СЕПАРАТОР-ОТРАЖАТЕЛЬ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ В НАРУЖНЫЙ КОНТУР ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК F02C7/05 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам защиты авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя от повреждения лопаток компрессора посторонними предметами (ПП) в эксплуатации.

Наиболее близким к заявленному объекту по совокупности признаков является устройство для защиты внутреннего контура турбореактивного двухконтурного двигателя от попадания посторонних предметов, содержащее штатный лопаточный венец направляющего аппарата (НА) последней ступени вентилятора, лопатки которого наклонены в сторону вращения ротора двигателя. Принцип работы устройства основан на соответствующей организации процесса соударения твердых частиц с лопатками НА последней ступени вентилятора. Соударение частиц с наклонными лопатками НА приводит к перераспределению составляющих скорости частицы (V_r, V_x, V_z) в сторону увеличения радиальной составляющей V_r. Это приводит к смещению траекторий движения ПП к периферии и отводу ПП в наружный контур ТРДД.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится то, что высокая эффективность сепарационных свойств такого устройства защиты возможна лишь тогда, когда траектория движения посторонних предметов пересекается с плоскостью профилей лопаток НА. Если ПП не соударяются с лопатками НА, то появляется высокая вероятность пролета их во внутренний контур ТРДД и, как следствие этого, повреждение лопаток компрессора высокого давления (см. патент РФ на изобретение N 2 045 451, кл. B 64 D 33/00, 1995 г.).

Сущность изобретения заключается в следующем. Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание схемы защиты внутреннего контура ТРДД от повреждения посторонними предметами, попадающими во входное устройство двигателя по различным причинам, за счет повышения сепарационной эффективности лопаток направляющего аппарата и рабочего колеса последней ступени вентилятора, что обеспечивает практически полную защиту внутреннего контура ТРДД от повреждения ПП. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в увеличении коэффициента сепарации в наружный контур ТРДД.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем лопаточные венцы направляющего аппарата и рабочего колеса вентилятора, лопатки направляющего аппарата и рабочего колеса последней ступени вентилятора, выполнены с кольцевыми полками-отражателями, поверхности которых расположены на уровне разделителя потоков воздуха наружного и внутреннего контуров.

Кольцевые полки-отражатели образованы совокупностью полок-отражателей, выполненных за одно целое с лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существующим признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволял выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразования на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема заявленного устройства, где на фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 изображены результаты математического моделирования траекторий ПП в процессе их движения в проточной части вентилятора и сепарации в наружный контур ТРДД.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Сепаратор-отражатель посторонних предметов в наружный контур турбореактивного двухконтурного двигателя состоит из лопаток рабочего колеса последней ступени ротора вентилятора 1 (фиг. 1), направляющего аппарата последней ступени вентилятора 4, наружного корпуса вентилятора 2, разделителя потоков 3, внутреннего корпуса вентилятора 5 и кольцевых полок-отражателей 6, выполненных за одно с лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата последней ступени вентилятора 4. На фиг. 1 также показана траектория движения ПП до и после соударения с рабочей лопаткой 1 и полкой-отражателем 6 направляющего аппарата последней ступени.

Полки-отражатели, выполненные на лопатках РК, изготовлены с ними заодно целое по технологии изготовления лопаток с бандажными полками, т.е. методом штамповки. Полки-отражатели, выполненные на лопатках НА, могут изготовляться за одно целое с лопатками штамповкой, литьем, соединяться с ними сваркой.

Полки-отражатели имеют симметричный профиль с максимальной толщиной, определяемой конструктивными параметрами двигателя из условия обеспечения достаточной прочности при соударении с ПП.

Лопатки рабочих колес и направляющих аппаратов, помимо своих основных функций по передаче кинетической энергии воздушному потоку (в РК) и преобразованию этой кинетической энергии в потенциальную энергию давления (в НА), частично выполняют роль сепаратора твердых частиц. Но сепарационные свойства штатных лопаточных венцов РК и НА ограничены. Поэтому попадающие на вход вентилятора твердые частицы, имеющие скорость движения значительно меньшую, чем скорость вращения лопаток вентилятора, как правило, соударяются с рабочими лопатками I или II ступени. Частицы при этом приобретают окружную составляющую скорости своего движения и отражаются к периферии в направлении наружного корпуса вентилятора (см. фиг. 2). Учитывая то, что длина наружного корпуса многоступенчатого вентилятора имеет существенные размеры (на фиг. 2 представлены геометрические параметры серийного двигателя изд. 88), частицы успевают соударяться с наружным корпусом вентилятора в средней его части и отражаются с большой долей вероятности во внутренний контур ТРДД, где могут наносить элементам конструкции компрессора высокого давления недопустимые повреждения, ведущие к досрочному съему двигателя с эксплуатации.

Установка на лопатках РК и НА последней ступени вентилятора кольцевых полок-отражателей позволяет организовать кольцевой экран-сепаратор, препятствующий попаданию твердых частиц во внутренний контур ТРДД. Частицы после соударения с полками-отражателями РК и НА отражаются к периферии в наружный контур двигателя.

Необходимо отметить, что ширина полок-отражателей должна выбираться таким образом, чтобы зазор (х) между торцами полок РК и НА не превышал 2 - 3 мм (из условия непролета частиц с размерами "опасными" для лопаток компрессора высокого давления) и устанавливаться полки-отражатели РК и НА должны на одном и том же радиусе R_сеп (см. фиг. 2), близком к радиусу разделителя потоков, R_разд.. Таким образом, в сечении R_сеп. (фиг. 2) полками-отражателями РК и НА последней ступени вентилятора образуется отражающий экран который может полностью защитить внутренний контур ТРДД от повреждения ПП.

Анализ сепарационных свойств предлагаемого устройства был выполнен по методике расчета траекторий частиц в проточной части двигателя с учетом соударения с лопатками РК и НА и другими элементами конструкции двигателя (Евдокимов А. И., Максимов Ю.Е. Моделирование процессов, связанных с движением твердых предметов в проточной части вентилятора ТРДД в задачах повышения надежности двигателей. В сб. "XXIII Всесоюзное научное совещание по проблемам прочности двигателей". Институт проблем механики АН СССР. М., 1990). Оценка сепарационных свойств устройства производилась по коэффициенту сепарации

где n_II - количество частиц, попавших во внешней контур;
N - количество ПП, попавших на вход ТРДД.

Расчеты на ЭВМ показали, что сепарационная эффективность многоступенчатого вентилятора после установки заявленного сепаратора-отражателя возрастает примерно в 2,5 раза.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначенное для использования в промышленности, именно в авиационной технике, в частности как устройство защиты авиационных ТРДД от повреждения лопаток компрессора посторонними предметами в эксплуатации;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно характеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности защищает внутренний контур авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) от повреждения лопаток компрессора посторонними предметами (ПП) в эксплуатации. Сепаратор-отражатель посторонних предметов в наружный контур турбореактивного двухконтурного двигателя содержит лопаточные венцы направляющего аппарата и рабочего колеса вентилятора. Лопатки направляющего аппарата и рабочего колеса последней ступени вентилятора выполнены с кольцевыми полками-отражателями. Поверхности последних расположены на уровне разделителя потоков воздуха наружного и внутреннего контуров. Кольцевые полки-отражатели образованы совокупностью полок-отражателей, выполненных за одно целое с лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Сепаратор-отражатель посторонних предметов в наружный контур турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащий лопаточные венцы направляющего аппарата и рабочего колеса вентилятора, отличающийся тем, что лопатки направляющего аппарата и рабочего колеса последней ступени вентилятора выполнены с кольцевыми полками-отражателями, поверхности которых расположены на уровне разделителя потоков воздуха наружного и внутреннего контуров. 2. Сепаратор-отражатель по п.1, отличающийся тем, что кольцевые полки-отражатели образованы совокупностью полок-отражателей, выполненных за одно целое с лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата.