КРЕПЛЕНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к форсажным камерам со стабилизацией пламени с помощью плохообтекаемых тел (СПОТ), и может быть использована в форсажных камерах авиационных газотурбинных двигателей при креплении стабилизаторов пламени.
Известно крепление кольцевых стабилизаторов пламени форсажной камеры авиационного газотурбинного двигателя, содержащее расположенную между кольцевыми стабилизаторами опорную металлическую деталь, выполняющую функцию радиального стабилизатора, в форме желоба и с выступом, снабженным двумя проушинами, к каждой из которых крепят один кольцевой стабилизатор (см. Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей: Учеб. пособие/ Ю.С. Елисеев и др. - М.: Высш. Шк., 2002. - 355 с (с. 131-132)).
Под креплением понимается приспособление, служащее для скрепления, укрепления чего-либо (см. Большой толковый словарь русского языка. / Сост. и гл. ред. С.А. Кузнецов. - СПб.: «Норинт», 2000. - 1536 с. (с. 469)).
Недостатки известного крепления - значительная масса, ограниченный рабочий температурный диапазон из-за использования материала, имеющего допустимые рабочие температуры 900…1000°C, необходимость в охлаждении металлических элементов форсажной камеры, в том числе и опорной детали крепления, для обеспечения работоспособности двигателя при температурах свыше 1100°C со стороны фронта пламени.
Технический результат заявленной полезной модели - уменьшение массы, повышение рабочих температур, увеличение срока эксплуатации форсажной камеры и улучшение технологичности сборки крепления.
Указанный технический результат достигается тем, что в креплении стабилизаторов пламени форсажной камеры авиационного газотурбинного двигателя, содержащем деталь с основанием в форме желоба с и продольным выступом, согласно полезной модели, деталь с основанием в форме желоба и с продольным выступом выполнена из композиционного материала, выступ выполнен с пазом на каждой боковой поверхности, при этом крепление содержит металлическую деталь, состоящую из соединенных между собой частей, и расположенную, по меньшей мере, одной частью в пазу выступа детали из композиционного материала.
Указанная совокупность признаков является существенной, так как позволяет обеспечить выигрыш в массе и повысить жаропрочность крепления. Выполнение одной детали крепления из композиционного материала обусловлено тем, что именно деталь в форме желоба, выполняющая функцию радиальных стабилизаторов пламени, находится в «горячей» зоне (температура более 1100°C). Выполнение детали из металла обусловлено тем, что она выполняет силовую функцию, и изготавливать данную деталь из композиционного материала нецелесообразно, так как такие материалы не обладают достаточной прочностью для выполнения силовой функции. Кроме этого, она расположена в «холодной» зоне (температура около 600°C), и материал выдерживает необходимые рабочие температуры. При этом, отсутствие отверстий в детали из композиционного материала, являющихся концентраторами напряжений, позволяет повысить прочность крепления.
На фиг. 1 - изображена форсажная камера с системой стабилизации пламени;
на фиг. 2 - деталь в форме желоба(аксонометрия);
на фиг. 3 - поперечное сечение фиг. 2;
на фиг. 4 - крепление в сборе (аксонометрия);
на фиг. 5 - вариант выполнения металлической детали: одна часть - в виде двух деталей с проушинами, а другая часть - в виде двух пластин (вид сверху);
на фиг. 6 - вариант выполнения металлической детали: одна часть металлической детали выполнена в виде детали с проушиной и пластины и другая часть выполнена в виде детали с проушиной и пластины (вид сверху);
на фиг. 7 - вариант выполнения металлической детали: одна часть металлической детали выполнена в виде двух деталей с проушинами и с пластиной, и другая часть выполнена в виде пластины (вид сверху);
на фиг. 8 - вариант выполнения металлической детали: одна часть металлической детали выполнена в виде одной детали с проушиной и двух пластин, а другая часть - в виде одной детали с проушиной (вид сверху);
на фиг. 9 - вариант выполнения металлической детали из симметричных относительного продольного направления частей (вид сверху).
Крепление содержит деталь с основанием 1 в форме желоба и с продольным выступом 2 (фиг. 2). При этом, основание 1 и выступ 2 детали выполнены из композиционного материала, например, УККМ C/SiBCO. Выступ 2 выполнен с продольными пазами 3, причем каждый паз 3 выполнен на боковой поверхности выступа 2 (фиг. 3). Также крепление содержит металлическую деталь 4, выполненную, для упрощения процесса сборки, состоящей из соединенных между собой частей 5 и 6, например, как в данном примере из двух, т.е. в сборе крепление представляет закрепленные друг с другом детали: деталь из композиционного материала, выполняющую функцию радиального стабилизатора, и силовую металлическую деталь, закрепленную на детали из композиционного материала (фиг. 4).
Вариант 1 (фиг. 5). Одна часть, например, 5 металлической детали 4 выполнена в виде двух деталей с проушинами, а другая часть 6 - в виде двух фиксирующих их пластин. При сборке детали с проушинами располагают с торцов выступа 2, а каждую фиксирующую пластину части 6 в пазу 3 выступа 2. После чего при помощи известных средств скрепляют части металлической детали между собой, например, при помощи крепежных средств (сварка, винт-гайка, заклепка).
Вариант 2 (фиг. 6). Одна часть, например, 5 металлической детали 4 выполнена в виде детали с проушиной и соединенной с ней фиксирующей пластины, и другая часть 6 также выполнена в виде детали с проушиной и соединенной с ней фиксирующей пластины. При сборке детали, устанавливают вначале одну часть, например 5, размещая детали с проушинами с торца выступа 2 и фиксирующую пластину - в пазу 3 выступа 2, затем аналогично устанавливают на выступе 2 вторую часть 6, после чего части металлической детали скрепляют между собой аналогично варианту 1.
Вариант 3 (фиг. 7). Одна часть, например 5, металлической детали 4 выполнена в виде двух деталей с проушинами, соединенных одной фиксирующей пластиной, расположенной в одном из пазов 3 выступа 2, и другая часть металлической детали 6 выполнена в виде фиксирующей пластины, расположенной в другом продольном пазу 3 выступа 2. После размещения частей детали 4 на выступе (детали с проушинами с торцов, пластины - в пазах) их скрепляют между собой аналогично варианту 1.
Вариант 4 (фиг. 8). Одна часть, например 5, металлической детали 4 выполнена в виде одной детали с проушинами 5 и соединенных с ней двух фиксирующих ее пластин, а другая часть 6 в виде одной детали с проушиной. После размещения частей детали 4 на выступе (деталь с проушинами с торцов, пластины - в пазах) их скрепляют между собой аналогично варианту 1.
Вариант 5 (фиг. 9). Две части 5 и 6 металлической детали 4 выполнены симметричными относительно продольного направления, т.е. одна часть 5 представляет собой две детали с и фиксирующей пластиной и вторая часть 6 представляет собой две детали с проушинами и фиксирующей пластиной, при этом при их сборке образуется единая деталь с проушиной. После размещения частей детали 4 на выступе (деталь с проушинами с торцов, пластины - в пазах) их скрепляют между собой аналогично варианту 1.
Возможные варианты, когда частей металлической детали три. Например, одна часть с проушиной и фиксирующей пластиной, вторая часть - фиксирующая пластина, третья часть - деталь с проушиной (не показан). Выбор количества частей металлической детали зависит от особенностей (метода) сборки форсажных камер и от технологических и экономических требований к деталям устройства крепления стабилизаторов.
Проушины в частях металлической детали выполнены для крепления к ним стабилизаторов 7 и 8, например, кольцевых, при этом, диаметр стабилизатора 7 (малый стабилизатор) меньше диаметра стабилизатора 8 (большой стабилизатор). Продольные пазы 3 в выступе 2 выполнены с учетом условий «собираемости», геометрических параметров частей металлической детали и действующих температур, при этом размеры пазов 3 и частей 5 и 6 металлической детали 4 выбирают для каждого конкретного случая в зависимости от рабочих температур, метода сборки, условий прочности с учетом обеспечения необходимых зазоров - монтажного и компенсирующего температурные расширения, с учетом обеспечения минимального смещения соединяемых деталей друг относительно друга от эксплуатационных нагрузок, с учетом обеспечения свободы линейных температурных расширений металла и неметалла. По табличным данным выбирают монтажный зазор и рассчитывают коэффициенты температурных линейных расширений. Фиксирующие пластины позволяют предотвратить смещение деталей в пазах выступа и их выпадение из пазов 3.
В каждом пазу 3 между его стенками и пластинами 6 может быть размещено, по меньшей мере, по одной изогнутой пластине (не показана). Или только в одном из пазов 3 между его стенками и пластинами 6 может быть размещена, по меньшей мере, одна изогнутая пластина. Или только между торцами выступа и деталями с проушинами может быть размещены пластины. Выбор места размещения изогнутой пластины и их количества обусловлен рабочими температурами в форсажной камере, и в каждом конкретном случае выбирается свой вариант.
Использование крепления рассмотрено на примере закрепления кольцевых стабилизаторов 7 и 8 в форсажной камере 9 с форкамерой 10 авиационного газотурбинного двигателя, прикрепленной тягами 11 к корпусу форсажной камеры 9.
Крепление собирают следующим образом.
Вначале закрепляют в пазу 3 выступа 2 части металлической детали. Затем каждый стабилизатор 7 (8) закрепляют на фокамере 10 известным способом с помощью известных средств: путем размещения крепежных элементов, например, винт-гайка, заклепка, в проушинах детали 4 и проушинах, выполненных на каждом стабилизаторе 7 и 8. После этого форкамеру 10 крепят к корпусу форсажной камеры 9 известными средствами, например при помощи тяг 11.
При отсутствии форкамеры 10 или при ее расположении не между стабилизаторами, а в другом месте, и при выполнении стабилизаторов не кольцевыми, что обусловлено конструктивными особенностями двигателя, стабилизаторы 7 и 8 закрепляют между собой предложенным креплением, и закрепленные между собой стабилизаторы 7 и 8 также крепят к корпусу форсажной камеры известным способом и с помощью известных средств, например при помощи тяг (см, например, А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Газотурбинные двигатели. ОАО «Авиадвигатель», Пермь, 2006. - 1204 с. (с. 354, рис. 7.4.1_4, с. 355, рис. 7.4.1_5).
При работе двигателя, данное крепление стабилизаторов пламени позволяет выдержать температуру свыше 1100°C со стороны фронта пламени, что позволяет обеспечить повышение тяги двигателя, необходимые, требуемые силовые нагрузки и при этом избежать поломок из-за температурных расширений соединяемых деталей, выполненных из материалов с различными коэффициентами температурного расширения.