СТАТОР КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F04D29/54 F02C7/20 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно, к конструкции статора компрессора высокого давления с системой активного регулирования радиальных зазоров между ротором и статором.

Известен статор компрессора высокого давления турбореактивного двигателя, содержащий внутренний корпус, жестко закрепленные в нем направляющие аппараты со статорными лопатками и промежуточные кольца, а также наружный корпус, охватывающий внутренний корпус с образованием кольцевой полости между ними [1]
Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность регулирования радиальных зазоров между статором и ротором компрессора.

Известен также статор многоступенчатого осевого компрессора авиационного турбореактивного двигателя, включающий направляющие аппараты, состоящие из отдельных, установленных в этом статоре лопаток, и промежуточных колец, выполненных зацело с элементами статора [2]
Однако данная конструкция имеет следующие недостатки:
узкий диапазон регулирования радиальных зазоров, не позволяющий обеспечивать достаточно высокие параметры двигателя;
неустраненные механические и термические напряжения между внутренними и наружными слоями конструкции, которые приводят к уменьшению ресурса статора;
низкая надежность и технологичность из-за наличия малонадежных уплотнительных элементов и наличия сложных деталей.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в одновременном повышении ресурса, надежности и технологичности статора в результате устранения механических и термических напряжений между внутренними и наружными слоями конструкции, увеличения диапазона регулирования радиальных зазоров между ротором и статором, а также отсутствия многочисленных уплотнительных элементов и элементов крепления лопаток.

Данная техническая задача решается за счет того, что в статоре компрессора высокого давления, содержащем корпус и расположенные в нем направляющие аппараты, закрепленные в корпусе, и чередующиеся в ними промежуточные кольца, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ-паз, а направляющие аппараты разрезаны по окружности на сектора, согласно изобретению промежуточные кольца разрезаны по окружности на число секторов, равное числу секторов направляющего аппарата, при этом сектора направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе винтами, а стыки секторов соседних колец и направляющих аппаратов размещены в шахматном порядке.

Кроме того, стыки секторов сбоку полностью перекрыты торцами секторов соседних направляющих аппаратов.

На фиг. 1 изображена схема турбореактивного двухконтурного двигателя; на фиг. 2 узел I на фиг.1 (в увеличенном виде для статора с радиальной деформацией корпуса при помощи разности давлений); на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг. 4 узел I на фиг.1 (для статора с обдувом внутреннего корпуса воздухом); на фиг. 5 узел II на фиг.4 в увеличенном виде; на фиг.6 и 7 частичное окружное сечение по кольцу направляющего аппарата; на фиг. 8 схема расположения секторов колец в статоре компрессора; на фиг. 9 разрез Б-Б на фиг.6 (по стыку между секторами промежуточного кольца).

Турбореактивный двухконтурный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор 2 низкого давления, компрессор 3 высокого давления, камеру 4 сгорания, турбину 5 высокого давления и турбину 6 низкого давления.

Статор компрессора 3 высокого давления 3 содержит внутренний корпус 7, в котором жестко закреплены сектора 8 направляющих аппаратов со статорными лопатками 9 и чередующиеся с ними промежуточные кольца 10. Наружный корпус 11 охватывает внутренний корпус 7, снабжен патрубками 12 и жестко связан с внутренним корпусом радиальными фланцами 13 и 14. Кольцевая полость 15 между этими корпусами выполнена герметичной и сообщена с проточной частью 16 компрессора жиклерными отверстиями 17. Патрубки 12 снабжены заслонками 18 и сообщены с каналом 19 наружного контура двигателя (фиг. 2 и 3).

Ротор компрессора высокого давления включает роторные лопатки 20, закрепленные на барабане ротора.

Сектора 8 направляющих аппаратов жестко закреплены на внутреннем корпусе винтами 22. Промежуточные кольца 10 жестко соединены с секторами 8 боковыми кольцевыми буртиками 23, выполненными на секторах 8 и расположенными в ответных кольцевых канавках соседних промежуточных колец 10.

Сектора 8 направляющих аппаратов и промежуточные кольца 10 разрезаны по окружности на равное число секторов 24 и 25 соответственно. Каждый сектор закреплен на внутреннем корпусе 7 одним винтом 22. Концы каждого из секторов 25 и 24 жестко зафиксированы между средними частями секторов соседних колец. Стыки секторов 24 и 25 соседних секторов 8 и 10 размещены в шахматном порядке.

По краям секторов 8 направляющих аппаратов радиально наружу от боковых буртиков 23 выполнены буртики 26 до контакта с внутренним корпусом 7, которые своими торцами полностью закрывают сбоку стыки между соседними секторами 25, что предотвращает утечку воздуха через эти стыки от последующих ступеней компрессора к предыдущим (фиг.9).

При сборке компрессора на ротор, расположенный вертикально, устанавливают последовательно секторы 24 в сборе с направляющими лопатками 9 и секторы 25 колец 10. При этом кольцевые буртики 23 секторов 24 входят в кольцевые канавки секторов 25 соседних колец 10. Такая двойная центровка (по внутренней цилиндрической и наружной цилиндрической поверхностям) совместно с шахматным расположением стыков соседних секторов 24 и 25 обеспечивает фиксацию секторов в радиальном направлении относительно ротора. После установки секторов всех колец на них надвигают внутренний корпус 7 и закрепляют каждый сектор одним винтом 22 на внутреннем корпусе.

После запуска двигателя при переходе с режима малого газа на взлетный режим радиальные зазоры между ротором и статором уменьшаются. Так как заслонки 18 находятся в открытом положении, то давление в кольцевой полости 15 будет примерно равно давлению в канале 19 наружного контура двигателя. Поэтому под давлением все увеличивающегося перепада по обе стороны внутреннего корпуса 7, а также все увеличивающейся температуры воздуха в проточной части 16 компрессора внутренний корпус 7 расширяется быстрее, чем ротор. Ввиду этого радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются, что предотвращает задевание концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10.

При переходе двигателя на длительный крейсерский режим все заслонки 18 закрываются, и полость 15 становится герметичной. Поскольку она сообщена с проточной частью 16 жиклерными отверстиями 17, давление в ней становится равным статическому давлению в том месте проточной части 16, где расположены отверстия 17. Внутренний корпус 7 разгружается от действия силы перепада давления по обе его стороны. Корпус 7 при этом сжимается и радиальные зазоры становятся минимальными. Температура корпуса и ротора выравнивается.

При переходе двигателя на режим малого газа температура воздуха в проточной части 16 резко уменьшается. При этом тонкостенный внутренний корпус 7 охлаждается быстрее, чем массивный ротор, поэтому возникает опасность врезания концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10 статора.

Для увеличения радиальных зазоров открываются заслонки 18, после чего давление в кольцевой полости 15 быстро падает до давления в канале 19 наружного контура. Внутренний корпус 7 под давлением разности давлений по обе стороны расширяется и радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются.

При работе двигателя множество секторов 24 и 25, на которые разрезаны элементы 8 и 10, закрепленные на внутреннем корпусе 7 только одним винтом каждый, не ограничивают свободную радиальную деформацию корпуса 7 при температурах и силовых воздействиях на него. Крепежные винты 22 при этом не подвергаются дополнительным напряжениям.

Использование: в области двигателестроения, а именно к конструкции статора компрессора высокого давления, например газотурбинного двигателя с системой активного регулирования радиальных зазоров между ротором и статором. Сущность изобретения: статор компрессора высокого давления содержит корпус 7 и расположенные в нем направляющие аппараты со статорными лопатками 9, закрепленные в корпусе и чередующиеся с ними промежуточные кольца 10, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ-паз. Направляющие аппараты разрезаны по окружности на сектора, промежуточные кольца 10 разрезаны по окружности на сектора, число которых равно секторам направляющих аппаратов. При этом сектора направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе 7 винтами, а стыки секторов соседних элементов размещены в шахматном порядке. Стыки секторов сбоку полностью перекрыты торцами секторов соседних колец и направляющих аппаратов. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. СТАТОР КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус и расположенные в нем направляющие аппараты, закрепленные на корпусе, и чередующиеся с ними промежуточные кольца, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ - паз, а направляющие аппараты разрезаны по окружности на число секторов, равное числу секторов направляющего аппарата, при этом сектора колец направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе винтами, а стыки секторов соседних колец и направляющих аппаратов размещены в шахматном порядке. 2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что стыки секторов полностью перекрыты торцами секторов соседних направляющих аппаратов.