выходной тракт газопровода для высокотемпературного газового потока

Формула изобретения

1. Выходной тракт газопровода для высокотемпературного газового потока, содержащий вкладыш, выполненный в виде жаропрочной эрозионностойкой оболочки, скрепленной клеящим составом с подложкой из пресс-материала или графита, соединенной со стенками газопровода, отличающийся тем, что на наружной поверхности вкладыша выполнен ряд кольцевых канавок, последовательно заполненных легкоплавкими материалами, при этом в одной из канавок находится материал, температура плавления которого ниже температуры разложения клеящего состава, а температура кипения выше температуры разложения клеящего состава, а в последующей канавке находится материал, температура плавления которого ниже температуры кипения предыдущего материала, заполняющего канавку, а температура кипения выше температуры плавления предыдущего материала, заполняющего канавку, при этом температура кипения самого теплостойкого материала, заполняющего канавку, выше температуры рабочей среды.

2. Тракт по п.1, отличающийся тем, что материалы, заполняющие канавки, расположены в порядке возрастания их температур плавления от входного среза вкладыша в сторону его выходного среза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкции выходных трактов газопроводов, работающих кратковременно в области высоких температур.

Известна конструкция тракта газопровода, содержащая неподвижное фланцевое соединение, в котором между двумя фланцами, стянутыми болтами, установлена неметаллическая прокладка (1).

Недостаток этого тракта газопровода заключается в том, что при прогреве конструкции в условиях работы с газами высокой температуры уплотнение сгорает и стык между фланцами разгерметизируется.

Известна конструкция тракта трубопровода, в котором в качестве материала уплотнительных прокладок используется алюминий или медь (2).

Недостаток этой конструкции тракта трубопровода заключается в большой металлоемкости, поскольку требуется наличие стягивающих деталей, таких, как болты или шпильки с гайками, а также в снижении надежности в эксплуатации из-за больших потоков к болтам, вызывающих их прогрев и разрушение, что в свою очередь приводит к разгерметизации стыка.

Известна также конструкция выходного тракта газопровода (сопла), содержащая в качестве вкладыша абляционные материалы, такие, как графит (3).

Недостаток этой конструкции заключается в нестабильности газодинамических параметров газового потока на выходе из трубопровода, поскольку под воздействием температуры продуктов сгорания детали изнашиваются и изменяются размеры выходного тракта (сопла), что в ряде случаев является недопустимым.

Известна конструкция выходного тракта газопровода (сопла), состоящая из вкладыша минимального сечения, выполненного в виде тонкостенной профильной оболочки вращения, при этом между наружным корпусом сопла и вкладышем размещена подложка из графита или пресс-материала, прочно скрепленная клеящим составом с оболочкой (4).

Недостаток этой конструкции заключается в пониженной надежности при эксплуатации, поскольку под воздействием температуры клеящий состав разлагается и возможен проток горячих газов между оболочкой и подложкой, подложка подвергается эрозионному износу, что нарушает работоспособность двигателя и изменяет его тяговые характеристики.

Целью изобретения является повышение надежности работы выходного тракта газопровода.

Указанная цель достигается тем, что в выходном тракте газопровода для высокотемпературного газового потока, содержащем вкладыш из жаропрочной эрозионностойкой оболочки, скрепленной клеящим составом с подложкой из пресс-материала или графита, соединенной со стенками газопровода, на наружной поверхности эрозионностойкой оболочки выполнен ряд кольцевых канавок, заполненных легкоплавкими материалами, при этом в одной из канавок находится материал, температура плавления которого ниже температуры разложения клеящего состава, а температура кипения выше температуры разложения клеящего состава, а в следующей канавке находится материал, температура плавления которого ниже температуры кипения предыдущего материала, заполняющего канавку, а температура кипения выше температуры плавления предыдущего материала, при этом температура кипения самого теплостойкого материала, заполняющего канавку, выше температуры рабочей среды.

На чертеже представлена конструкция выходного тракта газопровода для высокотемпературного газового потока.

Выходной тракт газопровода для высокотемпературного газового потока состоит из вкладыша 1, выполненного в виде оболочки из жаропрочного эрозионностойкого материала, преимущественно вольфрама или его сплавов, подложки 2, изготовленной из пресс-материала или графита. Вкладыш соединен с подложкой на клеящем составе 3. Подложка в свою очередь прочно скреплена со стенками 4 газопровода, например, на клеящем составе. На наружной поверхности вкладыша 1 выполнены кольцевые канавки 5, заполненные легкоплавкими материалами 6 и 7. Одна из канавок 5 заполнена материалом с температурой плавления ниже температуры разложения клеящего состава 3 (преимущественно свинец) и с температурой кипения выше температуры разложения клеящего состава, а другая канавка заполнена материалом с температурой плавления ниже температуры кипения предыдущего материала, заполняющего канавку, а температура кипения выше температуры плавления предыдущего материала, заполняющего канавку, при этом температура кипения самого теплостойкого материала, заполняющего канавку, выше температуры рабочей среды. В зависимости от температуры рабочего тела (газа, текущего по выходному тракту) количество канавок может быть различно от одной и более.

При прогреве до начала разложения клеящего состава плавится, например, свинец, заполняющий одну из канавок, и внедряется в поры пресс-материала или графита, чем обеспечивается герметичность стыка, затем, пока свинец не закипел и не вытек в зазор между вкладышем и подложкой, вступает в работу материал второй канавки, например медь, которая также внедряется в материал подложки и заполняет зазор. Наличие свинца и меди в канавках обеспечивает надежную работу выходного тракта при температуре рабочей среды порядка 1800^oC. Подтверждено на опытных работах.

Для большей надежности материал, заполняющий канавки, должен увеличивать свою теплостойкость в сторону выходного среза 8 тракта. Тогда свинец, заполняющий канавку (см. позицию 6), закипает, но т.к. в другой канавке, расположенной ближе к выходному срезу 8, находится медь, то она закрывает зазор между вкладышем и подложкой и свинец движется в сторону входа выходного патрубка, что увеличивает герметичность стыка, а следовательно, и надежность его работы.