Кожух камеры сгорания газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение в конструкциях камер сгорания газотурбинным двигателям (ГТД) наземного и промышленного применения. Описан кожух камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющий разъем в горизонтальной плоскости, каждая из двух половин которого снабжена двумя продольными фланцами, соединяемыми болтами с гайками. Продольные фланцы с внутренней стороны кожуха имеют выступы, контактирующие между собой параллельными плоскостями, расположенными под углом к плоскости разъема, образуя клиновидное соединение. Один из выступов каждой пары контактирующих фланцев П-образной формы является охватывающим по отношению к другому клиновидному охватываемому выступу. Каждая половина кожуха имеет первый продольный фланец с охватывающим выступом и другой продольный фланец с охватываемым выступом. Достигается повышение надежности и эксплуатационной пригодности ГТД с горизонтально разъемным кожухом камеры сгорания за счет уменьшения утечки воздуха через продольные фланцы кожуха путем сохранения необходимой плотности стыка. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение в конструкциях камер сгорания газотурбинных двигателей (ГТД) наземного и промышленного применения.

Известны конструкции камер сгорания ГТД с горизонтально разъемным кожухом, например, камера сгорания ГТД 110 («Николаевские газотурбинные двигатели и установки. История создания» ГП НПКГ «Зоря-Машпроект» - Николаев, 2005г., стр.170). Недостатком данной конструкции является наличие повышенных утечек воздуха через продольные стыки, приводящие к потере КПД ГТД и, как следствие, к повышению температуры газов перед турбиной, что снижает надежность и сокращает срок службы ГТД. Кроме этого происходит нерегламентированный нагрев помещения, в котором размещена установка с ГТД, из-за чего возможно прекращение эксплуатации установки.

Причина повышенных утечек – ослабление плотности стыка из-за уменьшения силы затяжки в болтовом соединении вследствие релаксации монтажных напряжений в болтах от сил внутреннего давления в полости кожуха в условиях длительной эксплуатации ГТД.

Наиболее близкой к заявленной конструкции является конструкция кожуха камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющий разъем в горизонтальной плоскости, каждая из двух половин которого снабжена двумя продольными фланцами, соединяемыми болтами с гайками (патент №2218516, МПК F16M1/04, опубл. 20.05.2000). В данной конструкции повышение герметичности продольных стыков достигается за счет повышения жесткости фланцев путем их геометрического замыкания.

К недостаткам такой конструкции можно отнести следующее:

- увеличение длины контура продольных фланцев, приводящее к повышенному расходу воздуха через их стыки;

- нагрузка на болты стыка не изменяется, при этом усугубляется ее неравномерность, в результате которой происходят местные ослабления плотности стыков, приводящие к повышенным утечкам воздуха через стыки.

Техническим результатом, на достижения которого направлено данное техническое решение, является повышение надежности и эксплуатационной пригодности ГТД с горизонтально разъемным кожухом камеры сгорания, за счет уменьшения утечки воздуха через продольные фланцы кожуха путем сохранения необходимой плотности стыка.

Технический результат достигается тем, что в кожухе камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющем разъем в горизонтальной плоскости, каждая из двух половин которого снабжена двумя продольными фланцами, соединяемыми болтами с гайками, в отличие от известного продольные фланцы с внутренней стороны кожуха имеют выступы, контактирующие между собой параллельными плоскостями, расположенными под углом к плоскости разъема, образуя клиновидное соединение, при этом один из выступов каждой пары контактирующих фланцев П-образной формы является охватывающим по отношению к другому клиновидному охватываемому выступу, и каждая половина кожуха имеет первый продольный фланец с охватывающим выступом и другой продольный фланец с охватываемым выступом.

При этом, с внешней стороны продольных фланцев с охватываемыми выступами имеются Г-образные выступы с выполненными в них гладкими и резьбовыми отверстиями, в которые вставлены, соответственно, монтажные и демонтажные винты, при этом в продольных фланцах с охватывающими выступами выполнены коаксиально гладким отверстиям во фланцах с охватываемыми выступами глухие резьбовые отверстия.

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг.1 – продольный разрез камеры сгорания с горизонтально разъемным кожухом; фиг.2 – вид конструкция горизонтально разъемного кожуха; фиг.3 – сечение А-А; фиг.4 – сечение Б-Б, фиг.5 – схемы нагружения горизонтальных фланцев разъемного кожуха исходной и предлагаемой конструкций.

Предлагаемый кожух камеры сгорания (фиг. 1) имеет разъем в горизонтальной плоскости и состоит из верхней 1 и нижней 2 половин, снабженных круглыми фланцами 3, 4 и продольными фланцами 5, 6 (фиг. 3). Круглыми фланцами кожух стыкуется с корпусами компрессора и турбины. Продольные фланцы 6 имеют внутренние охватывающие выступы 7 П-образной формы, а продольные фланцы 5 снабжены внутренними клиновидными охватываемыми выступами 8 (фиг.4). Выступы 7 и 8 взаимно контактируют параллельными плоскостями, расположенными под углом a к плоскости разъема. Каждая половина кожуха имеет первый продольный фланец 6 с охватывающим выступом 7 и другой продольный фланец 5 с охвытываемым выступом 8. Обе половины кожуха соединены через продольные фланцы болтами 9 с гайками 10.

Фланцы 5 с внешней стороны кожуха имеют Г-образные выступы 11 с выполненными в них гладкими 12 и резьбовыми 13 отверстиями в которые вставлены соответственно монтажные 14 и демонтажные 15 (по отношению к верхней половине кожуха) винты (фиг.2), при этом в продольных фланцах 6 выполнены коаксиально гладким отверстиям 12 в продольных фланцах 5 глухие резьбовые отверстия 16.

В работе кожух находится под действием внутреннего избыточного давления, в результате которого болты в продольных стыках нагружены растягивающими силами. Схемы нагружения исходной и предлагаемой конструкции продольного стыка горизонтально разъемного кожуха, приведенные к виду двух опорной и трех опорной балок, приведены на фиг. 5, где Q – активная сила воздействующая на стык, А, В, С и Мв реактивные силы и момент условно принятых опор стыка. Расчетный анализ показывает, что при заданной, одинаковой для обеих конструкций длине пролета балок L, нагрузка В на болт в предлагаемой конструкции более, чем в 2 раза ниже по сравнению с исходной конструкцией. Это благоприятно влияет на сохранение плотности стыка. Монтажные винты 14 используются для создания при сборке и сохранении в эксплуатации необходимого натяга в сопряжении внутренних выступов 7 и 8. Демонтажные винты 15 используются при разборке при разборке кожуха для сдвигания верхней половины кожуха с целью устранения монтажного натяга в сопряжении внутренних выступов 7 и 8.

В результате, за счет введения дополнительного клиновидного соединения фланцев с внутренней стороны кожуха происходит снижение нагрузки на болты стыка и уменьшаются изгибные напряжения во фланце, что в свою очередь способствует уменьшению утечек воздуха и сохранению необходимой плотности стыка между продольными фланцами кожуха.

Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить надежность и эксплуатационную пригодность ГТД с горизонтально разъемным кожухом камеры сгорания.

1. Кожух камеры сгорания газотурбинного двигателя, имеющий разъем в горизонтальной плоскости, каждая из двух половин которого снабжена двумя продольными фланцами, соединяемыми болтами с гайками, отличающийся тем, что продольные фланцы с внутренней стороны кожуха имеют выступы, контактирующие между собой параллельными плоскостями, расположенными под углом к плоскости разъема, образуя клиновидное соединение, при этом один из выступов каждой пары контактирующих фланцев П-образной формы является охватывающим по отношению к другому клиновидному охватываемому выступу, и каждая половина кожуха имеет первый продольный фланец с охватывающим выступом и другой продольный фланец с охватываемым выступом.

2. Кожух камеры сгорания по п. 1, отличающийся тем, что с внешней стороны продольных фланцев с охватываемыми выступами имеются Г-образные выступы с выполненными в них гладкими и резьбовыми отверстиями, в которые вставлены соответственно монтажные и демонтажные винты, при этом в продольных фланцах с охватывающими выступами выполнены коаксиально гладким отверстиям во фланцах с охватываемыми выступами глухие резьбовые отверстия.