ВЕНТИЛЯТОР ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D19/00 

Изобретение относится к вентиляторам двухконтурных газотурбинных двигателей, преимущественно к вентиляторам турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД).

Наиболее близким к заявляемому является вентилятор двухконтурного газотурбинного двигателя, спрямляющие лопатки в котором своим пером свободно, с зазором, вставляются в прорези нижнего кольца и жестко, с помощью сварного соединения, устанавливаются в верхних полукольцах, которые, в свою очередь, устанавливаются в наружном корпусе вентилятора (см. Вьюнов С.А. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 1981, с.112, рис.3.50).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за износа нижнего кольца по прорезям, а также из-за низкой долговечности сварного соединения в условиях повышенных вибраций.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности вентилятора двухконтурного газотурбинного двигателя за счет увеличения виброустойчивости спрямляющего аппарата.

Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем спрямляющий аппарат, согласно изобретению перо спрямляющей лопатки спрямляющего аппарата своими периферийным и внутренним хвостовиками закреплено в верхней и нижней полках, каждая из которых состоит из двух полочек с радиальными ребрами, поверхность которых примыкает к поверхностям корыта и спинки пера лопатки, радиальные ребра и хвостовики размещены вне проточной части спрямляющей лопатки и скреплены между собой заклепочным соединением, причем в радиальных ребрах нижней полки во внутреннем хвостовике спрямляющей лопатки со стороны оси компрессора выполнена выборка, при этом

L/I=15...30, L/I₁=15...30,

где L - радиальная длина пера спрямляющей лопатки со стороны выходной кромки;

I - радиальная длина периферийного хвостовика пера спрямляющей лопатки и радиальных ребер верхних полочек от проточной части спрямляющей лопатки;

I₁ - радиальная длина внутреннего хвостовика спрямляющей лопатки и радиальных ребер нижних полочек от проточной части спрямляющей лопатки.

При работе газотурбинного двигателя спрямляющие лопатки вентилятора находятся под воздействием высокоскоростного неравномерного потока воздуха, вытекающего из рабочего колеса вентилятора, что вызывает появление на лопатках знакопеременных динамических нагрузок, приводящих к появлению повышенных напряжений в местах заделки пера лопатки в верхнюю и нижнюю полки. По этой причине применение на двигателе ПС-90А соединения с помощью сварки пера лопатки с верхней и нижней полкой приводит к образованию трещин и поломке этого соединения. Выполнение пера лопатки за одно целое с верхней и нижней полками излишне увеличивает стоимость изготовления спрямляющих лопаток и вентилятора в целом, а также существенно снижает его ремонтопригодность.

Выполнение верхней и нижней полок, состоящих из двух полочек с радиальными ребрами, поверхность которых примыкает к поверхностям корыта и спинки пера лопатки, позволяет получать беззазорное соединение полочек с пером, что, в свою очередь, повышает надежность спрямляющих лопаток и повышает кпд вентилятора.

Применение виброустойчивого соединения пера лопатки с верхними и нижними полочками с помощью заклепок, т.е. устойчивого к знакопеременным нагрузкам, позволяет многократно повысить надежность предлагаемой конструкции.

Размещение радиальных ребер и хвостовиков вне проточной зоны спрямляющих лопаток позволяет снизить гидравлические потери и повысить кпд вентилятора.

С целью уменьшения диаметральных габаритов спрямляющего аппарата и размещения фланцев корпуса подпорных ступеней в радиальных ребрах нижних полочек и внутреннем хвостовике пера спрямляющей лопатки выполняется радиальная, открытая со стороны оси компрессора, выборка, в которой и размещается фланец корпуса подпорных ступеней.

Радиальная длина ребер верхней и нижней полочек, а также внешнего и внутреннего хвостовиков спрямляющей лопатки зависят от величины нагрузок, действующих на перо спрямляющей лопатки, которая, в свою очередь, зависит от геометрических размеров этого пера, т.е. от размерности спрямляющего аппарата.

При L/I<15 излишне увеличивается вес и габариты спрямляющего аппарата вентилятора газотурбинного двигателя, а при L/I>30 снижается надежность вентилятора из-за уменьшения диаметра и, соответственно, прочности крепежных элементов, например заклепок и винтов верхней полки.

При L/I₁<15 увеличивается вес, габариты и гидравлическое сопротивление спрямляющего аппарата вентилятора, в случае, если L/I₁>30, уменьшается надежность в результате уменьшения геометрических размеров крепежных элементов нижней полки.

Кроме того, существенно снижается стоимость изготовления спрямляющего аппарата, так как перо спрямляющей лопатки в предлагаемой конструкции можно изготавливать из листа методом вальцовки, а полочки - литьем.

Для снижения веса конструкции соединение верхних и нижних полочек с хвостовиками производится с помощью заклепочного соединения.

Двигатель ПС-90А со спрямляющим аппаратом такой конструкции имеет наработку 8000 часов без ремонта, что на практике доказывает высокий ресурс.

Изобретение иллюстрируется следующим образом.

На фиг.1 показан продольный разрез вентилятора двухконтурного газотурбинного двигателя. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2, а на фиг.4 - вид Б на верхнюю полку спрямляющей лопатки.

Вентилятор 1 двухконтурного газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 с рабочими лопатками 3 вентилятора и статора 4 со спрямляющим аппаратом 5, размещенным в канале наружного контура 6. На валу 7 ротора 2 вентилятора 1 установлен также ротор 8 подпорных ступеней 9, корпус 10 с фланцами 11, который установлен под спрямляющим аппаратом 5.

Каждая спрямляющая лопатка 12 спрямляющего аппарата 5 состоит из пера 13, а также верхней 14 и нижней 15 полок. Полки 14 и 15, в свою очередь, состоят из полочек 16, 17 и 18, 19, установленных со стороны корыта 20 и спинки 21 лопатки 12 соответственно.

Каждая из полочек 16, 17, 18 и 19 выполнена с радиальными ребрами 22, 23, 24 и 25 соответственно, обращенными во внешнюю от проточной части 26 спрямляющего аппарата 5 сторону, причем поверхности 27, 28, 29 и 30 этих ребер, примыкающие к внешнему и внутреннему хвостовикам 31 и 32 пера 13 лопатки 12, выполнены эквидистантно поверхности корыта 20 и спинки 21 хвостовиков 31 и 32, что обеспечивает надежное, без зазоров, соединение полочек 16, 17, 18 и 19 с пером 13.

Хвостовики 31 и 32 лопатки 5, находящиеся вне проточной части 26 лопатки 12, выполняются как продолжение пера 13, что позволяет перо 13 выполнять из листа методом вальцовки.

Верхние полочки 16 и 17 совместно с внешним хвостовиком 31 соединяются с помощью заклепок 33 и винта 34, образуя таким образом верхнюю полку 14, а внутренние полочки 18 и 19 совместно с внутренним хвостовиком 32 соединяются с помощью заклепок 35, образуя нижнюю полку 15.

В ребрах 24, 25 внутренних полочек 18 и 19 совместно с внутренним хвостовиком 32 выполнена открытая со стороны оси компрессора 1 выборка 36 - для размещения фланцев 11 корпуса 10 подпорных ступеней 9.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе вентилятора 1 спрямляющие лопатки 12 находятся под воздействием высокоскоростного и неравномерного воздушного потока из рабочих лопаток 3 вентилятора, что может привести к поломке лопаток 12 в месте их заделки в верхнюю 14 и нижнюю 15 полки. Однако этого не происходит, так как перо 13 лопатки 12 соединено с полочками 16 и 17, образующими верхнюю полку 14, и с полочками 18 и 19, образующими нижнюю полку 15, заклепками 33, 34, образующими виброустойчивое соединение с пером 13.

Вместе с атмосферным воздухом в проточную часть 26 спрямляющего аппарата 5 могут попадать посторонние предметы, повреждающие перо 13 лопатки 12. Стоимость ремонта лопаток 12 существенно уменьшается, т.е. он осуществляется путем замены пера 13 с постановкой новых заклепок 33, 34.

Изобретение относится к вентиляторам двухконтурных газотурбинных двигателей, преимущественно к вентиляторам турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД). Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности вентилятора двухконтурного газотурбинного двигателя за счет увеличения виброустойчивости спрямляющего аппарата. Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем спрямляющий аппарат, согласно изобретению перо спрямляющей лопатки спрямляющего аппарата своими периферийным и внутренним хвостовиками закреплено в верхней и нижней полках, каждая из которых состоит из двух полочек с радиальными ребрами, поверхность которых примыкает к поверхностям корыта и спинки пера лопатки, радиальные ребра и хвостовики размещены вне проточной части спрямляющей лопатки и скреплены между собой заклепочным соединением, причем в радиальных ребрах нижней полки во внутреннем хвостовике спрямляющей лопатки со стороны оси компрессора выполнена выборка, при этом L/I=15...30, L/I₁=15...30, где L – радиальная длина пера спрямляющей лопатки со стороны выходной кромки; I – радиальная длина периферийного хвостовика пера спрямляющей лопатки и радиальных ребер верхних полочек от проточной части спрямляющей лопатки; I₁ – радиальная длина внутреннего хвостовика спрямляющей лопатки и радиальных ребер нижних полочек от проточной части спрямляющей лопатки. 4 ил.

Вентилятор двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащий спрямляющий аппарат, отличающийся тем, что перо спрямляющей лопатки спрямляющего аппарата своими периферийным и внутренним хвостовиками закреплено в верхней и нижней полках, каждая из которых состоит из двух полочек с радиальными ребрами, поверхность которых примыкает к поверхностям корыта и спинки пера лопатки, радиальные ребра и хвостовики размещены вне проточной части спрямляющей лопатки и скреплены между собой заклепочным соединением, причем в радиальных ребрах нижней полки во внутреннем хвостовике спрямляющей лопатки со стороны оси компрессора выполнена выборка, при этом

L/I=15-30, L/I₁=15-30,

где L – радиальная длина пера спрямляющей лопатки со стороны выходной кромки;

I – радиальная длина периферийного хвостовика пера спрямляющей лопатки и радиальных ребер верхних полочек от проточной части спрямляющей лопатки;

I₁ – радиальная длина внутреннего хвостовика спрямляющей лопатки и радиальных ребер нижних полочек от проточной части спрямляющей лопатки.