КРЕПЛЕНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПЛАМЕНИ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к форсажным камерам со стабилизацией пламени с помощью плохообтекаемых тел (СЛОТ), и может быть использована в форсажных камерах авиационных газотурбинных двигателей при креплении стабилизаторов пламени.
Известно крепление кольцевых стабилизаторов пламени форсажной камеры авиационного газотурбинного двигателя, содержащее расположенную между кольцевыми стабилизаторами опорную металлическую деталь, выполняющую функцию радиального стабилизатора, в форме желоба и с выступом, снабженным двумя проушинами, к каждой из которых крепят один кольцевой стабилизатор (см. Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей: Учеб. пособие/ Ю.С. Елисеев и др. - М.: Высш. Шк., 2002. - 355 с (с. 131-132)).
Под креплением понимается приспособление, служащее для скрепления, укрепления чего-либо (см. Большой толковый словарь русского языка. / Сост. и гл. ред. С.А. Кузнецов. - СПб.: «Норинт», 2000. - 1536 с. (с. 469)).
Недостатки известного крепления - значительная масса, ограниченный рабочий температурный диапазон из-за использования материала, имеющего допустимые рабочие температуры 900…1000°C, необходимость в охлаждении металлических элементов форсажной камеры, в том числе и опорной детали крепления, для обеспечения работоспособности двигателя при температурах свыше 1100°C со стороны фронта пламени.
Технический результат заявленной полезной модели - уменьшение массы, повышение рабочих температур форсажной камеры и увеличение срока эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в креплении стабилизаторов пламени форсажной камеры авиационного газотурбинного двигателя, содержащем деталь в форме желоба с продольным выступом, согласно полезной модели, деталь в форме желоба с выступом выполнена из композиционного материала и с отверстиями под крепежные детали в выступе, при этом крепление снабжено металлической деталью с продольным пазом, отверстиями под крепежные детали и средствами крепления к ней стабилизаторов, и деталь в форме желоба и металлическая деталь соединены друг с другом путем расположения выступа в пазу детали и размещения крепежных деталей в соответствующих отверстиях выступа и металлической детали.
Указанная совокупность признаков является существенной, так как позволяет обеспечить выигрыш в массе и повысить жаропрочность крепления. Выполнение одной детали крепления из композиционного материала обусловлено тем, что именно деталь в форме желоба, выполняющая функцию радиальных стабилизаторов пламени, находится в «горячей» зоне (температура более 1100°C), деталь, выполняющая силовую функцию, выполнена из металла, так как она расположена в «холодной» зоне (температура около 600°C) и материал выдерживает необходимые рабочие температуры; выполнять данную деталь из композиционного материала нецелесообразно, так как такие материалы не обладают достаточной прочностью для выполнения силовой функции.
Между выступом детали в форме желоба и металлической деталью может быть размещена, по меньшей мере, одна изогнутая пластина, что позволяет дополнительно уменьшить вибрации и температурные расширения.
В выступе детали в форме желоба и/или в металлической детали, одно из отверстий может иметь геометрические размеры и/или форму, отличную от остальных отверстий, что повышает прочностные характеристики в зоне соединения металл-неметалл путем повышения эффективности учета разницы температурных расширений при отсутствии смещения соединяемых деталей от эксплуатационных нагрузок.
На фиг. 1 - изображена форсажная камера с системой стабилизации пламени;
на фиг. 2 - крепление стабилизаторов (аксонометрия);
на фиг. 3 - крепление стабилизаторов (поперечный разрез);
Крепление содержит деталь 1 в форме желоба с продольным выступом 2. При этом и деталь 1, и выступ 2 выполнены из композиционного материала, например, УККМ C/SiBCO. В выступе 2 выполнены сквозные отверстия 3 под крепежные детали. Также крепление имеет металлическую деталь 4 с продольным пазом 5, отверстиями 6 под крепежные детали и выполненными, например, в виде проушин 7 средствами крепления к ней, например, кольцевых стабилизаторов 8 и 9. При этом, диаметр стабилизатора 8 (малый стабилизатор) меньше диаметра стабилизатора 9 (большой стабилизатор). Крепежные детали выполнены, например, в виде металлических пальцев 10. Между выступом 2 детали 1 в форме желоба и металлической деталью 5 может быть размещена, по меньшей мере, одна изогнутая пластина (не показана).
Использование крепления рассмотрено на примере закрепления кольцевых стабилизаторов 8 и 9 в форсажной камере 11 с форкамерой 12 авиационного газотурбинного двигателя, прикрепленной тягами 13 к корпусу форсажной камеры 11.
Крепление собирают следующим образом.
Вначале выполненную из композиционного материала деталь 1 выступом 2 размещают в продольном пазу 5 металлической детали 4, после чего скрепляют две детали 1 и 4, располагая крепежные элементы 10 в соответствующих сквозных отверстиях 3 выступа 2 и отверстиях 6 детали 4. Количество сквозных отверстий в выступе 2 и детали 4 равно, например, по три. Затем каждый стабилизатор 8 (9) закрепляют на фокамере 12 известным способом с помощью известных средств: путем размещения крепежных элементов, например, винт-гайка, заклепка, в проушинах 7 и проушинах, выполненных на каждом стабилизаторе. После этого форкамеру 12 крепят к корпусу форсажной камеры известными средствами, например при помощи тяг 13.
Для эффективности учета линейных температурных расширений выступа 2 из композитного материала и металлической детали 5 и обеспечения условия, что соединяемые детали не должны иметь относительное смещение от эксплуатационных нагрузок, возможно одно из отверстий 3 выступа 2 выполнять по форме и/или геометрическим размерам, отличным от формы и/или геометрических размеров остальных отверстий, например, одно отверстие в выступе круглое, остальные овальные, и геометрические размеры круглого отверстия меньше, чем размеры остальных отверстий. Выполнение отверстия, отличного от других, позволяет обеспечить отсутствие смещения соединяемых деталей друг относительно друга при эксплуатации, при этом размеры и форма отверстия и размеры и тип крепежного элемента выбирают с учетом обеспечения необходимых зазоров - монтажного и компенсирующего температурные расширения. Форму и размеры остальных отверстий выбирают с учетом не допустить поломок, возникающих из-за разности коэффициентов линейного температурных расширений. При этом форма и/или геометрические размеры отверстий в детали 4 могут или совпадать, или отличаться от формы и размеров отверстий 3 выступа 2. Также отверстия в металлической детали 4 могут быть выполнены как одинаковыми по форме и/или геометрическим размерам, так и одно из отверстий может отличаться от остальных отверстий. При этом форма поперечного сечения отверстий может быть не только круглой или овальной, но и иной, например, квадратной, шестиугольной, эллипсоидной и пр. Выбор формы и геометрических размеров отверстий определяют в каждом конкретном случае в зависимости от рабочих температур, формой (типом) крепежных элементов и с учетом обеспечения свободы линейных температурных расширений металла и неметалла. По табличным данным выбирают монтажный зазор и рассчитывают коэффициенты температурных линейных расширений, по которым устанавливают форму и размеры отверстий, их количество, рассчитывают допустимые зазоры между стержнями крепежных деталей и отверстиями при работе двигателя.
При отсутствии форкамеры 12 или при ее расположении не между стабилизаторами, а в другом месте, и при выполнении стабилизаторов не кольцевыми, что обусловлено конструктивными особенностями двигателя, стабилизаторы 8 и 9 закрепляют между собой предложенным креплением. Закрепленные между собой стабилизаторы 8 и 9 также крепят к корпусу форсажной камеры известным способом и известными средствами, например при помощи тяг (см, например, А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Газотурбинные двигатели. ОАО «Авиадвигатель», Пермь, 2006. - 1204 с. (с. 354, рис. 7.4.1_4, с. 355, рис. 7.4.1_5).
При работе двигателя, данное крепление стабилизаторов пламени позволяет выдержать температуру свыше 1100°C со стороны фронта пламени, что позволяет обеспечить повышение тяги двигателя, силовые нагрузки и при этом избежать поломок из-за температурных расширений соединяемых деталей, выполненных из материалов с различными коэффициентами температурного расширения.