УЗЕЛ УПРУГОГО СОЕДИНЕНИЯ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ И ГАЗОСБОРНИКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может найти применение в конструкциях камер сгорания газотурбинных двигателей.
Известен узел соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя, в котором жаровая труба содержит секцию, наружная поверхность которой установлена с радиальным зазором относительно внутренней поверхности обоймы газосборника (Г.С. Скубачевский, «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей», М.:Машиностроение, 1981, с. 398-399 рис. 9 19 г).
При взаимных перемещениях секции жаровой трубы и обоймы газосборника возможен повышенный износ в месте их соединения из-за вибраций конструкции во время работы двигателя.
Известен узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий секцию жаровой трубы, наружная поверхность которой установлена с радиальным зазором относительно внутренней поверхности обоймы газосборника, в котором установлен кольцевой гофрированный упругий элемент (описание полезной модели по патенту РФ №145982, МПК F23R 3/60, опубл. 27.09.2014).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий секцию жаровой трубы, наружная поверхность которой установлена с радиальным зазором относительно внутренней поверхности обоймы газосборника, и кольцевой тороидальный упругий элемент (описание полезной модели по патенту РФ №159092, МПК F23R 3/60, опубл. 27.01.2016).
В известных узлах соединения за счет деформации гибкий элемент должен обеспечивать необходимую плотность стыка и воспринимать тепловые перемещения жаровой трубы и газосборника и гасить вибрации конструкции.
Недостатком известных конструкций является следующее. В процессе работы происходит перемещение газосборника относительно секции жаровой трубы от оси двигателя к периферии («вверх»), сектор упругого элемента ближний к оси двигателя («низ») деформируется, и контакт (плотность) по стыку сохраняется. В тоже время, на периферии между упругим элементом и полкой обоймы газосборника образуется зазор. Чтобы обеспечить плотность стыка при перемещениях газосборника, упругий элемент должен быть установлен в сжатом состоянии (с натягом). В этом случае, в условиях цикличности работы двигателя, возникающих вибраций и значительных взаимных перемещениях контактирующих поверхностей, деформированный упругий элемент теряет упругие свойства и способность возвращаться к своей первоначальной форме. Это ведет к раскрытию стыка с появлением неравномерного зазора.
Задачей полезной модели является создание узла упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя, в котором в рабочем состоянии (во время работы двигателя) происходит сохранение плотности стыка в месте соединения секции жаровой трубы и газосборника и уменьшение износа последней секции жаровой трубы в месте соединения с газосборным патрубком из-за вибраций конструкции.
Техническим результатом, на достижения которого направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности конструкции за счет демпфирования колебаний и компенсации угловых и осевых перемещений секции жаровой трубы в месте соединения ее с газосборным патрубком путем обеспечения необходимой надежности упругого соединения и отсутствия зазоров (герметичности) по всей поверхности стыка «жаровая труба -газосборник» на всех режимах работы.
За счет того, что в стыке «жаровая труба - газосборник» установлены два гибких тонкостенных тороидальных упругих элемента: кольцевой на секции жаровой трубы и полукольцевой на обойме газосборника, обеспечивающих, за счет контакта и деформации гибких элементов, плотность стыка при взаимных перемещениях жаровой трубы и газосборника, а также гашение энергии их колебаний без возникновения напряжений в элементах конструкции.
Технический результат достигается тем, что узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащий секцию жаровой трубы, наружная поверхность которой установлена с радиальным зазором относительно внутренней поверхности обоймы газосборника, и кольцевой тороидальный упругий элемент, в отличие от известного, снабжен полукольцевым упругим элементом, на обойме газосборника выполнена выборка сектора в форме полукольца, в которой размещен полукольцевой тороидальный упругий элемент, при этом кольцевой упругий элемент контактирует с наружной поверхностью секции жаровой трубы, а кольцевой и полукольцевой упругие элементы размещены с зазором относительно друг друга.
Для возможности радиальных перемещений газосборника относительно жаровой трубы с сохранением герметичности стыка поверхностей упругих элементов и гашения энергии колебаний элементов конструкции обойма газосборника может быть снабжена лысками, расположенными в горизонтальной плоскости обоймы.
Для повышения демпфирующих свойств кольцевой и полукольцевой упругие элементы могут быть снабжены прорезями, делящими их на отдельные части в виде «лепестков».
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - предлагаемое упругое соединение жаровой трубы и газосборника;
фиг. 2 - секция жаровой трубы с кольцевым упругим элементом;
фиг. 3 - кольцевой упругий элемент;
фиг. 4 - обойма газосборника с полукольцевым упругим элементом;
фиг. 5 - узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника в рабочем («горячем») состоянии;
фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5
Узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит секцию 1 жаровой трубы 2, наружная поверхность которой установлена с радиальным зазором относительно внутренней поверхности обоймы 3 газосборника 4.
На наружную поверхность секции 1 жаровой трубы смонтирован тонкостенный кольцевой упругий элемент 5 тороидальной формы (фиг. 2), который в районе крепления, а также месте контакта с обоймой газосборника может быть снабжен прорезями 6 в радиусах изгиба, делящими его на отдельные «лепестки» 7 (фиг. 3), что повышает демпфирующие свойства элемента и позволяет ему деформироваться без значительных напряжений. Количество и глубина прорезей определяется габаритами элемента 5 исходя из обеспечения необходимой гибкости и прочности при упругой деформации.
Материал упругого элемента должен быть жаропрочный и иметь способность сохранять демпфирующие свойства при температурном воздействии, например сплав ЭП648.
На обойме 3 газосборника 4 (фиг. 4) выполнена выборка сектора 1/2 части окружности без полки, в которой установлен упругий полукольцевой упругий элемент 8 тороидальной формы, который представляет собой тонкостенный сектор, повторяющий форму отсутствующего сектора обоймы.
Полукольцевой упругий элемент 8 в месте его контакта с секцией жаровой трубы (фиг. 4) может быть снабжен прорезями 9, делящими его на отдельные «лепестки» 10. В горизонтальной плоскости обоймы 3 газосборника с противоположных сторон зеркально могут быть выполнены две параллельные лыски 11.
При сборке (в «холодном состоянии») жаровая труба и газосборник устанавливаются соосно с зазорами по контактирующим поверхностям секции жаровой трубы, обоймы газосборника и упругих кольцевого и полукольцевого элементов 5 и 8, соответственно.
Узел упругого соединения жаровой трубы и газосборника камеры сгорания газотурбинного двигателя работает следующим образом.
В процессе работы двигателя жаровая труба 2 и газосборник 4 подвержены вибрациям и, как следствие, соударениям секции 1 жаровой трубы и обоймы 3 газосборника. Гашение энергии их колебаний происходит за счет кольцевого и полукольцевого упругих элементов.
После запуска и выхода двигателя (в горячем состоянии) на режим в результате тепловых расширений происходит сближение жаровой трубы и газосборника. Тепловые расширения соплового аппарата и корпуса камеры сгорания приводят к их перемещению в радиальном направлении «вверх»: вместе с сопловым аппаратом перемещается газосборник, вместе с корпусом камеры сгорания перемещается жаровая труба. Причем, из-за того, что температура соплового аппарата значительно выше температуры корпуса камеры сгорания, сопловой аппарат перемещается на большее расстояние, в результате чего жаровая труба и газосборник становятся не соосно (фиг. 5). Упругие элементы 5 и 8 деформируются, благодаря чему зазоры в стыке исчезают. Причем, зазор исчезает по всей окружности, поскольку перемещение газосборника 4 приводит к растяжению элемента 5, в результате чего он плотно охватывает обойму 3, а упругий элемент 8 уплотняет стык на участке обоймы без полки (с выборкой) (фиг. 6). При этом зазор между упругими элементами жаровой трубы и газосборика отсутствует, обеспечивая необходимую плотность стыка при вибрациях конструкции, и гасит колебания жаровой трубы и газосборника.
Упругие элементы спрофилированы таким образом (тороидальная форма), что плотность их стыка сохраняется при больших осевых и радиальных взаимных перемещениях жаровой трубы и газосборника, что обеспечивает свободу перемещений всей конструкции в процессе работы без возникновения значительных напряжений в элементах конструкции и увеличения вибрации.
Лыски 11 обеспечивают возможность радиального перемещения обоймы газосборника относительно секции жаровой трубы, при этом секция жаровой трубы контактирует с обоймой по точкам в горизонтальной плоскости, что дополнительно их фиксирует и гасит энергию колебаний элементов конструкции.
Внедрение предлагаемой конструкции повышает надежность и ресурс ДСЕ жаровой трубы и газосборника за счет компенсации взаимных перемещений с сохранением плотности их стыка.