ЭЛЕМЕНТ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ЭКРАНА Российский патент 2015 года по МПК F23R3/00 

Изобретение касается элемента теплозащитного экрана согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.

Во многих технических областях применяются мощные керамические элементы теплозащитного экрана, выдерживающие температуры в диапазоне от 1000 до 1600 градусов Цельсия. В частности, элементы теплозащитного экрана для турбинных двигателей, например для газовых турбин и силовых установок с ГТД (газотурбинный двигатель), которые применяются в вырабатывающих электрический ток электростанциях и в крупных летательных аппаратах, устанавливаются, соответственно, в камерах сгорания на поверхностях, которые должны защищаться теплозащитными экранами соответствующего размера. В результате теплового расширения и в результате того, что такой экран имеет большие размеры, его следует составлять из большого числа отдельных, изготовленных из керамики, элементов, между которыми должен иметься достаточный зазор. Этот зазор обеспечивает достаточное пространство для теплового расширения. Однако, поскольку такой зазор также допускает прямой контакт горячих газообразных продуктов сгорания с несущей конструкцией, на которой расположен элемент теплозащитного экрана, в качестве эффективной контрмеры через зазор в направлении камеры сгорания по каналам охлаждения вводится охлаждающая среда в форме охлаждающего воздуха. Кроме того, этот охлаждающий воздух используется для того, чтобы целенаправленно обдувать и, значит, охлаждать металлические держатели, с помощью которых керамические элементы теплозащитного экрана (CHS, Ceramic Heat Shields) крепятся скобами на несущей конструкции.

Известна конструкция, в которой предлагается, по возможности, простой способ изготовления держателей в виде единого целого, в которой эти держатели, с одной стороны, устанавливаются с возможностью сдвига в монтажные пазы, выполненные в несущей конструкции по периметру и параллельно, и, с другой стороны, с помощью выполненных захватов крепятся скобами в удерживающих пазах, выполненных в боковых гранях керамических элементов теплозащитного экрана. Элементы теплозащитного экрана один за другим задвигаются в пазы несущей конструкции с помощью держателя, причем последующие элементы блокируют установленные ранее элементы в их позициях. Таким способом в камере сгорания газовой турбины можно установить, например, установленные по периметру элементы теплозащитного экрана.

Однако последний оставшийся элемент теплозащитного экрана невозможно установить таким же способом, поскольку имеющиеся с обеих сторон соседние элементы теплозащитного экрана блокируют монтаж при движении по касательной. Часто такой последний элемент теплозащитного экрана называют «пластиной-имитатором» или «муляжом». Поэтому для установки последнего элемента теплозащитного экрана используются решения с наличием резьбовых соединений, которые позволяют выполнить монтаж элемента теплозащитного экрана перпендикулярно к поверхности несущей конструкции.

Для этого в известном резьбовом соединении используются четыре винта, которые входят в вырезы, выполненные для этого в боковых стенках элемента теплозащитного экрана. Недостатком такого решения является то, что при монтаже возникают проблемы при обслуживании такого соединения. При установке четырех винтов требуется, например, использовать надежные фиксирующие средства, такие как клей или клейкая лента. Если винты потерялись, необходимо их обязательно найти до ввода в эксплуатацию, поскольку в противном случае может возникнуть опасность повреждения турбины. Кроме того, монтаж необходимо выполнять в положении «над головой», что очень трудно, поскольку винты при фиксации с помощью клейкой ленты могут выпасть и, таким образом, могут не попасть в предусмотренные отверстия. Поскольку речь идет о последнем элементе теплозащитного экрана, винты нельзя устанавливать вручную, так как в противном случае их придется устанавливать в отверстия с помощью ключа-шестигранника, не имея обзора.

Особенно трудно установить крепежные винты в соответствующие резьбовые отверстия несущей конструкции.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании элемента теплозащитного экрана, в частности замкового камня или муляжа, с помощью которого обеспечивается простой монтаж на несущей конструкции.

Эта задача решается посредством выбора элемента теплозащитного экрана, по меньшей мере, с одной боковой стенкой, причем боковая стенка имеет, по меньшей мере, одно углубление с ориентированным в направлении несущей конструкции пропускным отверстием. В этом углублении можно установить крепежный винт, проходящий через пропускное отверстие, чтобы закрепить элемент теплозащитного экрана вертикально на резьбовом соединении, предусмотренном в несущей конструкции. В соответствии с изобретением пропускным отверстием в боковой стенке является предохранительное устройство, которое образуется, по меньшей мере частично, посредством боковой стенки. Предохранительное устройство служит для того, чтобы усложнить или вообще предотвратить при монтаже выпадение крепежного винта сбоку из элемента теплозащитного экрана. При этом обеспечивается быстрый, простой и надежный монтаж керамического элемента теплозащитного экрана, в частности керамического муляжа, без применения дополнительных монтажных материалов, таких как клейкая лента и монтажные ленты. При этом продолжительность монтажа одного из таких элементов теплозащитного экрана значительно сокращается. Предохранительное устройство предотвращает при монтаже выпадение крепежного винта сбоку из пропускного отверстия.

Предохранительным устройством предпочтительно является клиновидная часть боковой стенки, которая образуется посредством наклонной выемки на пропускном отверстии. Такая наклонная выемка может выполняться при изготовлении, так что отпадает необходимость в дополнительной технологической операции.

Альтернативно предохранительным устройством предпочтительно является часть боковой стенки в форме перегородки. Эта часть установлена непосредственно на пропускном отверстии и может также выполняться при изготовлении всего элемента теплозащитного экрана, например совместно изготавливаться в процессе литья. Часть боковой стенки в форме перегородки предпочтительно имеет боковое отверстие, в которое крепежный винт можно установить и сдвинуть параллельно относительно части боковой стенки в форме перегородки в направлении к гнезду с пропускным отверстием. Таким образом, крепежный винт можно очень просто направлять к месту его монтажа.

Другие признаки, характеристики и преимущества данного изобретения приводятся в последующем описании примеров выполнения со ссылкой на прилагаемые фигуры 1-4.

Фиг.1. Вид с частичным поперечным сечением через схему расположения элемента теплозащитного экрана с элементом теплозащитного экрана в соответствии с уровнем техники.

Фиг.2. Вид сверху на первый предложенный в изобретении элемент теплозащитного экрана.

Фиг.3. Вид с частичным поперечным сечением через первый предложенный в изобретении элемент теплозащитного экрана с крепежным винтом.

Фиг.4. Вид сверху на второй предложенный в изобретении элемент теплозащитного экрана.

В известных теплозащитных экранах отдельные элементы теплозащитного экрана 13, или так называемые камни, крепятся с помощью четырех резьбовых соединений на несущей конструкции 17. Речь идет, в частности, о замковых камнях или о муляжах теплозащитного экрана. В боковых стенках 16 теплозащитного экрана 13 выполнены гнезда 4 или карманы. Каждое гнездо 4 имеет, кроме того, ориентированные в направлении несущей конструкции 17 пропускные отверстия, которые изготовлены в соответствии с уровнем техники в виде бокового выреза 1. В гнезда 4 и вырезы 1 сбоку устанавливается крепежный винт 18. Под головкой крепежного винта 18 устанавливается шайба, т.е. уголок 2, посредством которого фиксируется крепежный винт 18 от проворачивания.

Крепежный винт 18 с шайбой, т.е. уголком 2, можно при этом вводить сбоку в выемку 1 и углубление 4. В головке крепежного винта 18 предусмотрено одно сформированное углубление для установки имеющего такую же форму конца отвертки. Это сформированное углубление и конец инструмента выполнены, предпочтительно, в виде одного из известных соединений с внутренним шестигранником, однако может иметь также другую форму, например, в виде крестового или поперечного шлица.

По оси над сформированным углублением на головке крепежного винта 18, сбоку, на нагревающейся стороне 21 элемента теплозащитного экрана 13, соответственно, имеется входное отверстие 5, проходящее до полости, образованной углублением 4. Диаметр этого входного отверстия 5 значительно меньше, чем диаметр головки 2 крепежного винта 18, и имеет размер, достаточный для ввода отвертки. Благодаря тому, что входные отверстия 5 имеют минимальный размер, во время эксплуатации элемента теплозащитного экрана горячие газообразные продукты сгорания попадают, таким образом, только в ограниченном объеме в углубления 4 к металлическим шайбам 2 и головкам крепежных винтов 18. Кроме того, углубления 4 промываются охлаждающей средой, которая вводится через промежуточный зазор d на несущей конструкции 17 в камеру сгорания, чтобы заблокировать углубления 4 от проникновения горячего газа. Промежуточный зазор d предусмотрен для того, чтобы обеспечить достаточное пространство при тепловом расширении отдельных элементов теплозащитного экрана.

Каждый крепежный винт 18 ввинчивается в одно резьбовое соединение в несущей конструкции 17, которая в данном примере выполнена, соответственно, в виде пакета с дисковыми пружинами 19. Гайка с резьбой (не показана) служит для того, чтобы сжимать пакет с дисковыми пружинами 19. Предварительно натянутые пакеты с дисковыми пружинами 19 позволяют обеспечить пружинящее гибкое крепление элемента теплозащитного экрана 13, которое необходимо, чтобы, например, компенсировать перемещения, вызванные тепловыми и термоакустическими нагрузками.

При обычном монтаже следовало бы установить сбоку четыре крепежных винта 18 с шайбами 2 в соответствующие углубления 4 и выемки 1 и предохранить от выпадения при монтаже с помощью клейкой ленты.

На фиг.2 показан вид сверху на первый предложенный в изобретении элемент теплозащитного экрана 14. Элемент теплозащитного экрана 14 имеет углубление 4 с пропускным отверстием 30 в направлении несущей конструкции 17 (фиг.1), для вертикального крепления элемента теплозащитного экрана 14 на несущей конструкции 17 (фиг.1) с помощью крепежного винта 18 (фиг.3) на предусмотренном на несущей конструкции 17 (фиг.1) резьбовом соединении 19 (фиг.1). На пропускном отверстии 30 имеется только одна наклонная выемка 31 в боковой стенке 16, в которую снаружи может устанавливаться крепежный винт 18 (фиг.3).

На фиг.3 показана схема установки крепежного винта 18 в такой элемент теплозащитного экрана 14. Крепежный винт 18 устанавливается снаружи в наклонную выемку 31. Затем крепежный винт 18 поворачивается по стрелке 40 и устанавливается в свое окончательное монтажное положение. При повороте головка крепежного винта 18 попадает в углубление 4, а стержень крепежного винта 18 - в пропускное отверстие 30. Кроме того, посредством выемки 31 на пропускном отверстии 30 выполнена клиновидная часть боковой стенки 44, которая служит в качестве предохранительного устройства. Эта клиновидная часть боковой стенки 44 затрудняет при монтаже выпадение крепежного винта 18 сбоку из элемента теплозащитного экрана 14. Тем самым монтаж значительно упрощается, так что от таких вспомогательных средств, как клейкая лента и монтажные ленты, теперь можно отказаться. Кроме того, теперь элемент теплозащитного экрана 14 в зоне углубления 4 имеет больше керамического материала на боковой стенке 16, чем элемент теплозащитного экрана 13 с выемкой 1 (фиг.1) в уровне техники. При этом стабильность предложенного в изобретении элемента теплозащитного экрана 14 в зоне углубления 4 повышается, и разрушение краев элемента теплозащитного экрана предотвращается. Кроме того, выемку 31 можно изготовить во время изготовления элемента теплозащитного экрана 14, так что здесь отпадает необходимость в дополнительной технологической операции, требующей больших затрат.

На фиг.4 показан вид сверху на второй предложенный в изобретении элемент теплозащитного экрана 14. При этом предохранительным устройством является часть боковой стенки в форме перегородки 41. Она выполнена на пропускном отверстии 30. Часть боковой стенки в форме перегородки 41 затрудняет при монтаже выпадение крепежного винта 18 (фиг.1) сбоку из элемента теплозащитного экрана 14. На части боковой стенки в форме перегородки 41 имеется боковое отверстие 42. В него устанавливается крепежный винт 18 (фиг.1). Затем крепежный винт 18 (фиг.1) сдвигается параллельно относительно части боковой стенки в форме перегородки 41 в направлении углубления 4 с пропускным отверстием 30 и тем самым как бы передвигается в углубление 4 и в пропускное отверстие 30. При этом часть боковой стенки в форме перегородки 41 может иметь в направлении отверстия 42 утолщение, что препятствует выпадению крепежного винта 18 (фиг.1) в направлении отверстия 42. Здесь элемент теплозащитного экрана 14 теперь также имеет в зоне углубления 4 больше керамического материала на боковой стенке 16, чем элемент теплозащитного экрана 13 с выемкой 1 (фиг.1) в уровне техники. При этом стабильность предложенного в изобретении элемента теплозащитного экрана 14 в зоне углубления 4 значительно повышается, и разрушение краев элемента теплозащитного экрана предотвращается.

Элемент теплозащитного экрана камеры сгорания газотурбинного двигателя (14) с боковой стенкой (16), имеющей углубление (4) с ориентированным в направлении несущей конструкции (17) пропускным отверстием (30). В это углубление (4) может устанавливаться крепежный винт (18), который при этом проходит через пропускное отверстие (30) так, что закрепляется элемент теплозащитного экрана вертикально на резьбовом соединении (19), предусмотренном в несущей конструкции. Пропускное отверстие (30) имеет в боковой стенке (16) предохранительное устройство (41, 44), образующееся посредством боковой стенки (16). Посредством предохранительного устройства (41, 44) при монтаже предотвращается выпадение крепежного винта (18) сбоку из пропускного отверстия (30). Достигается упрощение монтажа теплозащитного экрана. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Элемент теплозащитного экрана (14) с, по меньшей мере, одной боковой стенкой (16), имеющей, по меньшей мере, одно углубление (4) с ориентированным в направлении несущей конструкции (17) пропускным отверстием (30), причем в это углубление (4) может устанавливаться крепежный винт (18), который при этом проходит через пропускное отверстие (30) так, что закрепляется элемент теплозащитного экрана вертикально на резьбовом соединении (19), предусмотренном в несущей конструкции, отличающийся тем, что пропускное отверстие (30) имеет в боковой стенке (16) предохранительное устройство (41, 44), образующееся, по меньшей мере частично, посредством боковой стенки (16), причем посредством предохранительного устройства (41, 44) при монтаже предотвращается выпадение крепежного винта (18) сбоку из пропускного отверстия (30).

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что предохранительным устройством является клиновидная (44) часть боковой стенки, которая образуется посредством наклонной выемки (31) на пропускном отверстии (30).

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что предохранительным устройством является часть боковой стенки в форме перегородки (41).

4. Элемент по п.3, отличающийся тем, что часть боковой стенки в форме перегородки (41) имеет боковое отверстие (42), в которое может устанавливаться крепежный винт (18) и сдвигаться параллельно относительно части боковой стенки в форме перегородки (41) в направлении к углублению (4) с пропускным отверстием (30).