Узел крепления коробки приводных агрегатов газотурбинного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F02C7/25 F02C7/20 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода коробок приводных агрегатов (КПА) двухконтурных газотурбинных двигателей (ГТД), и может быть использовано в ГТД авиационного и наземного назначения.

Изобретение касается крепления КПА на ГТД и, в частности, защиты узлов подвески КПА от теплового воздействия на них огня и предотвращения их разрушения при возникновении не локализованного пожара на двигателе.

Известно, что для защиты конструктивных элементов ГТД от потери прочности при пожаре разработаны и успешно применяются несколько способов:

- защита конструкции за счет применения пассивной негорючей теплоизоляции;

- нанесение негорючих покрытий;

- защита конструкции за счет применения специальных полимерных огнезащитных материалов (ОЗМ), обладающих специфическими физико-химическими свойствами, способными изменять плотность и объем за счет вспучивания, не допуская перегрева конструкции (активная огнезащита).

Последний способ благодаря компактности, простоте использования в изделиях любой формы и габаритов, высокой технологичности находит все более широкое применение в изделиях авиационной техники. Защита конструктивных элементов путем вспучивающейся огнезащиты достигается за счет того, что при тепловом воздействии в ОЗМ происходит увеличение до 10 и более раз первоначальной толщины, и образованная пеноструктура препятствует как возгоранию, так и переносу тепла к защищаемым поверхностям. При этом ОЗМ наносится непосредственно на защищаемые элементы ГТД (см. статья «Материалы, обеспечивающие надежность работы конструктивных элементов в условиях пожара», Л.Л. Краснов, З.В. Кирина, ВИАМ, журнал «Все материалы. Энциклопедический справочник», №10, 2012 г).

Недостатком данного способа огнезащиты является хрупкость ОЗМ, вследствие чего при монтаже КПА на ГТД велика вероятность повреждения слоя ОЗМ за счет случайных ударов, что приведет к потере огнезащитных свойств.

Известно изобретение (US 5047449 от 1991.09.10), в котором предложено нанесение на защищаемый элемент огнезащитного материала, использующего одновременно два явления - вспучивания и эндотермичности для получения оптимальных защитных характеристик, поддерживающих температуру защищаемого элемента ниже или около 150°С, когда он подвергается термическому воздействию, соответствующему температуре пламени от 700°С до 1000°C, в течение по меньшей мере одного часа при толщине материала от 10 до 20 мм, гибкий материал, содержащий: связующее (силиконовый эластомер) в количестве от 30 до 35% по весу; упрочняющую загрузку (оксид металла, совместимый с указанным силиконовым эластомером) в количестве от 17 до 23% по весу; активный заряд (вспучивающийся агент) в количестве от 38 до 45% по весу и изолирующий заряд (слюда или вермикулит) в количестве от 5 до 10%, причем эти пропорции относятся к общей массе указанного материала.

Недостатком этого изобретения является большая толщина материала, которая и обеспечивает его огнезащитные свойства. В узлах подвески КПА на ГТД расстояния между элементами подвески - проушинами на КПА, серьгами, кронштейнами весьма мало, нанести слой огнезащитного материала толщиной до 20 мм на проушину КПА является практически невыполнимой задачей. Кроме того, огнезащитный состав, нанесенный при сборке на узел подвески, затрудняет разборку подвески и съем КПА с двигателя.

Другим недостатком этого изобретения является то, что при монтаже КПА на ГТД, тем более в условиях эксплуатации, например, при замене вышедшей из строя КПА на новую, очень велика вероятность повреждения слоя ОЗМ за счет случайных ударов, что приведет к потере его огнезащитных свойств.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции и выбранной за прототип, является устройство, описанное в патенте (GB 2486404 от 2012.06.20), в котором огнезащитная композитная структура содержит композитный компонент, имеющий первую поверхность и металлический слой, нанесенный горячим напылением на первую поверхность. В случае неисправности, которая приводит к возникновению пламени, внешняя поверхность обеспечивает некоторую защиту от огня за счет напыленного металлического слоя, который действует как физический барьер, не позволяющий пламени напрямую воздействовать на композитный материал, а также, поскольку металл или металлический сплав слоя имеет хорошую теплопроводность, слой отводит тепло пламени от точки воздействия пламени на композитный материал, таким образом останавливая или замедляя термическое разложение матрицы (смолы) композитного материала, который может быть эпоксидной смолой, армированной углеродным волокном.

Этот способ защиты от пламени не подходит для использования в подвеске КПА, поскольку покрывать ОЗМ необходимо все детали подвески КПА в момент сборки на двигателе, после заворачивания и контровки всех болтовых соединений в креплении подвески, но это очень опасно, поскольку, согласно изобретению, ОЗМ необходимо использовать с помощью горячего напыления.

Также при нанесении ОЗМ, оно неизбежно заполнит все мелкие зазоры, в том числе в сферическом подшипнике, что затруднит его функционирование.

Кроме того, при монтаже КПА на ГТД, тем более в условиях эксплуатации, например, при замене вышедшей из строя КПА на новую, неизбежно повреждение слоя ОЗМ при отворачивании крепежа подвески КПА, а также от случайных ударов, что приведет к потере его огнезащитных свойств. При последующем монтаже КПА потребуется вновь восстановить слой ОЗМ.

Таким образом, технической проблемой является размещение на проушинах подвески КПА огнезащитных элементов с минимальными весом и габаритами, исключающих их повреждение при монтаже и демонтаже КПА на ГТД.

Проблема решается путем размещения на проушинах подвески КПА огнезащитных кожухов, имеющих минимальные габариты. Огнезащитные кожуха состоят из двух составных частей, изготовленных, например, из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которых нанесено огнезащитное покрытие, и закрепляемых при помощи стяжного болта, керамических втулок и гайки на проушинах подвески после монтажа КПА на ГТД, что исключает повреждение ОЗМ при монтаже.

Технический результат заключается в обеспечении соответствия ГТД требованиям пункта 33.17 АП-33 «Пожарная безопасность», которое достигается тем, что на проушины КПА устанавливаются огнезащитные кожуха, которые при проведении огневых испытаний защищают проушины узла крепления КПА от непосредственного воздействия на них пламени горелки.

При выполнении сертификационных работ проводятся огневые испытания КПА, в процессе которых проушины подвески КПА воспринимают значительные нагрузки и подвергаются воздействию пламени горелки с температурой (1100±80)°С в течение 15 мин, поэтому для их защиты необходимо применить конструктивные мероприятия, препятствующие непосредственному воздействию пламени горелки.

Для достижения этой задачи, согласно заявляемому изобретению, на проушины коробки приводных агрегатов, расположенной, например, в межконтурном пространстве или на наружном корпусе двигателя, устанавливают огнезащитный кожух с огнезащитным покрытием, и состоящий из левой и правой составных частей, соединенных между собой, и закрепленные на проушинах при помощи стягивающего болта, гайки, шайбы и керамических втулок. При этом огнезащитное покрытие наносят на внутреннюю поверхность огнезащитного кожуха.

Важным условием конструкции, обеспечивающим результат, является наличие полости между кожухом и деталями подвески, которая обеспечивает выполнение монтажно-демонтажных работ с коробкой приводных агрегатов, а в случае пожара, за счет вспучивания ОЗМ и заполнения им этой полости, препятствует дальнейшему возгоранию и переносу тепла к защищенным поверхностям и полностью предотвратит прямой контакт огня с деталями подвески.

На фиг.1 изображен узел крепления коробки приводных агрегатов газотурбинного двигателя.

Требуемая полость 1 образуется между проушинами 2 коробки приводных агрегатов 3 и левой 4 и правой 5 составных частей огнезащитного кожуха с огнезащитным покрытием 6.

Составные части 4 и 5 огнезащитного кожуха крепятся стяжным болтом 7 и притягиваются с помощью гайки 8 к керамическим втулкам 9. Стяжной болт 7 не касается ступенчатого болта подвески 10, т.е. между стяжным болтом 7 и ступенчатым болтом подвески 10 выдерживается воздушный зазор 11 размером не менее 1 мм по окружности и таким образом влияние нагретого огнем стяжного болта 7 на ступенчатый болт подвески 10 минимизируется благодаря воздушному окружному зазору 11, поскольку известно, что воздух - плохой проводник тепла.

При зазоре менее 1 мм необходимо увеличивать внутренний диаметр отверстия в ступенчатом болте 10, либо, в случае невозможности такого увеличения, уменьшать наружный диаметр стяжного болта 7.

Ступенчатый болт подвески 10 прижимает серьгу 12 со сферическим подшипником 13 к одной из проушин 2 и закрепляется с помощью шайбы 14 и гайки 15. При этом осевое положение серьги 12 со сферическим подшипником 13 можно регулировать при помощи регулировочных колец 16 и 17, которые позволяют отрегулировать оптимальное положение КПА вдоль оси ступенчатого болта подвески. При этом проушины 2 усилены стальными втулками 18 и 19.

Левая 4 и правая 5 составные части огнезащитного кожуха также должны быть дополнительно соединены между собой любым из известных способов крепления, например, винтами с гайками.

При возникновении пожара тепловое воздействие получают обе составные части стального теплозащитного кожуха (4 и 5), которые, нагреваясь, передают тепло на огнезащитное покрытие 6. При превышении температуры 400°С±50°С, покрытие 6 многократно увеличивается в объеме и превращается в кокс, заполняя всю полость 1, тем самым препятствуя дальнейшему возгоранию и переносу тепла к защищаемым поверхностям. Этот кокс исключает прямой контакт пламени с проушинами 2 коробки приводных агрегатов 3 и таким образом, защищает их от огня.

Учитывая то, что зона межконтурного пространства, в которой расположена коробка приводных агрегатов, продувается наружным холодным воздухом, температура воздуха в этой зоне ниже указанной (400°С±50°С). Поэтому нарастания кокса при нормальном режиме работы не происходит и обеспечивается удобное обслуживание подвески коробки приводных агрегатов: монтаж и демонтаж.

Аналогично, огнезащитные кожуха могут быть размещены на проушинах подвески КПА, установленной на наружном корпусе двигателя. Это также позволит двигателю с аналогичной конструкцией защиты подвески пройти сертификационные огневые испытания.

Предлагаемое изобретение обеспечивает соответствие ГТД требованиям пункта 33.17 АП-33 «Пожарная безопасность», которое достигается тем, что на проушины КПА устанавливаются огнезащитные кожуха, которые при проведении огневых испытаний защищают проушины узла крепления КПА от непосредственного воздействия на них пламени горелки.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода КПА ГТД, и может быть использовано в ГТД. На проушины КПА устанавливаются огнезащитные кожуха, которые при проведении огневых испытаний защищают проушины узла крепления КПА от непосредственного воздействия на них пламени горелки. При выполнении сертификационных работ проводятся огневые испытания КПА, в процессе которых проушины подвески КПА воспринимают значительные нагрузки и подвергаются воздействию пламени горелки с температурой (1100±80)°С в течение 15 мин, поэтому для их защиты необходимо применить конструктивные мероприятия, препятствующие непосредственному воздействию пламени горелки. Для достижения этой задачи, согласно заявляемому изобретению, на проушины коробки приводных агрегатов, расположенной, например, в межконтурном пространстве или на наружном корпусе двигателя, устанавливают огнезащитный кожух с огнезащитным покрытием, и состоящий из левой и правой составных частей, соединенных между собой, и закрепленные на проушинах при помощи стягивающего болта, гайки, шайбы и керамических втулок. При этом огнезащитное покрытие наносят на внутреннюю поверхность огнезащитного кожуха. Важным условием конструкции, обеспечивающим результат, является наличие полости между кожухом и деталями подвески, которая обеспечивает выполнение монтажно-демонтажных работ с коробкой приводных агрегатов, а в случае пожара, за счет вспучивания ОЗМ и заполнения им этой полости, препятствует дальнейшему возгоранию и переносу тепла к защищенным поверхностям и полностью предотвратит прямой контакт огня с деталями подвески. Технический результат заключается в обеспечении соответствия ГТД требованиям пункта 33.17 АП-33 «Пожарная безопасность». 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Узел крепления коробки приводных агрегатов газотурбинного двигателя, включающий коробку приводных агрегатов, содержащую проушины, в которые с помощью ступенчатого болта и гайки притягивают к одной из проушин сферический подшипник с серьгой подвески, отличающийся тем, что дополнительно в проушины установлены стальные втулки, а с двух сторон сферического подшипника установлены регулировочные кольца, кроме того, с двух сторон подвески на проушины дополнительно установлен огнезащитный кожух, выполненный сборным, состоящим из двух частей, которые закреплены на ступенчатом болте подвески при помощи, например, стягивающего болта, гайки, шайбы и керамических втулок, таким образом, что между стягивающим и ступенчатым болтами обеспечивается гарантированный воздушный окружной зазор не менее 1 мм, при этом на внутреннюю поверхность огнезащитного кожуха нанесено огнезащитное покрытие, которое при воздействии пламени многократно увеличивается в объеме и превращается в кокс, заполняя всю полость между деталями подвески и огнезащитным кожухом.

2. Узел крепления коробки приводных агрегатов газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что коробка приводных агрегатов расположена в межконтурном пространстве двигателя.

3. Узел крепления коробки приводных агрегатов газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что коробка приводных агрегатов расположена на наружном корпусе двигателя.