ЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН ТУРБОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК F01D25/24 

Предметом настоящего изобретения является защитный экран турбодвигателя.

Изобретение касается экрана, расположенного вокруг статора, а более точно, перед лопастной зоной ротора, которую окружает статор, т.е. перед компрессорным отделением или турбинным в двигателе, и функция его заключается в том, чтобы задерживать куски или осколки лопастей или ротора, которые устремляются к статору под действием центробежных сил после разрушения в результате аварии.

Американский патент 4452563 описывает экран, выполненный из сетки волокнистых лент, замотанных на внешнюю сторону статора, противоположную обращенной к ротору. Такой экран является малоэффективным, поскольку волокнистые ленты легко разрываются и не могут защитить в достаточной степени статор. Можно для защиты статора использовать и многослойную ткань, имеющую вафельное переплетение, которую наматывают также на внешнюю сторону статора. Но несмотря на увеличение поглощения энергии, которое обеспечивает эта структура для замедления движения осколков или остановки их вообще, это поглощение будет локализовываться в месте удара, и экран в этом месте будет пробит насквозь достаточно легко.

Европейский патент 0626502 описывает экран, выполненный из наложенных друг на друга пластинок. Эти пластинки имеют те же недостатки, что и волокнистые ленты.

Наконец, французский патент N 2375443 описывает экран в виде сплошного кольца, которое отрывается от креплений, когда оторванная лопасть сталкивается с ним, этот экран может служить одновременно дублером статора или его замещать, и он может поглощать кинетическую энергию лопасти, только приняв вращательное движение, но не может поглощать энергию за счет деформации, как в настоящем изобретении, так как он не располагает окружающим его пространством, чтобы деформироваться, он, наконец, не эффективен, если переданной ему энергии достаточно для того, чтобы разорвать все его крепления, это ограничивает возможность его применения.

Известен также защитный экран турбодвигателя, имеющий форму кольца из ковкого материала, расположенного вокруг статора в кольцеобразном пространстве между статором и внешним обтекателем турбодвигателя на расстоянии от каждого из них и напротив лопастной зоны ротора, охваченного статором, причем кольцо выполнено сплошным и соединено с турбодвигателем средствами крепления (GB 1093312А, 1967 г.).

Недостатком известного двигателя является недостаточная его эффективность. Задача изобретения состоит в том, чтобы заставить участвовать весь экран в поглощении удара, позволяя ему деформироваться и разрывать элементы его крепления на статоре пропорционально полученной энергии. Поставленная задача достигается за счет того, что защитный экран турбодвигателя имеет форму кольца, выполненного из ковкого материала, расположенного вокруг статора в кольцеобразном пространстве между статором и внешним обтекателем турбодвигателя на расстоянии от каждого из них и напротив лопастной зоны ротора, охваченного статором, причем кольцо выполнено сплошным и соединено с турбодвигателем средствами крепления, которые рассчитаны с возможностью разрыва под воздействием усилия меньшего, чем предельное усилие, разрушения экрана и выполнены в виде лопаток, являющихся продолжением экрана, а каждая лапка имеет участок наименьшего сопротивления, соединяющий разрываемые части.

Такое выполнение экрана позволяет, как будет видно в дальнейшем, намного лучше трансформировать кинетическую энергию осколков в энергию механической деформации, поглощаемую экраном, который к тому же не будет иметь пробоин и изолирует таким образом внешние части турбодвигателя от осколков.

Приложенные чертежи помогут легче понять описание изобретения. Они имеют только иллюстративный характер, но не ограничительный, показывая различные аспекты изобретения.

Фиг. 1 изображает в общем виде расположение экрана в двигателе.

Фиг. 2 и фиг. 3 представляют два варианта крепления экрана.

Фиг. 4 иллюстрирует воздействие удара на экран.

Фиг. 1 показывает участок двигателя, который включает ротор 1, статор 2, окружающий ротор 1, и внешний обтекатель 3, окружающий статор 2. Статор 2 имеет раструб 4 кольцеобразный и плоский, которым он заканчивается сверху, а сам раструб 4 заканчивается скобой 5, прикрепленной к внутренней поверхности обтекателя 3 с помощью заклепки.

Ротор 1 и статор 2 имеют чередующиеся ярусы лопастей соответственно подвижных 6 и неподвижных 7, как обычно, в двигателях и компрессорах.

Между статором 2 и внешним обтекателем 3 существует кольцевое закрытое пространство, расположенное ниже раструба 4. Экран 9 находится в этом пространстве в его центральной части: это значит, что он отделен в радиальном направлении как от внешнего обтекателя 3, так и от статора 2, находясь на одинаковом расстоянии от них. Экран 9-это сплошное кольцо, выполненное из ковкого материала, металла или другого, преимущество которого в том, что он поглощает энергию удара. Кольцо поддерживается средствами крепления, которые соединяют его с раструбом 4. Существует множество вариантов крепления этого экрана, два из них будут рассмотрены нами. На фиг. 2 экран 9 имеет отогнутый конец, имеющий форму фланца 10, плоского и круглого, в отверстия которого вставляют в продольном направлении винты 11, концы которых удерживаются в винтовых отверстиях 12 раструба 4. Винты 11 имеют утоненную часть 13 определенного диаметра, представляющую собой место разрыва на стыке раструба 4 и фланца 10.

На фиг. 3 показано, что фланец 10 заменяют лапками 14, являющимися удлинением экрана 9, но которые намного тоньше экрана 9. Раструб 4 снабжен фланцем 15 кольцевой формы, удлиняющим экран и почти прилегающим к нему, при этом лапки 14 расположены на фланце 15. Винты 16, направленные радиально, соединяют лапки 14 и фланец 15. Место разрыва также предусмотрено, оно выполнено в виде встречных пазов 19, суживающих лапки 14 на границе экрана 9 и фланца 15.

Фиг. 4 показывает, что может произойти после удара, вызванного куском ротора 17, оторвавшимся в результате аварии при функционировании /часть диска турбины/. Центробежная сила направляет осколок ротора на большой скорости наружу, он пробивает статор 2, затем искривляет экран 9. Пластическая деформация, возникающая в результате появления выпуклости 18 на части экрана 9, приводит к частичному или полному разрушению средств крепления, если кинематическая энергия движущегося куска ротора 17 для этого достаточна. В варианте согласно фигуре 2 утоненная часть 13 винтов 12 срезается, в варианте согласно фигуре 3 лапки 14 разрываются между пазами 19 также посредством среза. Кроме представленных на фиг. 2 и 3 могут использоваться любые известные виды элементов разрыва и среди них винты, болты, шпонки, заклепки, которые разрушаются, разрываются или вырываются при растяжении, при сжатии или при срезе.

Разорванными элементами крепления прежде всего являются те, которые находятся рядом с выпуклостью 18. Если удар достаточно сильный, могут быть затронуты все элементы крепления и экран 9 станет свободным, но так как он выполнен с достаточно высокой степенью сопротивления пробоинам и проколам, он не разрушается под действием удара и продолжает защищать внешний обтекатель 3 от прямого контакта с осколком ротора 17, даже если осколок сталкивается с ним и катится по нему. Это сопротивление зависит в основном от толщины экрана 9 и от сопротивления разрыву материала, из которого он образован.

Преимущества изобретения состоят прежде всего в том, что поскольку экран не удерживается непосредственно ни на какой поверхности, он может поглощать энергию, деформируясь свободно в большей части своей окружности или даже по всей окружности. Статор 2 и внешний обтекатель 3 находятся на достаточном расстоянии друг от друга, что позволяет обеспечить такую деформацию. Вся энергия, которую система может поглотить, увеличивается за счет потребления энергии на разрыв средств крепления, в то же время этот разрыв допускает более обширную деформацию экрана 9 и увеличивает, таким образом, объем поглощенной энергии. Наконец, если экран 9 полностью разрушен, он смещается в сторону внешнего обтекателя 3. На фиг. 4 представлена заведомо неблагоприятная ситуация, поскольку только один большой кусок, оторвавшийся от ротора 1, участвует в аварии. На практике же часто случается, что несколько кусков более или менее одного веса попадают на разные части экрана 9 с благоприятным последствием, потому что их кинематическая энергия поглощается более полно /их количество движения уравновешивается/, и поэтому экран 9 деформируется в меньшей степени, и риск разрушения обтекателя 3 также уменьшается. Даже если кинетическая энергия осколков не очень хорошо трансформируется и значительная часть ее сообщается экрану 9, когда он отделен, все равно обеспечивается значительное замедление движения подвижной массы и возможны лишь мельчайшие разрушения внешнего обтекателя 3 благодаря равномерности и точности формы и округлости экрана 9.

Защитный экран турбодвигателя имеет форму кольца, выполненного из ковкого материала. Кольцо расположено вокруг статора в кольцеобразном пространстве между статором и внешним обтекателем турбодвигателя на расстоянии от каждого из них напротив лопастной зоны ротора, охваченного статором. Кольцо выполнено сплошным и соединено с турбодвигателем средствами крепления, рассчитанными с возможностью разрыва под воздействием усилия меньшего, чем предельное усилие разрушений экрана, и выполненными в виде лапок, являющихся продолжением экрана. Каждая лапка имеет участок наименьшего сопротивления, соединяющий разрываемые части. Такое выполнение экрана приводит к лучшему транформированию кинетической энергии осколков в механическую энергию деформации. 4 ил.

Защитный экран турбодвигателя, имеющий форму кольца, выполненного из ковкого материала, расположенного вокруг статора в кольцеобразном пространстве между статором и внешним обтекателем турбодвигателя на расстоянии от каждого из них и напротив лопастной зоны ротора, охваченного статором, причем кольцо выполнено сплошным и соединено с турбодвигателем средствами крепления, отличающийся тем, что средства крепления рассчитаны с возможностью разрыва под воздействием усилия, меньшего, чем предельное усилие разрушения экрана, и выполнены в виде лапок, являющихся продолжением экрана, а каждая лапка имеет участок наименьшего сопротивления, соединяющий разрываемые части.