Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД

13.2 - Конструкция обвязки

13.2.1 - Трубопроводные коммуникации

13.2.1.1 - Основные сведения

ТК входят в состав топливной, масляной, гидравлической, воздушной и других систем двигателя и предназначены для транспортирования рабо- чих жидкостей и газов или передачи импульсов давления. Конструктивно ТК включают трубопроводы, гибкие рукава, соединительную арматуру и узлы крепления.

Трубопровод (см. Рис. 13.2.1.1_1) является основным элементом ТК и представляет собой, как правило, неразборный узел, состоящий из трубы и концевой арматуры (ниппелей, накидных гаек, штуцеров, фланцев). Кроме того, трубопроводы могут содержать патрубки, компенсаторы и другие детали.

Современные ГТД имеют сложную сеть ТК, насчитывающую сотни трубопроводов. Масса ТК может составлять до 4…6% от массы двигателя. Элементы ТК работают при температуре от минус 60 до 650°С и давлении до 300 кгс/см2, испытывая сложный спектр статических и динамических нагрузок.

13.2.1.2 - Трубы и патрубки

Труба – это главная деталь трубопровода. Преимущественно на двигателях применяются трубы из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т. Наружный

Рисунок 13.2.1.1_1 – Примеры крнструктивного исполнения трубопроводов диаметром 150 мм (а) и 6 мм (б)

диаметр труб (D) может составлять от 6 до 150 мм

èболее, а толщина стенки – 0,5…2,5 мм. Для снижения массы трубопроводов в отдельных случаях используют трубы из титановых (ÎÒ4-0, ÏÒ-7Ì)

èалюминиевых (АМц-М, АМг-2М и др.) сплавов.

Трубы из стали 12Х18Н10Т и титановых сплавов обычно не окрашиваются, а трубы из алюминиевых сплавов подлежат антикоррозионной окраске.

Для придания трубопроводам необходимой конфигурации осуществляется гибка труб. Минимальные радиусы гиба составляют не менее 2…2,5D, чтобы полученное утонение стенки трубы в месте гиба и овализация сечения обеспечивали необходимый запас прочности. Если возникает потребность изгиба трубопровода с меньшим радиусом, то используются патрубки. Патрубок – это крутоизогнутый участок трубы, изготавливаемый в специальном штампе.

13.2.1.3 - Соединения

В ТК используются неразъемные и разъемные соединения.

Неразъемные соединения выполняются сваркой, пайкой или за счет механического деформирования соединяемых деталей (раскатки, обжимки, напрессовки и т.д.), образуя неразборные узлы. Неразъемные соединения имеют высокую герметичность, малую массу и размеры.

Примеры соединений представлены на Рис. 13.2.1.3_1. Герметичность в механическом соединении (см. Рис. 13.2.1.3_1в) обеспечивается за счет врезания кольцевых выступов на ниппеле в поверхность трубы.

Разъемные соединения обеспечивают возможность многократной сборки и разборки соединяемых деталей. Конструкция разъемных соединений многообразна, и ниже речь пойдет только об основных типах этих соединений.

В зависимости от формы уплотняющих поверхностей разъемные соединения можно подразделить на конусные, фланцевые и телескопические. Конусные соединения выполняются по наружному или внутреннему конусу.

Соединение по наружному конусу, показанное на Рис. 13.2.1.3_2а, содержит трубу 1 с развальцованным на конус концом, установленный на трубу с зазором или с натягом ниппель 2, накидную гайку 3 и резьбовой штуцер 4 с наружной конической поверхностью. При затяжке накидной гайки между конусными поверхностями трубы и штуцера образуется плотный кольцевой контакт, обеспе- чивающий высокую герметичность соединения.

883

Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД

Рисунок 13.2.1.3_1 – Примеры неразъемных соединений ТК а) сварка встык; б) пайка;

в) раскатка трубы в ниппель; 1 и 2 – трубы; 3 – фланец; 4 – ниппель

На Рис. 13.2.1.3_2б представлено соединение по внутреннему конусу. Ниппель 2 имеет полусферическую головку и соединен с трубой 1 сваркой встык. Уплотнительная поверхность штуцера 4 выполнена в виде внутреннего конуса. При затяжке накидной гайки 3 происходит плотное поджатие сферы ниппеля к конусу штуцера с образованием герметичного кольцевого контакта поверхностей.

Широко применяются также соединения по внутреннему конусу, в которых ниппель имеет сферическую головку (см. Рис. 13.2.1.3_2в). Это дает возможность монтажа трубопровода при наличии перекоса осей ниппеля и штуцера.

В состав фланцевого соединения, приведенного на Рис. 13.2.1.3_2г, входит фланец 6, который приваривается или припаивается к трубе 1, уплотнительное кольцо 8, размещенное в кольцевой канавке на ответном фланце 9, и винты 7 и 10, обеспечивающие стяжку соединения. Герметичность в соединении достигается за счет плотного контакта между уплотнительным кольцом и фланцами. Уплотнительные кольца изготавливаются из резины или выполняются металлическими. Вместо винтов для стяжки соединения может применяться хомут (см. Рис. 13.2.1.3_2д). Канавка в соединении может отсутствовать, а для уплотнения стыка меж-

ду фланцами устанавливаться плоская прокладка из паронита, графитсодержащих или других материалов.

Телескопическое соединение, показанное на Рис. 13.2.1.3_2е, состоит из приваренного к трубе 1 ниппеля 2, штуцера 4, установленных в радиальные канавки на ниппеле резиновых уплотнительных колец 8 и 19 и фторопластовых защитных шайб 17 и 18, накидной гайки 3 и регулировочных колец 16. За счет плотного прилегания уплотнительных колец к поверхностям ниппеля и штуцера обеспе- чивается требуемая герметичность. Изменение количества регулировочных колец позволяет менять осевое положение ниппеля относительно штуцера и тем самым обеспечивать возможность монтажа трубопроводов, имеющих осевые погрешности.

Применяются телескопические соединения, в которых ниппель может свободно перемещаться относительно штуцера при работе двигателя, что позволяет использовать их для компенсации тепловых расширений корпусов. В воздушных ТК вместо резиновых уплотнительных колец могут использоваться графитовые или металлические кольца.

Детали разъемных соединений изготавливаются из сталей и титановых сплавов.

13.2.1.4 - Компенсирующие устройства

Каждый трубопровод является замыкающим звеном в размерной цепи между двумя штуцерами (фланцами), расположенными на агрегатах, корпусных деталях или других трубопроводах, и при его монтаже неизбежно возникают погрешности (см. Рис. 13.2.1.4_1): недотяг (∆1); несоосность (∆2) и перекос (∆3). С другой стороны, при работе двигателя трубопроводы и корпусные детали нагреваются и подвергаются тепловому расширению, величина которого различна. Чтобы избежать передачи недопустимых нагрузок на трубопроводы осуществляется компенсация монтажных погрешностей и тепловых расширений за счет упругих деформаций трубы (самокомпенсация), либо за счет применения в ТК специальных компенсирующих устройств.

Самокомпенсация применяется при относительно небольших величинах монтажных погрешностей и тепловых расширений, обычно, для трубопроводов наружным диаметром 6…20 мм. При больших диаметрах трубопроводов и величинах потребной компенсации используют резьбовые, сильфонные, карданные или сферотелескопические компенсаторы в сочетании с применением

884

Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД

Рисунок 13.2.1.3_2 – Примеры разъемных соединений ТК а – по наружному конусу; б и в – по внутреннему конусу; г и д – фланцевое; е – телеско-

пическое; 1 и 12 – трубы; 2 – ниппель; 3 – гайка накидная; 4 – штуцер; 5 – кольцо упорное; 6 и 9 – фланцы; 7 и 10 – винты; 8 и 19 – кольца уплотнительные резиновые; 11 и 15 – шайбы контровочные; 13 и 14 – половинки хомута; 16 – кольца регулировоч- ные металлические; 17 и 18 – шайбы защитные фторопластовые

885

Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД

Рисунок 13.2.1.4_1 – К пояснению монтажных неточностей 1 и 3 – агрегаты; 2 – трубопровод; 4 и 6 – кронштейны; 5– корпус двигателя

Рисунок 13.2.1.4_2 – Резьбовой компенсатор	Рисунок 13.2.1.4_3 – Сильфонный компенсатор
1 и 5 – штуцеры; 2 и 3 – кольца	1 и 6 – ниппели;
уплотнительные резиновые;	2 и 5 – стаканы; 3 – оплетка;
4 – контргайка	4 – сильфон
разъемных соединений, позволяющих компенсиро-	уплотнительные кольца, либо уплотнение осуще-
вать отдельные виды погрешностей.	ствляется непосредственно по резьбе за счет нане-
Резьбовой компенсатор (см. Рис. 13.2.1.4_2)	сения герметизирующих эмалей или намотки фто-
содержит два свинчиваемых штуцера 1 и 5, контр-	ропластовой ленты (типа ленты ФУМ).
гайку 4 и резиновые уплотнительные кольца 2 и 3.	Сильфонный компенсатор (см. Рис. 13.2.1.4_3)
При монтаже трубопроводов штуцеры компенса-	состоит из металлического сильфона 4, закрытого
тора устанавливаются на необходимый длинновой	снаружи проволочной оплеткой 3. По концам силь-
размер (обеспечивая ∆1 = 0) и фиксируются контр-	фон и оплетка с помощью стаканов 2 и 5 крепятся
гайкой. При использовании компенсаторов в воз-	сваркой к ниппелям 1 и 6. Между сильфоном и оп-
душных ТК с высокой температурой вместо рези-	леткой может устанавливаться прокладка из метал-
новых могут устанавливаться либо графитовые	лической фольги, предотвращающая износ гофр

886

Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД

Рисунок 13.2.1.4_4 – Карданный компенсатор 1 и 7 – стаканы; 2 и 5 – кольца; 3 и 8 – втулки; 4 – сильфон; 6 - крестовина

Рисунок 13.2.1.4_5 – Сферотелескопический компенсатор 1 – штуцер; 2 – кольцо сфери-

ческое; 3 – ниппель

сильфона о проволоки оплетки. Обычно сильфонные компенсаторы входят в состав трубопроводов и соединяются с трубой или другими деталями сваркой встык. В отличие от предыдущего – это универсальный компенсатор, обеспечивающий

компенсацию всех видов монтажных погрешностей и тепловых расширений.

Карданный компенсатор (см. Рис. 13.2.1.4_4) включает стаканы 1 и 7 с втулками 3 и 8 и крестовину 6, образующие карданный шарнир. Снаружи размещ¸н сильфон 4, приваренный по концам с использованием колец 2 и 5 к стаканам. Компенсатор также обычно является частью трубопровода

èсоединяется с его деталями сваркой встык. Один карданный компенсатор позволяет компенсировать только перекосы, три последовательно установленных карданных компенсатора равноценны по возможностям сильфонному компенсатору. В отличие от последнего карданный компенсатор не нагружает соединенные с ним детали осевыми усилиями.

Âвоздушных ТК для компенсации монтажных погрешностей и тепловых расширений корпусов могут применяться более дешевые, но менее герметичные сферотелескопические компенсаторы. Такой компенсатор не представляет собой отдельной сборочной единицы и больше похож на комбинированное разъемное соединение. В простейшем случае в состав компенсатора входят (см. Рис. 13.2.1.4_5) штуцер 1, сферическое кольцо 2

èниппель 3. Штуцер и ниппель являются деталями концевой арматуры соединяемых трубопроводов. За сч¸т зазоров ниппель имеет возможность осевого смещения и поворота по отношению к штуцеру. Для повышения герметичности компенсатора между ниппелем и сферическим кольцом может устанавливаться уплотнительное графитовое или металлическое кольцо.

Ряд агрегатов двигателя (например, электронные блоки) устанавливается на упруго-демпферной подвеске. Подсоединение трубопроводов к таким агрегатам выполняется с помощью гибких фторопластовых или металлических рукавов. Конструктивно рукав состоит из фторопластового или металли- ческого (гофрированного) шланга, помещенного в проволочную оплетку и заделанного в концевую арматуру.

Гибкие рукава могут устанавливаться и в других местах двигателя, где возможны относительно большие монтажные погрешности, тепловые или механические перемещения.

Âпоследнее время в связи с внедрением компьютерных методов прочностного анализа трубопроводов появилась возможность оценки их работоспособности при наличии упругопластических деформаций деталей (оценка малоцикловой усталости). Это существенно расширяет возможности использования самокомпенсирующих свойств трубопроводов и позволяет во многих случаях отказаться от применения дорогостоящих компенсаторов.

887