ПОВОРОТНОЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ СОПЛО Российский патент 2001 года по МПК F02K1/56 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно к поворотным осесимметричным соплам этих двигателей.

Известно поворотное сопло, содержащее корпус со сферической концовкой и поворотный насадок, а также консольно закрепленные на них экраны, защищающие сферическую законцовку и поворотный насадок от воздействия горячих газов. [1].

Недостатком известной конструкции является наличие консольных экранов, снижающих надежность сопла.

Наиболее близким к заявляемому является поворотное осесимметричное сопло ГТД, содержащее корпус со сферической коробчатой законцовкой и насадок, установленные с возможностью поворота относительно сферической законцовки корпуса вокруг поперечных осей, закрепленных с одной стороны в сферической законцовке, а с другой стороны - в кронштейне, который в свою очередь закреплен на шпангоуте корпуса. Сила тяги от сопла двигателя через насадок и поперечные оси передается частично на сферическую законцовку сопла, а частично через кронштейны - на шпангоут корпуса [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является перекос осей при работе двигателя, так как корпус со сферической законцовкой и кронштейн имеют при этом существенно разные температуры: корпус со сферической законцовкой, омываемый со стороны экранов воздухом из наружного контура, имеет температуру до 400^oC, а кронштейн, охлаждаемый воздухом окружающей среды, имеет температуру не более 200^oC. Кроме того, на переходных режимах массивный кронштейн прогревается и охлаждается существенно дольше, чем тонкостенный корпус. Указанная разница температур приводит к перекосу осей на величину 1,5...2,0 мм, что снижает надежность конструкции и может привести к поломке оси и сопла.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности сопла за счет уменьшения разницы линейных температурных расширений кронштейна и сферической законцовки.

Сущность технического решения заключается в том, что в поворотном осесимметричном сопле, содержащем сферическую законцовку корпуса и кронштейн, на которых с помощью осей закреплен поворотный насадок, согласно изобретению кронштейн выполнен Г-образной формы, фланцы крепления которого установлены на сферической законцовке, при этом расстояние от фланца крепления кронштейна до оси вращения насадка L = 0,08-0,12D, где D - диаметр сферы сферической законцовки по ее наружной поверхности.

Выполнение кронштейна Г-образной формы обеспечивает определенную гибкость кронштейна, что позволяет парировать разницу линейных температурных расширений кронштейна и сферической законцовки на определенной длине L без полоски оси, а установка фланцев крепления кронштейна на сферической законцовке позволяет уменьшить эту разницу до минимума, все это в целом повышает надежность сопла.

На фиг. 1 изображено поворотное осесимметричное сопло.

На фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1 по осям в увеличенном виде.

Поворотное осемимметричное сопло 1 состоит из силового кольца 2, на котором закреплена сферическая законцовка 3, выполненная в виде сферического кольца 4, на котором выполнены местные фланцы 5 для крепления кронштейнов 6. На сферическом кольце 4 и кронштейнах 6 закреплены оси 7, на которых установлен поворотный насадок 8, состоящий из поворотного кольца 9 с закрепленными на нем створками 10 регулируемого сопла 11. На поворотном кольце 9 закреплено контактное уплотнение 12, представляющее утечки охлаждающего воздуха из-за компрессора наружного контура из полости 13 в окружающую среду и работающее по наружной сферической поверхности 14 кольца 4. Вынос фланца 5 относительно оси 7 на величину L выполнен минимально возможным исходя из условий размещения контактного уплотнения 12. Так как перемещение контактного уплотнения 12 по сферической поверхности 14 около оси 7 является минимальным, то и вынос фланцев L также является минимальными и составляет 0,08...0,12 D, где D - диаметр сферы кольца 4 по поверхности 14. Кронштейн 6 состоит из фланцев 15, цапфы 16 и упругой части 17, причем цапфа 16 вынесена относительно фланцев 15 на величину δ, т.е. кронштейн выполнен Г-образным, что обеспечивает определенную гибкость кронштейна, что позволяет парировать разницу линейных температурных расширений кронштейна 6 и сферического кольца 4 на длине L без поломки оси 7. Толщина упругой части 17 кронштейна 6 выбирается такой, чтобы деформация упругой части под действием рабочей нагрузки была минимальной.

Работает устройство следующим образом. После запуска двигателя сферическое кольцо смывается со стороны полости 13 воздухом из наружного контура и поэтому нагрето сильнее кронштейна 6, который целиком омывается воздухом окружающей среды. Максимальное превышение температуры сферического кольца 4 над температурой кронштейна 6 может достичь 200^oC - на максимальном режиме. Так как фланцы крепления кронштейна 6 выполнены непосредственно на сферическом кольце и максимально приближены к оси 7 поворота насадка, то разница линейных расширений из-за разницы температурных расширений сферического кольца и кронштейна минимальна, а оставшаяся разница расширений парируется за счет упругой деформации Г-образного кронштейна.

Источники информации:
1. Патент FR 2470253, кл. F 02 K 1/78, 1982 г.

2. Патент RU 2095605 C1 - прототип.

Поворотное осесимметричное сопло содержит сферическую законцовку корпуса и кронштейн, на которых с помощью осей закреплен поворотный насадок. Кронштейн выполнен Г-образной формы. Фланцы крепления кронштейна установлены на сферической законцовке. Расстояние от фланца крепления кронштейна до оси вращения насадка L = 0,08 - 0,12D, где D - диаметр сферы сферической законцовки по ее наружной поверхности. Изобретение позволяет повысить надежность сопла за счет уменьшения разницы линейных температурных расширений кронштейна и сферической законцовки. 2 ил.

Поворотное осесимметричное сопло, содержащее сферическую законцовку корпуса и кронштейн, на которых с помощью осей закреплен поворотный насадок, отличающееся тем, что кронштейн выполнен Г-образной формы, фланцы крепления которого установлены на сферической законцовке, при этом расстояние от фланца крепления кронштейна до оси вращения насадка L = 0,08 - 0,12D, где D - диаметр сферы сферической законцовки по ее наружной поверхности.