СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F04D29/58 

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

Известен статор компрессора газотурбинного двигателя, в котором корпусы, ограничивающие полости отбора воздуха из-за промежуточной ступени компрессора, выполнены неразъемными, например соединены сваркой [1].

Недостатком такой конструкции является низкая ремонтопригодность и повышенные термические напряжения при работе двигателя из-за разных температур корпусов.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является статор компрессора газотурбинного двигателя, состоящий из наружного корпуса, центрирующих оболочек с осевым кольцевым ребром, направленным в сторону выхода из компрессора и разделяющим полости с разными давлениями воздуха, а также телескопически установленных на них рабочих полуколец направляющих аппаратов [2].

Недостатком такой конструкции является пониженная надежность из-за негерметичного соединения полуколец с центрирующими оболочками, износа этого соединения из-за наклепа и перетекания воздуха из полостей с повышенным давлением в полости с пониженным давлением, а также из-за перетекания воздуха между ступенями компрессора, что снижает кпд компрессора и может привести к его помпажу и поломке.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении кпд и надежности за счет обеспечения герметичности воздушных полостей между наружным и внутренним корпусами и исключения термических напряжений, а также повышение ремонтопригодности статора компрессора путем обеспечения разборки корпусов.

Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя, включающем наружный корпус, рабочие полукольца и полукольца направляющих аппаратов с упругими оболочками между ними, согласно изобретению между упругими оболочками и рабочими полукольцами установлен неразъемный внутренний корпус с Т-образными кольцевыми радиальными ребрами, по рабочим поверхностям которых телескопически установлены упругие оболочки наружного корпуса, причем рабочая поверхность ребра, ближнего ко входу в компрессор, выполнена наклонной в сторону выхода из компрессора под углом 5-10^o к оси компрессора.

Установка неразъемного внутреннего корпуса с Т-образными кольцевыми ребрами между упругими оболочками и рабочими полукольцами направляющих аппаратов обеспечивает герметичность воздушных полостей между наружным и внутренним корпусами за счет прижатия упругих оболочек рабочими поверхностями Т-образных кольцевых радиальных ребер, что предотвращает перегрев опор подшипников двигателя, их поломку, а также помпаж компрессора.

Телескопическая установка упругих оболочек наружного корпуса по рабочим поверхностям Т-образных ребер, одна из которых выполнена наклонной в сторону выхода из компрессора, позволяет снизить термические напряжения, обеспечить разборку корпусов и герметичность воздушных полостей между упругими оболочками корпуса при работе двигателя.

Поскольку упругое ребро, ближайшее ко входу в компрессор, выполнено укороченным, то для обеспечения герметичности ввиду его повышенной жесткости рабочую поверхность этого кольцевого ребра необходимо выполнять наклонной в сторону выхода из компрессора под углом 5-10^o к оси компрессора.

При α<5^o увеличение натяга по рабочей поверхности может оказаться недостаточным при взаимном осевом смещении корпусов, что приведет к появлению зазора и перетеканию воздуха из одной полости в другую с разным давлением воздуха.

При α>10^o возможно соскальзывание упругой оболочки относительно Т-образного кольцевого кольца, т.к. угол α будет превышать величину угла трения металла по металлу в условиях вибрации.

Такое конструктивное решение позволяет исключить перетекание воздуха между полостями с различным давлением, разделенными центрирующими упругими оболочками, независимо от осевых и радиальных перемещений внутреннего и наружного корпусов, а также обеспечить разборку корпусов.

На фиг. 1 показан продольный разрез заявляемого статора компрессора газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Статор 1 компрессора газотурбинного двигателя состоит из наружного 2 и внутреннего 3 корпусов, соединенных между собой спереди фланцевым соединением 4 с помощью болтов 5 и сзади - с помощью упругого элемента 6 и болтов 7. Изнутри на внутреннем корпусе 3 установлены разрезные рабочие кольца 8 и кольца направляющих аппаратов 9, в которых установлены направляющие лопатки 10.

Снаружи внутреннего корпуса 3 выполнены Т-образные кольцевые ребра 11 и 12, по рабочим поверхностям 13 и 14 которых установлены телескопически упругие оболочки 15 и 16, разделяющие воздушные полости 17, 18 и 19 с различным давлением воздуха. Эти полости через каналы 20 и 21, 23 и 22, 24 и 25 соединены на входе с различными ступенями проточной части 26 статора 1 компрессора. Полости 17, 18 и 19 на выходе трубами 27 соединены с воздушными полостями масляных полостей (не показаны) или с клапанами перепуска 28.

Рабочая поверхность 13, по которой контактируют упругая оболочка 15 наружного корпуса 2 и Т-образное кольцевое радиальное ребро 11 внутреннего корпуса 3, выполнена наклонной в сторону выхода компрессора под углом 5-10^o к оси компрессора, т.е. с уменьшающимся диаметром по течению воздуха 29 в проточной части 26 статора 1 компрессора.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При работе двигателя воздух 29 нагревается в компрессоре за счет работы сжатия, что ведет к его нагреву и радиальному перемещению, а также к осевому перемещению относительно фланцевого соединения 4 внутреннего корпуса 3.

Наружный корпус 2 также термически расширяется в радиальном и осевом направлениях относительно фланцевого соединения 4, однако в меньшей степени, чем внутренний корпус 3, так как с внешней стороны наружный корпус 2 охлаждается воздухом наружного контура (не показано).

Воздух 29 из проточной части 26 компрессора, наддувая полости 17, 18 и 19, вызывает радиальное упругое расширение наружного корпуса 2, что может привести к образованию зазоров по рабочим поверхностям 13, 14, перетеканию воздуха из полости 19 в полость 18, а из полости 18 - в полость 17, что в свою очередь приведет к перегреву охлаждаемых из этой полости опор подшипников двигателя (не показано).

На упругие оболочки 15 и 16 действуют перепады давления ΔР и ΔР₁, которые прижимают оболочки 15, 16 рабочими поверхностями 13, 14 к Т-образным кольцевым радиальным ребрам 11 и 12, поскольку давление в полости 19 больше, чем в полости 18, а в полости 17 меньше, чем в полости 18. Отбор воздуха 14 и 15, 22 и 23, 21 и 20 производится из разных участков проточной части 26.

При этом внутренний корпус 3, имеющий более высокую температуру, термически деформируется в осевом направлении относительно фланцевого соединения 4 в большей степени, чем наружный корпус 2, что приводит к увеличению натяга по рабочей поверхности 13.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, "Машиностроение", 1989, стр.52, рис.3.1.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, "Машиностроение", 1989, стр.106, рис.3.43.

Изобретение относится к конструкциям компрессоров газотурбинных двигателей наземного и авиационного применения. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении кпд и надежности за счет обеспечения герметичности воздушных полостей между наружным и внутренним корпусами и исключения термических напряжений, а также повышение ремонтопригодности статора компрессора путем обеспечения разборки корпусов. Сущность изобретения заключается в том, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя, включающем наружный корпус, рабочие полукольца и полукольца направляющих аппаратов с упругими оболочками между ними, согласно изобретению между упругими оболочками и рабочими полукольцами установлен неразъемный внутренний корпус с Т-образными кольцевыми радиальными ребрами, по рабочим поверхностям которых телескопически установлены упругие оболочки наружного корпуса, причем рабочая поверхность ребра, ближнего ко входу в компрессор, выполнена наклонной в сторону выхода из компрессора под углом 5-10^o к оси компрессора. 2 ил.

Статор компрессора газотурбинного двигателя, включающий наружный корпус, рабочие полукольца и полукольца направляющих аппаратов с упругими оболочками между ними, отличающийся тем, что между упругими оболочками и рабочими полукольцами установлен неразъемный внутренний корпус с Т-образными кольцевыми радиальными ребрами, по рабочим поверхностям которых телескопически установлены упругие оболочки наружного корпуса, причем рабочая поверхность ребра, ближнего ко входу в компрессор, выполнена наклонной в сторону выхода из компрессора под углом 5-10^o к оси компрессора.