ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ТЕРМОБАРОКАМЕРЕ
INLET DEVICE FOR TESTING GAS TURBINE ENGINE IN CLIMATIC TEST BENCH

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для определения их тяговых характеристик.
При стендовых испытаниях авиационных ГТД широко используется схема испытаний с присоединенным трубопроводом. Присоединенный трубопровод состоит из цилиндрических патрубков, соединенных между собой с помощью фланцев. Диаметр присоединенного трубопровода обычно соответствует входному диаметру газотурбинного двигателя. Длина присоединенного трубопровода рассчитывается по специальным методикам с учетом размещения специальных функциональных и измерительных устройств.
Известно устройство, реализующее такую схему (Ю.И.Павлов, Ю.И.Шайн, Б.И.Абрамов «Проектирование испытательных стендов для авиационных двигателей», стр.32-35, 1979 г., Москва: Машиностроение), где испытываемый двигатель закреплен на платформе тягоизмерительного устройства (ТИУ) в термобарокамере (ТБК). Ко входу двигателя герметично пристыкован с помощью уплотнения присоединенный трубопровод, состоящий из некоторого набора N патрубков одинакового диаметра, которые по фланцам неподвижно связаны между собой. Присоединенный трубопровод закреплен на платформе с помощью неподвижной опоры и качающейся опоры. Сочленение набора патрубков и патрубка входного коллектора выполнено с помощью телескопического лабиринтного уплотнения (ТЛУ), причем входной коллектор, в свою очередь, неподвижно закреплен к корпусу ТБК.
Сжатый воздух с заданной температурой и давлением поступает в испытываемый двигатель из входного коллектора через присоединенный трубопровод. Продольные температурные деформации входного коллектора и присоединенного трубопровода выбираются в ТЛУ за счет первоначальной установки гарантированной величины осевого зазора Δ. Расположение патрубков также изменяется и в радиальном направлении из-за смещения качающейся опоры и неравномерной температурной деформации входного коллектора, прикрепленного к корпусу ТБК. Это приводит к нарушению коаксиальности радиального зазора δ вплоть до механического касания внутренних и наружных элементов ТЛУ. Появляющаяся механическая связь между присоединенным трубопроводом и входным коллектором вызывает недопустимую погрешность в измерении силы тяги от двигателя и некондиционность полученных результатов испытания.
Основным недостатком известного устройства (прототип) является отсутствие механизмов фиксации осей ТЛУ. Приходится увеличивать радиальный зазор δ и осевой зазор Δ для заведомой гарантии отсутствия механического контакта элементов ТЛУ. Однако, чем больше зазор δ и Δ, тем больше утечки сжатого воздуха из присоединенного трубопровода, что удорожает испытания, а в случае, когда потребный расход через двигатель близок к возможностям систем подачи воздуха, большие утечки через ТЛУ могут привести к невозможности выполнения требований испытания. Большие и неорганизованные утечки приводят так же и к нарушению требований равномерности потока на входе в испытываемый двигатель.
Технической задачей заявляемого решения является увеличение надежности работы присоединенного трубопровода и уменьшение утечек сжатого воздуха через телескопическое лабиринтное уплотнение.
Технический результат достигается тем, что входное устройство для испытаний газотурбинных двигателей в термобарокамере, содержащее входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод, выполненный из набора патрубков, патрубок входа в двигатель, опоры для крепления входного коллектора к термобарокамере и опоры для крепления присоединенного трубопровода к динамометрической платформе, причем входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод и патрубок входа в двигатель последовательно соединены между собой герметичными шарнирами, а один патрубок узла лабиринтного уплотнения со стороны входного коллектора закреплен на опорах к термобарокамере, а другой патрубок со стороны двигателя закреплен на опорах к динамометрической платформе. Герметичные шарниры выполнены в виде концентрического сальникового уплотнения. Опоры на уровне оси трубопровода снабжены горизонтальной плоскостью скольжения со шпонкой, по которой в радиальном направлении перемещается трубопровод. Сальниковое уплотнение выполнено в виде шнура из графлекса.
На фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство.
На фиг.2 схематически изображен узел сочленения лабиринтного уплотнения с участком устройства присоединенного входа.
На фиг.3 схематически изображен узел Б.
На фиг.4 схематически изображено сечение В-В узла Б.
Заявляемое устройство состоит из цилиндрических патрубков 9, соединенных между собой с помощью фланцев. Диаметр цилиндрических патрубков соответствует входному диаметру газотурбинного двигателя. Необходимое количество и суммарная длина цилиндрических обечаек рассчитывается по специальной методике с учетом размещения в них специальных функциональных и измерительных устройств. Подвод газовоздушного потока с необходимыми параметрами осуществляется от специальной компрессорной установки через ресивер 2 и входное устройство 1, которые соединены между собой с помощью фланцев. На концах входного устройства с двух сторон оборудованы герметичные шарниры 3, которые компенсируют температурные деформации входного устройства как по длине, так и в угловом перемещении. Участок входного устройства, примыкающий к присоединенному трубопроводу, выполнен в виде бесконтактного лабиринтного уплотнения 4. Этот участок неподвижно закреплен в камере термобарокамеры 5 на стойках 6 и не имеет контактов с динамометрической платформой 7.
Трубопровод 8 имеет участок 9, примыкающий с зазором к бесконтактному лабиринтному уплотнению, и этот участок неподвижно закреплен на стойках 10 на динамометрической платформе 7. С другой стороны трубопровод герметично стыкуется с входным участком испытываемого ГТД 11. Этот участок трубопровода неподвижно закреплен на стойках 12 на динамометрической платформе.
Все стойки 6, 10 и 12, на которых крепятся входное устройство и присоединенный трубопровод, имеют опоры 13, расположенные горизонтально на уровне оси трубопровода. Опоры 13 имеют горизонтальные плоскости скольжения, которые позволяют перемещаться трубопроводу в радиальном направлении, что сохраняет фиксированным радиальный зазор в ТЛУ. От перемещения трубопровода в осевом направлении предохраняют шпонки 14 на опорах 13. К этим опорам на лапах 15 закреплены участки входного устройства и присоединенного трубопровода.
В связи с тем, что бесконтактное лабиринтное уплотнение (БЛУ) имеет относительно небольшую длину, при изменении температурных параметров газовоздушного потока приводит к незначительным температурным деформациям, что в свою очередь позволяет избежать контактов элементов бесконтактного лабиринтного уплотнения, в несколько раз уменьшить осевой зазор между элементами бесконтактного лабиринтного уплотнения и достаточно точно измерить тягу газотурбинного двигателя.
Сальниковое уплотнения выполнено в виде шнура квадратного сечения из графлекса 16, изготовленного из терморасширенного графита с низким коэффициентом трения, что позволяет снизить осевые усилия от температурных деформаций на газотурбинный двигатель.
При продуве двигателя в результате температурной деформации происходит перемещение патрубков трубопровода в линейном и угловом направлении. Вследствие деформации трубопровода он перемещается по сальнику в линейном и угловом направлениях.
При радиальной деформации трубопровод перемещается на лапах 15 по горизонтальной плоскости скольжения опор вдоль шпонки 14, причем шпонка предохраняет участки трубопровода, закрепленные на опорах 13 от осевого перемещения.