ШАРНИРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Шарнирное устройство для соединения трубопроводов
Полезная модель относится к устройствам для подвижного соединения жестких трубопроводов, в частности, для соединения трубопроводов в газотурбинных двухконтурных двигателях (ГТДД).
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является "Шарнирное устройство для соединения трубопроводов" (см. патент GB 2066399, класса F16L 27/04, опубл. 27 октября 1980 г.).
Это соединение предполагает использование в подвижных контактных парах мягких уплотнителей (типа резиновых).
Такое соединение невозможно применить в газотурбинном двухконтурном двигателе, где температура газа в трубопроводах может достигать 400°С. Резиновые уплотнители, например, выдерживают температуру только до 200°С. При этом, такое устройство довольно сложно по конструкции и трудоемко в изготовлении из-за большого количества уплотняемых соединений. Кроме того, для применения подобного соединения требуется достаточный осевой габарит, которого часто не хватает.
Задачей предлагаемого устройства является обеспечение возможности соединения воздушных трубопроводов в ГТДД.
Указанная задача решается тем, что в известном шарнирном устройстве для соединения трубопроводов, содержащем соединенные с концами трубопроводов корпуса, полости которых сообщены между собой патрубком, снабженным сферическими элементами, контактирующими с внутренними поверхностями корпусов, и уплотнительные элементы, причем сферические элементы выполнены за одно целое с концами патрубка, согласно полезной модели контактирующие поверхности корпусов выполнены цилиндрическими, а уплотнительный элемент выполнен в виде поршневого кольца, размещенного в цилиндрической канавке сферического элемента, и имеющего сферическую наружную поверхность с диаметром сферы, близким к диаметру цилиндрической расточки корпуса, при этом минимальная ширина поршневого кольца Hmin, контактирующего с цилиндрической поверхностью, может быть определена из следующей зависимости:
Hmin=tgα·Dц, где
α - угол максимально возможного рабочего диапазона поворота патрубка в процессе работы устройства,
Dц - диаметр цилиндрической расточки корпуса.
Такое выполнение устройства позволяет создать подвижное соединение в трубопроводе при прокладке воздушной магистрали из внутреннего контура ГТДД к наружному и создать развязку при их взаимном относительном осевом и радиальном перемещении.
Пример выполнения устройства приведен на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 показано положение деталей устройства при холодном состоянии двигателя;
на фиг. 2 - положение деталей устройства при рабочем состоянии двигателя;
на фиг. 3 - эскиз выполнения поршневого кольца.
Шарнирное устройство для воздушных трубопроводов содержит соединенные с концами трубопроводов 1 и 2 корпуса 3 и 4, полости которых сообщены между собой патрубком 5, снабженным сферическими элементами 6 и 7, контактирующими с внутренними поверхностями 8 и 9 корпусов, и уплотнительные элементы, выполненные в виде поршневых колец 10 и 11. Сферические элементы 6 и 7 выполнены за одно целое с концами патрубка 5, а контактирующие поверхности 8 и 9 корпусов выполнены цилиндрическими.
Поршневые кольца 10 и 11 размещены в цилиндрических канавках 12 и 13 сферических элементов и имеют сферическую наружную поверхность d и D с диаметром сферы, близким к диаметру d1 и D1 цилиндрической расточки корпуса в соответствующих корпусах.
Корпус 3 расположен в корпусе внутреннего контура 14 газотурбинного двигателя, а корпус 4 - в корпусе наружного контура 15. Между наружным и внутренним контуром образована полость 16 для прохода воздуха из компрессора низкого давления.
Минимальная ширина поршневого кольца Hmin, контактирующая с цилиндрической поверхностью, может быть определена из следующей зависимости:
Hmin=tgα·Dц, где
α - угол максимально возможного рабочего диапазона поворота патрубка 5 в процессе работы устройства,
Dц - диаметр цилиндрической расточки корпуса и сферической поверхности поршневого кольца в рабочем (сжатом) состоянии.
Определение минимальной ширины поршневого кольца Hmin необходимо для того, чтобы в процессе работы устройства контактная сферическая поверхность поршневого кольца не выходила из зацепления с цилиндрическими поверхностями 8 и 9 соответствующих корпусов при максимально возможном угле поворота патрубка.
При работе устройства внутренний контур 14 нагревается сильнее, чем наружный контур 15. Из-за этого возникает осевой и радиальный сдвиг между внутренним и наружным контуром (см. фиг. 2). Патрубок 5 отклоняется на угол а от своего первоначального положения. Поршневые кольца 12 и 13 за счет сферической формы контактирующей поверхности продолжают уплотнять зазор между сферическими элементами 6, 7 и цилиндрическими поверхностями 8 и 9 корпусов.
Предлагаемое устройство позволяет создать подвижное соединение в трубопроводе при прокладке воздушной магистрали из внутреннего контура ГТДД к наружному и позволяет создать развязку при их взаимном относительном осевом и радиальном перемещении.
Предлагаемое устройство обладает высокой надежностью за счет простоты конструкции, минимального количества входящих деталей и контактных пар.
Устройство обладает минимальным габаритом и позволяет расположить его между двух близкорасположенных корпусов внутреннего и наружного контуров ГТД и не создает большого сопротивления для воздушного потока, проходящего по наружному контуру двигателя.