ВНУТРЕННЯЯ ОБЕЧАЙКА СТАТОРА Российский патент 2006 года по МПК F01D25/26 

Заявленное изобретение относится к внутренней обечайке статора. Контроль над температурным расширением становится основным в сфере турбореактивных двигателей в связи с тем, чтобы обеспечить хороший коэффициент полезного действия посредством регулировки зазоров между статором и концами подвижных лопаток двигателя. Конструкция статора, которая часто встречается, - двойная и состоит из картера, окружающего внутреннюю обечайку, контактирующую с газом, создающим тягу машины. Обычно наружный картер выполнен как одно целое для того, чтобы он имел хорошее механическое сопротивление и мог бы быть охлаждаем посредством вентиляции, с хорошей регулярностью, которой способствует ее непрерывность, в то время как обечайку выполняют составной, образованной последовательностью колец, составленных из элементов в форме круговых секторов. Благодаря такому расположению напряжения, которые могли бы возникать в обечайке вследствие монтажа в более жесткий картер и контакта со струей горячего газа, остаются умеренными, и различные кольца могут быть обдуваемы с различной интенсивностью для независимого регулирования их диаметра. Уровень техники включает некоторое количество двойных статоров, которые раскрыты во французских патентах 2683851 и 2695164, выданных Заявителю.

Фиг.1 представляет одну из этих концепций, где наружный картер обозначен позицией 1, элементы обечайки - позицией 2 и ротор - позицией 3; элементы 2 обечайки собраны из прилегающих элементов, расположенных на соседних кольцах, при помощи сборок, состоящих из шипа 5 на одном из элементов 2 и из паза 6, в который входит шип 5, на другом элементе 2. Узлы крепления 7, лучше представленные на фиг.2, объединяют элементы 2 обечайки и картера 1. Они включают в основном болт 8, введенный через прилив 9 картера 1 и фланец 10, выполненный в виде опорного бурта, картера 1, расположенный на конце фланца 11, выполненного в виде нервюры обечайки. Болты 8 расположены, как правило, наклонно для того, чтобы обеспечить осевую и радиальную фиксацию направляющих лопаток (элементов 2 обечайки). Упругие круговые прокладки расположены позади колец элементов обечайки 2 и включают головку 13, зажатую между фланцем 10, выполненным в виде опорного бурта и заплечиком 14 картера 1, а также уплотнительную кромку 15, конец которой опирается на плоскую уплотнительную поверхность сзади элементов 2 обечайки. Таким образом, индивидуальные камеры 17 изолированы между картером 1 и каждым из колец элементов 2 обечайки.

Цель - получить хорошую регулировку диаметров колец обечайки, не достигается в полной мере, потому что легко появляются изменения диаметра и волнистость колец.

В данном случае эти недостатки возникают из-за узлов 7 крепления, которые проявляют себя как нерегулярности структуры в элементах 2 обечайки. Более точно, изобретатели пришли к заключению, что присутствие множества узлов 7 крепления вредно, и предлагают использовать только один узел на один элемент 2 обечайки.

Поскольку единственный узел крепления не позволяет только с его помощью удовлетворительно удержать элемент 2 обечайки, предусмотрено кроме этого использовать единственный на элементе 2 обечайки опорный узел вместо отвергнутых узлов крепления. Этот опорный узел включает шип, закрепленный на элементе обечайки и входящий в паз присоединяемого фланца, который закреплен на картере, Элементы обечайки имеют возможность слегка перемещаться в осевом и окружном направлениях машины в опорном узле вследствие возможности скольжения шипов в пазах, без опасения избыточных перемещений, так как возможно достижение состояния упора. В результате удалось совместить надлежащее крепление элементов обечайки к картеру и мягкость монтажа, который не допускает их нерегулярного деформирования.

Другие характеристики и преимущества изобретения будут теперь описаны со ссылками на следующие чертежи, на которых представлено:

фиг.1 - составной статор,

фиг.2 - место крепления элемента обечайки к картеру,

фиг.3-6 предпочтительные варианты выполнения изобретения: фиг.3 - первый предпочтительный вариант выполнения; фиг.4 - элемент обечайки согласно этому варианту; и фиг.5 и 6 - основные детали двух других предпочтительных вариантов выполнения.

Многочисленные элементы из уровня техники, уже упомянутые в связи с представлением фиг.1 и 2, встречаются в изобретении. В частности, речь идет о конструкции узлов 7 крепления и присутствия элементов соединения 4 между кольцами обечайки упругими прокладками 12 для гашения вибраций. Каждый элемент 2 обечайки объединен только с одним узлом 7 крепления, который расположен около первого конца 20 (недалеко от осевого края элемента 2 обечайки). Опорный узел 21 также расположен на каждом элементе 2 обечайки симметрично относительно узла 7 крепления, около того же конца и недалеко от противоположного второго конца 22. Фиг.3 ясно показывает то преимущество, что элементы 2 обечайки расположены в шахматном порядке, т.е. их концы 20 или 22 являются продолжением средних линий элементов 2 обечайки примыкающих колец. Принимая такое расположение, получают обечайку когерентной конструкции, несмотря на малое количество узлов 7 крепления и опорных узлов 21 этих элементов. Это можно объяснить, отмечая, что каждый элемент обечайки (например, элемент, обозначенный как 2₀) окружен двумя элементами, принадлежащими прилегающим кольцам, и узлы крепления которых (обозначенные как 7₀) расположены примерно посередине длины элемента 2₀. Эти узлы 7₀ крепления ограничивают также радиальные деформации элемента 2₀ благодаря связям шипа 5 и паза 6 между кольцами элементов обечайки 2. Это преимущество становится еще более очевидным, если узлы 7 крепления и опорные узлы 21 расположены на концах элементов 2 обечайки, что является преимуществом, поскольку они выполнены с возможностью взаимодействия один с другим, так как узлы 7₀ крепления прилегающих элементов находятся точно на половине длины элемента 2₀, в том месте, где он менее всего поддерживался без них.

Если конструкция является достаточно жесткой в радиальном направлении, то, напротив, в осевом и в окружном направлениях она имеет хорошую податливость благодаря возможности скольжения в опорных узлах 21, которые допускают в определенных пределах перемещения в вышеупомянутых направлениях. Следовательно, удалось найти компромисс между необходимостью оставить возможность обечайке деформироваться вследствие теплового воздействия, сохраняя при этом круговую форму с мало изменяющимся диаметром.

Фиг.4 показывает, что опорный узел 21 включает шип 23, расположенный на конце колена 24, возвышающегося над элементом 2 обечайки. Этот шип 23 выполнен на нижней поверхности паза 25, скрепленного с картером 1. Согласно этому предпочтительному варианту выполнения, когда узел 7 крепления и опорный узел 21 приближены к концам 20 и 22 элементов 2 обечайки, они примыкают к концам соседних элементов 2 обечайки таким образом, что паз 25 может быть в данном случае выполнен во фланце 11, в виде нервюры, узла крепления соседнего элемента 2 обечайки. Шип 23 простирается в окружном направлении по отношению к машине, выступая из элемента 2 обечайки, к которой он принадлежит, над следующим элементом. Будет видно, что возможны другие конфигурации, но во всех случаях опорные узлы 21 допускают умеренные взаимные осевые и окружные перемещения соседних элементов 2 обечайки.

Здесь, как и в других предпочтительных вариантах выполнения, узлы 7 крепления сконструированы с двумя параллельными болтами 8, что ничего не меняет в единственности узла 7 крепления, так как эти болты 8 расположены рядом. Пара болтов 8 позволяет получить более надежное крепление и в некоторых случаях исключить изгибающие моменты, возникающие от воздействия аэродинамических сил на элементы 2 обечайки: если результирующая F этих сил или ее проекция на радиальное направление проходит между болтами 8, то ее действие выражается произведением аэродинамических сил, при этом сами элементы 2 обечайки не будут подвержены заметному изгибу.

В варианте выполнения, представленном на фиг.5, шип узла крепления имеет более сложную форму и обозначен позицией 26; он входит в паз 27, выполненный между местами установки болтов 8, и имеет, следовательно, после колена 24, соответственно часть 28, выполненную в виде пластинки, входящую под фланец 10, выполненный в виде опорного бурта, узла 7 крепления, и более массивный конец, точнее более широкий, выступающий в осевом направлении и помещаемый между двумя частями фланца 10, выполненного в виде опорного бурта, в паз 27, который выполнен во фланце 11, в виде нервюры. Здесь основная часть шипа 26 имеет скорее осевую протяженность, чем тангенциальную, что ничего не меняет в условиях опирания.

В других предпочтительных вариантах выполнения фланцы, в которых выполнены пазы, принадлежат не узлам 7 крепления, а отдельным деталям. Это представлено на фиг.6, где узлы 7 крепления, которые содержат здесь только один болт 8, но остаются расположенными около первых концов 20, не имеют более пазов ни 25, ни 27: фланец 30, состоящий из накладки 31, соединенной с картером 1 средством крепления 32, в виде болта, подобным и параллельным болту 8, и с выемкой под паз 33, располагается поблизости от узла 7 крепления таким образом, что фланец 10, в виде опорного бурта, нависает над концом накладки 31 и закрывает паз 33. Опорный узел 21 элемента 2 обечайки содержит также шип 34 с концом 35, выступающим в осевом направлении над пазом 33 для получения желаемого соединения. Конец 35 соединен с основным телом элемента 2 обечайки, соседним с тем, который несет узел 7 крепления, посредством части 36, выполненной в виде колена, прилегающей ко второму концу 22 элемента 2 обечайки, и направленного радиально.

В этих различных предпочтительных вариантах выполнения отмечено, что опорные узлы 21 и узлы 7 крепления, принадлежащие элементам 2 обечайки, расположенным последовательно на одной окружности, взаимодействуют между собой, т.е. что узлы 7 крепления предоставляют, по меньшей мере, одну поверхность упора или опоры для шипа опорного узла 21: в варианте выполнения согласно фиг.4 шип 23 опирается радиально на поверхность паза 25 и упирается тангенциально во фланец 10, в виде опорного бурта, или фланец 11, в виде нервюры, узла 7 крепления; в варианте выполнения согласно фиг.5, шип 26 упирается тангенциально во фланец 10, выполненный в виде опорного бурта, который его окружает, и опирается радиально на поверхность паза 27; и в варианте выполнения согласно фиг.6 конец 35 шипа упирается тангенциально во фланец 10, в виде опорного бурта, и накладку 31 и опирается радиально на дно паза 33. Это взаимодействие узлов 7 крепления и опорных узлов 21 упрощает конструкцию, позволяя не прибегать к использованию фланцев сложной формы для обеспечения скольжения шипов опорных узлов, ограничивая его при этом.

Близость расположения узлов 7 крепления и опорных узлов 21 прилегающих элементов 2 обечайки позволяет в случае необходимости удержать опорный узел 21 в желаемом положении в радиальном направлении, без использования какой-либо дополнительной детали, как в случае, представленном на фиг.4, где шип 23 опорного узла 21 радиально опирается на поверхность паза 25, примыкающего к узлу 7 крепления, выполненного в соседнем элементе 2 обечайки.

Внутренняя обечайка статора состоит из элементов обечайки в форме секторов круга, соединенных последовательно по окружности. Элементы обечайки образуют сборку с наружным картером посредством единственного узла крепления на элементе обечайки на первом конце элемента обечайки и одного опорного узла на втором конце, противоположном первому. Элемент обечайки содержит шип, закрепленный на элементе обечайки и входящий в паз присоединяемого фланца, закрепленного на картере. Шип имеет конец, выступающий в осевом направлении обечайки по отношению к прилегающей части шипа. Изобретение позволяет обеспечить надежное крепление элементов обечайки к картеру, а также снизить влияние термического воздействия на форму внутренней обечайки статора. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Внутренняя обечайка статора, состоящая из элементов (2) обечайки в форме секторов круга, соединенных по окружности последовательно и образующих сборку с наружным картером (1) посредством единственного узла крепления на элементе обечайки на первом конце элемента обечайки и одного опорного узла (21) на элементе обечайки на втором конце (22), противоположном первому концу (20) элемента обечайки (2), причем указанный элемент обечайки содержит шип (23, 26, 34), закрепленный на элементе обечайки и входящий в паз (25, 27, 33) присоединяемого фланца, который закреплен на картере, отличающаяся тем, что в элементах обечайки шип имеет конец (29, 35), выступающий в осевом направлении обечайки по отношению к прилегающей части (28, 36) шипа.2. Обечайка по п.1, отличающаяся тем, что фланцы (10, 11) образованы для каждого из шипов в узлах крепления одного элемента обечайки, примыкающего к элементу обечайки, несущему шип (23, 26, 34).3. Обечайка по п.1, отличающаяся тем, что фланцы (30, 37) автономны и собраны с наружным картером при помощи средств крепления (32).4. Обечайка по п.3, отличающаяся тем, что узлы (7) крепления расположены таким образом, чтобы закрыть один конец пазов (33).5. Обечайка по п.3, отличающаяся тем, что узлы крепления имеют пару параллельных болтов (8) для крепления между наружным картером и элементом обечайки, причем пазы (27) расположены между болтами (8) пары.6. Обечайка по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что узел крепления установлен на каждом элементе обечайки таким образом, что результирующая сила (F) аэродинамических усилий, действующих на вышеупомянутый элемент, проходит между болтами узла крепления.7. Обечайка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что элементы обечайки одного кольца собраны с элементами обечайки следующего кольца в шахматном порядке.8. Обечайка по п.2, отличающаяся тем, что часть (28) шипа прилегает к концу (29) шипа в собранном состоянии обечайки статора под фланцем (10) узла (7) крепления прилегающего элемента обечайки.9. Обечайка по п.2, отличающаяся тем, что шип содержит после колена (24), соединенного с элементом обечайки, часть (28), выполненную в виде пластинки, входящую в собранном состоянии обечайки статора под фланец (10) узла (7) крепления прилегающего элемента обечайки.10. Обечайка по п.9, отличающаяся тем, что шип содержит после части (28), выполненной в виде пластинки, конец (29) более широкий, чем часть (28), который выступает в осевом направлении и выполнен с возможностью введения в собранном состоянии обечайки статора между двумя частями фланца (10) в паз (27).11. Обечайка по п.3, отличающаяся тем, что часть (36) шипа прилегает к концу (35) шипа и выступает в радиальном направлении.