КОЛЬЦЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции камер сгорания газотурбинного двигателя (ГТД).
Известна кольцевая камера сгорания ГТД, которая является наиболее близкой к заявленной полезной модели, содержащая корпус, в котором расположены силовые стойки, и жаровую трубу, входной конец которой прикреплен к силовым стойкам посредством вилок с отверстиями, кронштейнов с проушинами, заведенных в вилки, и радиальных штифтов, установленных в отверстия вилок и проушин кронштейнов [Патент RU №2212591 C1, F 23 R 3/60, опубл. 20.09.2003 г.].
Недостатком известной конструкции крепления корпуса камеры сгорания и жаровой трубы является износ поверхности штифтов и поверхности отверстий на вилке силовых стоек корпуса камеры сгорания из-за несоосности штифтов и кронштейнов жаровой трубы, что снижает надежность и ресурс камеры сгорания.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности конструкции крепления корпуса камеры сгорания и жаровой трубы при одновременном увеличении ресурса камеры сгорания.
Указанный технический результат достигается тем, что в кольцевой камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей корпус и жаровую трубу, передняя часть которой прикреплена к силовым стойкам посредством вилок с отверстиями, кронштейнов с проушинами, заведенных в вилки, и радиальных штифтов, установленных в отверстия вилок и проушин кронштейнов, корпус камеры включает в себя внутренний и наружный корпуса, связанные между собой силовыми стойками, установленными в образованном этими корпусами кольцевом диффузорном канале, не менее
трети стоек снабжены вилками с отверстиями, обработанными по
кондуктору, кронштейны приварены к головке жаровой трубы, при этом, в корпус камеры введен топливный коллектор, на котором закреплены дополнительные кронштейны с проушинами, которые заведены под вилки силовых стоек, радиальные штифты введены в отверстия проушин дополнительных кронштейнов, жаровая труба выполнена секционной, а ее выходные секции снабжены опорными фланцами, выполненными с возможностью сопряжения с кольцами венца соплового аппарата, причем для радиальных штифтов выполняется соотношение: 4≤L/d≤7, где
L - длина части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов;
d - диаметр части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов;
Рабочие поверхности опорных фланцев должны быть азотированы, а наружные секции жаровой трубы должны быть соединены с головкой жаровой трубы с помощью заклепок.
Такое техническое решение позволяет оптимизировать конструкцию камеры сгорания. Оптимизация размеров радиальных штифтов, наряду с оптимизацией количества стоек, снабженных вилками с отверстиями, повышает надежность камеры сгорания и исключает возможность выхода кронштейнов топливного коллектора из зацепления со штифтом. В конечном счете это приводит к увеличению ресурса камеры сгорания.
Предложенное выполнение выходных опорных фланцев с возможностью сопряжения с кольцами венца соплового аппарата, обеспечивающее возможность радиального и осевого перемещения, предотвращает деформацию жаровой трубы, что также влияет на увеличение надежности и ресурса камеры.
Предложенная конструкция допускает радиальные и осевые
перемещения жаровой трубы, что повышает ее надежность.
На фиг.1 показан общий вид кольцевой камеры сгорания ГТД;
На фиг.2 - продольный разрез узла крепления передней части жаровой трубы и топливного коллектора;
На фиг.3 - продольный разрез узла сопряжения выходных секций жаровой трубы с кольцами венца соплового аппарата;
Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя (ГТД) содержит корпус 1 и жаровую трубу 2. Корпус 1 камеры включает в себя внутренний 3 и наружный 4 корпуса, связанные между собой силовыми стойками 5. Стойки 5 установлены в образованном этими корпусами (3, 4) кольцевом диффузорном канале 6. При этом, не менее трети стоек 5 снабжены вилками 7 с отверстиями (8, 9), обработанными после сборки в узле по кондуктору. Передняя часть 10 жаровой трубы 2 прикреплена к силовым стойкам 5 посредством вилок 7 с отверстиями (8, 9), кронштейнов 11 с проушинами 12, которые заведены в вилки 7 и радиальных штифтов 13, установленных в отверстиях (8, 9) вилок 7 и проушин 12 кронштейнов 11. Кронштейны 11 приварены к головке жаровой трубы 2. Кронштейн 11 выполнен таким образом, что в продольном сечении имеет форму треугольника, основание которого прикреплено к передней части 10 жаровой трубы 2. Жаровая труба 2 выполнена из секций (14, 15, 16, 17, 18, 19). Секции (15, 16) жаровой трубы 2 образуют наружный смеситель. Секции (14, 17) и передняя часть 10 жаровой трубы 2 образуют головку. Выходные секции (16, 19) жаровой трубы 2 снабжены наружным и внутренним опорными фланцами (20, 21). Опорные фланцы (20, 21) выполнены с возможностью сопряжения с кольцами (22, 23) венца 24 соплового аппарата.
В корпус 1 камеры введен топливный коллектор 25, на котором закреплены дополнительные кронштейны 26 с проушинами 27, которые заведены под вилки 7 силовых стоек 5. Радиальные штифты 13 введены в
отверстия проушин 27 дополнительных кронштейнов 26. При этом, для радиальных штифтов 13 выполняется соотношение: 4≤L/d≤7, где
L - длина части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов;
d - диаметр части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов;
Данный диапазон обусловлен тем, что при отношении L/d<4 в процессе работы под действием тепловых расширений в условиях вибрации повышается вероятность выхода кронштейна топливного коллектора из зацепления со штифтом, а при L/d>7 в процессе работы повышается вероятность касания штифтом кронштейна топливного коллектора.
Простое увеличение диаметра штифта d при фиксированной длине L приведет к утяжелению всего узла, а следовательно, к уменьшению надежности камеры сгорания.
Приведем примеры конкретного выбора геометрических параметров штифта.
Пример 1: Рассмотрим кольцевую камеру сгорания газотурбинного двигателя со штифтом, длина которого 64мм, а диаметр 8 мм.
Длина части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов, равна 33 мм (L=33 мм);
Диаметр части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов, равен 8 мм (d=8 мм);
L/d=33/8=4,1 мм
Данное значение входит в диапазон 4≤L/d≤7.
Пример 2: Рассмотрим кольцевую камеру сгорания газотурбинного двигателя со штифтом, длина которого 80 мм, а диаметр d=8 мм.
Длина части радиального штифта, которая предназначена для установки в отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов, равна 57 мм (L=57 мм);
Диаметр части радиального штифта, которая предназначена для установки отверстия вилок, проушин кронштейнов и проушин дополнительных кронштейнов, равен 8 мм (d=8 мм);
L/d=56/8=7 мм
Данное значение входит в диапазон 4≤L/d≤7.
При этом, рабочие поверхности опорных фланцев (20, 21) могут быть азотированы, а наружные секции (15, 16) жаровой трубы 2 могут быть соединены с головкой жаровой трубы 2 с помощью заклепок 28.
На радиальном штифте 13 выполнены фаска 29 и упорный бурт 30, а на хвостовике 31 радиального штифта 13 - резьба 32. На корпусе 1 камеры в бобышках 33 установлены заглушки 34, предохраняющие радиальные штифты 13 от выпадания.
В процессе сборки камеры сгорания жаровую трубу 2 устанавливают внутрь корпуса 1. При этом проушины 12 кронштейнов 11 жаровой трубы 2 заводятся в вилки 7 силовых стоек 5 с зазором в радиальном направлении. Проушины 12 кронштейнов 11 соединяются с вилками 7 с помощью радиальных штифтов 13, которые заводятся через отверстия в бобышках 33 на корпусе 1 камеры сгорания. Радиальные штифты 13 устанавливаются с помощью специального ключа, навернутого на резьбовой хвостовик 31. Заходная фаска 29 на штифтах 13 позволяет им свободно заходить в отверстия вилок 7, проушин 12 кронштейнов 11 и проушин 27 дополнительных кронштейнов 26. Штифты 13 устанавливаются до упора в бурт 30. От выпадания штифты 13 предохраняют заглушки 34, установленные на бобышках 33 корпуса 1 камеры сгорания.
Во время работы двигателя происходит температурное расширение жаровой трубы 2 с кронштейном 11, который перемещается в радиальном направлении. При этом происходит самоцентрирование радиальных штифтов
в отверстиях. Опорные фланцы (20, 21) жаровой трубы 2 могут перемещаться как в осевом, так и в радиальном направлении, компенсируя термические расширения жаровой трубы 2.
Данная полезная модель позволяет оптимизировать конструкцию камеры сгорания. Введение топливного коллектора в корпус камеры, закрепление на нем дополнительных кронштейнов с проушинами, при одновременной оптимизации размеров радиальных штифтов, а также, оптимизации количества стоек, снабженных вилками с отверстиями, повышает надежность камеры сгорания и исключает возможность выхода кронштейнов топливного коллектора из зацепления со штифтом в условиях вибрации и температурных расширений.