КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F04D29/60 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, в котором лопатки поворотных направляющих аппаратов установлены внешними цапфами в наружном корпусе с помощью втулок из полимерного материала [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за быстрого износа полимерных втулок в условиях повышенных вибраций и температур.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является компрессор, в котором лопатки поворотного направляющего аппарата установлены внешними цапфами в наружном корпусе с помощью шарикоподшипников [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность, КПД и ремонтопригодность компрессора из-за наклепа и износа шарикоподшипников поворотного направляющего аппарата в условиях повышенных вибраций и повышенных утечек сжимаемого воздуха через эти шарикоподшипники.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и КПД компрессора газотурбинного двигателя путем существенного снижения износа поворотного узла направляющего аппарата и снижения утечек через него сжимаемого воздуха.

Сущность технического решения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя с лопатками поворотного направляющего аппарата, установленными внешними цапфами в наружном корпусе, согласно изобретению на внешних цапфах лопаток установлены с натягом внутренние втулки, примыкающие внешним кольцевым радиальным ребром на хвостовике к бобышке цапфы и установленные с зазором в наружные втулки, запрессованные с натягом в наружный корпус в кольцевое радиальное ребро с внешней стороны наружной втулки, образуя между собой радиально-упорный подшипник скольжения, при этом H/d=2,5...3,5; D/d=1,2...1,8; d/l=7...15; где

Н - высота внутренней втулки;

d - наружный диаметр внешней цапфы лопатки;

D - диаметр кольцевого радиального ребра внутренней втулки;

l - толщина стенки внутренней втулки.

На лопатки поворотного направляющего аппарата при работе компрессора действуют значительные, радиальные относительно оси компрессора, усилия из-за перепада давления воздуха между его проточной частью и внешней поверхностью наружного корпуса, что может привести к износу поворотного узла лопатки и к снижению КПД из-за утечек сжимаемого воздуха, а также к износу полотна компрессора вследствие задевания лопатками поворотного направляющего аппарата о рабочее колесо. Поэтому внутренняя втулка, установленная с натягом на внешней цапфе поворотной лопатки совместно с наружной втулкой, установленной с натягом в наружном корпусе, образуют совместно сухой, без смазки, радиально-упорный подшипник скольжения, это позволяет снизить паразитные утечки сжимаемого в компрессоре воздуха через радиально-упорный подшипник, что повышает КПД компрессора, при этом усилия, направленные вдоль оси лопатки, воспринимаются радиальным ребром внутренней втулки, контактирующим с торцем внутреннего хвостовика наружной втулки, что позволяет минимизировать усилие на рычаге и приводном кольце, в целом повышая надежность компрессора.

При H/d<2,5 снижается надежность из-за возрастания необходимого крутящего момента для поворота лопаток и возможности поломки механизма привода.

При H/d>3,5 снижается надежность из-за недопустимого увеличения изгибных напряжений во внешней цапфе лопатки.

При D/d<1,2 снижается надежность из-за возрастания контактных напряжений в упорном подшипнике скольжения.

При D/d>1,8 снижается надежность из-за увеличения необходимого для поворота лопаток крутящего момента и возможности поломки механизма привода.

При d/l<7 снижается надежность из-за увеличения усилий в механизме привода поворотного направляющего аппарата и возможности его поломки.

При d/l>15 снижается надежность из-за снижения прочности внутренней втулки на внешней цапфе лопатки.

На фиг.1 изображен продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 и статора 3 с поворотными направляющими аппаратами 4, лопатки 5 которых своими внешними цапфами 6 с помощью внутренних втулок 7 и наружных втулок 8, образующих между собой радиальный подшипник скольжения 9, установлены в наружном корпусе 10 поворотного направляющего аппарата 4. Внутренние втулки 7, установленные на цапфах 6 лопаток 5 с натягом, выполнены с внешним кольцевым радиальным ребром 11, примыкающим к бобышке 12 цапфы 6 лопатки 5, причем ребро 11 образует с торцом 13 внутреннего хвостовика 14 наружной втулки 8 упорный подшипник скольжения 15. Наружная втулка 8 выполнена с внешним кольцевым радиальным ребром 16 и установлена с натягом в наружном корпусе 10, до упора ребра 16 во внешний кольцевой бурт 17 наружного корпуса 10. Поворот лопаток 5 осуществляется с помощью рычагов 18 и приводного кольца 19.

Работает устройство следующим образом. При работе компрессора 1 газотурбинного двигателя для получения необходимых запасов газодинамической устойчивости лопатки 5 поворотного направляющего аппарата 4 поворачиваются с помощью рычагов 18 и приводного кольца 19. Минимальный диаметр радиально-упорного подшипника скольжения 9 и 15, образованного стальными втулками 7 и 8, позволяет минимизировать усилие на рычаге 18 и приводном кольце 19, что повышает надежность компрессора 1, а также снизить паразитные утечки сжимаемого в компрессоре воздуха через радиально-упорный подшипник, что повышает КПД компрессора. Снижению утечек способствует также прижатие кольцевого ребра 11 внутренней втулки 7 к торцу 13 наружной втулки 8 за счет перепада давления сжимаемого воздуха, действующего по оси поворота лопатки 5. В случае износа втулки 7 и 8, образующие радиально-упорный подшипник скольжения, легко заменяются, что повышает ремонтопригодность компрессора 1.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов “Конструкция и проектирование авиационных ГТД”, М., Машиностроение, стр.116, рис.3.55, а.

2. Там же, стр.116, рис.3.55, в - прототип.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения и позволяет повысить надежность и КПД компрессора газотурбинного двигателя. В компрессоре газотурбинного двигателя с лопатками поворотного направляющего аппарата, установленными внешними цапфами в наружном корпусе, согласно изобретению на внешних цапфах лопаток установлены с натягом внутренние втулки, примыкающие внешним кольцевым радиальным ребром на хвостовике к бобышке цапфы и установленные с зазором в наружные втулки, запрессованные с натягом в наружный корпус в кольцевое радиальное ребро с внешней стороны наружной втулки, образуя между собой радиально-упорный подшипник скольжения, при этом H/d=2,5...3,5; D/d=1,2...1,8; d/I=7...15, где Н - высота внутренней втулки; d - наружный диаметр внешней цапфы лопатки; D - диаметр кольцевого радиального ребра внутренней втулки; I - толщина стенки внутренней втулки. 2 ил.

Компрессор газотурбинного двигателя с лопатками поворотного направляющего аппарата, установленными внешними цапфами в наружном корпусе, отличающийся тем, что на внешних цапфах лопаток установлены с натягом внутренние втулки, примыкающие внешним кольцевым радиальным ребром на хвостовике к бобышке цапфы и установленные с зазором в наружные втулки, запрессованные с натягом в наружный корпус в кольцевое радиальное ребро с внешней стороны наружной втулки, образуя между собой радиально-упорный подшипник скольжения, при этом H/d=2,5-3,5;

D/d=1,2...1,8; d/I=7-15, где

Н - высота внутренней втулки;

d - наружный диаметр внешней цапфы лопатки;

D - диаметр кольцевого радиального ребра внутренней втулки;

I - толщина стенки внутренней втулки.