СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F04D29/56 F01D9/02 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного и авиационного применений.

Известен статор компрессора газотурбинного двигателя, направляющие лопатки которого крепятся к наружному корпусу и внутреннему кольцу с помощью цилиндрических цапф [1].

Недостатком такой конструкции является жесткое крепление лопаток направляющего аппарата к корпусу, что может вызвать потерю газодинамической устойчивости компрессора и двигателя в целом.

В известной конструкции для обеспечения газодинамической устойчивости компрессора, особенно на переходных режимах, статор компрессора выполняется с поворотными лопатками направляющих аппаратов, которые поворачиваются с помощью рычагов, соединенных с тяговыми поворотными кольцами [2].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за возможности заклинивания жесткого поворотного тягового кольца и помпажа компрессора.

Рычаги, с помощью которых поворотные направляющие лопатки соединены с тяговым кольцом, из-за наличия допусков на изготовление выполняются разной длины, а при отсутствии регулирующих элементов это приводит к увеличению усилий при повороте направляющих лопаток и снижению кпд, в предельном случае это может приводить к заклиниванию всего механизма поворота лопаток и к помпажу компрессора.

В результате взаимных радиальных температурных деформаций тягового кольца и наружного корпуса статора компрессора, а также из-за вибрации при работе двигателя на ролики тягового кольца приходится большая нагрузка, что может привести к его радиальной деформации в месте установки оси ролика.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении кпд и надежности статора компрессора газотурбинного двигателя за счет компенсации напряжений и исключения деформаций в статоре компрессора, возникающих в процессе работы газотурбинного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя с наружным корпусом, в котором установлены поворотные лопатки направляющего аппарата, соединенные с поворотным кольцом, согласно изобретению поворотное кольцо установлено на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца, при этом поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными в местах установки роликов крепежным элементом, а в окружных выступах выполнены выборки, причем отношение ширины поворотного кольца к глубине выборки составляет 1,5...4.

Установка поворотного кольца на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца обеспечивает соосность кольца и корпуса статора компрессора без дополнительной нагрузки на рычаги. При этом Г-образное кольцо, имеющее повышенную радиальную жесткость, способствует сохранению геометрии корпуса, исключает его деформацию, способствует уменьшению радиальных зазоров между статором и ротором, повышая кпд компрессора.

Поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными крепежным элементом, что позволяет организовать в местах установки роликов местную жесткую в радиальном направлении "коробочку". воспринимающую радиальную нагрузку от ролика.

Выполнение выборки в окружных выступах глубиной l служит для снижения жесткости ("гибкое кольцо") и обеспечения упругой деформации поворотного кольца и компенсации напряжений. При этом отношение ширины поворотного кольца L к глубине выборки l составляет 1,5...4.

При L/l<1,5 излишне ослабляется поворотное кольцо, что может привести к его поломке.

Соотношение L/l > 4 дает недостаточное снижение веса конструкции и излишнее увеличение жесткости кольца, что приводит к возникновению напряжений и его заклиниванию.

Изобретение проиллюстрировано фиг.1-4.

На фиг. 1 показан продольный разрез статора компрессора газотурбинного двигателя; на фиг.2 представлен вид А на фиг.1 в развертке; на фиг.3 и 4 - сечения Б - Б и В - В на фиг.2 в увеличенном виде соответственно.

Статор компрессора 1 газотурбинного двигателя состоит из наружного корпуса 2 с кольцом 3, в котором с помощью втулок 4 и 5 своими наружными хвостовиками 6 установлены поворотные лопатки 7 поворотного направляющего аппарата 8. Своими внутренними хвостовиками 9 лопатки 7 через втулки 10, 11 и сферическое кольцо 12 установлены во внутреннем кольце 13.

Поворот лопаток 7 осуществляется с помощью рычагов 14, закрепленных на наружных хвостовиках 6 с помощью штифтов 15.

Другими своими концами рычаги 14 телескопически установлены с помощью радиальных штифтов 15 и сферических колец 16 в поворотном тяговом ведущем кольце 17, которое в свою очередь с помощью роликов 18, закрепленных на кольце 17 в радиальных пазах 19 с помощью осей 20, установлено на наружном Г-образном кольце 21 статора 1.

Г-образное кольцо 21 установлено на корпусе 2 с помощью неразъемного соединения (например, сварного) и имеет возможность перемещения в радиальном направлении вместе с корпусом 2.

Через прямоугольную в поперечном сечении головку 22 оси 20 кольцевые окружные выступы 23 и 24 поворотного кольца 17 связаны между собой в радиальном направлении с помощью крепежного элемента 25, например, заклепками.

В поворотном кольце 17 между окнами 19 в кольцевых выступах 23, 24 выполнены радиальные выборки 26, 27 глубиной l.

Поворотное кольцо 17 перемещается с помощью электрического или механического исполнительного механизма (не показан).

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя лопатки 7 поворотного направляющего аппарата 8 обтекаются нагретым за счет работы сжатия воздухом. При этом наружный корпус 2 статора 1 также нагревается, радиально деформируясь совместно с Г-образным кольцом 21, дополнительно нагружая ролики 18. Т.к. кольцевые окружные выступы 23 и 24 поворотного кольца 17 связаны между собой с помощью заклепки 25, образуя в сечении жесткую "коробочку", то нагрузка от ролика 18 на кольцо 17 передается равномерно и без пластической деформации выступов 23, 24.

Благодаря выборкам 26, 27 поворотное кольцо 17 упруго деформируется в радиальном направлении, парируя температурную деформацию корпуса 2 с Г-образным кольцом 21, и в осевом направлении, парируя разноразмерность рычагов 14 по их длинам.

Соосность поворотного кольца 17 и корпуса 2 статора 1 компрессора сохраняется, так же как и геометрические размеры корпуса 2, а Г-образные кольца повышают радиальную жесткость корпуса 2, что обеспечивает минимальные радиальные зазоры между статором и ротором.

Источники информации
1. Вьюнов С. А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр.114, рис.3.54.

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

Статор предназначен для использования в области компрессоростроения. Статор содержит поворотное кольцо. Последнее установлено на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца. Поворотное кольцо снабжено окружными выступами. Последние соединены в местах установки роликов крепежным элементом. В окружных выступах сделаны выборки. Отношение ширины поворотного кольца к глубине выборки составляет 1,5-4. Обеспечивается повышение кпд и надежности статора. 4 ил.

Статор компрессора газотурбинного двигателя с наружным корпусом, в котором установлены поворотные лопатки направляющего аппарата, соединенные с поворотным кольцом, отличающийся тем, что поворотное кольцо установлено на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца, при этом поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными в местах установки роликов крепежным элементом, а в окружных выступах выполнены выборки, причем отношение ширины поворотного кольца к глубине выборки составляет 1,5-4.