СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F04D29/40 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно - к статорам компрессоров ГТД.

Известен статор компрессора, содержащий поворотный направляющий аппарат [1].

Такая конструкция статора обеспечивает газодинамическую устойчивость компрессора на всех режимах работы ГТД, однако при пониженных температурах воздуха на входе в такой направляющий аппарат возможно его обледенение, что может привести к поломке двигателя.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция, в которой для предотвращения обледенения направляющий аппарат выполнен обогреваемым, с подводом обогревающего воздуха с температурой 200...250^oC вовнутрь поворотной направляющей лопатки. Наружный корпус такого направляющего аппарата выполнен с полостью подвода обогревающего воздуха, а в наружных цапфах поворотных лопаток выполнены отверстия для подвода обогревающего воздуха вовнутрь пера лопатки, причем выходные отверстия для выхода обогревающего воздуха выполнены на пере лопатки с выходом на спинку или корыто лопатки [2].

Известная конструкция отличается простотой, однако наличие полости в наружном корпусе компрессора для подвода и распределения обогревающего воздуха приводит к появлению в корпусе термических напряжений при подаче воздуха, а также к короблению и овализации корпуса, что снижает надежность двигателя и может привести к заклиниванию поворотных направляющих лопаток. Кроме того, наличие отверстий для выхода обогревающего воздуха на пере лопатки приводит к снижению КПД компрессора и запасов газодинамической устойчивости - из-за ухудшения обтекания лопатки.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности компрессора путем улучшения герметичности конструкции и исключения возникновения термических напряжений, а также путем повышения КПД компрессора и запасов газодинамической устойчивости.

Сущность технического решения заключается в том, что в статоре компрессора ГТД, включающем в себя наружный корпус и внутреннее кольцо с закрепленными в них направляющими лопатками с наружными цапфами и каналами внутри пера каждой лопатки, согласно изобретению отдельно от наружного корпуса выполнен коллектор подвода обогревающего воздуха в виде кольцевой трубы с патрубками, закрепленной на корпусе с помощью хомутов и кронштейнов со сферическими выступами, при этом патрубки коллектора выполнены с выходными отверстиями внутри, шаг между которыми t равен:
t = 0,3...6D,
где D - наружный диаметр трубы коллектора,
а между коллектором и наружными цапфами направляющих лопаток установлены промежуточные втулки со сферическими и цилиндрическими подшипниками скольжения, причем канал в пере каждой лопатки выполнен с выходом на внутренний торец пера.

Выполнение отдельно от наружного корпуса коллектора подвода обогревающего воздуха в виде кольцевой трубы с патрубками, закрепленной на корпусе с помощью хомутов и кронштейнов со сферическими выступами, а также выполнение патрубков коллектора с выходными отверстиями внутри, шаг между которыми t равен:
t = 0,3...6D,
где D - наружный диаметр трубы коллектора, позволяет при подаче обогревающего воздуха кольцевому коллектору свободно расширяться в радиальном направлении и перемещаться в осевом направлении, что исключает возникновение термических напряжений и сохраняет герметичность конструкции, повышая надежность компрессора в целом.

Установка промежуточных втулок со сферическими и цилиндрическими подшипниками скольжения между коллектором и наружными цапфами направляющих лопаток, и выполнение канала в пере каждой лопатки с выходом на внутренний торец пера позволяет компенсировать неточности в изготовлении и сборке наружных цапф, обогреваемых направляющих лопаток в осевом и окружном направлениях, а также уменьшить до минимума ухудшение параметров компрессора при выпуске обогревающего воздуха в проточную часть компрессора.

На фиг. 1 - изображен статор компрессора газотурбинного двигателя с обогреваемым входным направляющим аппаратом.

На фиг. 2 - элемент 1 на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - сечение А-А по наружным цапфам и коллектору подвода обогревающего воздуха.

Статор 1 ГТД состоит из наружного корпуса 2, внутреннего кольца 3, в которых закреплены обогреваемые входные направляющие лопатки 4, и кольцевого коллектора 5 подвода обогревающего воздуха, закрепленного с помощью хомута 6, состоящего из наружной 7 и внутренней 8 половинок, закрепленных с помощью болта 9 на сферическом хвостовике 10 кронштейна 11, который в свою очередь закреплен на корпусе 2. Обогреваемая лопатка 4 выполнена двухопорной и состоит из пера 12, наружной цапфы 13 и внутренней цапфы 14, с помощью которых лопатка крепится в наружном корпусе 2 и внутреннем кольце 3 соответственно. Поворачивается лопатка 4 с помощью рычага 15 через штифт 16 от механизма привода 17. Наружная цапфа 13 лопатки 4 выполнена полой с каналом 18, который через наклонный канал 19 соединен с радиальным каналом 20, идущим вдоль входной кромки 21 лопатки. Выходит канал 20 во внутренний торец 22 пера 12 лопатки 4. Для подачи обогревающего воздуха из коллектора 5 в лопатки 4 к коллектору крепится множество патрубков 23, соединенных с промежуточной втулкой 24 с помощью сферического шарнирного подшипника 25. На противоположном конце промежуточная втулка 24 имеет также сферический шарнирный подшипник 26, по внутреннему диаметру d которого выполнен цилиндрический подшипник скольжения 27 по полому выступу 28 цапфы 13. Относительно коллектора 5 промежуточная втулка 24 в радиальном направлении зафиксирована с помощью развальцовки 29, а относительно цапфы 13 втулка 24 вместе с коллектором 5 может перемещаться в радиальном направлении в пределах зазоров Δ₁ и Δ₂.
Работает устройство следующим образом. При понижении температуры воздуха на входе в двигатель, в случае опасности обледенения входного направляющего аппарата, в коллектор 5 из-за промежуточной ступени компрессора подается обогревающий воздух с температурой 200...250^oC, который через промежуточные втулки 24 поступает в каналы 20 направляющих лопаток 4, обогревает перо 12 и входную кромку 21 и истекает через внутренний торец 22 пера лопатки в проточную часть компрессора. Такой выпуск обогревающего воздуха не портит обтекание направляющих лопаток и не вызывает существенного ухудшения КПД компрессора. При подаче обогревающего воздуха в коллектор 5, выполненный в виде кольцевой трубы, происходит быстрый разогрев этого коллектора и его расширение относительно корпуса 2 и цапф 13 лопаток 4. При этом коллектор свободно перемещается относительно сферического хвостовика 10 кронштейна 11 по дуге окружности с радиусом R, так как колодки 7 и 8 хомута 6 имеют возможность поворачиваться относительно коллектора 5. Промежуточная втулка 24 при этом перемещается вместе с коллектором в осевом и в радиальном направлениях, поворачиваясь на сферических шарнирных подшипниках 25 и 26 и перемещаясь в радиальном направлении относительно хвостовика 28 лопатки 4 по цилиндрическому подшипнику скольжения 27 по диаметру d. При этом сохраняется герметичность конструкции и исключается возникновение термических напряжений в деталях статора компрессора. Кроме того, при этом не увеличивается мощность привода для поворота лопаток направляющего аппарата, так как отсутствует коробление деталей и не возникает дополнительных усилий на цапфы направляющих лопаток. Такое конструктивное решение необходимо при больших диаметрах D трубы коллектора и малом шаге t между отверстиями отвода обогревающего воздуха из коллектора в лопатки, так как возникающие перемещения невозможно парировать гибкостью трубы коллектора, т.е. при отношении t/D = 0,3...6. Кроме того, предлагаемая конструкция компенсирует неточности изготовления и сборки входного направляющего аппарата и коллектора. При t меньшем 0,3D трудно разместить шарнирные подшипники, или резко возрастает вес конструкции. При t большем 6D неточности изготовления и сборки можно компенсировать за счет гибкости трубы, из которой сделан коллектор.

Источники информации:
1. А. С. Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", Машиностроение, Москва, 1989 г., стр. 116, рис. 3.55 в.

2. А. С. Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", стр. 116, рис. 3.55 а - прототип.

Статор предназначен для компрессора газотурбинного двигателя. Статор компрессора ГТД включает в себя наружный корпус и внутреннее кольцо с закрепленными в них направляющими лопатками с наружными цапфами и каналами внутри пера каждой лопатки. Отдельно от наружного корпуса выполнен коллектор подвода обогревающего воздуха в виде кольцевой трубы с патрубками, закрепленной на корпусе с помощью хомутов и кронштейнов со сферическими выступами, при этом патрубки коллектора выполнены с выходными отверстиями внутри, шаг между которыми равен: t= (0,3-6)D, где D - наружный диаметр трубы коллектора, а между коллектором и наружными цапфами направляющих лопаток установлены промежуточные втулки со сферическими и цилиндрическими подшипниками скольжения, причем канал в пере каждой лопатки выполнен с выходом на внутренний торец пера. 3 ил.

Статор компрессора ГТД, включающий в себя наружный корпус и внутреннее кольцо с закрепленными в них направляющими лопатками с наружными цапфами и каналами внутри пера каждой лопатки, отличающийся тем, что отдельно от наружного корпуса выполнен коллектор подвода обогревающего воздуха в виде кольцевой трубы с патрубками, закрепленной на корпусе с помощью хомутов и кронштейнов со сферическими выступами, при этом патрубки коллектора выполнены с выходными отверстиями внутри, шаг между которыми t равен
t = (0,3 - 6)D,
где D - наружный диаметр трубы коллектора,
а между коллектором и наружными цапфами направляющих лопаток установлены промежуточные втулки со сферическими и цилиндрическими подшипниками скольжения, причем канал в пере каждой лопатки выполнен с выходом на внутренний торец пера.