Узел сопряжения соплового аппарата с камерой сгорания газовой турбины

Полезная модель относится к области газотурбинных установок. Сопловой аппарат с камерой сгорания соединяется в периферийной зоне с помощью отдельной детали - обтекателя. На обтекателе и внешнем корпусе камеры сгорания реализована система радиальных пазов, выступов и фиксаторов, расположенных в перпендикулярных плоскостях. Техническим результатом является уменьшение фреттинг-износа контактирующих поверхностей, который возникает из-за различных температурных напряжений, посредством увеличения площади контактирующих поверхностей соединения.

Полезная модель относится к области машиностроения, к газотурбинным установкам, преимущественно к элементам крепления и опорным устройствам установки, а также к компенсации тепловых расширений и ползучести.

Наиболее близкой по назначению и совокупности существенных признаков является конструкция соединения камеры сгорания газовой турбины с сопловым аппаратом высокого давления [патент US 7836702, F02C 7/20, опубл. 23.11.2010]. Камера сгорания с цельнолитым сопловым аппаратом соединяется в периферийной зоне переходным элементом, который является составной частью камеры сгорания. Переходной элемент имеет профильную часть, выполненную из тонкостенного материала, упругая деформация которого обеспечивает стабильность стыка камеры сгорания и соплового аппарата в периферийной зоне при воздействии высоких температурных напряжений.

Недостатком данного соединения является повышенный фреттинг-износ тонкостенного переходного элемента камеры сгорания и соплового аппарата, как в радиальном, так и в осевом направлении, приводящий к нарушению геометрии, что при ремонте требует замены всей камеры сгорания.

В основу полезной модели поставлена задача уменьшения фреттинг-износа в месте взаимного перемещения контактирующих деталей камеры сгорания и соплового аппарата в периферийной зоне, возникающего из-за различных температурных напряжений в контактирующих деталях, посредством увеличения площади контактирующих поверхностей соединения.

Задача решается тем, что в узле сопряжения соплового аппарата с камерой сгорания газовой турбины, содержащем в периферийной зоне переходной элемент, соединяющий наружный корпус соплового аппарата с жаровой трубой камеры сгорания, согласно полезной модели, переходной элемент выполнен в виде отдельной детали. Переходной элемент спрофилирован для обеспечения обтекания потоком в газовоздушном тракте. Соединение переходного элемента с корпусом соплового аппарата осуществляется по контактирующим поверхностям, расположенным в перпендикулярно расположенных плоскостях. Контактирующие поверхности выполнены в виде системы радиальных пазов и выступов, расположенных соответственно на переходном элементе и на наружном корпусе соплового аппарата. Кроме того, переходной элемент имеет наружный цилиндрический участок с ответным цилиндрическим участком на жаровой трубе камеры сгорания.

Отличием заявляемой конструкции от прототипа является выполнение соединительного переходного элемента в виде отдельной детали. Система радиальных пазов и выступов переходного элемента обеспечивает увеличение площади контактирующих поверхностей соединения, и, тем самым, снижает фреттинг-износ контактирующих деталей и обеспечивает осевую фиксацию переходного элемента относительно газовоздушного тракта. Радиальные пазы, расположенные перпендикулярно оси переходного элемента, обеспечивают его фиксацию от проворота в окружном направлении. Стыковка камеры сгорания и соплового аппарата обеспечивается благодаря наличию цилиндрического участка на переходном элементе, обеспечивающего центрирование и герметичность газовоздушного тракта.

Предложенное устройство поясняется следующими чертежами.

Фиг.1 - представлены детальные изображения элементов размещения и фиксирования переходного элемента в составе соединительного узла. Для наглядности переходной элемент смещен по оси.

Фиг.2 - изображает часть узла содержащего концевую часть жаровой трубы камеры сгорания состыкованную с сопловым аппаратом турбины высокого давления.

Соединение соплового аппарата с камерой сгорания содержит переходной элемент 1, который фиксируется в наружном корпусе 2 соплового аппарата, систему радиальных пазов 3, 4 и выступов 5, 6, которые находятся на переходном элементе 1 и наружном корпусе 2 соплового аппарата.

Переходной элемент 1 представляет собой жесткую деталь, имеющую конфигурацию, обеспечивающую плавное обтекание при входе газовоздушного потока к лопаткам 7 соплового аппарата.

Центрирование жаровой трубы 8 камеры сгорания относительно жестко зафиксированных деталей соплового аппарата обеспечивается за счет цилиндрического участка 9 переходного элемента 1 посредством радиальных пазов 10 и фиксаторов 11.

На наружном корпусе 2 соплового аппарата имеются фланцы 12, для размещения в них фиксаторов 11, и выступы 6, которые входят в радиальный кольцевой паз 3 переходного элемента!, которые в сумме обеспечивают свободное радиальное перемещение переходного элемента 1 относительно жестко зафиксированного узла соплового аппарата 13, тем самым, компенсируя неравномерность высоких температурных напряжений деталей камеры сгорания и соплового аппарата.

Работа рассматриваемого узла камеры сгорания и турбины высокого давления заключается в следующих принципиальных аспектах.

Узел камеры сгорания обеспечивает равномерное горение топливовоздушной смеси под высоким давлением, образованный газовоздушный поток поступает по тракту в сопловой аппарат турбины высокого давления, который обеспечивает определенный угол закрутки потока. В связи с этим основные элементы камеры сгорания и турбины высокого давления имеют конструкцию обеспечивающую выполнение данной работы, в процессе которой испытывают соответствующие ей нагрузки. Для жаровой трубы камеры сгорания их можно охарактеризовать как свободное, ничем не ограниченное температурное расширение в осевом направлении и ограниченное в радиальном направлении цилиндрическим участком 9 переходного элемента 1.

Для сопловых аппаратов свойственны температурные расширения в радиальном и осевом направлении, а также напряжения от закрутки потока скомпенсированные системой блокировки. Для обеспечения стабильности геометрии газовоздушного тракта сопловой аппарат зафиксирован между внешними и внутренними корпусами. Разнонаправленность и различие величин температурных напряжений испытываемых жаровой трубой камеры сгорания и сопловым аппаратом турбины высокого давления приводят к повышенному износу контактирующих поверхностей, на уменьшение которого направлено данное техническое решение. Переходной элемент 1 за счет системы радиальных пазов 3,4 и радиальных выступов 5,6, а также фиксаторов 11 расположенных во фланцах 12, имеет свободу перемещения в радиальном направлении не зависимо от наружного корпуса! соплового аппарата не теряя стыковки с жаровой трубой 8. Система пазов и выступов увеличивает площадь контактирующих и имеющих возможность перемещения относительно друг друга поверхностей, тем самым компенсируя знакопеременность нагрузок соединенных деталей жаровой трубы и соплового аппарата.

Применение заявляемой полезной модели обеспечивает:

- исключение необходимости выполнения переходного элемента совместно с сопловым аппаратом или с камерой сгорания;

- подвижное соединение, которое при работе изделия способствует гашению вибраций между сопловым аппаратом и камерой сгорания и уменьшению влияния фреттинг-износа контактирующих поверхностей, компенсирует воздействие температурных нагрузок составных элементов узла;

- ремонтопригодность при износе.

Узел сопряжения соплового аппарата с камерой сгорания газовой турбины, содержащий в периферийной зоне переходной элемент, соединяющий наружный корпус соплового аппарата с жаровой трубой камеры сгорания, отличающийся тем, что переходной элемент выполнен в виде отдельной детали, спрофилированной для обеспечения обтекания газовоздушным потоком, при этом соединение осуществляется по контактирующим поверхностям, расположенным в перпендикулярно расположенных плоскостях, и выполнено в виде системы радиальных пазов и выступов, выполненных соответственно на переходном элементе и на наружном корпусе соплового аппарата, кроме того, переходной элемент имеет наружный цилиндрический участок с ответным цилиндрическим участком на жаровой трубе камеры сгорания.