Предлагаемое изобретение относится к компрессорам высокого давления турбореактивных двигателей и, в частности, к связи между снабженным системой лопаток диском первой ступени ротора компрессора и снабженным системой лопаток диском второй ступени ротора компрессора.
В случае авиационного турбореактивного двигателя его компрессор принимает поток воздуха из воздухозаборника. При этом снабженный системой лопаток диск на входе компрессора может сталкиваться с попадающими в воздухозаборник посторонними предметами, такими, например, как куски льда, птицы и т.п. Среди различных снабженных системой лопаток дисков компрессора первый диск в наибольшей степени подвержен повреждениям посторонними предметами. Вследствие этого данный диск, снабженный системой лопаток, наиболее часто требует технического обслуживания или ремонта, сопровождающихся демонтажом диска. Любой демонтаж линии ротора компрессора, содержащей множество деталей, влечет за собой необходимость выполнения операций уравновешивания или балансировки, а также выравнивания по одной линии, что требует выполнения соответствующих работ в сертифицированном и снабженном соответствующими инструментами цехе технического обслуживания. В процессе выполнения этих операций демонтажа важно, чтобы линия ротора не была повреждена.
В Европейском патенте ЕР 1122443 было предложено техническое решение, в соответствии с которым моноблочный и снабженный системой лопаток диск (DAM) используется в качестве первого диска компрессора. Этот снабженный системой лопаток диск закреплен при помощи переднего по потоку фланца на входе компрессора. Однако такое техническое решение не является вполне удовлетворительным, поскольку оно не позволяет обеспечить соответствие некоторым критериям, относящимся к снабженному системой лопаток диску, например критерию устойчивости к вибрациям, критерию достаточного срока службы или критерию устойчивости к возможной потере лопаток.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать техническое решение по указанному европатенту.
Предлагаемое изобретение относится, в частности, к детали, предназначенной для присоединения к входной части ротора компрессора, причем эта деталь может представлять собой первую деталь ротора компрессора.
В соответствии с основным признаком предлагаемого изобретения упомянутая деталь завершается первым кольцом, снабженным совокупностью отверстий и вырезов.
В соответствии с другими признаками изобретения ось первого кольца может быть центрирована на оси вращения ротора компрессора для присоединения к входной части ротора компрессора, а само первое кольцо может быть размещено против второй детали с вращательной симметрией ротора, закрепленной на третьей детали с вращательной симметрией ротора при помощи некоторых средств фиксации и образующей систему, состоящую из второй и третьей деталей ротора, причем упомянутые вырезы могут охватывать средства фиксации системы, образованной второй и третьей деталями ротора, и отверстия первого кольца могут быть размещены строго против отверстий упомянутой системы, образованной второй и третьей деталями ротора, для закрепления этого первого кольца на системе, образованной второй и третьей деталями ротора.
Предпочтительно упомянутое первое кольцо располагать в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора.
Целесообразно, чтобы упомянутая деталь содержала диск и лопатки, присоединенные к периферийной части этого диска.
Кроме того, целесообразно, чтобы упомянутая деталь содержала диск, снабженный фланцем, связанным с первым кольцом, а указанные фланец и кольцо были размещены по потоку позади диска таким образом, чтобы фиксация диска совместно с системой, образованной второй и третьей деталями ротора, могла быть осуществлена позади упомянутого диска по отношению к направлению течения потока газов в компрессоре.
Предлагаемое изобретение также относится к связи между некоторой первой деталью, охарактеризованной выше и которая заканчивается первым кольцом, снабженным совокупностью отверстий и вырезов, причем ось первого кольца центрирована на оси вращения ротора компрессора с возможностью присоединения к входной части ротора компрессора, и системой, образованной второй деталью ротора, закрепленной на третьей детали ротора, причем упомянутая вторая деталь, образующая вход ротора компрессора, заканчивается позади по потоку упомянутым вторым кольцом с отверстиями, и упомянутая третья деталь заканчивается спереди по потоку третьим кольцом с отверстиями, причем упомянутые второе и третье кольца располагаются одно против другого таким образом, чтобы разместить их отверстия друг против друга, и соединены между собой при помощи первых средств крепления, причем упомянутое первое круговое кольцо располагается спереди по потоку и против системы, образованной второй и третьей деталями ротора, таким образом, чтобы упомянутые вырезы охватывали первые средства крепления системы, образованной второй и третьей деталями ротора, и чтобы, по меньшей мере, некоторые из отверстий первого кольца располагались против отверстий, выполненных в системе, образованной второй и третьей деталями ротора, причем упомянутые вторые средства крепления выполнены с возможностью фиксации первого кругового кольца на системе, образованной второй и третьей деталями ротора.
Предпочтительно, чтобы второе и третье кольца располагались в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора.
Целесообразно, чтобы упомянутые средства фиксации системы, образованной второй и третьей деталями ротора, были выполнены более короткими, чем средства фиксации, обеспечивающие возможность закрепления упомянутого выше первого кольца на системе, образованной второй и третьей деталями ротора.
Целесообразно, чтобы упомянутые средства фиксации представляли собой системы типа болт-гайка.
Предпочтительно, чтобы болт упомянутой системы болт-гайка удерживался при помощи стопорного кольца, позволяющего упомянутому болту удерживаться на предназначенном для него месте в отсутствие гайки.
Предлагаемое изобретение относится, в частности, к турбомашине, содержащей компрессор высокого давления, снабженный связью, описанной выше.
Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу монтажа описанной выше связи, состоящего в размещении второго и третьего круговых колец друг против друга таким образом, чтобы их отверстия оказались совмещенными друг с другом, в соединении второго и третьего колец друг с другом при помощи первых средств крепления, проходящих сквозь некоторые из упомянутых отверстий, в размещении в оставшихся свободными отверстиях вторых средств крепления, способных зафиксировать систему, образованную второй и третьей деталями ротора, на первой детали, в размещении первого кругового кольца по потоку перед и против системы, образованной второй и третьей деталями ротора, таким образом, чтобы упомянутые вырезы охватывали средства крепления системы, образованной второй и третьей деталями ротора, и чтобы сквозь некоторые отверстия первого кольца проходили упомянутые вторые средства крепления для закрепления первого кругового кольца на системе, образованной второй и третьей деталями ротора.
Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу демонтажа описанной выше связи, состоящему в отсоединении или разрушении вторых средств крепления для снятия первой детали ротора компрессора и сохранении системы, образованной второй и третьей деталями ротора, в собранном виде.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления, которые не являются ограничительными, со ссылками на фигуры сопровождающих чертежей, в числе которых:
Фиг.1 изображает половинный вид в разрезе по оси вращения компрессора турбореактивного двигателя, содержащего набор дисков, снабженных системами лопаток,
Фиг.2 - вид в разрезе первого и второго снабженных системами лопаток дисков компрессора, показанного на фиг.1, соединенных между собой при помощи связи в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.3 - вид в перспективе сектора первого диска без лопаток в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.4 - вид в перспективе сектора цапфы в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.5 - вид в перспективе сектора второго диска без лопаток в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.6 - вид в перспективе первой фазы монтажа связи в соответствии с предлагаемым изобретением, состоящей в соединении цапфы и второго диска,
Фиг.7 - вид в перспективе второй фазы монтажа связи в соответствии с предлагаемым изобретением, состоящей в соединении первого диска с системой, образованной цапфой и вторым диском,
Фиг.8 - вид варианта выполнения связи в соответствии с предлагаемым изобретением.
Приведенные в приложении фигуры содержат в основном элементы определенного вида и могут служить не только для лучшего понимания описания предлагаемого изобретения, но также и для содействия определению этого изобретения в случае необходимости.
На фиг.1 схематически представлена в частичном разрезе часть ротора компрессора высокого давления турбореактивного двигателя, содержащего различные ступени сжатия от Е1 до Е5, каждая из которых содержит диск D1-D5, снабженный венцом лопаток А1-А5. Каждая ступень компрессора также образована, по потоку позади каждого снабженного системой лопаток диска, спрямляющим поток газов лопаточным аппаратом, не показанным на приведенных в приложении фигурах и представляющим собой часть статора компрессора. Каждый спрямляющий лопаточный аппарат позволяет выпрямить поток воздуха перед его входом в последующую ступень компрессора. Часть ротора и часть статора компрессора ограничивают "канал", предназначенный для движения подлежащего сжатию потока воздуха. При этом принято говорить о линии ротора при обозначении непрерывной наружной поверхности ротора, образующей нижнюю границу этого канала. Снабженные системой лопаток диски D2-D5 компрессора выполнены в виде единой детали, называемой системой дисков. Снабженный системой лопаток диск D1 согласно предпочтительному варианту осуществления представляет собой моноблочный диск, присоединенный к ротору спереди по потоку по отношению к упомянутой системе дисков для того, чтобы его легко можно было демонтировать в случае необходимости технического обслуживания и ремонта. Этот первый моноблочный снабженный системой лопаток диск, образующий первую ступень компрессора высокого давления, способен принимать на себя попадающие в компрессор посторонние предметы, такие, например, как куски льда, птицы и т.п. Роторная часть компрессора приводится во вращательное движение при помощи вала S, который, в свою очередь, приводится во вращательное движение при помощи турбины, располагающейся по потоку позади упомянутого компрессора. При этом ось вращения компрессора обозначена позицией В.
Определение "передний по потоку" или "задний по потоку" для элементов ротора следует интерпретировать в функции обозначенного позицией SF направления движения потока воздуха в компрессоре. Определение "внутреннее" и, соответственно, "наружное" для колец (или некоторой части кольца), завершающих деталь, следует интерпретировать в смысле колец, проходящих в направлении внутрь данной детали, а именно колец, отходящих от этой детали с уменьшением их радиуса, и соответственно, колец, проходящих в направлении наружу от данной детали, а именно колец, отходящих от этой детали с увеличением их радиуса.
На фиг.2 схематически представлена связь между снабженными системой лопаток дисками D1 и D2 в соответствии с предлагаемым изобретением. Линия ротора, согласно предпочтительному варианту осуществления, является непрерывной на входе компрессора высокого давления. При этом ротор содержит на входе компрессора цапфу 30, которая имеет расширяющуюся форму и завершается радиальным кольцом 32. Диск D2 содержит передний по потоку фланец 20, проходящий в направлении упомянутой цапфы и завершающийся радиальным кольцом 22, передняя по потоку поверхность которого входит в механический контакт с задней по потоку поверхностью радиального кольца 32 цапфы. Снабженный системой лопаток моноблочный диск D1 содержит задний по потоку фланец 10, проходящий в направлении радиального кольца 32 цапфы и завершающийся радиальным кольцом 12, задняя по потоку поверхность которого входит в механический контакт с передней по потоку поверхностью радиального кольца 32. Снабженный системой лопаток моноблочный диск D1, цапфа 30 и диск D2 связаны между собой при помощи средства крепления типа системы болт-гайка 40, представленной на фиг.2 и проходящей сквозь располагающиеся друг против друга отверстия, выполненные в кольцах 12, 32 и 22. Обладающий вращательной симметрией задний по потоку фланец 10 снабженного системой лопаток моноблочного диска D1 позволяет реализовать заднюю по потоку связь этого диска с ротором, устойчивую к вибрациям, имеющую достаточно продолжительный срок службы и устойчивую к потере лопаток этого диска первой ступени сжатия воздуха.
В данном случае под выражением "радиальное кольцо" следует понимать кольцо, располагающееся в радиальной плоскости, а именно в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора. Однако кольца, о которых идет речь в данном изобретении, могут быть наклонены по отношению к радиальной плоскости при условии, что их наклон обеспечивает возможность относительного размещения поверхностей этих колец друг против друга, как уже было сказано выше.
Каждый элемент или деталь рассматриваемой в данном случае связи будет описан более подробно со ссылками на фиг.3, 4 и 5.
На фиг.3 схематически представлен моноблочный диск D1 без лопаток, причем на этот диск может быть установлена система лопаток. Эта первая деталь ротора содержит круговое основание 11, поверх которого располагается круговая платформа 18, на которой может быть размещена соответствующая система лопаток. Круговое основание 11 содержит задний по потоку круговой фланец 10, проходящий, например, в направлении оси вращения В и завершающийся радиальным кольцом 12, снабженным совокупностью отверстий 14 и вырезов 16. В рассматриваемом здесь примере реализации радиальное кольцо 12 содержит тридцать два отверстия и восемь вырезов, распределенных симметрично между этими тридцатью двумя отверстиями. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.3, радиальное кольцо 12 представляет собой наружное кольцо.
На фиг.4 схематически представлена вторая деталь ротора, а именно цапфа 30, содержащая первую переднюю по потоку цилиндрическую часть 31, вырождающуюся в коническую часть 33, причем эта расширяющаяся коническая часть завершается позади по потоку радиальным кольцом 32. Это радиальное кольцо образовано внутренней радиальной частью 35, называемой основанием, и наружной радиальной частью, завершающейся круговым выступом 38, проходящим в осевом направлении в направлении вперед по потоку и в направлении против потока. Наружная радиальная часть этого кольца содержит отверстия 34, предназначенные для размещения против отверстий и вырезов наружного радиального кольца 12 переднего по потоку диска D1 со стороны передней по потоку поверхности радиального кольца 32 и против отверстий радиального кольца 22 заднего по потоку диска D2 со стороны задней по потоку поверхности радиального кольца 32.
На фиг.5 схематически представлен диск D2 без лопаток, причем этот диск способен принять на себя соответствующую систему лопаток. Эта третья деталь ротора содержит круговое основание 21, поверх которого располагается круговая платформа 28, способная принять на себя соответствующую систему лопаток. Круговое основание 21 содержит задний по потоку круговой фланец 20, сужающийся в направлении против потока в виде конуса и завершающийся радиальным кольцом 22, снабженным совокупностью отверстий 24. В рассматриваемом здесь примере реализации радиальное кольцо 22 является внутренним и содержит сорок отверстий. Вырезы 26 распределены между этими отверстиями 24 таким образом, чтобы уменьшить количество материала, из которого изготовлено радиальное кольцо 22. Эти вырезы служат также в качестве средства индикации положения отверстий 24.
На фиг.6 и 7 схематически представлены этапы монтажа связи в соответствии с предлагаемым изобретением.
Как можно видеть на фиг.6, на первом этапе монтажа цапфа соединяется с диском D2 в результате расположения задней по потоку поверхности наружного радиального кольца 32 против передней по потоку поверхности внутреннего радиального кольца 22 заднего по потоку диска D2, обеспечивая при этом размещение друг против друга отверстий наружного радиального кольца 32 и отверстий внутреннего радиального кольца 22. Первые средства крепления, например средства типа болт-гайка, устанавливаются в некоторые располагающиеся друг против друга отверстия, причем эти отверстия поддаются индексированию или распознаванию, например, при помощи вырезов 26 на внутреннем радиальном кольце.
Таким образом, эти помеченные с помощью упомянутых вырезов отверстия соответствуют центральным отверстиям системы отверстий, располагающихся, например, между двумя вырезами 26. Эти помеченные с помощью вырезов отверстия должны соответствовать распределению вырезов 16 диска D1, как будет показано ниже. Благодаря наличию связи между цапфой и диском D2 линия ротора является непрерывной даже в отсутствие переднего по потоку диска D1, то есть канал течения потока воздуха поддерживается непрерывным. Цапфа 30 и диск D2 образуют систему, зафиксированную при помощи упомянутых первых средств крепления, и эту систему называют системой, образованной второй и третьей деталями ротора. Оставшиеся свободными отверстия снабжены частью вторых средств крепления, например болтами без гаек, причем головки этих болтов опираются на заднюю по потоку поверхность внутреннего радиального кольца 22 диска D2, а концы их стержней в значительной степени выступают со стороны передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 32 цапфы 30 таким образом, чтобы иметь возможность преодолеть толщину наружного радиального кольца 12 диска D1, а затем принять на себя гайку крепления. Согласно предпочтительному варианту осуществления, болты, представляющие собой элементы упомянутых вторых средств крепления, удерживаются на своих местах при помощи стопорного кольца, исключающего, таким образом, выпадение этих болтов из отверстий в том случае, когда гайки крепления еще не навинчены на стержни этих болтов.
Как можно видеть на фиг.7, на втором этапе монтажа упомянутой связи ось диска D1 центрируется на оси вращения ротора компрессора для присоединения к входной части ротора компрессора. Таким образом, наружное радиальное кольцо 12 размещается против передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 32 цапфы.
С этой целью, прежде всего, вырезы 16 размещаются против первых средств крепления, а затем охватывают эти средства крепления после того, как наружное радиальное кольцо 12 размещается против передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 32, а затем отверстия 14 первого кольца 12 размещаются против оставшихся свободными отверстий системы, образованной второй и третьей деталями ротора, то есть сквозь отверстия 14 проходят концы стержней болтов вторых средств крепления, которые выступают за пределы передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 12 диска D1.
Затем гайки навинчивают на концы стержней болтов и затягивают на них, прижимая к передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 12 диска D1. Согласно предпочтительному варианту осуществления, осевой круговой выступ 38 наружного радиального кольца 32 цапфы перекрывает спереди по потоку наружную радиальную кромку наружного радиального кольца 12 диска D1 и перекрывает сзади по потоку наружную радиальную кромку внутреннего радиального кольца 22 диска D2. Этот осевой круговой выступ 38 позволяет, таким образом, создавать центростремительное усилие, воздействующее на наружное радиальное кольцо 12 диска D1 и на внутреннее радиальное кольцо 22 диска D2, в частности, в процессе функционирования данного ротора.
Демонтаж описанной выше связи между диском D1 и системой, образованной цапфой и диском D2, осуществляется следующим образом. В варианте осуществления, схематически представленном на фиг.2, статор частично удален для того, чтобы обеспечить возможность доступа к средствам крепления, располагающимся позади диска D1.
После этого гайки вторых средств крепления отвинчиваются и удаляются. При этом диск D1 может быть извлечен путем вытягивания в осевом направлении против потока. В результате остается цапфа и диск D2, соединенные между собой при помощи первых средств крепления, например при помощи восьми систем болт-гайка, и остаются также концы стержней болтов вторых средств крепления, удерживаемых на своих местах при помощи стопорных колец. Таким образом, моноблочный диск D1 без каких бы то ни было затруднений и без разрыва линии ротора может быть снят с ротора. Моноблочный диск может быть отремонтирован или заменен на другой исправный моноблочный диск D1. При этом монтаж диска D1 осуществляется, как было показано выше, путем совмещения вырезов 16 с первыми средствами крепления и отверстий 14 с частью вторых средств крепления, а именно с выступающими стержнями крепежных болтов.
Монтаж связи по данному изобретению в соответствии со способом осуществления, представленным на фиг.6 и 7, осуществляется в отсутствие статора, который устанавливается после формирования упомянутой связи. Возможный вариант этого способа осуществления позволяет обеспечить монтаж предлагаемой связи и при наличии статора: при этом системы болт/гайка должны быть установлены в обратном порядке (то есть гайка будет располагаться на месте головки болта и наоборот).
На фиг.8 схематически представлен вариант осуществления связи в соответствии с предлагаемым изобретением.
В рассматриваемом варианте осуществления диск DD1 образован фланцем 110, проходящим в осевом направлении под небольшим наклоном и заканчивающимся внутренним радиальным кольцом 112, которое может быть размещено против передней по потоку поверхности наружного радиального кольца 132 цапфы 130. Кольцо 112 содержит совокупность отверстий и вырезов, как и кольцо 12. Диск DD2 аналогичен диску D2, и его внутреннее радиальное кольцо 122 может быть размещено против задней по потоку поверхности наружного радиального кольца 132 цапфы 130. Упомянутые кольца 132 и 122 выполнены так же, как и кольца 32 и 22. Диск DD1 содержит основание, несколько уменьшенное по сравнению с основанием диска D1 таким образом, чтобы была обеспечена возможность доступа к средствам крепления 140, подобным средствам крепления 40 описанного выше варианта осуществления, при помощи прохода между основанием диска DD1 и цапфой 130.
Этот вариант осуществления позволяет, в частности, производить монтаж или демонтаж диска DD1, не снимая статор. В противном случае способ монтажа и демонтажа соответствует способам, описанным выше.
В общем случае упомянутые первые средства крепления системы, образованной цапфой и диском D2, являются более короткими по сравнению со вторыми средствами крепления, обеспечивающими возможность фиксации первого кругового кольца на системе, образованной цапфой и диском D2.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить возможность замены без специального технического обслуживания и потерь времени снабженного системой лопаток моноблочного диска, то есть детали, требующей наиболее частого технического обслуживания и имеющей наибольшее влияние на эксплуатационные характеристики компрессора.
Предлагаемое изобретение не ограничивается вариантом связи при помощи болтов и гаек между диском, представляющим собой первую деталь ротора компрессора, и фиксированной системой, образованной второй и третьей деталями этого ротора, но может быть распространено на любую деталь, требующую отдельного демонтажа от системы, образованной соединенными между собой деталями.
Предлагаемое изобретение ни в коей мере не ограничивается описанными выше лишь в качестве иллюстративных примеров способами реализации устройства крепления, но охватывает любые варианты реализации, которые могут быть рассмотрены специалистом в данной области техники в рамках приведенной ниже формулы предлагаемого изобретения.
Изобретение относится к компрессорам высокого давления турбореактивных двигателей и позволяет обеспечить соответствие некоторым критериям, относящимся к снабженному системой лопаток диску, например критерию устойчивости к вибрациям, критерию достаточного срока службы или критерию устойчивости к возможной потере лопаток. Изобретение касается связи между некоторой первой деталью (D1), заканчивающейся первым кольцом (12), снабженным совокупностью отверстий и вырезов, причем ось первого кольца центрирована на оси вращения ротора компрессора для обеспечения возможности его присоединения к входной части ротора компрессора, и системой, образованной второй деталью (D2) ротора, закрепленной на третьей детали (30) ротора. При этом упомянутая вторая деталь (D2) образует входную часть ротора компрессора и заканчивается позади по потоку вторым кольцом, содержащим отверстия. Третья деталь заканчивается спереди по потоку третьим кольцом (32), содержащим отверстия, причем второе и третье кольца располагаются одно против другого таким образом, чтобы разместить их отверстия друг против друга, и соединены между собой при помощи первых средств крепления. При этом первое круговое кольцо (12) располагается спереди по потоку и против системы, образованной второй и третьей деталями ротора, таким образом, чтобы упомянутые вырезы охватывали первые средства крепления системы, образованной второй и третьей деталями ротора, и чтобы, по меньшей мере, некоторые из отверстий первого кольца располагались против отверстий, выполненных в системе, образованной второй и третьей деталями ротора, причем вторые средства крепления фиксируют первое круговое кольцо (12) на системе, образованной второй и третьей деталями ротора. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
| Устройство для расточки подшипника скольжения | 1983 |
|
SU1122443A1 |
| СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 1996 |
|
RU2121082C1 |
| РАДИАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЯТОР БОЛЬШОЙ БЫСТРОХОДНОСТИ | 1994 |
|
RU2080489C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА | 1993 |
|
RU2080492C1 |
| DE 3531555 C1, 12.02.1987 | |||
| DE 3427565 A1, 06.02.1986 | |||
| Робот для распыления аэрозоля | 1985 |
|
SU1263367A1 |
