ТЕПЛОЗАЩИТНАЯ ФУТЕРОВКА ДЕТАЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ТРАКТА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиационной и энергетической промышленности и может найти применение в теплозащитных конструкциях элементов и деталей горячего тракта газотурбинных двигателей (ГТД) и установок (ГТУ), таких, например, как форсажные камеры, жаровые трубы камер сгорания и т.п.
Известен теплозащитный элемент для футеровки стенки камеры сгорания газовой турбины, выполненный из керамического материала и на поверхности которого расположены прорези для снижения внутренних термонапряжений (US 7942007, F02C 1/00, 2011). Недостатком данного элемента является необходимость дополнительного специального монтажа отдельных элементов на стенке изделия, а также, хотя и улучшенная, но ограниченная компенсация внутренних термонапряжений при работе в условиях высоких температур, что может приводить к растрескиванию элемента.
Известен также теплозащитный элемент для футеровки частей горячего тракта ГТУ, например, стенки камеры сгорания, сделанный из керамического материала, на рабочей поверхности (т.е. обращенной к источнику тепла) которого выполнены пересекающиеся во взаимно перпендикулярных направлениях пазы одинаковой глубины, имеющие в поперечном сечении форму трапеции (ЕР 1715249, F23R 3/00, 2006). Данный теплозащитный элемент выбран в качестве прототипа. Его недостатками также являются необходимость дополнительного специального монтажа отдельных элементов на стенке изделия и возникновение внутренних термонапряжений материала элемента в местах расположения острых углов в пазах, являющихся концентраторами напряжений, что может служить причиной возникновения трещин в элементе. При этом, возможность проникновения горячих газов вглубь пазов, имеющих достаточно большую ширину, снижает эффективность тепловой защиты данного элемента или же приводит к необходимости увеличивать его толщину, что повышает вероятность его растрескивания.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и эффективности тепловой защиты при упрощении процесса размещения футеровки на поверхности деталей.
Решение указанной задачи достигается тем, что теплозащитная футеровка, на рабочей поверхности которой расположены во взаимно перпендикулярных направлениях пересекающиеся пазы одинаковой глубины, выполнена в виде сплошного слоя из волокнистого оксид-оксидного композиционного материала (ООКМ), а пазы выполнены щелевидной формы с переходом в круглые каналы.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан общий вид теплозащитной футеровки;
на фиг.2 показан укрупненный вид паза.
Теплозащитная футеровка 1, размещаемая на поверхности детали 2, выполнена в виде сплошного слоя из волокнистого оксид-оксидного композиционного материала, а на ее рабочей поверхности (той, которая обращена к источнику тепла) расположены во взаимно перпендикулярных направлениях пересекающиеся пазы 3 одинаковой глубины. Пазы выполнены щелевидной формы с переходом в круглые каналы. Такое выполнение пазов 3 на рабочей поверхности теплозащитной футеровки 1 существенно снижает внутренние локальные термонапряжения материала и, соответственно предотвращает возникновение трещин в футеровке. Ширина h щелевидной части пазов 3, которые выполняют роль деформационных термокомпенсаторов, рассчитывается исходя из температуры поверхностного слоя при эксплуатации и значения коэффициента линейного теплового расширения материала таким образом, чтобы при расширении фрагментов поверхности футеровки боковые стенки пазов только смыкались, но не давили друг на друга, чтобы не возникало дополнительных сжимающих напряжений. Смыкание боковых стенок пазов при воздействии высоких температур ограничивает проникновение горячих газов вглубь пазов, что оставляет эффективность теплозащиты футеровки на должном уровне. Переход щелевидной части пазов в круглые каналы, выполненные в теле футеровки, предотвращает возникновение больших напряжений в нижней части пазов. Выполнение круглых каналов в теле футеровки 1 возможно, например, путем закладки в футеровку ПВХ стержней или трубок при нанесении материала футеровки, находящегося в пластичном состоянии, на стенки детали 2, а формирование щелевой части пазов осуществляется, например, закладкой в исходный материал при формовании футеровки пленки необходимой толщины. При сушке и прокалке слоя ООКМ закладные материалы выгорают с образованием пазов необходимой формы.
В качестве исходных материалов для получения ООКМ могут использоваться такие же материалы, как, например, для «Promaform» фирмы «Promat» (Германия) или «Fiberfrax Rigiform» фирмы «Unifrax» (Франция).
Применение в качестве материала футеровки волокнистого ООКМ с выполнением в ней пазов указанной выше формы позволяет получить тепловую защиты деталей горячего тракта ГТД с высокими показателями по теплоизоляции, долговечности и надежности при упрощении процесса размещения футеровки на поверхности деталей.