НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2000 года по МПК F04D29/56 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора ГТД.

Известен направляющий аппарат осевого компрессора ГТД с двухсторонним креплением поворотных лопаток, в котором внутреннее кольцо (бандаж) образовано двумя полукольцами, а внутренние "бочкообразные" цапфы входят в цилиндрические гнезда, образованные полукольцами бандажа /1/.

Недостатком известной конструкции является интенсивный износ сопрягаемых поверхностей цапф поворотных лопаток и внутреннего кольца, обусловленный повышенным удельным давлением в связи с линейным контактом этих деталей.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция поворотного входного направляющего аппарата (ВНА) осевого компрессора ГТД, в котором поворотные лопатки закреплены верхними цапфами в наружном корпусе, а внутренними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце /2/.

Однако воздействие вибрационных нагрузок и попадание абразивных частиц и грязи вместе с воздухом из проточной части двигателя в монтажный зазор приводят к износу сферических и цилиндрических втулок, а также цапф поворотных лопаток. По мере наработки двигателя износ этих элементов внутренней опоры прогрессирует, что приводит к нарушению устойчивой работы компрессора, т.е. ухудшению его параметров из-за увеличения утечек воздуха через зазоры и изменению угла установки поворотных лопаток.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении устойчивости работы компрессора при сохранении его рабочих параметров за счет снижения износа и коэффициента трения элементов внутренней опоры поворотных лопаток при работе двигателя.

Эта задача решается за счет того, что в направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению сферические и цилиндрические втулки выполнены разрезными, а их поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из антифрикционных материалов.

Кроме того, разъемное внутреннее кольцо выполнено с волнообразным профилем, а поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из композиционных материалов.

Выполнение сферических и цилиндрических втулок разрезными позволяет при сборке направляющего аппарата "выбрать" зазоры и создать необходимый натяг по сопрягаемым поверхностям, который обеспечивает поворот лопаток направляющего аппарата при работе двигателя, тем самым повышая работоспособность элементов внутренней опоры лопаток без существенных износов сопрягаемых поверхностей, а значит и устойчивость работы компрессора при сохранении его рабочих параметров.

Изготовление сопрягаемых поверхностных слоев из антифрикционных композиционных материалов, имеющих низкий модуль упругости, позволяет снизить коэффициент трения по этим поверхностям и одновременно обеспечивает при сборке конструкции необходимую для создания натяга упругость сферических втулок.

Применение композиционных материалов для изготовления поверхностных сопрягаемых слоев разрезных втулок позволяет реализовать возможность сопротивления упругой деформации при создании натяга по этим поверхностям за счет низкого модуля упругости используемого материала.

Волнообразный профиль разъемного внутреннего кольца обеспечивает заранее заданный натяг по сопрягаемым поверхностям при затяжке винтов, соединяющих полукольца внутреннего кольца, до соприкосновения полуколец.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез части осевого компрессора с направляющим аппаратом заявляемой конструкции.

На фиг. 2 показано сечение А-А по фиг. 1.

Фиг. 3 показывает элемент 1 на фиг. 1, представляющий вариант исполнения разрезных втулок с накладками, изготовленными из композиционного антифрикционного материала типа "Даклен".

На фиг. 4 - вариант исполнения, где сферическая разрезная втулка выполнена из антифрикционного материала, например графитофторопласта.

Направляющий аппарат осевого компрессора содержит поворотные лопатки 1, установленные верхними цапфами с напрессованными на них втулками 2 во втулки 3 наружного кольца 4, а нижними цапфами через разрезные сферические 5 и разрезные цилиндрические 6 втулки в гнезда, образованные упругими полукольцами 7 и 8 внутреннего кольца с натягом, который обеспечивается затяжкой винтов 9 и гаек 10, установленных между цапфами лопаток 1 до соприкосновения полуколец 7 и 8 с волнообразным профилем. На контактных поверхностях Г и Д каждой пары трения 5 - 6 закреплены накладки 11, 12, изготовленные из антифрикционного композиционного материала с низким модулем упругости (типа "Даклен").

Второй вариант исполнения предусматривает изготовление сферической втулки 5 целиком из антифрикционного материала с низким модулем упругости, например графитофторопласта.

Сферические 5 и цилиндрические 6 втулки установлены при сборке аппарата таким образом, чтобы разрезы втулок 5, 6 располагались на участках, наименее подверженных нагрузкам при работе двигателя, и не препятствовали затяжке винтов 9, т.е. сферические втулки 5 - в плоскости Б разъема полуколец 7, 8, а цилиндрические 6 - в плоскости В наибольшей жесткости пера лопатки 1, т.е. параллельно хорде лопатки 1. Накладки 11, 12 контактируют без зазоров с поверхностями Г и Д втулок 5 и 6 и скреплены (склеены) со втулками 5, 6 по поверхностям Е, Ж.

В процессе работы двигателя лопатка 1 прогибается под действием газовых сил, увлекая за собой подвешенные на внутренних цапфах лопаток полукольца 7 и 8, создавая контактное давление на сопрягаемых поверхностях Г и Д сферических 5 и цилиндрических 6 втулок - деталей опор внутренних цапф лопаток 1. При этом отсутствие зазора в подвижных соединениях значительно уменьшает износ по поверхностям Г и Д втулок 5 и 6 под влиянием вибрации и устраняет попадание посторонних частиц и грязи на эти поверхности.

Наличие в сопряжениях антифрикционных сферических втулок 5 или антифрикционных накладок 11, 12 с низким модулем упругости, снижая коэффициент трения, обеспечивает возможность управления поворотом лопаток 1 при смене режимов работы двигателя с сохранением рабочих параметров компрессора.

Источники информации:
1. Г.С. Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели, М, 1974, стр. 57, рис. 3.07 в.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30 III серии. Техническое описание, Пермь, 1986 г., стр. 45, рис. 2. 10 на вклейке.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газотурбинного двигателя. В направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению сферические и цилиндрические втулки выполнены разрезными, а их поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из антифрикционных материалов. Разъемное внутреннее кольцо может быть выполнено с волнообразным профилем, а поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из композиционных материалов. Использование изобретения повышает устойчивость работы компрессора при сохранении его рабочих параметров за счет снижения износа и коэффициента трения элементов внутренней опоры поворотных лопаток при работе двигателя. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Направляющий аппарат осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце, отличающийся тем, что сферические и цилиндрические втулки выполнены разрезными, а их поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из антифрикционных материалов. 2. Направляющий аппарат осевого компрессора по п.1, отличающийся тем, что полукольца разъемного внутреннего кольца выполнены с волнообразным профилем, а поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из композиционных антифрикционных материалов.