ВЫХЛОПНАЯ СИСТЕМА ТУРБОВИНТОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК B64D33/04 F01N7/00 F01N1/14 B64C27/10 B64C39/04 

Изобретение относится к выхлопным системам авиационных турбокомпрессорных двигателей, а в более узком назначении - к выхлопным самолетным системам турбовинтовых двигателей, не имеющих жесткого соединения с выхлопными элементами двигателя, когда выхлопной насадок входит с зазором в выхлопную трубу, создавая при этом эжекторный эффект для воздуха охлаждения мотоотсека и двигателя.

Выхлопная система разработана для самолета с турбовинтовыми двигателями, в частности для самолета С-80ГП с турбовинтовыми двигателями СТ7-9В фирмы General Electric.

Известны системы выхлопных труб, разработанные для пассажирских региональных самолетов SAAB 340 (Швеция), L610G (Чехия) с подобными же двигателями СТ7-9.

Выхлопные трубы прямой конфигурации у этих самолетов имеют незначительную длину и выходят назад в задней части мотогондолы, не имеющей вблизи выхлопной трубы систем, не допускающих высоких температур.

Тепловая защита выхлопной трубы ограничивается установкой защитного пакета с использованием фольги, что не обеспечивает эффективной теплозащиты при продолжительной работе и неприемлемо применительно к самолету С-80ГП, т.к. у этого самолета вблизи выхлопной трубы расположены крыльевые топливные баки и элементы основных стоек шасси, а выхлопная труба, в силу конструктивных особенностей самолета, имеет поворот на 40^o вбок-вниз. Кроме того, защитный слой выхлопной трубы создает значительные трудности при осмотре трубы, т.к. при этом требуется снятие защитного слоя.

Целью изобретения является создание конструкции выхлопной системы двигателя СТ7-9В самолета С-80ГП с двумя балками, в передней части которых расположены двигатели, с интенсивным охлаждением выхлопной трубы путем введения внешнего контура охлаждения с прохождением через образовавшийся зазор охлаждающего воздуха.

Для достижения этой цели выхлопная труба общей длиной 1,5 м, имеющая поворот на 40^o с выходом из мотогондольной части балки вбок-вниз, выполнена в виде внутренней трубы с закрепленными на ней при помощи двух рядов профилей передней обечайки и выхлопного насадка, которые в средней, изогнутой, части соединены кожухом, состоящим из двух половин и стянутых тремя ленточными хомутами.

Обечайка, выхлопной насадок и кожух представляют собой внешний контур, образующий с внутренней трубой кольцевой зазор 25 мм для прохода охлаждающего воздуха.

Выхлопной насадок связан с внутренней трубой при помощи приваренных с двух сторон 4-х профилей, расположенных в передней части выхлопного насадка с шагом 90. Второй ряд 4-х профилей приварен только к внутренней трубе, профили образуют с выхлопным насадком зазор 0,8 мм, центрируя выхлопной насадок по внутренней трубе и не препятствуя взаимному тепловому перемещению по длине и в диаметральном направлении.

Таким же образом к внутренней трубе приварена передняя обечайка, но с расположением силовых профилей у заднего торца обечайки. Опорные профили с зазором 0,8 мм располагаются в районе переднего торца обечайки.

Выхлопная труба при помощи фланца выхлопного насадка закреплена на боковой стенке балки и подкреплена за шпангоут двумя тягами, установленными на приваренном к передней обечайке силовом кольце.

Силовая схема выхлопной трубы выполнена таким образом, что от передней обечайки к фланцу выхлопного насадка усилие передается через профили на обечайке, внутреннюю трубу, профили на выхлопном насадке и выхлопной насадок.

Подкрепляющие выхлопную трубу две тяги расположены таким образом, чтобы не препятствовать тепловому удлинению трубы и закреплять изогнутую часть трубы от разгиба в результате воздействия внутреннего давления газовой струи.

Конструктивно-технологической особенностью выхлопной трубы также является установка связывающих профилей длиной на 0,8 мм меньше номинального зазора между внутренней трубой и наружными обечайками, приварка их с предварительным поджатием наружных обечаек к противоположно расположенным профилям. Это позволяет при большем нагреве и, следовательно, большем расширении внутренней трубы, чем передняя обечайка и выхлопной насадок, снизить внутренние тепловые напряжения. Этому же способствует трапециевидная форма профилей, скрепляющих внутреннюю трубу с наружными обечайками.

Выхлопная труба передней частью внутренней трубы с кольцевым зазором 20 мм надвигается на выхлопной смеситель двигателя с заглублением на 60 мм, что создает передний эжектор для прососа охлаждающего воздуха во внутреннюю полость трубы, где этот воздух добавляется к охлаждающему воздуху, прошедшему в смеситель двигателя из пылеулавливателя двигателя через систему охлаждения турбины, и снижает температуру выхлопной струи.

Задний обрез внутренней трубы на 200 мм (0,5 диаметра) короче обреза выхлопного насадка, что создает эффективный задний эжектор для прососа охлаждающего воздуха через зазор между внутренней трубой и наружным контуром выхлопной трубы.

Охлаждающий воздух к двум кольцевым зазорам выхлопной трубы подводится из мотоотсека через мерную диафрагму кожуха наружного охлаждения турбины и распределяется между кольцевыми зазорами в зависимости от их величины и эффективности переднего и заднего эжекторов.

При этом воздух, проходящий через наружный кольцевой зазор, обеспечивает эффективное охлаждение наружной стенки выхлопной трубы до необходимого уровня, что обеспечивает технико-экономический эффект.

Конструкция выхлопной трубы также обеспечивает легкое снятие и удобный осмотр трубы.

Для съема выхлопной трубы необходимо вывернуть винты крепления фланца трубы, отстыковать тяги подкрепления выхлопной трубы, вывести трубу через овальное отверстие в стенке балки, затем для осмотра трубы снять половины кожуха, открывая при этом свободный доступ к наиболее напряженной зоне трубы в районе ее изгиба.

Автору не известны объекты, в которых использовалась бы приведенная выше конструкция выхлопной трубы турбовинтового двигателя самолета.

На фиг.1, 2 представлена описываемая выхлопная труба с элементами:
1 - внутренняя труба.

2 - выхлопной насадок.

3 - передняя обечайка.

4 - кожух.

5 - хомуты крепления кожуха.

6 - фланец крепления выхлопной трубы.

7 - кольцо крепления тяг.

8 - цапфы крепления тяг.

9 - силовые профили выхлопного насадка.

10 - опорные профили выхлопного насадка.

11 - силовые профили передней обечайки.

12 - опорные профили передней обечайки.

На фиг. 3, 4 представлено крепление выхлопной трубы в мотоотсеке с элементами выхлопной трубы и мотоотсека:
13 - выхлопная труба.

14 - тяги подкрепления выхлопной трубы.

15 - мотоотсек.

16 - противопожарная перегородка.

17 - кожух охлаждения турбины двигателя.

18 - передний эжектор.

19 - задний эжектор.

Внутренняя труба 1 приварена к выхлопному насадку 2 и передней обечайке 3 силовыми профилями 9 и 11 и имеет опорные профили 10 и 12. На выхлопном насадке 2 установлен фланец крепления 6.

С опорой на переднюю обечайку 3 и выхлопной насадок 2 устанавливается состоящий из двух половин кожух 4, закрепленный хомутами 5.

На передней обечайке 3 приварено кольцо 7 с цапфами 8 крепления тяг 14 (фиг.3, 4), которые подкрепляют выхлопную трубу 1 к шпангоуту мотогондолы.

Охлаждающий воздух, пройдя мотоотсек 15, ограниченный противопожарной перегородкой 16, через кожух охлаждения турбины двигателя 17 подходит к переднему торцу выхлопной трубы 13, разделяется на два потока и под воздействием переднего эжектора 18 и заднего эжектора 19 подмешивается к выхлопной струе и интенсивно охлаждает наружный контур выхлопной трубы.

Внутренняя труба 1 (фиг.1) и выхлопной насадок 2 изготавливаются из жаропрочной стали ЭИ-703, передняя обечайка 3 - из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, кожух 4 - из титана ОТ4.

Изобретение относится к выхлопным самолетным системам турбовинтовых двигателей. Выхлопная система содержит выхлопную трубу изогнутой формы с выводом выхлопной струи вбок-вниз, закрепленную на балке самолета и не имеющую контакта с двигателем. Выхлопная труба содержит внутреннюю трубу с закрепленными на ней выхлопным насадком и обечайкой в передней части. Насадок и обечайка соединены между собой посредством изогнутого съемного кожуха, образуя внешний контур выхлопной трубы, который образует с внутренней трубой кольцевой зазор для прохода части охлаждающего воздуха под воздействием эжектора. Эжектор образован внутренней трубой и выхлопным насадком, задний срез которого выступает за задний срез внутренней трубы на 0,5 ее диаметра. Под воздействием другого эжектора, образованного стоящим на двигателе смесительным выхлопным насадком и надвинутым на него с кольцевым зазором передним концом внутренней трубы, другая часть воздуха засасывается во внутреннюю трубу, снижая ее температуру. Выхлопная труба закреплена на наружной стенке балки и подкреплена двумя тягами. Внутренняя труба связана с обечайкой и выхлопным насадком посредством трапециевидных профилей. Один ряд профилей крепится сваркой к обоим элементам с предварительным попарным поджатием. Второй ряд профилей приварен только к внутренней трубе с зазором до выхлопного насадка. Изобретение позволяет повысить интенсивность охлаждения выхлопной трубы. 4 ил.

Выхлопная система турбовинтового двигателя двухдвигательного двухбалочного, в том числе грузо-пассажирского самолета с расположением двигателей в мотогондольной части балок, имеющая выхлопную трубу изогнутой формы с выводом выхлопной струи вбок-вниз, закрепленную на балке самолета и не имеющую контакта с двигателем, отличающаяся тем, что выхлопная труба изогнутой формы выполнена в виде внутренней трубы с закрепленными на ней на профилях выхлопным насадком в задней части и обечайкой в передней части, соединенными между собой посредством изогнутого съемного кожуха, состоящего из двух половин, скрепленных между собой стяжными ленточными хомутами, при этом обечайка, съемный кожух и выхлопной насадок образуют внешний контур выхлопной трубы, образующий с внутренней трубой кольцевой зазор для прохода части охлаждающего воздуха из-под кожуха надтурбинной зоны для охлаждения внешнего контура внутренней трубы под воздействием эжектора, который образован внутренней трубой и выхлопным насадком, задний срез которого выступает за задний срез внутренней трубы на 0,5 ее диаметра, кроме того, под воздействием эжектора, образованного стоящим на двигателе смесительным выхлопным насадком и надвинутым на него с кольцевым зазором передним концом внутренней трубы, другая часть воздуха засасывается во внутреннюю трубу и, смешиваясь в пристеночном слое с выхлопной струей, снижает ее температуру, при этом выхлопная труба при помощи фланца, расположенного на задней части выхлопного насадка, закреплена на наружной стенке балки и подкреплена двумя тягами, расположенными в средней части передней обечайки, за шпангоут балки, причем внутренняя труба связана как с обечайкой, так и с выхлопным насадком посредством двух рядов трапециевидных профилей по 4 профиля в ряду с шагом 90^o, при этом один ряд профилей, на обечайке - задний, а на выхлопном насадке - передний, крепится сваркой к обоим элементам с предварительным попарным поджатием для обеспечения компенсации различных температурных расширений - более нагретой трубы и менее нагретыми деталями внешнего контура, образуя силовой пояс от фланца выхлопного насадка до обечайки через выхлопной насадок, два ряда приваренных с двух сторон профилей и через внутреннюю трубу, а второй ряд профилей приварен только к внутренней трубе с зазором до выхлопного насадка и обечайки с обеспечением центровки обечайки и выхлопного насадка относительно внутренней трубы, не препятствуя при этом температурным перемещениям.