УПЛОТНЕНИЕ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТВОРОК РЕГУЛИРУЕМОГО РЕАКТИВНОГО СОПЛА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к конструкциям уплотнений сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя.
Известно уплотнение сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, содержащее снабженное отбортовками литое основание, обладающее возможностью контакта со створками сопла, а также расположенные на основании элементы связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла, в частности, с элементами дозвуковой части сопла (патент США №5484105, кл. B64D 33/04, оп. 16.01.1996).
Недостатком известного уплотнения является низкая усталостная прочность, обусловленная тем, что основание и элементы связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла (реализованные в виде поперечных ребер основания) выполнены методом литья, что обуславливает существенную неравномерность толщин основания вдоль уплотнения. В процессе работы такого уплотнения при воздействии высоких температур (характеризующихся неравномерным полем их распределения по поверхности уплотнения) в нем возникают дополнительные внутренние механические напряжения, приводящие в конечном итоге к растрескиванию уплотнений.
Другим недостатком известного уплотнения является высокая масса, обусловленная наличием в основании уже упомянутых поперечных ребер, которые при работе уплотнения, являются источником дополнительных механических нагрузок, снижающих прочность основания уплотнения.
При создании полезной модели решалась задача создания уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, по сравнению с известным, менее подверженного усталостным повреждениям при работе условиях длительного термоциклирования и знакопеременных механических нагрузок. Таким образом, решалась задача повышения надежности уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя.
При использовании предложенной полезной модели достигается технический результат, заключающийся в повышении усталостной прочности уплотнения при работе в условиях длительного термоциклирования и знакопеременных механических нагрузок.
Указанный технический результат достигается тем, что в уплотнении сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, содержащем снабженное отбортовками основание, обладающее возможностью контактирования со створками сопла, а также соединенные с основанием элементы связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла, основание выполнено штампованным из жаропрочного листового металла и имеет форму лотка с плоским дном четырехугольной формы и, по меньшей мере, тремя снабженными отбортовками боковыми стенками, при этом отбортовки двух противолежащих стенок, продолжены по всей длине основания уплотнения, их поверхности, обладающие возможностью контактирования со створками сопла выполнены плоскими и образуют с плоскостью дна основания угол 5-12°.
Указанный технический результат достигается также тем, что элементы связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла соединены с основанием сваркой. Наиболее предпочтительно, когда элементы связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла вварены в дно и/или в отбортовку основания. Благодаря этому уменьшается неравномерность толщины основания и, тем самым, уменьшается вероятность возникновения усталостных повреждений материала основания.
Заявленный технический результат усиливается в том случае, когда уплотнение снабжено четырьмя боковыми стенками основания. Этим достигается увеличение жесткости основания и замедляется процесс накопления усталостных повреждений в материале основания.
На чертежах показана конструкция уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя (далее - ГТД).
На фиг. 1 показан общий вид уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя (аксонометрическая проекция); на фиг. 2 показана передняя (по направлению движения газа в реактивном сопле ГТД) часть уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД (аксонометрическая проекция); на фиг. 3 показана передняя (по направлению движения газа в реактивном сопле ГТД) часть уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД для случая выполнения уплотнения в виде лотка с 4-мя боковыми стенками (аксонометрическая проекция); на фиг. 4 показан поперечный разрез уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД (выполненный по А-А на фиг. 1), на фиг. 5 показан фрагмент регулируемого реактивного сопла ГТД, иллюстрирующий местоположение предложенного уплотнения сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД (аксонометрическая проекция); на фиг. 6 показано уплотнение сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД в продольном разрезе с разрывами для случая выполнения уплотнения в виде лотка с 3-мя боковыми стенками; на фиг. 7 показано уплотнение сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла ГТД в продольном разрезе с разрывами для случая выполнения уплотнения в виде лотка с 4-мя боковыми стенками.
Уплотнение сверхзвуковых створок регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит основание 1, выполненное штампованным из жаропрочного листового металла (например, из сплава ВЖ 8).
Основание 1 имеет форму лотка с плоским дном 2 четырехугольной формы и, по меньшей мере, тремя боковыми стенками 3, 4 и 5, которые снабжены отбортовками (т.е. отгибами) 6, 7 и 8, соответственно. В частном случае, конструкция уплотнения может быть снабжена четвертой боковой стенкой 9 (фиг. 1 и 3), выполненной с отбортовкой 10 или без нее. Отбортовки 6 и 7 двух противолежащих друг другу стенок 3 и 4, ориентированных вдоль основания 1 уплотнения, продолжены по всей длине основания, перекрывая (т.е. заменяя собой) участки отбортовки 8 и отбортовки 10 (в случае ее наличия). Поверхности 11 и 12 отбортовок 6 и 7, обладающие возможностью механического контактирования со створками 13 и 14 реактивного сопла газотурбинного двигателя (фиг. 4), выполнены плоскими и каждая из них образует с плоскостью дна 2 основания 1 угол α=5-12°.
Глубина H основания может составлять 4,8-5,3 мм (фиг. 4) при толщине листа, из которого изготовлено основание h=0,8-1,6 мм (фиг. 4).
С основанием 1 уплотнения соединены сваркой элементы 15 и 16 связи уплотнения с компонентами регулируемого реактивного сопла. Элемент 15 является проушиной для установки шарового шарнира 17 (полностью не показан), связанного с дозвуковой уплотнительной проставкой регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя, а элементы 16 представляют собой опоры ограничителей 18 перемещения уплотнения относительно сверхзвуковых створок 13 и 14 регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя. Указанные элементы 15 и 16 не являются объектами самостоятельных притязаний в рамках настоящей заявки и на чертежах показаны схематично.
В частном случае, с целью снижения массы уплотнения, элементы 15 и 16 могут быть выполнены вваренными, непосредственно в дно 2 основания или, как это делается при установке элемента 15, в отбортовку 8 соответствующей боковой стенки основания 1 (фиг. 4, 6 и 7). В этом случае, их предварительно изготавливают с плоскими основаниями (пятками) 18 толщиной h, например, фрезерованием из того же материала, который использован для изготовления основания 1, в основании выполняют отверстия по форме и размерам соответствующие ввариваемым основаниям элементов 15 и 16 (на фигурах 6 и 7 для наглядности заштрихованными показаны только элементы 16), после чего вваривают основания 18 например, с использованием электронно-лучевой сварки.
С целью уменьшения вероятности развития усталостных трещин кромки 19 основания 1 (фиг. 1) выполняют скругленными с радиусом 0,4-0,8 мм и полированными до получения шероховатости кромок со значениям среднего шага неровностей Sm и средний шаг неровностей по вершинам S (по ГОСТ 2789-73) не хуже 0,8.
При работе сверхзвуковой части регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя происходит периодическое изменение взаимного положения сверхзвуковых створок (например, 13 и 14, фиг. 5) путем их удаления друг от друга и последующего сближения между собой. Основание 1, прижимаясь к сверхзвуковым створкам под действием газодинамических сил газовой струи, исходящей из сопла, своими плоскими поверхностями 11 и 12 отбортовок 6 и 7 обеспечивают герметичность канала истечения. При расположении каждой из плоских поверхностей 11 и 12 отбортовок 6 и 7 под углом α=5-12° к плоскости дна 2 основания 1 достигается наиболее плотное их прилегание к ответным рабочим поверхностям сверхзвуковых створок (например, 13 и 14, фиг. 5). Более точное значение угла α подбирают для конкретной конструкции регулируемого реактивного сопла газотурбинного двигателя.