Факельный воспламенитель камеры сгорания газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к турбостроению, в частности к газотурбинным двигателям с пусковыми факельными воспламенителями в составе камеры сгорания.
Известна конструкция воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя (патент на изобретение РФ № 2083858, F02C 7/26, опубликовано 10.07.1997, заявка № 93011293, дата подачи 02.03.1993) содержащая корпус с установленными на нем свечей зажигания и топливной форсункой c распылителем, сопло, имеющее жесткое соединение с корпусом воспламенителя.
Недостатком вышеописанной конструкции воспламенителя является отсутствие возможности перемещений сопла относительно корпуса воспламенителя, не позволяющее компенсировать взаимные тепловые перемещения корпуса камеры сгорания, на который смонтирован воспламенитель и жаровой трубы, с которой соединено сопло. Вследствие чего в месте соединения сопла и корпуса воспламенителя будут возникать напряжения, разрушающие данное неразъемное соединение.
Наиболее близкой по назначению и совокупности существенных признаков является конструкция воспламенителя камеры сгорания газотурбинного двигателя (патент на полезную модель № 131419, дата подачи заявки 25.12.2012, заявка 2012156738, F02C7/00) содержащая корпус с установленными на нём свечой зажигания и топливной форсункой, запальную камеру, отверстия подвода воздуха в кольцевую полость, сообщающуюся с запальной камерой через элемент подачи воздуха, сопло, имеющее жесткое разъемное соединение с корпусом воспламенителя.
Недостатком описанной конструкции является то, что сопло в месте соединения с корпусом камеры сгорания имеет неразъемное соединение, выполненное методом вальцевания, прочность которого обеспечивается контактным давлением. Данное сферическое соединение при работе двигателя под воздействием тепловых расширений будет подвержено выработке в местах контакта вследствие вынужденных перемещений ДСЕ жаровой трубы относительно корпуса камеры сгорания и прокручивания сопла вокруг своей оси, что значительно снижает надежность работы устройства и ГТД в целом.
Техническим результатом, на который направлена полезная модель, является повышение надежности устройства при его эксплуатации за счет компенсации температурных расширений при работе двигателя ГТД.
Дополнительным техническим результатом является ремонтопригодность факельного воспламенителя вследствие разъемного соединения сопла и корпуса факельного воспламенителя.
Технический результат достигается тем, что факельный воспламенитель камеры сгорания ГТД содержит корпус с установленными на нём свечой зажигания и топливной форсункой, запальную камеру, отверстия подвода воздуха в кольцевую полость, сообщающуюся с запальной камерой через элемент подачи воздуха, сопло, имеющее жесткое соединение с корпусом воспламенителя.
Новым в заявленной полезной модели является то, что в месте соединения корпуса воспламенителя и сопла установлен с возможностью охвата обжимной разъёмный хомут, изготовленный из симметрично скреплённой пары полуколец с выполненными на концах полуколец полками со сквозными отверстиями с расположенными в них крепежными элементами, при этом внутренняя поверхность полуколец содержит радиальные выемки, в которые входят соответствующие опорные выступы сопла и корпуса воспламенителя, установленные с монтажными зазорами, одновременно кольцевой опорный выступ сопла содержит уступ, вмонтированный в соответствующее углубление в ответном полукольце обжимного хомута, при этом сам кольцевой опорный выступ сопла установлен также с компенсационным зазором разности температурных расширений.
Роль компенсатора термических расширений, возникающих в процессе работы ГТД от неравномерного нагрева корпуса камеры сгорания и жаровой трубы, выполняет (компенсационный) радиальный зазор в соединении разъемного хомута с соплом воспламенителя – между боковой поверхностью кольцевого опорного выступа сопла и ответной торцевой поверхностью радиальной выемки разъемного хомута.
Разъемное соединение сопла и корпуса воспламенителя за счёт разъемного хомута позволяет в случае выхода из строя сопла заменить его без необходимости замены всего устройства.
Предложенное устройство поясняется следующими чертежами:
фиг.1 – общий вид факельного воспламенителя ГТД;
фиг.2 – элемент А фиг.1;
фиг.3 – сечение Б – Б, сечение В-В фиг.2;
фиг.4 – 3 – D модель полуколец хомута;
фиг.5 – 3 – D модель сопла;
фиг. 6 – 3-D модель факельного воспламенителя ГТД.
Позициями на фигурах обозначены:
1 – корпус факельного воспламенителя (фиг.1,2,3,6);
2 – свеча зажигания (фиг.1, 6);
3 – топливная форсунка (фиг.1,6);
4 – сопло  (фиг.1,2,5,6);
5 – обжимной разъемный хомут (фиг.1,2,3,6);
6 – полукольцо (фиг.1,2,3,4,6);
7 – полукольцо (фиг.1,2,3,4,6);
8 – полки полуколец (фиг.4,6);
9 – резьбовые отверстия под крепежные элементы полукольца 5 (фиг.4);
10 – отверстия под крепежные элементы полукольца 6 (фиг.4);
11 – крепежные элементы (фиг.3,6);
12 – радиальные выемки полуколец (фиг.1,2,4);
13 – кольцевой опорный выступ сопла (фиг.1,2,5);
14 – опорный выступ корпуса факельного воспламенителя (фиг.1,2);
15 – радиальный зазор (фиг.1,2);
16 – торцевой зазор (фиг.1,2);
17 – уступ опорного выступа сопла (фиг.1,2,3,5);
18 – углубление под уступ в полукольце (фиг.1,2,4);
19 – корпус камеры сгорания (фиг.1);
20 – втулка жаровой трубы (фиг.1).
Факельный воспламенитель камеры сгорания ГТД, содержащий корпус 1 (фиг.1,2,3,6) с установленными на нём свечой зажигания 2 (фиг. 1,6) и топливной форсункой 3 (фиг.1,6), запальную камеру (не показано), отверстия подвода воздуха в кольцевую полость (не показано), сообщающуюся с запальной камерой через элемент подачи воздуха, сопло 4 (фиг. 1,2,5,6), имеющее разъемное соединение с корпусом 1 (фиг.1,2,3,6) воспламенителя.
В месте соединения корпуса 1 (фиг.1,2,3,6) воспламенителя и сопла 4 (фиг. 1,2,5,6) установлен с возможностью охвата разъёмный хомут  5 (фиг.1,2,3,6), представляющий собой симметрично скреплённую пару полуколец 6, 7 (фиг.1,2,3,4,6) с полками 8 (фиг.4,6). Полки 8 (фиг.4,6) полукольца 6 (фиг.1,2,3,4,6) содержат сквозные резьбовые отверстия 9 (фиг. 4), а полукольца 7 (фиг.1,2,3,4,6) – сквозные гладкие отверстия 10 (фиг. 4), предназначены для установки крепежных элементов 11 (фиг.3,6).
Внутренняя поверхность полуколец 6, 7 (фиг. 1,2,3,4,6) содержит радиальные выемки 12 (фиг.1,2,4), в которые входят соответствующие кольцевой опорный выступ 13 (фиг.1,2,5) сопла 4 (фиг.1,2,5,6) и опорный выступ 14  (фиг.1,2) корпуса 1 (фиг.1,2,3,6) воспламенителя.
Кольцевой опорный выступ 13 (фиг.1,2,5) установлен с радиальным зазором 15 (фиг.1,2), достаточным для компенсации разности температурных расширений в радиальном направлении. Торцевой зазор 16 (фиг.1,2) дает возможность перемещения сопла 4 (фиг.1,2,5,6) в рамках зазора 15 (фиг.1,2).
Кольцевой опорный выступ 13 (фиг.1,2,5) сопла 4 (фиг.1,2,5,6) содержит уступ 17 (фиг.1,2,3,5) с углублением 18 (фиг.1,2,4) в ответном полукольце 6 (фиг.1,2,3,4,6) обжимного разъёмного хомута 5 (фиг. 1,2,3,6), установленный также с зазорами.
Конструкция устройства работает следующим образом.
Воспламенитель устанавливают на корпус камеры сгорания 19 (фиг.1). Для розжига жаровых труб необходимо обеспечить распространение пламени из зоны горения факельного воспламенителя камеры сгорания через и сопло 4 (фиг. 1,2,5,6), совмещенное с втулкой 20 (фиг.1) жаровой трубы.
После розжига камеры сгорания при работе двигателя, в результате неравномерного нагрева его ДСЕ, главным образом корпуса камеры сгорания 19 (фиг.1) и жаровой трубы, происходит их взаимные перемещения. Соответственно, друг относительно друга перемещаются: корпус 1 (фиг.1) воспламенителя и втулка 20 (фиг.1) жаровой трубы.
За счёт установленного в воспламенителе в месте соединения корпуса 1 (фиг.1,2,3,6) и сопла 4 (фиг.1,2,5,6) разъёмного хомута, состоящего из полуколец 6, 7 (фиг.1,2,3,4,6) с зазорами: радиальным 15 (фиг.1,2) и торцевым 16 (фиг.1,2), обеспечивается компенсация перемещений сопла 4 (фиг. 1,2,5,6) относительно корпуса 1 (фиг.1).
Кольцевой опорный выступ 13 (фиг.1,2,5) сопла 4 (фиг.1,2,5,6) установленный в радиальные выемки 12 (фиг.1,2,4) внутренней поверхности полуколец 6, 7 (фиг. 1,2,3,4,6) ограничивает перемещения сопла 4 (фиг.1,2,5,6) в осевом направлении.
Для ограничения перемещения сопла 4 (фиг.1,2,5,6) в радиальном  направлении (устранение вращения вокруг своей оси), кольцевой опорный выступ 13 (фиг.1,2,5) сопла 4 (фиг.1,2,5,6) содержит уступ 17 (фиг.1,2,3,5) с углублением 18 (фиг.1,2,4) в ответном полукольце 5 (фиг.1,2,3,4,6) разъёмного хомута.
В свою очередь, недопустимые осевые перемещения разъемного хомута 5 (фиг.1,2,3,6) устраняются наличием опорного выступа 14 (фиг.1,2)  корпуса 1 (фиг.1,2,3,6) воспламенителя в радиальных выемках полуколец 12 (фиг.1,2,4), а возможность их вращения устраняется тем, что концы крепежных элементов (например, винтов) 11 (фиг.6) располагаются в ответных отверстиях (неподвижной) втулки корпуса 1 (фиг.1,2,3,6).
Ремонтопригодность факельного воспламенителя достигается за счёт разъемного соединения сопла 4 (фиг. 1,2,5,6) и корпуса воспламенителя 1 (фиг.1,2,3,6). Данное соединение выполнено при помощи разъёмного обжимного хомута 5 (фиг.1,2,3,6) из симметрично скреплённой пары полуколец 6, 7 (фиг.1,2,3,4,6) с выполненными на их концах полками 9 (фиг.4,6) со сквозными совмещенными отверстиями 10 (фиг. 4,) для крепежных элементов 11 (фиг.6), одновременно выполняющими роль фиксаторов от вращения полуколец 6, 7 (фиг.1,2,3,4,6) относительно втулки корпуса воспламенителя 1 (фиг.1,2,3,6).
В результате, в данной конструкции предусмотрена возможность перемещений сопла выхлопного патрубка только в плоскости, перпендикулярной оси патрубка, что является достаточным для обеспечения сборки и компенсации тепловых перемещений, с его фиксацией от вращения, приводящего к дефектам сопла и сопрягаемых с ним ДСЕ жаровой трубы. Также обеспечена возможность замены сопла выхлопного патрубка, что делает воспламенитель ремонтопригодным в эксплуатации.