УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ НЕПОДВИЖНОЙ ЛОПАТКИ В КОЛЬЦЕВОМ КАРТЕРЕ ТУРБОМАШИНЫ, ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ДАННОЕ УСТРОЙСТВО, И СПОСОБ МОНТАЖА ЛОПАТКИ Российский патент 2011 года по МПК F01D9/02 F04D29/54 

Настоящее изобретение относится к области турбомашин, в частности двухконтурных турбореактивных двигателей.

Двухконтурный турбореактивный двигатель для обеспечения полетов транспортных самолетов содержит вентилятор, как правило, установленный на входе и создающий кольцевой воздушный поток, содержащий центральную первичную кольцевую часть, питающую двигатель, вращающий вентилятор, и наружную вторичную кольцевую часть, которая выбрасывается в атмосферу, создавая большую часть тягового усилия. Вентилятор находится в картере вентилятора, ограничивающем снаружи вторичный контур. Картер первичного контура отделяет первичный поток от вторичного потока на уровне разделительного носка.

Настоящее изобретение касается крепления и монтажа неподвижных лопаточных профилей или лопаток спрямляющего аппарата, устанавливаемых на выходе вентилятора.

Монтаж лопаток спрямляющего аппарата в турбореактивном двигателе является достаточно распространенной технологией для двигателей среднего размера типа CFM. Эту технологию монтажа традиционно называют монтажом типа «гнездо/опора». Ее используют для монтажа лопаток спрямляющего аппарата, например, во вторичном контуре между картером вентилятора и картером первичного контура для спрямления вторичного потока вдоль оси двигателя, показанного на фиг.1.

В рамках такого применения неподвижная лопатка содержит головку, образованную площадкой с двумя краями, один из которых образует передний край, а другой - задний край, а также перо и ножку. Картер вентилятора содержит окружной кольцевой паз, выполненный в его внутренней стенке и содержащий передний борт и задний борт, при этом головку лопатки крепят путем введения площадки в кольцевой паз. Площадка удерживается в кольцевом пазу при помощи двух крепежных винтов, которые завинчивают в площадку соответственно с каждой стороны от бортов пера, как показано на фиг.1. На другом конце пера ножка лопатки удерживается путем введения в отверстие, выполненное в картере первичного контура.

Для двигателей среднего размера радиальный размер двигателя является достаточным, чтобы техник мог манипулировать лопатками между картером первичного контура и картером вентилятора, то есть поворачивать их и перемещать поступательным движением, не опасаясь столкновений с картером или с другой ранее установленной лопаткой. Лопатки являются доступными «сзади», то есть на выходе лопаток во вторичный контур, что облегчает операции обслуживания и замены изношенных лопаток.

Если сравнивать с двигателем среднего размера при данном количестве лопаток, линейная плотность лопаток на периферии картера вентилятора выше в двигателе небольшого размера, хотя угловая плотность остается такой же. Это сопряжено с рядом проблем, возникающих в месте крепления неподвижных лопаток.

Площадки, периферический размер которых выбирают большим, для установки крепежных винтов, находятся близко друг к другу на периферии картера. В этом случае введение лопаток в двигатель затруднено, в частности, во время установки лопатки в кольцевом пазу картера вентилятора, поскольку перемещения в поперечном направлении ограничены. Винты крепления площадки, находящиеся соответственно с каждой стороны от бортов пера, вставляют между двумя смежными перьями, что затрудняет доступ к ним при использовании завинчивающих инструментов. Примером такого типа устройства крепления лопаток является устройство по патенту FR 2859509.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и разработка устройства крепления и способа монтажа неподвижных лопаток в кольцевом картере, обеспечивающих быстрое введение и простое крепление лопаток в картере.

В этой связи заявителем предлагается устройство крепления неподвижной лопатки турбомашины в кольцевом картере турбомашины, при этом лопатка содержит головку, образованную площадкой с двумя краями, один из которых образует передний край, а другой - задний край, при этом кольцевой картер содержит окружной кольцевой паз, выполненный в его внутренней стенке и содержащий передний борт и задний борт, при этом лопатка удерживается за счет введения площадки в кольцевой паз передним краем к переднему борту и задним краем к заднему борту кольцевого паза, при этом задний борт кольцевого паза выполнен в виде канавки с осевым устьем, направленным вперед, при этом задний край площадки вставляют в упомянутый задний борт и устанавливают крепежное средство, предназначенное для удержания площадки в кольцевом пазу на входе, отличающееся тем, что лопатка содержит участок площадки между пером и передним краем, содержащий сквозное отверстие, выполненное с возможностью установки упомянутого крепежного средства.

Предпочтительно, чтобы передний борт кольцевого паза не требовал использования отдельного крепежного средства, что облегчает введение и крепление лопатки в картере. Крепежное средство устанавливают только на входе лопатки, что позволяет крепить лопатки с передней стороны двигателя и не с каждой стороны перьев. В этом случае крепежные средства легко доступны для крепежных инструментов, что позволяет быстрее производить крепление площадки в кольцевом пазу.

Предпочтительно, чтобы крепежное средство было выполнено в виде одного или двух винтов.

Предпочтительно, чтобы винт или два винта были вставлены вблизи переднего края площадки для ее крепления в кольцевом пазу. Доступность винтов спереди облегчает использование завинчивающих инструментов.

Предпочтительно, чтобы между задним краем площадки и дном упомянутой канавки был выполнен слой из эластомерного материала.

Предпочтительно, чтобы эластомерный материал позволял амортизировать смещение лопатки от входа к выходу во время спрямления лопаткой поступающего из вентилятора воздушного потока.

Объектом настоящего изобретения является также двухконтурный турбореактивный двигатель с передним вентилятором, который содержит набор неподвижных лопаток, образующих спрямляющий аппарат для спрямления потока на выходе ротора вентилятора, и лопатки которого удерживаются внутри картера вентилятора при помощи устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно, чтобы лопатки были расположены между картером вентилятора и картером первичного контура, при этом ножки лопаток вставляют с зазором в отверстия, выполненные в упомянутом картере первичного контура, и в этом зазоре устанавливают уплотнительную прокладку.

Предпочтительно, чтобы уплотнительная прокладка была установлена в зазоре, чтобы препятствовать проникновению воздушного потока в картер первичного контура.

Предпочтительно, чтобы лопатки и картер первичного потока выполняли из металла или композитного материала.

Объектом настоящего изобретения является также способ монтажа лопаток набора, согласно которому лопатку вставляют ножкой в упомянутое отверстие, лопатку наклоняют таким образом, чтобы вставить задний край площадки в заднюю канавку окружного кольцевого паза, лопатку поворачивают вокруг канавки, заводя ее вперед до захождения переднего края площадки в кольцевой паз и площадку крепят на картере при помощи крепежных средств.

Предпочтительно, чтобы способ монтажа позволял устанавливать лопатки между картером вентилятора и картером первичного потока, ограничивая при этом поперечные движения лопаток по отношению к оси двигателя и облегчая радиальные перемещения.

Предпочтительно, чтобы вокруг пера вблизи ножки предварительно была установлена уплотнительная прокладка.

Предпочтительно, чтобы лопатку не наклоняли во время монтажа для установки уплотнительной прокладки, а вставляли вместе с прокладкой, предварительно надетой на перо.

Предпочтительно, чтобы между задним краем площадки и дном канавки был выполнен слой эластомерного материала.

Предпочтительно, чтобы слой эластомерного материала был установлен перед введением лопатки для амортизации ее смещения.

Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает вид в разрезе турбореактивного двигателя с лопатками спрямляющего аппарата на выходе вентилятора, закрепленными при помощи устройства крепления из предшествующего уровня техники.

Фиг.2 - вид в изометрии лопатки, закрепленной в кольцевом картере в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - вид в изометрии крепления площадки лопатки в картере вентилятора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - вид в разрезе крепления лопатки в картере вентилятора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 - схематичный вид ножки лопатки, вставленной в отверстие первичного картера, как показано на фиг.2.

Как показано на фиг.2, неподвижную лопатку 10 или лопаточный профиль 10 спрямляющего аппарата в данном случае устанавливают в канале вторичного контура двухконтурного турбореактивного двигателя на выходе вентилятора между картером 20 вентилятора и картером 30 первичного контура. Лопатка 10 содержит головку 12, образованную площадкой 14 с двумя краями - передним краем 141 и задним краем 142, - перо 11 и ножку 13. В данном случае лопатки 10 и картер 30 первичного контура выполняют из металла, но их можно также выполнять из композитного материала.

Лопатку 10 размещают в контуре в радиальном направлении, при этом ножку 13 направляют в сторону оси двигателя, при этом перо 11 содержит переднюю кромку 151 и заднюю кромку 152, при этом площадка 14 является по существу перпендикулярной к перу 11.

В данном случае площадка 14 выполнена в виде параллелепипедного блока, толщина которого уменьшается от переднего края 141 к заднему краю 142, при этом передний край 141 заканчивается на своем переднем конце уступом 1411, выполненным на стороне площадки, находящейся в контакте с картером 20, при этом уступ 1411 облегчает введение площадки 14 в упомянутый картер 20. Задний край содержит участок 1421 закругленной формы. Площадка 14 содержит два сквозных отверстия 17, 18, выполненных на уровне участка площадки между передним краем 141 и пером 11. Каждое из отверстий 17, 18 выполнено с возможностью захождения в него крепежного средства 40.

Картер 20 вентилятора содержит окружной кольцевой паз 23, выполненный в его внутренней стенке, в который вставляют площадку 14. Кольцевой паз 23 содержит передний борт 21 и задний борт 22. Задний борт 22 имеет форму канавки круглого сечения с осевым устьем, направленным в сторону входа. Лопатка 10 удерживается за счет введения ее площадки 14 в кольцевой паз 23 передним краем 141 к переднему борту 21 и задним краем 142 к заднему борту 22 кольцевого паза 23. Закругленный участок 1421 заднего края 142 взаимодействует с канавкой 22. Между передним бортом 141 и передним краем 21 выполняют зазор для облегчения введения площадки 14 в кольцевой паз 23.

Между задним краем 142 площадки 14 и дном упомянутой канавки 22 выполняют слой эластомерного материала. Эластомер 60 позволяет ограничивать смещение лопатки 10, когда на нее действуют усилия от воздушного потока, поступающего из вентилятора. Слой 60 эластомерного материала содержит блокировочный язычок 61, выступающий в радиальном направлении и взаимодействующий с углублением 25, выполненным во внутренней стенке кольцевого паза 23 вблизи канавки 22, при этом язычок 61 удерживает эластомерный слой 60 на дне канавки 22.

Площадка 14 удерживается в кольцевом пазу 23 при помощи винтов 40, проходящих через отверстия 17, 18, как показано на фиг.3. Как показано на фиг.4, в данном случае два винта 40 устанавливают на уровне переднего края 141 для крепления головки 12 лопатки 10.

На другом конце лопатки 10 ножку 13 вставляют с зазором в сквозное отверстие 31, выполненное в картере 30 первичного контура, как показано на фиг.5. На уровне ножки 13 на перо 11 надевают уплотнительную прокладку 50 для герметизации крепления лопатки 10 в картере 30 по отношению к воздуху.

Монтаж неподвижных лопаток 10 можно также осуществлять со стороны входа.

Сначала в задней канавке 22 устанавливают эластомерную прокладку 60 и стопорят ее при помощи радиально выступающего язычка 61 в углублении 25 кольцевого паза 23. При этом эластомер 60 прижимается к дну канавки 22.

После этого через ножку 13 лопатки 10 на перо 11 надевают кольцевую уплотнительную прокладку 50, которую сдвигают выше ее конечного положения, чтобы не закрывать конец ножки 13 лопатки 10.

После этого вместе с прокладкой 50, приподнятой на пере 11, лопатку 10 в наклонном положении и с ножкой 13, направленной в сторону выхода, вставляют в сквозное отверстие 31 картера 30 первичного контура. Ножку перемещают от входа к выходу дальше ее конечного положения в упомянутом картере 30, чтобы сохранить зазор для выпрямления лопатки 10.

Затем головку 12 лопатки 10 поднимают в заднем направлении, при этом ножку 13 направляют в отверстии 31, причем закругленный участок 1421 заднего края вставляют в канавку 22 кольцевого паза 22, при этом канавку 22 предварительно покрывают эластомерным слоем 60.

После этого лопатку 10 поворачивают вокруг канавки 22, перемещая лопатку 10 вперед, пока передний край 141 площадки 14 не войдет в контакт с дном кольцевого паза 23, при этом зазор, оставленный между передним бортом 21 и передним краем 141, облегчает введение площадки 14 в кольцевой паз 23.

После этого кольцевую прокладку 50 перемещают скольжением вдоль пера 11, и прокладка 50 заполняет зазор между лопаткой 10 и отверстием 31. Прокладка 50, выполненная в данном случае из эластомерного материала, во время введения может сжиматься, а затем разжимается после того, как оказывается между лопаткой 10 и отверстием 30, делая крепление лопатки 10 в картере 20 герметичным по отношению к воздуху.

Наконец, площадку 14 неподвижно соединяют с картером 20 путем завинчивания винтов 40 на уровне переднего края 141 площадки 14 для ее крепления в кольцевом пазу 23. Завинчивание осуществляют при помощи завинчивающих инструментов, так как передний край 141 легко доступен с передней стороны двигателя.

В другом варианте, прежде чем сместить прокладку 50 в нижнее герметичное положение, можно также частично завинтить винты 40 в площадку 14, чтобы сохранить зазор во время установки уплотнительной прокладки 50. После установки прокладки 50 на место крепление площадки 14 в кольцевом пазу 23 завершают, обеспечивая, таким образом, защиту всего узла.

Во время работы воздух, поступающий от вентилятора, спрямляется вдоль оси турбореактивного двигателя, поскольку уплотнительная прокладка 50 не дает воздуху проникнуть в картер 30 первичного контура, а эластомерный слой 60 амортизирует смещение лопатки 10.

При повреждении лопатки 10 ее можно легко заменить путем осуществления операций монтажа в обратном порядке, и эластомер 60 в случае износа можно легко поменять.

Описанные способы монтажа и демонтажа лопатки 10 можно также применять для двигателей с высокой линейной плотностью лопаток на окружности картера 20. Эти способы особенно предпочтительны для двигателей небольшого размера, лопатки 10 которых расположены очень близко друг от друга.

Устройство крепления неподвижной лопатки в кольцевом картере вентилятора турбомашины, в котором лопатка содержит головку, образованную площадкой с передним и задним краями, перо и ножку, а кольцевой картер содержит кольцевой паз, выполненный в его внутренней стенке и содержащий передний и задний борта. Задний борт кольцевого паза выполнен в виде канавки с осевым устьем, направленным вперед, а задний край площадки вставлен в упомянутый задний борт. Лопатка содержит участок площадки между пером и передним краем, содержащий сквозное отверстие, выполненное с возможностью установки крепежного средства, предназначенное для удержания площадки в кольцевом пазу. Другое изобретение группы относится к двухконтурному турбореактивному двигателю с передним вентилятором, содержащему набор неподвижных лопаток, образующих спрямляющий аппарат на выходе ротора вентилятора, в котором лопатки удерживаются внутри картера при помощи указанного выше устройства. Еще одно изобретение группы относится к способу монтажа неподвижной лопатки указанного выше турбореактивного двигателя, включающему установку ножки лопатки в отверстии картера первичного контура, наклон лопатки, чтобы вставить задний край площадки в заднюю канавку кольцевого паза, и поворот лопатки вокруг канавки с установкой переднего края площадки в кольцевой паз. После чего площадку крепят на картере при помощи крепежных средств. Изобретения позволяют упростить установку неподвижной лопатки в кольцевом картере вентилятора турбореактивного двигателя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство крепления неподвижной лопатки (10) турбомашины в кольцевом картере (20) вентилятора турбомашины, при этом лопатка (10) содержит головку (12), образованную площадкой (14) с двумя краями (141, 142), один из которых образует передний край (141), а другой образует задний край (142), перо (11) и ножку (13), при этом кольцевой картер (20) содержит окружной кольцевой паз (23), выполненный в его внутренней стенке и содержащий передний борт (21) и задний борт (22), при этом лопатка (10) удерживается за счет введения площадки (14) в кольцевой паз (23) передним краем (141) к переднему борту (21) и задним краем (142) к заднему борту (22) кольцевого паза (23), при этом задний борт (22) кольцевого паза (23) выполнен в виде канавки (22) с осевым устьем, направленным вперед, при этом задний край (142) площадки (14) вставляют в упомянутый задний борт (22) и устанавливают крепежное средство (40), предназначенное для удержания площадки (14) в кольцевом пазу (23) на входе, отличающееся тем, что лопатка (10) содержит участок площадки (14) между пером (11) и передним краем (141), содержащий сквозное отверстие (17), выполненное с возможностью установки упомянутого крепежного средства (40).

2. Устройство по п.1, в котором крепежное средство является винтом (40).

3. Устройство по п.1, в котором крепежное средство состоит из двух винтов (40).

4. Устройство по одному из пп.1-3, содержащее слой (60) из эластомерного материала между задним краем (142) площадки (14) и дном упомянутой канавки (22).

5. Двухконтурный турбореактивный двигатель с передним вентилятором, содержащий набор неподвижных лопаток (10), образующих спрямляющий аппарат для спрямления потока на выходе ротора вентилятора, в котором лопатки (10) удерживаются внутри картера (20) вентилятора при помощи устройства по одному из предыдущих пунктов.

6. Турбореактивный двигатель по п.5, в котором лопатки (10) расположены между картером (20) вентилятора и картером (30) первичного контура, при этом ножки (13) лопаток (10) вставляют с зазором в отверстия (31), выполненные в упомянутом картере (30) первичного контура, и в этом зазоре устанавливают уплотнительную прокладку (50).

7. Турбореактивный двигатель по одному из пп.5 или 6, в котором лопатки (10) и картер (30) первичного потока выполняют из металла или композитного материала.

8. Способ монтажа неподвижной лопатки турбореактивного двигателя по одному из пп.5-7, согласно которому лопатку (10) вставляют ножкой (13) в упомянутое отверстие (31), лопатку (10) наклоняют таким образом, чтобы вставить задний край (142) площадки (14) в заднюю канавку (22) окружного кольцевого паза (23), лопатку (10) поворачивают вокруг канавки (22), заводя лопатку (10) вперед до захождения переднего края (141) площадки (14) в кольцевой паз (23), и площадку (14) крепят на картере (20) при помощи крепежных средств (40).

9. Способ по п.8, в котором вокруг пера (11) вблизи ножки (13) предварительно устанавливают уплотнительную прокладку (50).

10. Способ по одному из пп.8 или 9, в котором между задним краем (142) площадки (14) и дном канавки (22) выполняют слой (60) эластомерного материала.