НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2010 года по МПК F04D29/40 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, конкретно к конструкции направляющего аппарата осевого компрессора.

Известен направляющий аппарат компрессора, где лопатки с помощью сварки жестко крепятся к внешнему кольцу и свободно (с зазором) вставляются в прорези внутреннего кольца, что обеспечивает их температурную деформацию. Направляющие аппараты фиксируются в корпусе винтами (С.А.Вьюнов и др. «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1989, стр.112-115, рис.3.50).

Недостатком такой конструкции является то, что сварной направляющий аппарат является неразборным, трудоемким в изготовлении, ненадежным и неремонтопригодным.

Известен направляющий аппарат, где лопатки крепятся с помощью полочек, которые с натягом устанавливаются в прорези внешнего кольца и с зазором во внутреннее кольцо. Дополнительно лопатки фиксируются во внешнем кольце штифтами (то же, стр.113-114, рис.3.51).

Данная конструкция является разборной и ремонтопригодной, однако по-прежнему является сложной в изготовлении (необходимо выполнять в кольцах пазы сложной конфигурации и с высокой точностью) и ненадежной из-за того, что фиксирующие штифты могут вылететь в проточную часть компрессора.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа является разборный направляющий аппарат осевого компрессора, содержащий направляющие лопатки, каждая из которых имеет одно перо и цапфы: внешнюю с резьбой и внутреннюю, цилиндрическую. Внешняя цапфа выполняется на полочке лопатки, которая позволяет устанавливать лопатки в определенном положении относительно корпуса. С помощью внешней цапфы лопатка жестко крепится к корпусу компрессора. Внутренняя цапфа устанавливается во внутреннем кольце с зазором, что позволяет лопатке перемещаться в радиальном направлении. Из условий сборки внутреннее кольцо состоит из двух частей, стянутых болтами с контровкой (то же, стр.114-115, рис.3.54).

Недостатком такой конструкции является низкая надежность крепления лопатки во внутреннем кольце из-за того, что стяжные болты могут вылететь в проточную часть. Кроме того, цапфы, особенно внутренняя, имеют малую площадь сцепления с профилем пера лопатки и вследствие этого имеют невысокие запасы по прочности. Это приводит к снижению надежности компрессора в целом. При изготовлении лопаток вследствие малой жесткости пера, особенно на длинных лопатках первых ступеней, сложно обеспечить необходимую точность изготовления направляющих лопаток (в том числе соосность цапф).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности компрессора при одновременном повышении точности изготовления направляющих лопаток и снижении трудоемкости сборки компрессора.

Для решения поставленной задачи разборный направляющий аппарат осевого компрессора содержит направляющие лопатки, каждая из которых имеет внешнюю и внутреннюю цапфы. Внутренняя цапфа установлена во внутреннее кольцо. Направляющий аппарат содержит наружные левый и правый ободы. Направляющие лопатки объединены в блок, содержащий, по меньшей мере, два пера, и имеющий внешнюю и внутреннюю цапфы, причем внешняя цапфа зафиксирована между ободами. Диаметры цапф равны 75-130% от наименьших расстояний между входной и выходной кромками перьев. Внутреннее кольцо выполнено неразъемным.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет решить поставленную задачу путем достижения следующих технических результатов, а именно:

- повышение надежности компрессора за счет выполнения внешних и внутренних цапф блоков направляющих лопаток с диаметром, равным 75-130% от наименьшего расстояния между входной и выходной кромками перьев, входящих в блок, что приводит к значительному увеличению площади сцепления с перьями лопаток, а следовательно, соединения перьев лопаток с цапфами имеют высокие запасы прочности;

за счет выполнения внутреннего кольца неразъемным, что повышает надежность крепления блока направляющих лопаток. По сравнению с прототипом во внутреннем кольце отсутствуют крепежные элементы с контровкой, которые могли бы вылететь в проточную часть;

а также за счет того, что направляющий аппарат содержит наружные левый и правый ободы, между которыми зафиксирована внешняя цапфа, что повышает надежность крепления блока направляющих лопаток;

- повышение точности изготовления направляющих лопаток (в том числе соосности цапф) за счет увеличенной жесткости блока направляющих лопаток, что достигается объединением двух перьев в блок;

- снижение трудоемкости сборки компрессора за счет уменьшения количества деталей в два раза, что достигается объединением двух перьев направляющей лопатки в блок.

С целью дополнительного повышения надежности компрессора за счет повышения надежности крепления блока направляющих лопаток в предлагаемой конструкции внешняя цапфа состоит из верхней части, выполненной в виде полуцилиндра, и нижней цилиндрической части. По цилиндрической поверхности верхней и нижней части цапфы выполнена проточка. Наружные правый и левый ободы имеют цилиндрические пазы, причем каждый цилиндрический паз наружного правого обода выполнен с выступом, соответствующим проточке во внешней цапфе.

Внешняя цапфа верхней частью, выполненной в виде полуцилиндра, входит в цилиндрический паз наружного правого обода, который фиксирует внешнюю цапфу в окружном направлении. В радиальном направлении внешняя цапфа фиксируется с помощью проточки и выступа. Для фиксации блока направляющих лопаток в угловом и осевом направлениях плоскость стыка наружного левого обода прижимает внешнюю цапфу по плоской поверхности полуцилиндра к цилиндрическому пазу наружного правого обода. При этом нижняя цилиндрическая часть цапфы входит в цилиндрические пазы наружных левого и правого ободов.

Новым в заявляемом изобретении является то, что направляющий аппарат содержит наружные левый и правый ободы. Направляющие лопатки объединены в блок, содержащий, по меньшей мере, два пера и имеющий внешнюю и внутреннюю цапфы. Внешняя цапфа зафиксирована между ободами. Диаметры цапф равны 75-130% от наименьших расстояний между входной и выходной кромками перьев. Внутреннее кольцо выполнено неразъемным.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности "новизна".

Анализ каждого из отличительных признаков показал, что наличие в направляющем аппарате наружных левого и правого ободов, объединение направляющих лопаток в блок, содержащий, по меньшей мере, два пера и имеющий внешнюю и внутреннюю цапфы, фиксация внешней цапфы между ободами, выполнение диаметров цапф, равными 75-130% от наименьших расстояний между входной и выходной кромками перьев, выполнение внутреннего кольца неразъемным не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид направляющего аппарата осевого компрессора, на фиг.2 представлено сечение А-А и сечение Б-Б, на фиг.3 изображен блок направляющих лопаток в изометрии, на фиг.4 - наружные левый и правый ободы и внутреннее кольцо в изометрии.

Разборный направляющий аппарат осевого компрессора устроен следующим образом.

Направляющий аппарат содержит наружные левый 1 и правый 2 ободы. Направляющие лопатки объединены в блок 3, содержащий, по меньшей мере, два пера 4 и имеющий внешнюю цапфу 5 и внутреннюю цапфу 6. Внешняя цапфа 5 зафиксирована между ободами 1 и 2. Внутренняя цапфа 6 установлена в цилиндрическое отверстие 7 неразъемного внутреннего кольца 8. Внешняя цапфа 5 и внутренняя цапфа 6 имеют соответственно диаметры D и d, равные 75-130% от наименьших расстояний S_min и s_min между входной и выходной кромками перьев 4, а оси цапф 5 и 6 совпадают с биссектрисой угла, образованного осями двух перьев 4. Внешняя цапфа 5 состоит из верхней части, выполненной в виде полуцилиндра 9 с плоской поверхностью 10, и нижней цилиндрической части 11. По цилиндрической поверхности верхней и нижней части цапфы 5 выполнена проточка 12. Наружные левый 1 и правый 2 ободы имеют цилиндрические пазы 13 и 14, количество которых совпадает с количеством блоков 3 направляющих лопаток и, соответственно, внутреннее кольцо 8 имеет столько же цилиндрических отверстий 7. Каждый цилиндрический паз 14 правого обода 2 выполнен с выступом 15, соответствующим проточке 12 во внешней цапфе 5. Внешняя цапфа 5 верхней частью, выполненной в виде полуцилиндра 9, входит в цилиндрический паз 14 наружного правого обода 2, который фиксирует внешнюю цапфу 5 в окружном направлении. В радиальном направлении внешняя цапфа 5 фиксируется с помощью проточки 12 и выступа 15. Для фиксации блока направляющих лопаток 3 в угловом и осевом направлениях плоскость стыка 16 наружного левого обода 1 прижимает внешнюю цапфу 5 по плоской поверхности 10 полуцилиндра 9 к цилиндрическому пазу 14 наружного правого обода 2. При этом нижняя цилиндрическая часть 11 внешней цапфы 5 входит в цилиндрические пазы 13 и 14 наружных левого 1 и правого 2 ободов. Наружные левый 1 и правый 2 ободы зафиксированы относительно друг друга в радиальном направлении цилиндрическим выступом 17, выполненном на наружном левом ободе 1, и стянуты между собой крепежными элементами без контровки (на фиг.1 не показаны).

Направляющий аппарат осевого компрессора собирается следующим образом.

Блоки направляющих лопаток 3 внутренними цапфами 6 устанавливаются в цилиндрические отверстия 7 внутреннего кольца 8, лежащего своим торцом на горизонтальном столе. Собранный узел устанавливается в наружный правый обод 2 так, что блоки направляющих лопаток 3 внешними цапфами 5 входят в цилиндрические пазы 14 наружного правого обода 2, и накрывается наружным левым ободом 1. Наружные левый 1 и правый 2 ободы стягиваются между собой крепежными элементами без контровки. Собранный направляющий аппарат наружными левым 1 и правым 2 ободами устанавливается в цилиндрическую проточку 18 корпуса 19 компрессора.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При сжатии воздуха в компрессоре блоки направляющих лопаток 3 нагреваются и удлиняются. Одновременно с этим нагревается и расширяется внутреннее кольцо 8, при этом внутренние цапфы 6 блоков направляющих лопаток 3 перемещаются вдоль цилиндрических отверстий 7 внутреннего кольца 8. Таким образом, обеспечиваются свободные тепловые расширения деталей направляющего аппарата.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что предложенное устройство технически реализуется.

Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения "промышленная применимость".

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, конкретно к конструкции направляющего аппарата осевого компрессора, обеспечивает повышение надежности компрессора и точности изготовления направляющих лопаток и снижение трудоемкости сборки компрессора. Указанный технический результат достигается в направляющем аппарате осевого компрессора, содержащем направляющие лопатки, каждая из которых имеет внешнюю и внутреннюю цапфы, причем внутренняя цапфа установлена во внутреннем кольце, а направляющий аппарат содержит наружные левый и правый ободы, направляющие лопатки, объединенные в блок, содержащий, по меньшей мере, два пера и имеющий внешнюю и внутреннюю цапфы, причем внешняя цапфа зафиксирована между ободами, при этом диаметры цапф равны 75-130% от наименьших расстояний между входной и выходной кромками перьев, а внутреннее кольцо выполнено неразъемным. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Направляющий аппарат осевого компрессора, содержащий направляющие лопатки, каждая из которых имеет внешнюю и внутреннюю цапфы, причем внутренняя цапфа установлена во внутреннем кольце, отличающийся тем, что направляющий аппарат содержит наружные левый и правый ободы, направляющие лопатки, объединенные в блок, содержащий, по меньшей мере, два пера и имеющий внешнюю и внутреннюю цапфы, причем внешняя цапфа зафиксирована между ободами, при этом диаметры цапф равны 75-130% от наименьших расстояний между входной и выходной кромками перьев, а внутреннее кольцо выполнено неразъемным.

2. Направляющий аппарат осевого компрессора по п.1, отличающийся тем, что внешняя цапфа состоит из верхней части, выполненной в виде полуцилиндра, и нижней цилиндрической части, причем по цилиндрической поверхности верхней и нижней части цапфы выполнена проточка, а наружные левый и правый ободы имеют цилиндрические пазы, причем каждый цилиндрический паз правого обода выполнен с выступом, соответствующим проточке во внешней цапфе.