УСТРОЙСТВО СТОПОРЕНИЯ ЗАПОРНОГО КОЛЬЦА ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ ЛОПАТКИ В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ, УЗЕЛ ДИСК/КОЛЬЦО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, РОТОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F01D5/30 F04D29/34 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области запорных колец для удержания в осевом направлении лопаток газотурбинного двигателя, в частности авиационного двигателя.

Его объектом является устройство стопорения от вращения такого запорного кольца.

Его объектом является также ротор, содержащий такое устройство стопорения от вращения.

Наконец, его объектом является газотурбинный двигатель, например авиационный двигатель, оборудованный таким устройством стопорения во вращении.

Во всем тексте заявки термин «осевой» соответствует осевому направлению газотурбинного двигателя.

Предшествующий уровень техники

Известно, что ротор газотурбинного двигателя оборудован диском и лопатками, установленными на диске, а также запорным кольцом для предотвращения перемещения лопаток в осевом направлении, как показано в патенте FR 2729709-A1.

На фиг.1 показано такое запорное кольцо для удержания лопаток ротора, известное из предшествующего уровня техники.

Как показано на фиг.1, диск 10 ротора содержит основную часть 11 диска и зубцы 12, выполненные радиально, начиная от основной части 11 диска, и распределенные по его окружности. Пространство между двумя последовательными зубцами 12 образует ячейку 13, имеющую осевое направление. Каждый зубец 12 содержит, по меньшей мере, один крюк 6, выступающий в осевом направлении и ограничивающий на этом зубце элементарный паз, открывающийся в радиальном направлении внутрь. В представленном примере зубцы 12 содержат один передний крюк 6 и один задний крюк 6.

На фиг.2 показана ножка 14 лопатки 16, вставленная в такую ячейку 13. Оба зубца 12 позволяют удерживать эту лопатку 16 в окружном и радиальном направлениях.

Как показано на фиг.2 и как известно из предшествующего уровня техники, в прерывистый кольцевой паз 22, соответствующий последовательности элементарных пазов, устанавливают запорное кольцо 20. Наличие запорного кольца 20 в кольцевом пазу 22 позволяет предотвращать осевое перемещение лопаток 16. Для облегчения установки запорного кольца 20 в кольцевой паз 22 в нем выполняют разрез 24, разделяющий два конца или ветви 26 этого кольца.

Как правило, этот разрез 24 запорного кольца 20 предпочтительно выполняют на уровне одного из зубцов 12, а не между двумя соседними зубцами 12, чтобы помешать выходу концов запорного кольца 20 из кольцевого паза 22. Для этого, как известно, запорное кольцо 20 оборудуют устройством стопорения во вращении, которое предназначено для того, чтобы разрез 2 оставался в положении на уровне одного зубца 12 после установки запорного кольца 20 в кольцевом пазу 22.

Известное устройство стопорения во вращении запорного кольца 20, показанное на фиг.1, содержит:

- два выступа 30 запорного кольца 20, выполненные соответственно на двух его концах 26 с каждой стороны от разреза 24 и содержащие, каждый, контактную грань 32 со стороны разреза 24;

- крюк 60, образующий упор, одного из зубцов 12, причем этот крюк-упор 60 содержит фронтальную грань 42 и две боковые грани 44, по существу противоположные друг другу, при этом боковые грани 44 выполняют путем механической обработки боковых сторон крюка-упора 60.

После установки запорного кольца 20 в кольцевой паз 22 каждая контактная грань 32 соответствующих выступов 30 оказывается в положении упора в одну из боковых граней 44 крюка-упора 60. Вследствие этого разрез 24 оказывается под крюком-упором 60, и запорное кольцо 20 не может проворачиваться в кольцевом пазу 22, то есть запорное кольцо 20 не может случайно выйти из кольцевого паза 22 во время работы газотурбинного двигателя. Следовательно, лопатки 16 не могут выйти из ячеек 13, в которые вставлены их ножки 14.

Однако ширина D крюка-упора 60 оказывается ограниченной вследствие механической обработки этого крюка-упора 60 на его двух боковых сторонах. Вследствие этого перекрывание разреза 24 запорного кольца 20 крюком-упором 60 происходит на расстоянии, равном ширине D крюка-упора 60, и существует опасность того, что один из концов 26 или оба конца 26 запорного кольца 20 могут выскочить из элементарного паза зубца 12, содержащего крюк-упор 60. Эта опасность возрастает, когда разрез 24 запорного кольца 20 выполнен наклонно по отношению к окружному направлению запорного кольца 20, а не перпендикулярно к этому направлению. В результате может произойти осевое перемещение лопатки 14 и, как следствие, потеря этой лопатки 14.

Сущность изобретения

Настоящим изобретением предлагается устройство стопорения во вращении запорного кольца, удерживающего лопатки ротора газотурбинного двигателя, позволяющее устранить вышеупомянутый недостаток, присущий известному устройству стопорения во вращении.

Первым объектом настоящего изобретения является устройство стопорения во вращении запорного кольца лопаток на диске ротора газотурбинного двигателя по существу в осевом направлении упомянутого газотурбинного двигателя, при этом упомянутый диск ротора оборудован крюками, равномерно выполненными по его окружности и ограничивающими кольцевой паз для установки упомянутого запорного кольца, составляющими последовательно первый стопорный крюк, второй стопорный крюк и третий стопорный крюк, при этом упомянутый второй стопорный крюк расположен между упомянутыми первым и третьим стопорными крюками, а запорное кольцо содержит разрез и два выступа, выполненные на грани кольца с каждой стороны упомянутого разреза. В соответствии с настоящим изобретением положение упомянутых выступов на упомянутом запорном кольце определяют таким образом, чтобы после установки упомянутого запорного кольца в упомянутый кольцевой паз упомянутые два выступа находились в положении упора соответственно в первый стопорный крюк и в третий стопорный крюк, а упомянутый разрез перекрывался упомянутым вторым стопорным крюком.

Как будет более очевидно из нижеследующего описания, выражение «стопорный крюк» отражает две функции, выполняемые одним и/или несколькими из этих трех крюков: функцию упора для выступа и функцию перекрывания разреза.

Предпочтительно упомянутый первый и упомянутый третий стопорные крюки содержат, каждый, блокировочную грань на стороне, противоположной стороне, находящейся напротив упомянутого второго стопорного крюка, упомянутые выступы упомянутого запорного кольца содержат, каждый, контактную грань, направленную в сторону упомянутого разреза, и упомянутые блокировочные грани взаимодействуют с упомянутыми контактными гранями для приведения упомянутых выступов в положение упора в упомянутые первый и третий стопорные крюки.

В частности, упомянутый кольцевой паз имеет две стенки, а именно внутреннюю стенку, наиболее близкую к диску ротора, и наружную стенку, наиболее удаленную от диска ротора, и каждая блокировочная грань находится в соответствующем стопорном крюке и выполнена в осевом направлении, начиная от свободной поверхности упомянутого стопорного крюка до внутренней стенки упомянутого кольцевого паза.

Согласно одному из вариантов выполнения, упомянутые блокировочные грани направлены по радиальной плоскости упомянутого диска ротора.

Согласно другому варианту выполнения, упомянутые блокировочные грани направлены по плоскости, наклонной относительно радиальной плоскости упомянутого диска ротора.

Вторым объектом настоящего изобретения является узел диск/кольцо, содержащий запорное кольцо, содержащее разрез, и диск ротора, оборудованный крюками, равномерно выполненными по его окружности и ограничивающими кольцевой паз для установки упомянутого запорного кольца, отличающийся тем, что упомянутый диск ротора содержит последовательно первый стопорный крюк, второй стопорный крюк и третий стопорный крюк, при этом упомянутое запорное кольцо содержит два выступа, выполненные на одной его грани с каждой стороны от упомянутого разреза, а положение упомянутых выступов на упомянутом запорном кольце определяют таким образом, чтобы после установки упомянутого запорного кольца в упомянутый кольцевой паз оба упомянутых выступа оказались в положении упора соответственно в упомянутый первый стопорный крюк и в упомянутый третий стопорный крюк, а упомянутый разрез перекрывался упомянутым вторым стопорным крюком.

Предпочтительно упомянутый первый и упомянутый третий стопорные крюки содержат, каждый, блокировочную грань на своей стороне, противоположной стороне, находящейся напротив упомянутого второго стопорного крюка, каждый из упомянутых выступов упомянутого запорного кольца содержит контактную грань, направленную в сторону упомянутого разреза, и упомянутые блокировочные грани взаимодействуют с упомянутыми контактными гранями для приведения упомянутых выступов в положение упора в упомянутые первый и третий стопорные крюки.

Третьим объектом настоящего изобретения является ротор газотурбинного двигателя, содержащий устройство стопорения, являющееся первым объектом изобретения, и/или узел диск/кольцо, являющийся вторым объектом изобретения.

Четвертым объектом настоящего изобретения является газотурбинный двигатель, например, авиационный двигатель, содержащий устройство стопорения, являющееся первым объектом изобретения, и/или узел диск/кольцо, являющийся вторым объектом изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего подробного описания вариантов его осуществления, представленных в качестве неограничивающих примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 (уже описана) изображает вид в изометрии участка диска ротора, выполненного с возможностью применения устройства стопорения во вращении запорного кольца лопаток, согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.2 (уже описана) - вид в изометрии устройства стопорения во вращении запорного кольца лопаток, согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.3 - вид в изометрии участка диска ротора, выполненного с возможностью применения устройства стопорения во вращении запорного кольца лопаток, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - вид в изометрии устройства стопорения во вращении запорного кольца лопаток, в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание частных вариантов осуществления изобретения

Устройство стопорения во вращении в соответствии с настоящим изобретением, показанное на фиг.3 и 4, будет описано только в связи с отличиями от известного устройства стопорения во вращении, показанного на фиг.1 и 2. На чертежах одинаковые отличительные признаки обозначены одинаковыми позициями.

Для упрощения дальнейшего подробного описания запорное кольцо будет называться просто «кольцом», и первый, второй и третий стопорные крюки будут называться просто «первым крюком», «вторым крюком» и «третьим крюком» соответственно.

Как показано на фиг.3 и 4, диск 10 ротора содержит зубцы 12, выполненные радиально по его окружности и распределенные по этой окружности. Пространство между двумя последовательными зубцами 12 образует ячейку 13, имеющую осевое направление, в которую вставляют ножку 14 лопатки 16. Эти два последовательных зубца 12 имеют форму и размеры, позволяющие им удерживать в круговом и радиальном направлениях лопатку 16, установленную между ними в ячейку 13.

Зубцы 12 содержат часть 4, выступающую за диск 10 в осевом направлении в сторону входа, и/или часть 4, выступающую за диск 10 в осевом направлении в сторону выхода. В каждой выступающей части 4 выполнен элементарный паз, открывающийся в радиальном направлении внутрь, при этом свободный конец каждой части 4, выступающей за пределы элементарного паза по отношению к основной части 11 диска, образует крюк 6, направленный радиально внутрь. Каждый элементарный паз содержит две стенки, а именно внутреннюю стенку, наиболее близкую к диску 10 ротора, и наружную стенку, наиболее удаленную от диска 10 ротора.

Последовательность элементарных пазов образует прерывистый кольцевой паз 22, в который устанавливают кольцо 20. Кольцо 20, установленное в кольцевом пазу 22, образует осевой упор, препятствующий осевому перемещению лопаток 16. Для облегчения установки в кольцевой паз 22 это кольцо 20 выполнено с разрезом 24, отделяющим друг от друга его два конца 26.

Кольцо 20 содержит два выступа, выполненные на одной его стороне, противоположной стороне, направленной к диску 10 ротора, в примере, показанном на фиг.2.

Предпочтительно каждый выступ 30 выполняют следующим образом. В кольце 20 выполняют два выреза, чтобы снять сектор кольца, имеющий данный размер в окружном направлении упомянутого кольца 20 и такой же размер, что и остальная часть кольца 20, в осевом направлении этого кольца. Удаленный сектор заменяют деталью такого же размера в осевом направлении, но большей толщины. Эту деталь закрепляют на остальной части кольца 20 при помощи сварки, чтобы восстановить замкнутое кольцо 20. Затем производят механическую обработку каждого выступа 30 в упомянутой детали, имеющий толщину, большую, чем остальная часть кольца 20. Такой способ выполнения позволяет производить более точную механическую обработку выступов 30 и обеспечить их размеры и их положение на кольце 20.

Разрез 24 в кольце 20 выполняют после выполнения обоих выступов 30. Его положение определяют таким образом, чтобы выступы 30 были направлены к одному из концов 26 кольца 20 и располагались по обе стороны от разреза 24 на определенном от него расстоянии. Предпочтительно, чтобы оба выступа 30 отстояли друг от друга на угловое расстояние, по меньшей мере, равное тройному угловому шагу лопаток 16. Этот угловой шаг определяют как угловое расстояние между центральными плоскостями двух последовательных ячеек 13.

Каждый выступ 30 содержит контактную грань 32, направленную в сторону разреза 24 кольца 20.

Среди крюков 6 различают последовательно первый крюк 62, второй крюк 64 и третий крюк 66.

Геометрическая форма второго крюка 64 аналогична геометрической форме крюков 6 из предшествующего уровня техники.

Геометрическая форма первого крюка 62 и третьего крюка 66 отличается от геометрической формы крюков 6. Первый и третий крюки 62, 66 содержат, каждый, фронтальную грань 142, которая является стороной его свободной поверхности, и боковую грань 144, по существу перпендикулярную к фронтальной грани 142. Боковая грань 144 первого крюка 62, соответственно третьего крюка 66, выполнена, начиная от фронтальной грани 142 упомянутого крюка 62, 66, до внутренней стенки элементарного паза упомянутого крюка 62, 66. Предпочтительно боковую грань 144 первого крюка 62 выполняют путем механической обработки на его боковой стороне, противоположной боковой стороне, направленной к третьему крюку 66. Аналогично боковую грань 144 третьего крюка 66 выполняют путем механической обработки на его боковой стороне, противоположной боковой стороне, направленной к первому крюку 62.

Иначе говоря, каждый из соответствующих зубцов 12 заканчивается крюком 62, 66, который содержит боковую грань 144 на своей стороне, противоположной стороне, находящейся напротив другого крюка 62, 66, при этом боковая грань 144 является отстоящей в окружном направлении.

В примере, показанном на фиг.2, боковые грани 144 направлены по радиальной плоскости диска 10 ротора.

Положение двух выступов 30 на кольце 20 определяют соответствующим образом, предпочтительно в зависимости от размеров и расстояний крюков 62, 64, 66 от диска 10 ротора. Это положение можно определить их соответствующими расстояниями относительно соответствующих концов 26 кольца 20 или разделяющим их угловым расстоянием. Для облегчения изготовления предпочтительно, но не обязательно, оба выступа 30 располагают симметрично по обе стороны от разреза 24.

При соответствующем относительном положении обоих выступов 30 на кольце 20, когда кольцо 20 установлено в кольцевой паз 22, контактная грань 32 одного из выступов 30 оказывается в положении упора в боковую грань 144 первого крюка 62, а контактная грань 32 другого выступа 30 оказывается в положении упора в боковую грань 144 третьего крюка 66. Боковые грани 144 являются соответствующими блокировочными гранями первого крюка 62 и третьего крюка 66, взаимодействующими с соответствующими контактными гранями 32 двух выступов 30 кольца 20. В результате оба конца 26 кольца 20 и разрез 24 оказываются под вторым крюком 64.

Таким образом, кольцо 20 не может проворачиваться в кольцевом пазу 22. Следовательно, кольцо 20 не может выйти из кольцевого паза 22 во время работы газотурбинного двигателя. Благодаря этому лопатки 16 не могут выйти в осевом направлении из ячейки 13, в которую они вставлены.

Описанное выше изобретение позволяет избежать проворачивания кольца 20 в кольцевом пазу 22. Его преимуществом является то, что разрез 24 кольца 20 оказывается в положении под крюком, а не между двумя крюками. Кроме того, разрез 24 оказывается в положении под вторым крюком 64, который не имеет урезанной боковой грани и, следовательно, имеет ширину DD, которая не является уменьшенной, как ширина D крюка 60 в известном устройстве стопорения. Благодаря этому снижается опасность выхода концов кольца 20 за пределы кольцевого паза 22.

В устройстве стопорения во вращении запорного кольца в соответствии с настоящим изобретением собственно функция стопорения (путем приведения контактных граней 32 выступов в положение упора в блокировочные грани 144 первого и третьего крюков 62, 66) и функция перекрывания не обеспечиваются только одним крюком диска, как это было в известном устройстве стопорения.

Настоящее изобретение не ограничивается описанным вариантом выполнения. В примере, показанном на фиг.4, разрез 24 выполнен перпендикулярно к окружному направлению кольца 20, однако он может быть также наклонным, оставаясь при этом в рамках изобретения.

В примере, показанном на фиг.3 и 4, блокировочные грани выполнены по радиальному направлению диска 10 ротора, однако они могут иметь направление, наклонное относительно радиального направления диска 10 ротора, оставаясь при этом в рамках изобретения.

В примере, показанном на фиг.3 и 4, ячейки 13, в которые вставляют ножки 14 лопаток 16, имеют осевое направление, однако настоящее изобретение может также применяться для конфигураций, при которых направление ячеек образует угол с осевым направлением газотурбинного двигателя.

Устройство стопорения запорного кольца от вращения для удержания лопаток на диске ротора газотурбинного двигателя в осевом направлении содержит стопорные крюки, выполненные по окружности диска ротора и ограничивающие кольцевой паз, в который установлено запорное кольцо. Стопорные крюки включают последовательно первый, второй и третий крюки. Второй стопорный крюк расположен между первым и третьим крюками, а запорное кольцо содержит разрез и два выступа, выполненные на грани кольца с каждой стороны от упомянутого разреза. Положение выступов на запорном кольце определено таким образом, чтобы после установки запорного кольца в кольцевой паз два выступа находились в положении упора соответственно в первый и в третий стопорные крюки, а разрез перекрывался вторым стопорным крюком. Еще одно изобретение группы относится к узлу, включающему диск и запорное кольцо газотурбинного двигателя, выполненные, как указано выше. Другие изобретения группы относятся к газотурбинному двигателю и ротору газотурбинного двигателя, содержащим указанные выше устройство стопорения и/или узел, включающий диск и кольцо. Изобретения позволяют повысить надежность удержания лопатки на диске ротора газотурбинного двигателя. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство стопорения запорного кольца (20) от вращения для удержания лопаток (16) на диске (10) ротора газотурбинного двигателя, по существу, в осевом направлении, причем упомянутый диск (10) ротора оборудован крюками (6, 62, 64, 66), равномерно выполненными по его окружности и ограничивающими кольцевой паз (22) для установки упомянутого запорного кольца (20), составляющими последовательно первый стопорный крюк (62), второй стопорный крюк (64) и третий стопорный крюк (66), при этом упомянутый второй стопорный крюк (64) расположен между упомянутыми первым и третьим стопорными крюками (62, 66), а упомянутое запорное кольцо (20) содержит разрез (24) и два выступа (30), выполненные на грани кольца с каждой стороны от упомянутого разреза (24), отличающееся тем, что положение выступов (30) на запорном кольце (20) определяют таким образом, чтобы после установки запорного кольца (20) в кольцевой паз (22) два выступа (30) находились в положении упора соответственно в первый стопорный крюк (62) и в третий стопорный крюк (66), а разрез (24) перекрывался вторым стопорным крюком (64).

2. Устройство стопорения по п.1, отличающееся тем, что:
- первый (62) и третий (66) стопорные крюки содержат, каждый, блокировочную грань (144) на стороне, противоположной стороне, находящейся напротив второго стопорного крюка (64), и
- выступы (30) запорного кольца (20) содержат, каждый, контактную грань (32), направленную в сторону разреза (24), и
- блокировочные грани (144) взаимодействуют с контактными гранями (32) для приведения выступов (30) в положение упора в первый (62) и третий (66) стопорные крюки.

3. Устройство стопорения по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что кольцевой паз (22) имеет две стенки, а именно внутреннюю стенку, наиболее близкую к диску (10) ротора, и наружную стенку, наиболее удаленную от диска (10) ротора, при этом каждая блокировочная грань (144) находится на соответствующем стопорном крюке (62, 66) и выполнена в осевом направлении, начиная от свободной поверхности упомянутого стопорного крюка (62, 66) до внутренней стенки упомянутого кольцевого паза (22).

4. Устройство стопорения по п.2, отличающееся тем, что блокировочные грани (144) направлены по радиальной плоскости диска (10) ротора.

5. Устройство стопорения по п.2, отличающееся тем, что блокировочные грани (144) направлены по плоскости, наклонной относительно радиальной плоскости диска (10) ротора.

6. Узел диск/кольцо (10, 20) газотурбинного двигателя, содержащий запорное кольцо (20), содержащее разрез (24), и диск (10) ротора, оборудованный крюками (6, 62, 64, 66), равномерно выполненными по его окружности и ограничивающими кольцевой паз (22) для установки упомянутого запорного кольца (20),
отличающийся тем, что диск (10) ротора содержит последовательно первый стопорный крюк (62), второй стопорный крюк (64) и третий стопорный крюк (66),
при этом запорное кольцо (20) содержит два выступа (30), выполненные на одной его грани с каждой стороны от разреза (24), а положение выступов (30) на запорном кольце (20) определяют таким образом, чтобы после установки запорного кольца (20) в кольцевой паз (22) оба выступа (30) оказались в положении упора соответственно в первый стопорный крюк (62) и в третий стопорный крюк (66), а разрез (24) перекрывался вторым стопорным крюком (64).

7. Узел диск/кольцо (10, 20) по п.6, отличающийся тем, что:
- первый (62) и третий (66) стопорные крюки содержат, каждый, блокировочную грань (144) на своей стороне, противоположной стороне, находящейся напротив второго стопорного крюка (64),
- выступы (30) запорного кольца (20) содержат, каждый, контактную грань (32), направленную в сторону разреза (24), и
- блокировочные грани (144) взаимодействуют с контактными гранями (32) для приведения выступов (30) в положение упора в первый (62) и третий (66) стопорные крюки.

8. Ротор газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что содержит устройство стопорения по любому из пп.1-5 и/или узел диск/кольцо (10, 20) по одному из пп.6 или 7.

9. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что содержит устройство стопорения по любому из пп.1-5 и/или узел диск/кольцо (10, 20) по одному из пп.6 или 7.

10. Газотурбинный двигатель по п.9, отличающийся тем, что является авиационным двигателем.