ОБЛЕГЧЕННАЯ МЕЖДУЛОПАТОЧНАЯ ПЛОЩАДКА ДЛЯ ОПОРНОГО ДИСКА ЛОПАТОК ВЕНТИЛЯТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ОПОРНЫЙ ДИСК ЛОПАТОК Российский патент 2009 года по МПК F01D5/30 F04D29/34 

Изобретение относится к области турбореактивных двигателей и, в частности, к междулопаточным площадкам для опорных дисков лопаток вентиляторов турбореактивного двигателя.

Вентиляторы (или «фены») турбореактивного двигателя, ножки лопаток которых имеют криволинейный профиль, содержат, как правило, опорные диски лопаток, оборудованные отдельно выполненными междулопаточными площадками, предназначенными для оптимизации потока воздуха между лопатками и, в частности, для формирования аэродинамического профиля воздушного «тракта» в месте размещения лопаток, в частности, когда последние имеют большую хорду (см. US 6447250).

Эти отдельно выполненные площадки обычно содержат отражательную часть, нижняя сторона которой часто содержит три крепежные лапки (одну переднюю, одну центральную и одну заднюю), предназначенные для их жесткого изостатичного соединения с опорным диском. Наиболее распространены два варианта выполнения. Первый вариант состоит в выполнении трех крепежных лапок в виде фланцев, содержащих отверстие для прохождения крепежной шпильки. Второй вариант состоит в выполнении двух из трех крепежных лапок в виде фланцев, содержащих отверстие для прохождения крепежной шпильки, и в оснащении третьей крепежной лапки крепежным устройством типа штыкового замка.

Поскольку площадки, как правило, выполняют из металлического или композитного материала, их крепежные лапки выполняют путем механической обработки массивной болванки. Однако, учитывая наличие передней и задней крепежных лапок, доступ к центральной лапке оказывается затрудненным, поэтому операция ее механической обработки является чрезвычайно сложной. Кроме того, вследствие наличия трех крепежных лапок площадки имеют довольно значительный вес, что приводит к увеличению веса турбореактивных двигателей, оборудованных этими площадками.

Кроме того, когда на лопатке происходит поломка, например, по причине попадания в турбореактивный двигатель постороннего предмета, лопатка может сместиться (или прогнуться) и столкнуться с боковым краем одной из соседних площадок. Учитывая вариант жесткого соединения площадок, во время такой поломки указанные площадки деформируются, оставаясь при этом практически на месте, что может привести к значительным повреждениям в области лопатки, а также в моторном отсеке турбореактивного двигателя, расположенном за лопатками, и вызвать потерю мощности турбореактивного двигателя и даже его выход из строя.

В качестве наиболее близкого аналога предложенной группы изобретений выбрано техническое решение по патенту US 5277548, МПК F01D 5/22, 1994, фиг.6, из которого известна междулопаточная площадка для опорного диска лопаток вентилятора турбореактивного двигателя, содержащая отражательную часть, с нижней стороной, оборудованной первой крепежной лапкой, содержащей первое отверстие, и второй крепежной лапкой, содержащей второе отверстие, а также известен опорный диск лопаток, содержащий множество междулопаточных площадок, установленных между смежными парами лопаток.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений.

Для решения этой задачи междулопаточная площадка для опорного диска лопаток вентилятора турбореактивного двигателя согласно изобретению содержит отражательную часть, содержащую нижнюю сторону, оснащенную первой крепежной лапкой, содержащей первое отверстие для прохождения первой крепежной шпильки, и второй крепежной лапкой, содержащей второе и третье отверстия для прохождения второй и третьей крепежных шпилек, при этом указанные крепежные шпильки предназначены для жесткого соединения двух крепежных лапок (или фланцев) с опорным диском между двумя смежными лопатками.

Так, использование более двух крепежных лапок, с одной стороны, значительно облегчает операции механической обработки и, с другой стороны, позволяет существенно уменьшить вес площадок. Вместе с тем, благодаря жесткому соединению площадки при помощи трех крепежных шпилек сохраняется изостатичность.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения первое и второе отверстия могут быть выполнены в первой и второй крепежных лапках практически друг напротив друга таким образом, чтобы первая и вторая крепежные шпильки находились практически на одной линии по одной оси.

Таким образом, в случае разрыва третьей крепежной шпильки в результате столкновения с лопаткой (или под действием любого другого напряжения, в частности центробежной силы) площадка может начать вращаться вокруг оси, находящейся между двумя другими крепежными шпильками. Это позволяет высвободить пространство для поврежденной лопатки и избежать деформации площадки, способной негативно отразиться как на состоянии соседних лопаток, так и на работе двигателя.

Кроме того, для того, чтобы способствовать разрыву третьей крепежной шпильки в случае аварии, третья крепежная шпилька может иметь сопротивление напряжениям меньшее, чем сопротивление напряжению первой и второй крепежных шпилек. Для этого сечения первой и второй крепежных шпилек могут превышать сечение третьей крепежной шпильки и/или они могут быть выполнены из разных материалов.

Такую площадку можно выполнять из металлического или композитного материала.

Настоящее изобретение касается также опорного диска лопаток, содержащего множество междулопаточных площадок типа описанной выше площадки, устанавливаемых, соответственно, между парами смежных лопаток.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых фигур чертежей, в числе которых:

Фиг.1 представляет схематическое изображение части опорного диска лопаток, вид спереди.

Фиг.2 - схематическое изображение в смещенном поперечном разрезе варианта выполнения междулопаточной площадки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - изображение в разрезе по оси 111-111 на фиг.2 междулопаточной площадки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующее вариант выполнения крепежной лапки с двумя отверстиями.

Прилагаемые чертежи не только дополняют описание настоящего изобретения, но могут также в случае необходимости служить для его определения.

Настоящее изобретение относится к междулопаточной площадке для опорного диска лопаток вентилятора (или «фена») турбореактивного двигателя, оборудованного лопатками с ножками криволинейного профиля (называемыми также лопатками «с большой хордой»).

Как частично показано на фиг.1, опорный диск 1 лопаток является элементом вентилятора (не показан), который устанавливают на валу ротора и на котором закрепляют множество лопаток 2 с ножками криволинейного профиля и множество отдельно выполненных междулопаточных площадок 3, предпочтительно металлических (например, из алюминия). В частности, каждую площадку 3 устанавливают на опорный диск 1 между двумя смежными лопатками 2 с возможностью формирования аэродинамического профиля внутреннего воздушного «тракта» в области лопаток.

Как показано на фиг.2 и 3, каждая площадка 3 в соответствии с настоящим изобретением содержит отражательную часть 4, содержащую нижнюю сторону 5, оборудованную первой крепежной лапкой (или фланцем) 6, содержащей первое отверстие 7 для прохождения первой крепежной шпильки 8, и второй крепежной лапкой (или фланцем) 9 со вторым отверстием 10 и третьим отверстием 11 для прохождения второй крепежной шпильки 11 и третьей крепежной шпильки 13.

Предпочтительно второе 10 и третье 11 отверстия выполнены рядом друг с другом практически на одном уровне для того, чтобы третья крепежная шпилька испытывала наименьшие напряжения. Вместе с тем, отверстия могут быть выполнены друг над другом или быть смещенными относительно друг друга в боковом направлении и по высоте.

Предпочтительно крепежные шпильки 8, 12 и 13 выполняют с заплечиком и с резьбой. Каждая из них содержит стержень, на конце которого выполнена головка с заплечиком, а на другом конце резьба, взаимодействующая с гайкой 14, 15 или 16 таким образом, чтобы застопорить соответствующую крепежную лапку 6 или 9 на одной из крепежных лапок 17 или 18 элемента 19 опорного диска 1. Иначе говоря, первая крепежная шпилька 8 предназначена для закрепления первой крепежной лапки 6 на крепежной лапке 17 элемента 19, а вторая 12 и третья 13 крепежные шпильки предназначены для закрепления второй крепежной лапки 9 на крепежной лапке 18 указанного элемента 19.

Таким образом, благодаря использованию двух крепежных лапок 6 и 9 и трех крепежных шпилек 8, 12 и 13 соблюдается условие изостатичности.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.2, первое отверстие 7 и второе отверстие 10 выполнены в первой 6 и во второй 9 крепежных лапках практически друг против друга таким образом, чтобы первая 8 и вторая 12 крепежные шпильки находились практически на одной линии вдоль одной и той же оси X.

Благодаря такой специальной конструкции при разрыве третьей крепежной шпильки 13, например, под действием центробежной силы или от удара лопатки 2, находящейся под действием нагрузки, площадка 3 может поворачиваться вокруг оси X, являющейся осью симметрии находящихся на одной линии крепежных шпилек 8 и 12. Высвобожденная площадка 3 может в дальнейшем следовать движениям находящихся под нагрузкой (или поврежденных) лопаток, при этом весь узел оказывается в новом положении равновесия, поскольку площадка 3 может упираться в боковую сторону лопатки 2 вплоть до определенной точки (за пределом определенного смещения происходит разрыв площадки и шпилек).

Таким образом, площадка лишь слегка деформируется или не деформируется вовсе, что приводит только к незначительному изменению аэродинамического потока, так что площадка остается в целостности на своем месте и не рискует попасть в турбореактивный двигатель. Кроме того, при разрыве третья крепежная шпилька остается в пределах пространства, ограниченного площадкой 3, тем самым предотвращается опасность повреждения элементов, находящихся на выходе вентилятора. Кроме того, такой поворот площадки 3 высвобождает место для лопатки 2, перемещающейся под действием напряжения, что позволяет избежать ее серьезного повреждения.

Для того, чтобы обеспечить разрыв третьей крепежной шпильки 13 в случае поломки, она может иметь размеры, идентичные с размерами первой 8 и второй 12 крепежных шпилек, и меньшую прочность по сравнению с ними либо иметь поперечное сечение, меньшее поперечного сечения первой 8 и второй 12 крепежных шпилек. Такое техническое решение показано на фиг.2.

В частности, в примере, показанном на фиг.2, первое 7 и второе 10 отверстия имеют практически одинаковые размеры, которые вместе с тем превышают размеры третьего отверстия 11 для того, чтобы в них можно было устанавливать первую 8 и вторую 12 крепежные шпильки, поперечное сечение которых больше поперечного сечения третьей крепежной шпильки 13.

Можно также использовать третью крепежную шпильку 13, одновременно имеющую прочность и поперечное сечение, меньшие, чем у первой 8 и второй 12 крепежных шпилек.

В этих вариантах выполнения с «отрывной» третьей крепежной шпилькой 13 первая 8 и вторая 12 крепежные шпильки подвергаются воздействию центробежных сил, тогда как указанная третья крепежная шпилька 13 в штатном режиме работы служит для обеспечения изостатичности площадки 3, а во внештатном режиме работы предназначена, в случае разрыва, для обеспечения поворота указанной площадки 3.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами выполнения междулопаточной площадки и опорного диска лопаток, приведенными исключительно в качестве примеров, и может включать в себя любые варианты, которые могут разработать специалисты, оставаясь при этом в рамках нижеследующей формулы изобретения. Так, в настоящей заявке описана площадка, в которой первая крепежная лапка, наименее высокая и содержащая только одно отверстие для установки крепежной шпильки, расположена перед второй крепежной лапкой, наиболее высокой и содержащей два отверстия для установки в каждом из них крепежных шпилек. Однако можно предусмотреть обратный вариант, в котором первая крепежная лапка является наиболее высокой, содержит также одно отверстие для установки крепежной шпильки и расположена за второй крепежной лапкой, наименее высокой и также содержащей два отверстия для установки в каждом из них крепежных шпилек.

Междулопаточная площадка для опорного диска лопаток вентилятора турбореактивного двигателя содержит отражательную часть с нижней стороной, оборудованной первой и второй крепежными лапками. Первая крепежная лапка содержит первое отверстие для прохождения первой крепежной шпильки. Вторая крепежная лапка содержит второе отверстие и третье отверстие для прохождения второй и третьей крепежных шпилек. Крепежные шпильки предназначены для жесткого закрепления крепежных лапок на опорном диске между двумя смежными лопатками. Другое изобретение группы касается опорного диска лопаток, содержащего множество указанных выше междулопаточных площадок, установленных между смежными парами лопаток. Изобретение позволяет упростить механическую обработку междулопаточной площадки и снизить ее вес, а также снизить повреждения лопаток вентилятора при попадании посторонних предметов в проточную часть двигателя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Междулопаточная площадка (3) для опорного диска (1) лопаток (2) вентилятора турбореактивного двигателя, отличающаяся тем, что содержит отражательную часть (4) с нижней стороной (5), оборудованной первой крепежной лапкой (6), содержащей первое отверстие (7) для прохождения первой крепежной шпильки (8), и второй крепежной лапкой (9), содержащей второе отверстие (10) и третье отверстие (11) для прохождения второй (12) и третьей (13) крепежных шпилек, при этом указанные крепежные шпильки (8, 12, 13) предназначены для жесткого закрепления крепежных лапок (6, 9) на опорном диске (1) между двумя смежными лопатками (2).2. Площадка по п.1, отличающаяся тем, что первое (7) и второе (10) отверстия выполнены в первой (6) и второй (9) крепежных лапках практически против друг друга таким образом, чтобы указанные первая (8) и вторая (12) крепежные шпильки находились практически на одной линии вдоль одной и той же оси (X).3. Площадка по одному из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что третья крепежная шпилька (13) имеет сопротивление напряжениям, меньшее сопротивления напряжениям первой (8) и второй (12) крепежных шпилек.4. Площадка по п.3, отличающаяся тем, что первое отверстие (7) и второе отверстие (10) имеют практически одинаковые размеры и выполнены с возможностью установки в них первой крепежной шпильки (8) и второй крепежной шпильки (12) с первым выбранным сечением, причем третье отверстие (11) имеет размер меньший, чем размер первого отверстия (7) и второго отверстия (10), и выполнено с возможностью установки в нем третьей крепежной шпильки (13) со вторым сечением, меньшим указанного первого сечения шпильки.5. Площадка по п.4, отличающаяся тем, что третью крепежную шпильку (13) выполняют из материала с сопротивлением напряжениям, меньшим сопротивления напряжениям материалов, из которых выполнены первая (8) и вторая (12) крепежные шпильки.6. Площадка по одному из пп.1, 2, 4, 5, отличающаяся тем, что второе (10) и третье (11) отверстия второй крепежной лапки (9) выполнены рядом друг с другом практически на одном уровне.7. Площадка по одному из пп.1, 2, 4, 5, отличающаяся тем, что ее выполняют из металла.8. Площадка по одному из пп.1, 2, 4, 5, отличающаяся тем, что ее выполняют из композитного материала.9. Опорный диск (1) лопаток, отличающийся тем, что содержит множество междулопаточных площадок (3) по одному из предыдущих пунктов, соответственно установленных между смежными парами лопаток (2).