СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F04C18/00 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен корпус (статор) компрессора высокого давления ТРД-36, в котором рабочие полукольца и полукольца направляющих аппаратов телескопически установлены в центрирующие оболочки, связанные с наружным корпусом, а крутящий момент от спрямляющих аппаратов передается от первой к последней ступени и далее на наружный корпус с помощью фиксирующих штифтов [1].

Однако, при малом весе конструкция обладает повышенным износом полуколец направляющих аппаратов в местах их телескопического соединения с центрирующими оболочками, а также пониженным КПД компрессора из-за перетекания сжимаемого компрессором воздуха по телескопическим соединениям и отсутствия системы активного управления радиальными зазорами между ротором и статором.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является статор компрессора газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами, включающий наружный и внутренний корпуса, рабочие кольца, образующие с внутренним корпусом кольцевые полости. Внутренний корпус соединен с наружным корпусом посредством упругих фланцев, а в кольцевую полость подается холодный воздух на обдув внутреннего корпуса, за счет термической деформации которого обеспечивается управление радиальными зазорами между ротором и статором [2].

Однако, статор данной конструкции не обеспечивает высокий КПД компрессора в результате перетекания сжатого воздуха от последних ступеней компрессора к первым из-за зазоров и плохих контактов между внутренним корпусом и рабочими кольцами, а также кольцами направляющих аппаратов, что также не обеспечивает необходимую управляемость при регулировании этих зазоров.

Кроме того, возможны наклеп и износ колец при контактах с внутренним корпусом и поломка компрессора.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и КПД компрессора за счет исключения утечек сжимаемого воздуха и износа рабочих колец о внутренний корпус компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя, содержащем наружный и внутренний корпуса, рабочие кольца, образующие с внутренним корпусом кольцевые полости, согласно изобретению рабочие кольца скреплены одежду собой с помощью соединения кольцевой выступ - паз кольцами направляющих аппаратов, которые зафиксированы под внутренним корпусом радиальными винтами, а рабочие кольца закреплены относительно колец направляющих аппаратов в окружном направлении осевыми штифтами.

Закрепление колец направляющих аппаратов под внутренним корпусом радиальными винтами обеспечивает плотный контакт между этими элементами, исключая их наклеп, а значит и поломку компрессора. Такая конструкция обеспечивает фиксацию, исключающую перетекание сжатого воздуха от последних ступеней к первым и обеспечивая стабильную на всех режимах теплопередачу от колец направляющего аппарата к внутреннему корпусу и упрощая регулирование радиальных зазоров между статором и ротором.

Дополнительная фиксация, необходимая для высоконапорного компрессора, обеспечена креплением рабочих колец между скобой с помощью соединения кольцевой выступ - паз кольцами направляющих аппаратов, которые зафиксированы под внутренним корпусом радиальными винтами, прижимающими рабочие колеса к корпусу.

Такая двойная фиксация выполнена для уменьшения "паразитных" утечек сжимаемого воздуха из проточной части от последних ступеней к передним в зазорах между кольцами и корпусом, т.к. давление за компрессором двигателя ПС-90А на максимальном режиме составляет 32,5 кг/см², на входе в компрессор ≈ 2,5 кг/см², т.е. разница давлений составляет ΔP = 32,5 - 2,5 = 30 кг/см².

На фиг. 1 показан продольный разрез статора компрессора заявляемой конструкции. На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

Статор 1 компрессора газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2 и внутреннего корпуса 3, внутри которого установлены рабочие кольца 4 и кольца направляющих аппаратов 5 с направляющими лопатками 6. Наружный корпус 2 и внутренний корпус 3 связаны между собой с помощью фланцев 7 и 8, при этом один из них (фланец 7) выполнен упругим.

Наружный 2 и внутренний 3 корпуса совместно с фланцами 7 и 8 образуют замкнутую кольцевую полость 9, в которую через перфорированный дефлектор 10 подается охлаждающий воздух, который охлаждает наружную поверхность 11 внутреннего корпуса 3, а затем через отверстия 12 сбрасывается в наружный контур двигателя (не показан) или в атмосферу.

Направляющие лопатки 6 крепятся в кольцах направляющих аппаратов 5 с помощью замков 13 типа "ласточкин хвост", в котором выполнены пазы 15.

Рабочие кольца 4 и кольца направляющих аппаратов 5 зафиксированы в осевом направлении с помощью фланцев 7 и 8, в радиальном - с помощью внутреннего корпуса 3, а крутящий момент от направляющих лопаток 6 передается с помощью осевых штифтов 16, которые установлены в рабочих кольцах 4 и входят в пазы колец 5.

Для высоконапорного компрессора газотурбинного двигателя ПС-90А кольца 5 дополнительно закреплены с помощью бобышек 17 множеством (16 -18) винтов 18 к внутреннему корпусу 3, а с помощью осевых кольцевых выступов 19 соединением 20 фиксируют и прижимают к корпусу 3 рабочие кольца 4.

Двойная фиксация выполнена для уменьшения паразитных утечек сжимаемого воздуха из проточной части 14 от последних ступеней 21 к передним 22 через зазоры между кольцами 4 и 5 и корпусом 3. В противном случае это приводит к существенному снижению КПД компрессора.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя, особенно на максимальном режиме, сжатый воздух из проточной части 14 под действием перепада давлений ≈ 30 кг/см² стремится к перетеканию по зазорам между внутренним корпусом 3 и кольцами 4, 5 в направлении от выхода компрессора к его входу, т.е. от последних ступеней 21 к первым 22, что снижает КПД компрессора.

Наличие множества последовательно расположенных в осевом направлении воздушных полостей 25, 24 и 23, разделенных между собой множеством кольцевых выступов 26, контактирующих с внутренней поверхностью 27 корпуса 3 за счет затяжки множества радиальных винтов 18, существенно снижает эти утечки. Устройство работает как лабиринтное уплотнение между взаимно неподвижными деталями, в котором разгонные участки для перетекающего воздуха зазора между выступами 26 и поверхностью 27 чередуются с воздушными полостями 23, 24 и 25.

Для улучшения прижатия рабочих колец к внутренней поверхности 27 корпуса 3, а также для обеспечения сборки кольца направляющих аппаратов 5 выполняются разрезными на две и более частей. Рабочие кольца 4 могут быть выполнены как цельными, так и разрезными.

При уменьшении режима работы двигателя или его выключении тонкостенный корпус 3 охлаждается быстрее массивных дисков ротора компрессора, радиальные зазоры δ1 и δ2 могут уменьшиться до нуля, что приведет к заклиниванию ротора компрессора и к поломке компрессора. Замкнутые кольцевые воздушные полости 25, 24 и 23 в данном случае являются теплоизолирующими полостями и снижают передачу тепла от внутреннего корпуса 3 к холодному воздуху в проточной части 14 компрессора, т.е. уменьшают темп остывания корпуса 3, приближая его к темпу остывания массивных дисков ротора компрессора.

Радиальные винты 18, которые при работе на номинальном режиме также воспринимают крутящий момент от множества направляющих лопаток как результат действия на них газовых сил, в случае касания этими лопатками ротора на режимах сброса препятствуют провороту колец 5 от сил трения ротора о статор.

При работе двигателя на номинальном режиме для уменьшения радиальных зазоров δ1 и δ2 с целью повышения КПД компрессора включается обдув корпуса 3 со стороны наружной поверхности 11 холодным воздухом, включается система управления радиальными зазорами.

При этом корпус 3 охлаждается, уменьшаясь по своему диаметру, обжимая кольца 4 и 5. Гарантированный и стабильный контакт между кольцевыми выступами 26 и внутренней поверхностью 27 внутреннего корпуса 3, который обеспечен за счет затяжки множества винтов 18, способствует быстрому охлаждению колец 4 и 5 за счет теплопроводности и уменьшению зазоров δ1 и δ2.

Источники информации
1. Вьюнов С. А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1989, стр. 106, рис. 3.43.

2. Патент РФ N 2121082, F 04 D 29/56, F 02 C 7/20, 1998 г.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей (ГТД) авиационного и наземного применения. Технический результат заключается в повышении надежности и КПД компрессора за счет исключения утечек сжимаемого воздуха и износа рабочих колец о внутренний корпус компрессора. Это достигается тем, что в статоре компрессора ГТД, содержащем наружный и внутренний корпуса, рабочие кольца, образующие с внутренним корпусом кольцевые полости, согласно изобретению рабочие кольца скреплены между собой с помощью соединения кольцевой выступ - паз кольцами направляющих аппаратов, которые зафиксированы под внутренним корпусом радиальными винтами, а рабочие кольца закреплены относительно колец направляющих аппаратов в окружном направлении осевыми штифтами. 2 ил.

Статор компрессора газотурбинного двигателя, содержащий наружный и внутренний корпуса, рабочие кольца, образующие с внутренним корпусом кольцевые полости, отличающийся тем, что рабочие кольца скреплены между собой с помощью соединения кольцевой выступ - паз кольцами направляющих аппаратов, которые зафиксированы под внутренним корпусом радиальными винтами, а рабочие кольца закреплены относительно колец направляющих аппаратов в окружном направлении осевыми штифтами.