НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2001 года по МПК F04D29/60 

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

Известен поворотный входной направляющий аппарат (ВНА) осевого компрессора ГТД, в котором поворотные лопатки закреплены верхними цапфами в наружном корпусе, а внутренними цапфами через втулки - в разъемном внутреннем кольце [1].

Недостатком известной конструкции является интенсивный износ сопрягаемых поверхностей цапф поворотных лопаток и втулок, установленных во внутреннем кольце, обусловленный повышенным удельным давлением в связи с линейным контактом этих деталей.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция направляющего аппарата осевого компрессора ГТД с двухсторонним креплением поворотных лопаток, в котором внутреннее кольцо (бандаж) образовано двумя полукольцами, а нижние "бочкообразные" цапфы поворотных лопаток входят в цилиндрические гнезда, образованные полукольцами бандажа [2].

Однако воздействие вибрационных нагрузок и попадание абразивных частиц и грязи вместе с воздухом из проточной части двигателя в монтажный зазор приводит к износу соприкасающихся элементов. По мере наработки двигателя износ элементов внутренних опор поворотных лопаток увеличивается и приводит к снижению надежности и КПД из-за износа сопрягающихся поверхностей и увеличения утечек воздуха через зазоры.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД, и надежности в работе за счет уменьшения износа соприкасающихся поверхностей элементов внутренних опор поворотных лопаток направляющего аппарата в осевом и радиальном направлениях, а также улучшения динамической характеристики ступеней компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними - в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению, на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам.

Кроме того, под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцевой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом установлены упругие шайбы.

Закрепление сферических втулок на нижних цапфах поворотных лопаток позволяет исключить радиальные перемещения разъемных внутренних колец относительно цапф, уменьшая при этом износ сопрягающихся поверхностей и повышая надежность работы устройства.

При этом повышение КПД ступени компрессора вызвано стабилизацией зазоров в лабиринтном уплотнении и уменьшением количества перетекающего воздуха из области высокого давления за лабиринтным уплотнением в область низкого давления перед ним.

Установка вкладышей из антифрикционных материалов между наружными поверхностями сферической втулки и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец с возможностью поджатия вкладышей со сферической внутренней поверхностью к сферическим втулкам снижает коэффициент трения по соприкасаемым поверхностям, стабилизирует давление в контакте, одновременно обеспечивая при работе двигателя "беззазорность" соединения в осевом направлении за счет упругих и термических свойств материала вкладышей.

Установка упругих шайб под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцовой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом обеспечивает компенсацию износов (приработки) в соединениях сферических элементов, тем самым повышая долговечность работы элементов внутренних опор лопаток при сохранении рабочих параметров ступени.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фигурах 1 и 2 представлены продольные разрезы осевого компрессора с направляющим аппаратом заявляемой конструкции. На фиг. 3, 4 и 5 показаны элементы I и II на фиг. 1 и 2, иллюстрирующие возможные варианты исполнения заявляемой конструкции направляющего аппарата.

Направляющий аппарат содержит поворотные лопатки 1, установленные верхними цапфами с напрессованными на них втулками 2 во втулки 3 наружного кольца 4. Поворотные лопатки 1 нижними цапфами с напрессованными на них через проставные кольца 5 сферическими втулками 6 установлены в полукольцах 7 и 8 внутреннего кольца внутри сферических вкладышей 9. Сферические вкладыши 9 могут быть разрезаны вдоль оси (фиг. 3) и изготовлены из антифрикционного композиционного материала, например из фторопластовой композиции с наполнителем Ф4К15М5. Винты 10 поджимают полукольца разъемного внутреннего кольца через упругие шайбы 11.

Момент затяжки винтов 10 подбирают с расчетом обеспечения заданного усилия поворота лопаток 1 при сборке конструкции, при этом необходимый упругий натяг в сопряжении по поверхности Г и возможность компенсации износов при работе двигателя обеспечивает зазор "а".

Как показано на фиг. 4, возможен вариант, когда на поверхности Е закреплены (приклеены) накладки 12 из антифрикционного композиционного материала типа "Даклен".

Согласно одному из возможных вариантов вкладыши 9 могут быть выполнены разрезными перпендикулярно их оси (фиг. 5). В этом случае упругие шайбы 13 между торцовой поверхностью одной из частей вкладыша 9, изготовленного из антифрикционного материала типа графитофторопласта, и опорной поверхностью полуколец 7 и 8 в сочетании с зазором "в" между частями вкладыша 9 обеспечивают постоянное поджатие и компенсацию износов сферического сопряжения Г.

При работе двигателя поворотные лопатки 1 прогибаются под действием газовых сил, увлекая за собой подвешенные на внутренних цапфах полукольца 7 и 8, создавая при этом контактное давление по сопрягаемой поверхности Г сферических соединений. Наличие антифрикционных вкладышей 9 со сферической внутренней поверхностью и упругих шайб 11 и 13 обеспечивает отсутствие зазоров по поверхности Г, значительно уменьшая износ втулки 6 и вкладыша 9 под воздействием вибрации, и устраняет попадание посторонних частиц и грязи на контактные поверхности сопрягаемых элементов.

Источники информации
1. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30 III серии. Техническое описание. Пермь, 1986 г., стр. 45, рис. 2.10 на вклейке.

2. Г.С.Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели, М., 1974, стр. 57, рис. 3.07в.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД и надежности в работе за счет уменьшения износа соприкасающихся поверхностей элементов направляющего аппарата в осевом и радиальном направлениях. В направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Направляющий аппарат осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними в разъемном внутреннем кольце, отличающийся тем, что на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам. 2. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцовой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом установлены упругие шайбы.