КАМЕРА СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE COMBUSTION CHAMBER

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к конструкциям основных камер сгорания.
Известна камера сгорания газовой турбины, содержащая корпус, имеющий горизонтальный разъем для демонтажа жаровой трубы. (Камера сгорания ГТЭ-65. Газотурбинные технологии, ноябрь 2008 г., стр.42).
Недостатком известной конструкции является неравномерная деформация корпуса при работе в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, и для уменьшения овальности корпуса требуется введение в конструкцию дополнительного внутреннего корпуса, определяющего стабильность диаметральных размеров проточного канала. Неравномерная деформация объясняется переменной толщиной стенки корпуса в поперечном сечении, наличием в одной плоскости корпуса продольных фланцев значительно большей толщины, чем основная стенка. Сопрягаемые поверхности кольцевых фланцев корпуса расположены в параллельных плоскостях, что при демонтаже части корпуса требует дополнительного усилия для преодоления трения или создания необходимого монтажного зазора путем применения вспомогательных силовых элементов для деформации корпусов.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция камера сгорания, содержащая наружный корпус (диффузор), внутренний корпус, съемный кожух, состоящий из двух частей и имеющий продольный разъем, стойки, образующие силовую связь наружного корпуса камеры сгорания с опорой ротора турбины, жаровые трубы. (Техническое описание «Авиационный двухконтурный ГТД Д-30 КУ». - М.: Машиностроение, 1975 г., стр.53…55, рис.61).
Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются значительные утечки воздуха из-за компрессора с высокими параметрами давления и температуры через разъемы промежуточных кольцевых фланцев корпуса наружного камеры сгорания и кожуха съемного, а также деформация корпуса наружного и его промежуточных кольцевых фланцев при затяжке фланцевых соединений с кожухом съемным и наличие силовой связи между промежуточными кольцевыми фланцами в корпусе камеры сгорания. Указанные недостатки объясняются малой толщиной промежуточных кольцевых фланцев наружного корпуса, предназначенных для крепления съемного кожуха, не обеспечивающей плотность и герметичность разъемов, необходимостью иметь монтажные зазоры в разъеме промежуточных кольцевых фланцев корпуса камеры сгорания с кожухом съемным, обеспечивающие возможности демонтажа половины съемного кожуха на собранном двигателе, необходимостью иметь силовую связь между промежуточными кольцевыми фланцами в корпусе камеры сгорания для сохранения достаточной жесткости корпуса при демонтаже половины съемного кожуха.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении неравномерности деформации корпуса при работе, в повышении герметичности фланцевых соединений, в облегчении демонтажа частей корпуса без разборки двигателя с сохранением достаточной жесткости корпуса.
Сущность технического решения заключается в том, что в камере сгорания газотурбинного двигателя, содержащей наружный корпус и съемный кожух, согласно изобретению съемный кожух выполнен из не менее трех частей с продольными разъемами, равномерно расположенными по окружности, и, как минимум, один из двух кольцевых фланцев кожуха выполнен конической формы сопрягаемой поверхности.
Выполнение съемного кожуха из трех или более частей с продольными разъемами, равномерно расположенными по окружности, позволяет сохранить достаточную жесткость корпуса после демонтажа одной из частей съемного кожуха, так как при этом остаются в закрепленном состоянии части кожуха с тремя или более продольными фланцами, выполняющими роль ребер жесткости, равномерно расположенных по окружности и образующих силовую связь между корпусами двигателя. Кроме того, очевидно, что при равномерном расположении по окружности трех и более продольных фланцевых разъемов деформация корпуса при работе будет более равномерной и меньшей величины, чем при двух разъемах.
Выполнение одного из двух кольцевых фланцев кожуха конической формы сопрягаемой поверхности облегчит демонтаж частей съемного кожуха, так как при этом не требуется дополнительных усилий на преодоление сил трения, необходимых при параллельном расположении сопрягаемых поверхностей фланцев. При незначительном смещении одной из частей в направлении от оси двигателя между сопряженными фланцами образуется зазор, обеспечивающий свободное смещение. Величина угла В конусности фланцев в зависимости от необходимого усилия страгивания определяется величиной трения скольжения применяемых материалов. Оптимальная величина конусности составляет (1/10…1/5). Кроме того, коническая сопрягаемая поверхность фланцев обеспечивает плотное прилегание фланцев и герметичность разъемов. Отсутствие дополнительной силовой связи позволяет выполнить кольцевые фланцы достаточной толщины, обеспечивающей плотность разъемов.
На фиг.1 изображен продольный разрез камеры сгорания.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 (поперечный разрез камеры сгорания).
Камера сгорания газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 1, внутреннего корпуса 2, съемного кожуха 3, стоек 4, жаровых труб 5. Съемный кожух 3 выполнен из не менее трех частей 6 с продольными разъемами 7, равномерно расположенными по окружности. Стойки 4 образуют силовую связь наружного корпуса 1 с опорой 8 ротора турбины. Как минимум один из двух кольцевых фланцев 9,10 кожуха 3 выполнен конической формы сопрягаемой поверхности 11, 12 с углом В.
Работает устройство следующим образом.
При работе двигателя на корпуса 1, 2, 3 камеры сгорания действуют силы веса корпусов турбины 13, силы веса и динамические силы, передающиеся от опоры 8 ротора турбины, а также силы, вызванные избыточным давлением и высокими температурами в полости 14 камеры сгорания. Для удержания избыточного давления кольцевые фланцы 9, 10, 15 и продольные фланцы 16 выполнены толщиной, достаточной для обеспечения плотности разъемов и исключения деформации фланцев при их затяжке, чем обеспечивается герметичность разъемов 7, 11. Соединенные вместе продольные фланцы 16 смежных частей съемного кожуха 3 в сочетании с их равнорасположением по окружности придает кожуху 3 дополнительную продольную жесткость, что уменьшает деформацию корпуса при работе.
В стационарном состоянии на корпуса камеры сгорания также сохраняется действие сил веса корпусов и ротора турбины. Для замены жаровых труб 5 в условиях, исключающих разборку двигателя, в конструкции имеется съемный кожух 3, состоящий из трех и более частей 6. При необходимости заменить одну или несколько жаровых труб 5 производится расстыковка кольцевых разъемов поверхностей 11, 12 только в той части кожуха 3, в секторе которого находится необходимая жаровая труба, и двух продольных разъемов 7 этой части кожуха 3. Коническая форма сопрягаемых поверхностей кольцевых фланцев 9, 10 в сочетании с угловым расположением продольных разъемов 7 позволяет без дополнительных усилий на преодоление сил трения выполнить смещение расстыкованной части кожуха 3 в направлении от оси двигателя, чем обеспечивается облегченный демонтаж части кожуха. Оставшиеся части кожуха в сочетании с равнорасположенными по окружности продольными фланцами, выполняющими роль ребер жесткости, позволяют сохранить достаточную жесткость корпуса.