изгиб и в меньшей степени предназначен для компенсирования сдвиговых перемещений. Для расширения диапазона относительных сдвиговых перемещений корпусов необходимо увеличивать габариты и массу известного компенсатора. Следует отметить, что подобные перемещения являются основными при компенсации относительных смещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашины.
Задачей заявленного изобретения является создание компенсатора относительных перемещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашины, лишенного вышеприведенных недостатков.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является снижение массы компенсатора, снижение габаритов и увеличение диапазона сдвиговых перемещений корпусов относительно друг друга при сохранении достаточной герметичности в месте подвижного соединения во всем процессе жизненного цикла турбомашины.
Указанные технические эффекты достигаются тем, что компенсатор относительных перемещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашины, содержащий полый элемент, проходящий сквозь внутренний и внешний корпуса, жестко закрепленный на внутреннем корпусе, согласно настоящему изобретению полый элемент выполнен жестким, а на его наружной поверхности, со стороны внешнего корпуса, жестко закреплена упругая пластина со сквозным отверстием под него в центральной части, при этом упругая пластина является образующей проточной части турбомашины и заключена по периметру в обод, расположенный в полости, нижняя и боковые стенки которой образованы поверхностями внешнего корпуса, а сверху полость ограничена крышкой, закрепленной на внешнем корпусе, кроме того, обод установлен с возможностью смещения в плоскости упругой пластины.
Такое конструктивное исполнение позволяет за счет возможности обода смещаться в плоскости упругой пластины и тем самым компенсировать основное сдвиговое перемещение внутреннего корпуса относительно внешнего корпуса. Смещения корпусов в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, и перекосы полого элемента компенсатора относительно плоскости упругой пластины компенсируются ее упругими свойствами. При этом обод выполняет функцию уплотнения, способного удерживать с незначительными утечками перепад давления по внешнему корпусу. Также за счет исключения внешнего корпуса компенсатора, коим в известной конструкции являлся гофр сильфона, являющийся упругим элементом, компенсирующим относительные перемещения корпусов, из проточной части турбомашины удалось снизить в заявленном изобретении габариты, создающие сопротивление потоку, проходящему между корпусами, и его массу. В заявленном изобретении компенсирующий элемент, а именно упругая пластина, является образующей проточной части турбомашины, а в потоке располагается только полый элемент компенсатора, который является неотъемлемой частью коммуникаций, проходящих во внутренний корпус.
При этом жесткое соединение элементов позволяет сохранить герметичность в местах соединений этих элементов в течение всего жизненного цикла турбомашины (в процессе выработки ресурса), при смещениях корпусов друг относительно друга, а наличие боковых стенок полости, образованных поверхностями внешнего корпуса, позволяет оптимизировать массу и габариты заявленного устройства за счет отсутствия необходимости включения в конструкцию дополнительных элементов (в частности, боковых стенок полости).
На фиг. 1 представлен продольный разрез заявленного компенсатора перемещений внутреннего корпуса относительно внешнего корпуса турбомашины.
На фиг. 2 представлен вид A.
Компенсатор относительных перемещений внутреннего и внешнего корпусов турбомашины, содержащий полый элемент 1, проходящий сквозь внутренний и внешний корпуса 2, 3, жестко закрепленный на внутреннем корпусе 2, например, болтовым соединением, при этом полый элемент 1 выполнен жестким, а на его наружной поверхности, со стороны внешнего корпуса 3, жестко закреплена упругая пластина 4 со сквозным отверстием под него в центральной части, при этом упругая пластина 4 является образующей проточной части турбомашины и заключена по периметру в обод 5, расположенный в полости 6, нижняя и боковые стенки которой образованы поверхностями внешнего корпуса 3, а сверху полость 6 ограничена крышкой 7, закрепленной на внешнем корпусе 3, кроме того, обод 5 установлен с возможностью смещения в плоскости упругой пластины 4.
Сборка заявленного изобретения осуществляется в следующей последовательности:
На внутренний корпус 2 устанавливается полый элемент 1 и жестко фиксируется болтовым соединением. Со стороны наружного корпуса на него надевается упругая пластина 4 с ободом 5, при этом обод 5 помещается в полость 6 внешнего корпуса 3. После чего упругая пластина 4 жестко закрепляется на полом элементе 1 при помощи болтового соединения. Далее на внешний корпус 3 болтами жестко крепится крышка 7, ограничивая с внешней стороны полость 6.
При работе турбомашины в результате действия эксплуатационных нагрузок и неравномерного нагрева происходит относительное смещение корпусов, в частности внутреннего корпуса 2 относительно внешнего корпуса 3. Подобное поведение корпусов 2, 3 турбомашины в процессе работы требует компенсации относительных перемещений для сохранения работоспособности коммуникаций, подводимых во внутренний корпус 2. Наиболее значимым является осевое смещение корпусов 2, 3, в результате которого внутренний корпус 2 с жестко закрепленным на нем полым элементом 1 компенсатора, с упругой пластиной 4, заключенной в обод 5, смещается относительно внешнего корпуса 3. Данное перемещение, а также любое другое относительное перемещение в плоскости упругой пластины 4 компенсируются возможностью смещения в плоскости упругой пластины 4 обода 5 в полости 6, образованной поверхностями внешнего корпуса 3 и крышки 7. Меньшие относительные перемещения внутреннего корпуса 2 относительно внешнего корпуса 3 в направлении, перпендикулярном плоскости пластины 4, а также перекосы полого корпуса относительно плоскости упругой пластины 4 компенсируются ее упругими свойствами. При этом под действием перепада давления упругая пластина 4 прижимает обод 5 к крышке 7, обеспечивая герметичность подвижного соединения, т.е. обод 5 дополнительно выполняет функцию уплотнения.