ВЕНТИЛЯТОР ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D27/02 F04D19/00 

Изобретение относится к вентиляторам турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) с высокой степенью двухконтурности.

Известен вентилятор ТРДД с большой степенью двухконтурности, в котором в канале наружного контура на выходе из рабочего колеса вентилятора установлен силовой корпус [1].

Недостатком такой конструкции являются повышенные гидравлические потери закрученного рабочими лопатками вентилятора потока воздуха в канале между рабочим колесом вентилятора и силовым корпусом.

Наиболее близким к заявляемому является вентилятор ТРДД, в котором между рабочим колесом вентилятора и силовым разделительным корпусом в канале наружного контура установлены спрямляющие лопатки вентилятора, на выходе из которых поток воздуха приобретает осевое направление движения [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, являются низкая надежность, увеличенный вес и пониженный КПД из-за повышенного веса и увеличенного гидравлического сопротивления спрямляющих лопаток вентилятора, а также низкая надежность этих лопаток, испытывающих высокие динамические напряжения из-за их обдува высокоскоростным потоком воздуха на выходе из рабочего колеса вентилятора.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и КПД вентилятора за счет снижения вибрационных напряжений на пере спрямляющих лопаток.

Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащем спрямляющие лопатки с верхними и нижними полками и пером между ними, согласно изобретению, на пере спрямляющих лопаток вентилятора со стороны спинки и корыта закреплены Г-образные антивибрационные полки, соединенные между собой внахлест с помощью крепежных элементов, причем L/I=1,7...2,3; H/h=1,1...1,5 и m/n=1,4...2,1, где:

L - радиальная высота пера спрямляющей лопатки по ее выходной кромке;

I - радиальное расстояние от верхней полки спрямляющего аппарата до его антивибрационной полки со стороны спинки;

Н - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны спинки;

h - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны корыта;

m - окружная длина антивибрационной полки со стороны спинки;

n - окружная длина антивибрационной полки со стороны корыта.

В современных ТРДД с высокой степенью двухконтурности спрямляющие лопатки вентилятора обтекаются с высокой околозвуковой скоростью, и для снижения гидравлических потерь и повышения КПД вентилятора толщину профиля пера этих лопаток выполняют минимальной. Так как на спрямляющую лопатку воздействуют высокие динамические нагрузки от неравномерного потока воздуха на выходе из рабочих лопаток вентилятора, то для снижения вибрационных напряжений на пере спрямляющей лопатки с помощью крепежных элементов (заклепок или болтов) предложено устанавливать Г-образные антивибрационные полки, соединенные между собой также с помощью крепежных элементов.

Такая конструкция позволяет повысить надежность вентилятора за счет увеличения циклической долговечности пера спрямляющих лопаток, а также снизить вес и гидравлические потери при обтекании пера лопатки за счет уменьшения толщины этого пера.

При L/I<1,7 уменьшается надежность вентилятора за счет снижения циклической долговечности пера лопатки между верхней полкой и антивибрационной полкой, а при L/I>2,3 - за счет снижения циклической долговечности пера лопатки между нижней и антивибрационной полками.

При сборке спрямляющего аппарата для получения минимальных напряжений в пере лопатки антивибрационная полка со стороны спинки устанавливается на меньшем радиусе по отношению к полке со стороны корыта, а отверстия под крепежные элементы в антивибрационной полке со стороны спинки выполняются по месту, т.е. через отверстия в антивибрационной полке со стороны корыта, и полки соединяются между собой крепежными элементами внахлест. При этом исключаются напряжения в пере спрямляющей лопатки за счет разницы допусков на изготовление антивибрационных полок.

Так как соединение полок со стороны спинки и корыта между собой с помощью крепежных элементов оказывает максимальное гидравлическое сопротивление набегающему потоку воздуха, то это соединение предложено перенести в зону минимальных скоростей, т.е. в сторону корыта, в связи с этим окружная длина m антивибрационной полки со стороны спинки относится к окружной длине n антивибрационной полки со стороны корыта как 1,4...2,1.

В случае, если m/n<1,4, гидравлические потери увеличиваются и снижается КПД вентилятора ТРДД.

При m/n>2,1 будут снижаться надежность и технологичность из-за сложностей с обработкой отверстий под крепежные элементы у антивибрационной полки со стороны спинки.

Так как соединение между собой антивибрационных полок приводит к гидравлическим потерям при обтекании воздухом этого соединения, для повышения КПД вентилятора, снижения гидравлических потерь и повышения надежности антивибрационная полка со стороны спинки, имеющая большую длину m в окружном направлении, выполняется с радиальной толщиной Н большей, чем толщина h полки со стороны корыта в 1,1...1,5 раза.

В случае, когда Н/h<1,1, будет увеличиваться гидравлическое сопротивление в месте соединения антивибрационных полок, а при Н/h>1,5 - снижаться надежность антивибрационной полки со стороны корыта пера спрямляющей лопатки.

На фиг.1 показан продольный разрез вентилятора турбореактивного двухконтурного двигателя. На фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.

Вентилятор 1 турбореактивного двухконтурного двигателя состоит из ротора 2 с рабочими лопатками 3 и статора 4 со спрямляющим аппаратом 5. Спрямляющий аппарат 5 состоит из наружного корпуса 6 и спрямляющих лопаток 7 с верхними 8 и нижними 9 полками, а также с антивибрационными полками 10 и 11, установленными на пере 12 лопатки 7 со стороны корыта 13 и со стороны спинки 14, соответственно, с помощью общих для обеих полок 10 и 11 крепежных элементов 15 (например, заклепок).

Антивибрационная полка 11 со стороны спинки 14 выполнена на меньшем радиусе по отношению к антивибрационной полке 10 со стороны корыта 13 и собирается с ней соединением 16 “внахлест” с помощью крепежных элементов 17 (например, заклепок), отверстия 18 под которые выполняются по месту, через отверстия 19 в полке 10.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе вентилятора 1 турбореактивного двухконтурного двигателя на спрямляющие лопатки 7 воздействует высокоскоростной и неравномерный поток, выходящий из рабочих лопаток 3 ротора 2, который может вызвать возникновение повышенных вибраций и поломку пера 12 лопаток 7. Однако этого не происходит, так как спрямляющие лопатки 7 преимущественно в средней части пера 12 связаны между собой по кольцу в окружном направлении антивибрационными полками 10, 11, препятствующими возникновению повышенных вибронапряжений и существенно повышающих циклическую долговечность спрямляющего аппарата 5 вентилятора 1.

Так как вибронапряжения минимальны, перо 12 лопаток 7 выполняется минимальной толщины, что снижает гидравлические потери на его обтекание и вес спрямляющего аппарата 5. Одновременно снижается стоимость изготовления лопаток 7 спрямляющего аппарата 5, повышается его технологичность и ремонтопригодность.

Данная конструкция отработала на двигателе ПС-90А 8000 часов без ремонта, что на практике подтверждает ее надежность.

Источники информации

1. С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1981, стр. 67, рис.3.11.

2. Патент РФ №217633, F 04 D 27/02, 2000 г.

Изобретение относится к вентиляторам турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) с высокой степенью двухконтурности. Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и КПД вентилятора за счет снижения вибрационных напряжений на пере спрямляющих лопаток. Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащем спрямляющие лопатки с верхними и нижними полками и пером между ними, согласно изобретению, на пере спрямляющих лопаток вентилятора со стороны спинки и корыта закреплены Г-образные антивибрационные полки, соединенные между собой внахлест с помощью крепежных элементов, причем L/I=1,7...2,3; Н/h=1,1...1,5 и m/n=1,4...2,1, где: L - радиальная высота пера спрямляющей лопатки по ее выходной кромке; I - радиальное расстояние от верхней полки спрямляющего аппарата до его антивибрационной полки со стороны спинки; Н - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны спинки; h - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны корыта; m - окружная длина антивибрационной полки со стороны спинки; n - окружная длина антивибрационной полки со стороны корыта. 3 ил.

Вентилятор турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащий спрямляющие лопатки с верхними и нижними полками и пером между ними, отличающийся тем, что на пере спрямляющих лопаток вентилятора со стороны спинки и корыта закреплены Г-образные антивибрационные полки, соединенные между собой внахлест с помощью крепежных элементов, причем L/I=1,7...2,3; Н/h=1,1...1,5 и m/n=1,4...2,1,

где L - радиальная высота пера спрямляющей лопатки по ее выходной кромке;

I - радиальное расстояние от верхней полки спрямляющего аппарата до ее антивибрационной полки со стороны спинки;

Н - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны спинки;

h - радиальная толщина антивибрационной полки со стороны корыта;

m - окружная длина антивибрационной полки со стороны спинки;

n - окружная длина антивибрационной полки со стороны корыта.