ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ТЕРМОБАРОКАМЕРЕ Российский патент 2012 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для определения их тяговых характеристик.

При стендовых испытаниях авиационных ГТД широко используется схема испытаний с присоединенным трубопроводом. Присоединенный трубопровод состоит из цилиндрических патрубков, соединенных между собой с помощью фланцев. Диаметр присоединенного трубопровода обычно соответствует входному диаметру газотурбинного двигателя. Длина присоединенного трубопровода рассчитывается по специальным методикам с учетом размещения специальных функциональных и измерительных устройств.

Известно устройство, реализующее такую схему (Ю.И.Павлов, Ю.И.Шайн, Б.И.Абрамов «Проектирование испытательных стендов для авиационных двигателей», стр.32-35, 1979 г., Москва: Машиностроение), где испытываемый двигатель закреплен на платформе тягоизмерительного устройства (ТИУ) в термобарокамере (ТБК). Ко входу двигателя герметично пристыкован с помощью уплотнения присоединенный трубопровод, состоящий из некоторого набора N патрубков одинакового диаметра, которые по фланцам неподвижно связаны между собой. Присоединенный трубопровод закреплен на платформе с помощью неподвижной опоры и качающейся опоры. Сочленение набора патрубков и патрубка входного коллектора выполнено с помощью телескопического лабиринтного уплотнения (ТЛУ), причем входной коллектор, в свою очередь, неподвижно закреплен к корпусу ТБК.

Сжатый воздух с заданной температурой и давлением поступает в испытываемый двигатель из входного коллектора через присоединенный трубопровод. Продольные температурные деформации входного коллектора и присоединенного трубопровода выбираются в ТЛУ за счет первоначальной установки гарантированной величины осевого зазора Δ. Расположение патрубков также изменяется и в радиальном направлении из-за смещения качающейся опоры и неравномерной температурной деформации входного коллектора, прикрепленного к корпусу ТБК. Это приводит к нарушению коаксиальности радиального зазора δ вплоть до механического касания внутренних и наружных элементов ТЛУ. Появляющаяся механическая связь между присоединенным трубопроводом и входным коллектором вызывает недопустимую погрешность в измерении силы тяги от двигателя и некондиционность полученных результатов испытания.

Основным недостатком известного устройства (прототип) является отсутствие механизмов фиксации осей ТЛУ. Приходится увеличивать радиальный зазор δ и осевой зазор Δ для заведомой гарантии отсутствия механического контакта элементов ТЛУ. Однако, чем больше зазор δ и Δ, тем больше утечки сжатого воздуха из присоединенного трубопровода, что удорожает испытания, а в случае, когда потребный расход через двигатель близок к возможностям систем подачи воздуха, большие утечки через ТЛУ могут привести к невозможности выполнения требований испытания. Большие и неорганизованные утечки приводят так же и к нарушению требований равномерности потока на входе в испытываемый двигатель.

Технической задачей заявляемого решения является увеличение надежности работы присоединенного трубопровода и уменьшение утечек сжатого воздуха через телескопическое лабиринтное уплотнение.

Технический результат достигается тем, что входное устройство для испытаний газотурбинных двигателей в термобарокамере, содержащее входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод, выполненный из набора патрубков, патрубок входа в двигатель, опоры для крепления входного коллектора к термобарокамере и опоры для крепления присоединенного трубопровода к динамометрической платформе, причем входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод и патрубок входа в двигатель последовательно соединены между собой герметичными шарнирами, а один патрубок узла лабиринтного уплотнения со стороны входного коллектора закреплен на опорах к термобарокамере, а другой патрубок со стороны двигателя закреплен на опорах к динамометрической платформе. Герметичные шарниры выполнены в виде концентрического сальникового уплотнения. Опоры на уровне оси трубопровода снабжены горизонтальной плоскостью скольжения со шпонкой, по которой в радиальном направлении перемещается трубопровод. Сальниковое уплотнение выполнено в виде шнура из графлекса.

На фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство.

На фиг.2 схематически изображен узел сочленения лабиринтного уплотнения с участком устройства присоединенного входа.

На фиг.3 схематически изображен узел Б.

На фиг.4 схематически изображено сечение В-В узла Б.

Заявляемое устройство состоит из цилиндрических патрубков 9, соединенных между собой с помощью фланцев. Диаметр цилиндрических патрубков соответствует входному диаметру газотурбинного двигателя. Необходимое количество и суммарная длина цилиндрических обечаек рассчитывается по специальной методике с учетом размещения в них специальных функциональных и измерительных устройств. Подвод газовоздушного потока с необходимыми параметрами осуществляется от специальной компрессорной установки через ресивер 2 и входное устройство 1, которые соединены между собой с помощью фланцев. На концах входного устройства с двух сторон оборудованы герметичные шарниры 3, которые компенсируют температурные деформации входного устройства как по длине, так и в угловом перемещении. Участок входного устройства, примыкающий к присоединенному трубопроводу, выполнен в виде бесконтактного лабиринтного уплотнения 4. Этот участок неподвижно закреплен в камере термобарокамеры 5 на стойках 6 и не имеет контактов с динамометрической платформой 7.

Трубопровод 8 имеет участок 9, примыкающий с зазором к бесконтактному лабиринтному уплотнению, и этот участок неподвижно закреплен на стойках 10 на динамометрической платформе 7. С другой стороны трубопровод герметично стыкуется с входным участком испытываемого ГТД 11. Этот участок трубопровода неподвижно закреплен на стойках 12 на динамометрической платформе.

Все стойки 6, 10 и 12, на которых крепятся входное устройство и присоединенный трубопровод, имеют опоры 13, расположенные горизонтально на уровне оси трубопровода. Опоры 13 имеют горизонтальные плоскости скольжения, которые позволяют перемещаться трубопроводу в радиальном направлении, что сохраняет фиксированным радиальный зазор в ТЛУ. От перемещения трубопровода в осевом направлении предохраняют шпонки 14 на опорах 13. К этим опорам на лапах 15 закреплены участки входного устройства и присоединенного трубопровода.

В связи с тем, что бесконтактное лабиринтное уплотнение (БЛУ) имеет относительно небольшую длину, при изменении температурных параметров газовоздушного потока приводит к незначительным температурным деформациям, что в свою очередь позволяет избежать контактов элементов бесконтактного лабиринтного уплотнения, в несколько раз уменьшить осевой зазор между элементами бесконтактного лабиринтного уплотнения и достаточно точно измерить тягу газотурбинного двигателя.

Сальниковое уплотнения выполнено в виде шнура квадратного сечения из графлекса 16, изготовленного из терморасширенного графита с низким коэффициентом трения, что позволяет снизить осевые усилия от температурных деформаций на газотурбинный двигатель.

При продуве двигателя в результате температурной деформации происходит перемещение патрубков трубопровода в линейном и угловом направлении. Вследствие деформации трубопровода он перемещается по сальнику в линейном и угловом направлениях.

При радиальной деформации трубопровод перемещается на лапах 15 по горизонтальной плоскости скольжения опор вдоль шпонки 14, причем шпонка предохраняет участки трубопровода, закрепленные на опорах 13 от осевого перемещения.

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для определения их тяговых характеристик Входное устройство для испытаний газотурбинных двигателей в термобарокамере, содержащее входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод, выполненный из набора патрубков, патрубок входа в двигатель, опоры для крепления входного коллектора к термобарокамере и опоры для крепления присоединенного трубопровода к динамометрической платформе, причем входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод и патрубок входа в двигатель последовательно соединены между собой герметичными шарнирами, а один патрубок узла лабиринтного уплотнения со стороны входного коллектора закреплен на опорах к термобарокамере, а другой патрубок со стороны двигателя закреплен на опорах к динамометрической платформе. Герметичные шарниры выполнены в виде концентрического сальникового уплотнения. Опоры на уровне оси трубопровода снабжены горизонтальной плоскостью скольжения со шпонкой, по которой в радиальном направлении перемещается трубопровод. Сальниковое уплотнение выполнено в виде шнура из графлекса. Технический результат изобретения - увеличение надежности работы присоединенного трубопровода и уменьшение утечек сжатого воздуха через телескопическое лабиринтное уплотнение. 3 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Входное устройство для испытаний газотурбинных двигателей в термобарокамере, содержащее входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод, выполненный из набора патрубков, патрубок входа в двигатель, опоры для крепления входного коллектора к термобарокамере и опоры для крепления присоединенного трубопровода к динамометрической платформе, отличающееся тем, что входной коллектор, узел лабиринтного уплотнения, присоединенный трубопровод и патрубок входа в двигатель последовательно соединены между собой герметичными шарнирами, причем один патрубок узла лабиринтного уплотнения со стороны входного коллектора закреплен на опорах к термобарокамере, а другой патрубок со стороны двигателя закреплен на опорах к динамометрической платформе.

2. Входное устройство для испытаний газотурбинного двигателя в термобарокамере по п.1, отличающееся тем, что герметичные шарниры выполнены в виде концентрического сальникового уплотнения.

3. Входное устройство для испытаний газотурбинного двигателя в термобарокамере по п.1, отличающееся тем, что опоры на уровне оси трубопровода снабжены горизонтальной плоскостью скольжения со шпонкой, по которой в радиальном направлении перемещается трубопровод.

4. Входное устройство для испытаний газотурбинного двигателя в термобарокамере по пп.1 и 2, отличающееся тем, что сальниковое уплотнение выполнено в виде шнура из графлекса.