СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к конструкциям компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применений.

Известен статор компрессора газотурбинного двигателя, на котором для обеспечения газодинамической устойчивости двигателя лопатки направляющих аппаратов выполнены поворотными с целью регулирования проходных сечений по тракту компрессора [1] . Поворотные лопатки закреплены в наружном корпусе компрессора своей верхней цапфой с помощью верхней и нижней втулок подшипника скольжения из полимерных материалов.

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за недостаточно прочного крепления лопатки в корпусе.

Наиболее близким по конструкции является компрессор газотурбинного двигателя, в котором поворотными выполнены направляющие лопатки первых ступеней максимальной длины.

Поворотные лопатки внутренними цапфами связаны между собой с помощью внутреннего кольца, а наружными цапфами через подшипники закреплены в радиальных втулках, выполненных за одно целое с наружным корпусом компрессора [2].

Однако под влиянием газовых сил, действующих на поворотные направляющие лопатки, последние своими наружными цапфами через втулки деформируют наружный корпус компрессора, что приводит к увеличению радиальных зазоров между ротором и статором и, как следствие, к снижению кпд компрессора и его надежности.

Техническая задача, которая решается данным изобретением, заключается в повышении надежности и кпд компрессора за счет уменьшения износа наружных цапф поворотных лопаток.

Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя, включающем корпус компрессора и поворотные лопатки с наружными цапфами, согласно изобретению на внешней поверхности корпуса выполнено Г-образное кольцевое ребро, в цилиндрической части которого установлены цилиндрические втулки, в которых закреплены наружные цапфы лопаток, при этом l/h=2,5...5, где l - длина пера поворотной лопатки; h - высота кольцевого Г-образного ребра.

Выполнение на внешней поверхности корпуса Г-образного кольцевого ребра, в цилиндрической части которого установлены цилиндрические втулки, в которых закреплены наружные цапфы лопаток, позволяют обеспечить надежное крепление лопаток, минимальное их перемещение в осевом направлении под действием изгибающего момента от воздействия газовых сил и исключение овализации наружного корпуса статора.

Отношение l/h<2,5 приводит к увеличению массы и габаритов компрессора. А при l/h>5 ухудшается надежность компрессора из-за увеличения выше допустимых нагрузок в подшипнике скольжения по цапфе поворотной направляющей лопатки.

На фиг. 1 представлен продольный разрез статора компрессора заявляемой конструкции. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде. На фиг. 3 - сечение наружного корпуса компрессора и Г-образного кольцевого ребра.

Статор 1 компрессора газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2, в котором закреплены неподвижные 3 и поворотные 4 направляющие лопатки. Поворотные направляющие лопатки 4 на входе в компрессор выполнены длинными и двухопорными, внутренними цапфами 5 лопатки закреплены между собой с помощью внутреннего кольца 6, а наружными цапфами 7 установлены в стальных цилиндрических втулках 8, которые своими хвостовиками 9 и 10 установлены в наружном корпусе 2 и в Г-образном кольцевом ребре 11, который выполнен на внешней поверхности 12 корпуса 2. Цапфа 7, как и сама лопатка 4, выполнена из титана, на ее внешней поверхности для уменьшения износа установлена стальная втулка 13. Втулки 8, установленные в корпусе 2 и в цилиндрической части 14 Г-образного кольцевого ребра 11, а также втулки 13, установленные на цапфах 7 лопаток 4, образуют между собой подшипник скольжения 15, в котором поворачиваются лопатки 4, приводимые во вращение с помощью поворотного кольца 16, рычагов 17 и штифтов 18.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При работе двигателя, особенно на переходных режимах, для сохранения газодинамической устойчивости лопатки 4 направляющих аппаратов поворачиваются вокруг радиальной оси 19 в подшипнике скольжения 15, образованным стальными цилиндрическими втулками 8 и цапфами 7 лопаток 4 с втулками 13. Поворот осуществляется путем перемещения в окружном направлении поворотного кольца 16, который поворачивает рычаги 17 и вместе с ними через штифты 18 цапфы 7 и лопатки 4.

На лопатку 4 со стороны газовых сил в проточной части компрессора при работе двигателя действует изгибающий момент М_изг, который через цапфу 7 воспринимается втулкой 8 и Г-образным кольцевым ребром 11, имеющим высоту h.

При соотношении длины l пера поворотной направляющей лопатки 4 и высоты h ребра 11, равном 2,5...5, обеспечивается надежное крепление лопатки 4, сводятся до минимума ее перемещение в осевом направлении и овализация наружного корпуса 2 статора 1.

Жесткое в радиальном направлении Г-образное кольцо обеспечивает стабильность геометрических размеров корпуса компрессора при работе двигателя, что повышает кпд компрессора.

При ремонте двигателя в случае износа подшипника скольжения 15 втулки 8 и 13 легко заменяются, тем самым обеспечивая ремонтопригодность статора 1 компрессора газотурбинного двигателя.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, "Машиностроение", 1989, стр. 116, рис. 3.55б.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, "Машиностроение", 1989, стр. 116, рис. 3.55в.

Изобретение относится к конструкциям компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применений и позволяет повысить надежность и кпд компрессора за счет уменьшения износа наружных цапф поворотных лопаток. В статоре компрессора газотурбинного двигателя, включающем корпус компрессора и поворотные лопатки с наружными цапфами, согласно изобретению на внешней поверхности корпуса выполнено Г-образное кольцевое ребро, в цилиндрической части которого установлены цилиндрические втулки, в которых закреплены наружные цапфы лопаток, при l/h=2,5-5, где l - длина пера поворотной лопатки, h - высота кольцевого Г-образного ребра. 3 ил.

Статор компрессора газотурбинного двигателя, включающий корпус компрессора и поворотные лопатки с наружными цапфами, отличающийся тем, что на внешней поверхности корпуса выполнено Г-образное кольцевое ребро, в цилиндрической части которого установлены цилиндрические втулки, в которых закреплены наружные цапфы лопаток, при l/h= 2,5-5, где l - длина пера поворотной лопатки, h - высота кольцевого Г-образного ребра.