РОТОР КОМПРЕССОРА АВИАЦИОННОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, КОМПРЕССОР И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F04D29/34 

Настоящее изобретение касается ротора, в частности ротора компрессора авиационного турбореактивного двигателя и, в частности, относится к системе крепления лопаток. Оно касается также компрессора турбореактивного двигателя и турбореактивного двигателя, компрессор которого оборудован таким ротором.

В двухконтурном турбореактивном двигателе ротор компрессора содержит множество лопаток. Каждая лопатка содержит ребристую ножку лопатки, установленную в пазу, выполненном на периферии диска и называемом «гнездом». Гнезда ограничены между радиальными утолщениями, называемыми «зубцами диска» и оборудованными боковыми бобышками, перекрывающими края гнезд для удержания ножек лопаток. Гнезда выполнены открытыми как спереди, так и сзади. В данном случае термины «передний» и «задний» используются для обозначения соответственно положению в направлении входа и в направлении выхода ротора, то есть соответственно направлению воздушного потока.

При монтаже каждую ножку лопатки устанавливают в гнездо, перемещая ее скольжением за ее передний конец. После этого передние концы закрывают, в частности, кольцевой деталью, называемой обычно «задним кольцом капота». Эту деталь закрепляют на диске ротора. Она позволяет также заблокировать продольные колодки, установленные в гнездах под ножками лопаток.

В случае потери лопатки смежная лопатка ложится за счет поворота, обеспечиваемого формой колодки, и передвигается вперед. В связи с этим система крепления должна выдерживать это осевое усилие.

В патенте ЕР 1223309 описана такая система крепления лопаток, в которой головка колодки, увлекаемая лопаткой, перемещается вперед и входит в контакт с упомянутым задним кольцом капота. Поэтому размеры этого кольца необходимо определять таким образом, чтобы оно могло поглощать значительное усилие. Колодка, которая также выполняет функцию передачи усилий, должна быть металлическим элементом, достаточно прочным, чтобы выполнять эту функцию. Следовательно, упомянутое заднее кольцо капота, как и колодки, вставленные в разные гнезда, являются относительно тяжелыми металлическими деталями.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение массы ротора, в частности передней системы стопорения.

В этой связи объектом настоящего изобретения является ротор, содержащий диск, оборудованный гнездами на своей наружной периферии, лопатки, связанные с упомянутым диском, при этом каждая лопатка содержит ножку лопатки, установленную и закрепленную в таком гнезде, и кольцевой фланец осевого удержания, закрепленный спереди упомянутого диска напротив открытых концов указанных гнезд, отличающийся тем, что упомянутый диск и упомянутый фланец выполнены с возможностью образования наружной круговой кулачковой системы, выполненной радиально снаружи упомянутых открытых концов, и внутренней круговой кулачковой системы, выполненной радиально внутри упомянутых открытых концов.

Объектом настоящего изобретения является также, в частности, ротор компрессора турбореактивного двигателя.

Таким образом, фланец, предназначенный исключительно для переднего стопорения, является существенно менее тяжелым, чем находящееся впереди заднее кольцо капота, используемое для этой цели.

Кроме того, колодка больше не участвует в передаче усилий вперед, поэтому она может быть облегчена. Ее можно выполнять, в частности, из композиционного материала. Такая колодка, выполненная упруго деформируемой и вставленная между каждой ножкой лопатки и дном соответствующего гнезда, предназначена только для воздействия на лопатку в наружном направлении, чтобы удерживать ножки лопаток в контакте с боковыми бобышками, перекрывающими края гнезд.

Настоящее изобретение и его другие преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, приведенного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - изображает частичный вид в изометрии диска ротора компрессора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - частичный вид в изометрии фланца осевого удержания, предназначенного для крепления к диску спереди.

Фиг.3 - частичный вид в изометрии ротора, на котором для большей ясности показана только одна лопатка ротора.

Фиг.4 - детальный вид в изометрии упруго деформируемой колодки.

Фиг.5 - схематичный вид в радиальном разрезе ротора во время монтажа.

Фиг. 6 - вид, аналогичный фиг. 5, показывающий поведение фланца удержания лопатки в случае потери лопатки.

Показанный на чертеже ротор компрессора для турбореактивного двигателя содержит диск 11 и множество лопаток 14, соединенных с этим диском. Для этого диск оборудуют гнездами 16 по его наружной периферии. Гнезда 16 ограничены между зубцами 18 диска, содержащими боковые бобышки 19, перекрывающие края упомянутых гнезд 16. Кроме того, каждая лопатка 14 содержит ножку 20 лопатки, выполненную с возможностью установки в соответствующее гнездо 16. Форму гнезда 16 определяют таким образом, чтобы удерживать ножки лопаток. Между дном каждого гнезда 16 и соответствующей ножкой 20 лопатки устанавливают продольную колодку 22, чтобы стабилизировать положение лопатки в радиальном направлении. Гнезда 16 содержат открытые спереди концы 16а, как показано на чертеже. Спереди диска, напротив открытых концов 16а этих гнезд крепят кольцевой фланец 26 осевого удержания. Следовательно, этот кольцевой фланец выполнен с возможностью препятствовать выходу лопатки из ее гнезда в переднем направлении, когда на нее действует усилие, стремящее переместить ее в этом направлении. Именно это и происходит во время потери одной из лопаток. В этом случае смежная лопатка ложится, поворачиваясь на колодке 22, и перемещается вперед. Ножка лопатки входит в контакт с фланцем 26 осевого удержания, который должен выдерживать это усилие.

Для этого диск 12 и фланец 26 выполняют таким образом, чтобы они образовали двойную кулачковую систему. Различают наружную круговую кулачковую систему 30, выполненную радиально снаружи упомянутых открытых концов 16а гнезд, и внутреннюю круговую кулачковую систему 32, выполненную радиально внутри упомянутых открытых концов.

Под круговой кулачковой системой следует понимать любое соединение между двумя кольцевыми деталями, содержащее два ряда зубцов, принадлежащих соответственно этим двум деталям. Обе детали стопорятся друг на друге за счет осевого зацепления с последующим поворотом, в результате чего зубцы обоих рядов оказываются друг против друга и взаимодействуют друг с другом в случае осевого воздействия на одну из деталей.

В описанном примере диск 11 содержит между гнездами зубцы 34 упомянутой наружной круговой кулачковой системы, которые находятся в переднем продолжении вышеуказанных зубцов 18 диска. Таким образом, зубцы 34 выступают наружу вперед в радиальном направлении по отношению к упомянутым открытым концам 16а гнезд 16. В зубцах 34 выполнены кольцевые пазы 36, открывающиеся на внутренние стороны этих зубцов.

Кроме того, диск 11 содержит также кольцевой фланец 40, выступающий спереди радиально внутрь по отношению к упомянутым открытым концам 16а гнезд 16. Кольцевой фланец 40 отходит от диска, ограничивая кольцевой паз 42. Он выполнен зубчатым, ограничивая зубцы, распределенные в окружном направлении. Эти зубцы являются частью упомянутой внутренней круговой кулачковой системы 32.

Фланец 26 удержания содержит два ряда зубцов 48, 50, распределенных в окружном направлении, соответственно по наружной периферии и внутренней периферии кольцевого обода 46. Когда фланец 26 удержания крепят на диске, этот обод оказывается напротив упомянутых открытых концов 16а гнезд 16. Зубцы 48 являются частью наружной круговой кулачковой системы, а зубцы 50 являются частью внутренней круговой кулачковой системы.

Кроме того, фланец 26 удержания содержит передний фланец 54, выполненный радиально внутрь. В монтажном положении этот фланец соединяют с кольцевым фланцем 40 диска. Оба фланца соединяют при помощи болтов.

Как показано на фиг.5 и 6, кольцевой обод 46 является деформируемым, и при монтаже образуется осевой зазор J между взаимодействующими зубцами 34, 48 кулачковой системы, в частности, в данном случае наружной кулачковой системы. Это позволяет ободу деформироваться до вхождения в контакт упомянутых зубцов наружной кулачковой системы. Таким образом, только обод начинает поглощать энергию удара, вызванного перемещением ножки лопатки. Эта амортизация снижает удар во время восприятия усилий двойной кулачковой системой.

Кроме того, взаимодействующие зубцы 34, 48-44, 50 наружной и внутренней кулачковых систем смещены в окружном направлении на угол, соответствующий половине угла в центре между двумя смежными гнездами. Следовательно, как показано на фиг. 2, зубцы 48, 50 фланца смещены в угловом направлении. Это же относится и к зубцам 34, 44, выполненным на диске. Для каждого гнезда 16 усилия на уровне двойной кулачковой системы воспринимаются треугольником, называемым «треугольником удержания», образованным между двумя наружными опорными зонами и внутренней опорной зоной.

Упруго деформируемую колодку 22, показанную на фиг. 4, предпочтительно выполняют из композиционного материала. Даже если она выполнена из металла, ее вес остается незначительным, так как она уже не предназначена для передачи усилия от ножки лопатки к средствам осевого удержания.

Необходимо отметить, что механическая обработка кольцевых пазов 36 является простой операцией обработки на токарном станке, которая является недорогой и которую осуществляют перед выполнением гнезд диска.

Профиль фланца удержания между двумя рядами зубцов выполняют оптимизированным с возможностью поглощения энергии удара, вызванного перемещением ножки лопатки.

При монтаже лопатки 14 компрессора устанавливают в их соответствующие гнезда, а колодки 22 устанавливают под ножками лопаток. Фланец 26 выполняют таким образом, чтобы зубцы 48, 50 могли заходить в пространства, разделяющие зубцы 34, 44 диска. Когда зубцы 48, 50 фланца находятся соответственно напротив кольцевых пазов 36 и внутреннего кольцевого паза 42, оператор поворачивает его и производит его крепление на фланце.

Во время нормальной работы аэродинамические усилия толкают лопатки компрессора вперед в осевом направлении. Поэтому ножки лопаток приходят в положение опоры на фланце удержания. Если на лопатку действует резкое толкающее усилие, направленное вперед (случай смежной лопатки, как было указано ранее), фланец 26, блокированный на своей внутренней кулачковой системе, деформируется, амортизируя удар усилия. В конце этой деформации фланец опирается на внутренние стороны зубцов 34 диска, принадлежащие наружной кулачковой системе. Энергия удержания в этом случае рассеивается вышеуказанным «треугольником удержания».

Зазор, образованный в верхней кулачковой системе, способствует деформации фланца удержания.

Изобретение относится к области крепления лопаток ротора компрессора турбореактивного двигателя и обеспечивает уменьшение массы ротора, в частности передней системы стопорения. Указанный технический результат достигается при помощи диска (11) ротора, содержащего фланец (26) осевого удержания напротив гнезд (16), в которых устанавливают ножки лопаток, при этом диск и фланец выполнены таким образом, чтобы образовать наружную круговую кулачковую систему (34, 48) и внутреннюю круговую кулачковую систему (44, 50). 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ротор, содержащий диск (11), оборудованный гнездами (16) на своей наружной периферии, лопатки (14), соединенные с упомянутым диском, при этом каждая лопатка содержит ножку (20) лопатки, установленную и закрепленную в таком гнезде, и кольцевой фланец (26) осевого удержания, закрепленный спереди упомянутого диска напротив открытых концов (16а) указанных гнезд, отличающийся тем, что упомянутый диск и упомянутый фланец выполнены с возможностью образования наружной круговой кулачковой системы (34, 48), выполненной радиально снаружи упомянутых открытых концов (16а), и внутренней круговой кулачковой системы (44, 50), выполненной радиально внутри упомянутых открытых концов.

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что между упомянутыми гнездами упомянутый диск содержит зубцы (34) упомянутой наружной круговой кулачковой системы, выступающие вперед наружу по отношению к упомянутым открытым концам, причем в упомянутых зубцах выполнены кольцевые пазы (36), открытые на внутренних сторонах зубцов.

3. Ротор компрессора по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый диск содержит кольцевой фланец (40), выступающий спереди внутрь по отношению к упомянутым открытым концам и выполненный зубчатым с образованием зубцов (44), распределенных в окружном направлении и являющихся частью упомянутой внутренней круговой кулачковой системы.

4. Ротор компрессора по п.3, отличающийся тем, что фланец (44) удержания содержит передний фланец (54), выполненный радиально внутрь, соединенный с упомянутым кольцевым фланцем упомянутого диска и закрепленный на этом фланце.

5. Ротор по п.1, отличающийся тем, что упомянутый фланец удержания содержит два ряда зубцов (48, 50), распределенных в окружном направлении соответственно по наружной периферии и по внутренней периферии кольцевого обода (46), установленного напротив упомянутых открытых концов гнезд, при этом оба ряда зубцов являются частью соответственно упомянутой наружной круговой кулачковой системы и упомянутой внутренней круговой кулачковой системы.

6. Ротор по п.5, отличающийся тем, что кольцевой обод (46) выполнен деформируемым, причем при монтаже образуется зазор (J) между взаимодействующими зубцами (34, 48) упомянутой кулачковой системы, способствующий деформации упомянутого обода, прежде чем упомянутые взаимодействующие зубцы войдут в контакт друг с другом.

7. Ротор по п.6, отличающийся тем, что осевой зазор (J) образован между взаимодействующими зубцами упомянутой наружной кулачковой системы.

8. Ротор по одному из пп.5-7, отличающийся тем, что взаимодействующие зубцы упомянутых наружной и внутренней кулачковых систем смещены в окружном направлении.

9. Ротор по п.1, отличающийся тем, что между каждой ножкой лопатки и дном соответствующего гнезда устанавливают упруго деформируемую колодку (22).

10. Компрессор авиационного турбореактивного двигателя, отличающийся тем, что содержит ротор по одному из пп.1-9.

11. Авиационный турбореактивный двигатель, отличающийся тем, что содержит компрессор, оборудованный ротором по одному из пп.1-9.