ВЕНТИЛЯТОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F04D29/34 F04D19/00 F02K3/00 F16B21/12 

Настоящее изобретение относится к вентилятору газотурбинного двигателя, например турбореактивного или турбовинтового двигателя самолета.

Как известно, вентилятор газотурбинного двигателя содержит диск ротора с установленным на нем определенным количеством лопаток, ножки которых вставлены и удерживаются в канавках, выполненных по окружности диска и имеющих фактически осевое расположение. Радиально внутренние концы этих лопаток сопряжены с площадками, которые ограничивают с внутренней стороны кольцеобразный газовоздушный тракт движения воздушного потока, поступающего в газотурбинный двигатель.

Каждая лопатка вентилятора может быть выполнена за одно с площадкой в виде единой детали. В данном случае лопатка относительно тяжела, что в процессе функционирования проявляется в виде значительных механических напряжений на ножке лопатки, которые способные привести к образованию трещин или разрывов на ножке. Кроме того, потеря лопатки вентилятора данного типа приводит к значительным повреждениям в газотурбинном двигателе и значительно увеличивает несбалансированность вентилятора.

Лопатки и площадки вентилятора могут также быть независимыми друг от друга. Каждая из площадок, которые называются располагаемыми между лопатками площадками, насаживается и закрепляется на диске вентилятора между двумя соседними лопатками. Каждая площадка содержит внутренние радиальные скобы, которые крепятся к соответствующим скобам диска посредством множества систем типа винтовой пары или металлических заготовок, размещаемых в отверстиях скоб площадок и в соответствующих отверстиях скоб диска. Эти лопатки не сопряжены с площадками, что позволяет значительно уменьшить механические напряжения, которым подвергаются ножки лопаток в процессе функционирования. В связи с этим представляется возможным уменьшить размеры ножек лопаток с целью облегчения вентилятора и улучшения, тем самым, рабочих характеристик газотурбинного двигателя. Кроме того, в случае потери лопатки вентилятора две площадки, располагаемые по одну и другую стороны от лопатки, продолжают оставаться на диске и не вызывают никаких дополнительных повреждений в газотурбинном двигателе. Кроме того, эти две площадки обеспечивают защиту окружающих лопаток вентилятора, не позволяя, чтобы обломки оторванной лопатки вступили в контакт с внутренними радиальными концами лопаток.

Хотя использование располагаемых между лопатками площадок и считается предпочтительным по ранее упомянутым причинам, однако операция закрепления этих площадок при помощи системы типа винтовой пары или металлических заготовок является трудной и даже невозможной в малых двигателях с диаметром около одного метра. Действительно, системы крепления типа винтовой пары имеют очень большие габариты и не могут использоваться в двигателе с небольшим диаметром. Кроме того, расстояние между двумя соседними лопатками вентилятора и пространство, располагаемое по радиусу внутри площадки, не дают возможности пользоваться инструментами для завинчивания этих систем крепления. В связи с этим производители вынуждены применять в двигателях с небольшим диаметром лопатки, содержащие интегрированные площадки.

Задачей настоящего изобретения, в частности, является разработка простого, экономичного и эффективного решения вышеуказанных проблем, которое позволит, например, использовать в двигателях с малым диаметром располагаемые между лопатками площадки.

В связи с этим предлагается вентилятор газотурбинного двигателя, содержащий набор лопаток, ножки которых размещены в канавках, выполненных по окружности диска ротора, и располагаемые между лопатками площадки (между канавками для монтажа ножек лопаток), содержащие радиальные скобы крепления на соответствующих скобах диска, отличающийся тем, что каждая площадка крепится на диске посредством одного шплинта, вставляемого в отверстия скоб площадки и в соответствующие отверстия скоб диска.

Предпочтительно, чтобы каждая располагаемая между лопатками площадка крепилась на диске посредством единой детали, которая вытянута фактически на всю длину осевого размера площадки и вставляется фактически по оси спереди или сзади в отверстия скоб площадки и соответствующие отверстия скоб диска. Установка шплинта осуществляется из передней или задней части вентилятора и не требует использования специального инструмента для выполнения операций в расположенном в радиальном направлении внутри площадки пространстве. Таким образом, располагаемые между лопатками площадки представляется возможным использовать на всех типах двигателей, включая двигатели с малым диаметром.

Каждая из указанных площадок на каждом своем переднем и заднем концах может содержать радиальную скобу.

Предпочтительно, чтобы передний конец каждой площадки в осевом и радиальном направлении упирался в переднюю скобу диска, а ее задний край упирался в скобу кольцевого фланца, насаживаемого и закрепляемого на диске.

Упор переднего и заднего концов площадки в диск и кольцевой фланец, соответственно, обеспечивает правильное расположение площадки на диске и позволяет добиться, чтобы отверстия скоб площадки были хорошо выровнены относительно отверстий скоб диска и кольцевого фланца.

Предпочтительно, чтобы шплинт вставлялся спереди в отверстия скоб площадки и диска и имел на своем переднем конце головку, удерживаемую на передней скобе площадки посредством переднего кольцевого фланца, насаженного и закрепленного на диске.

Таким образом, за счет упора в осевом направлении в передний фланец и переднюю скобу площадки обеспечивается фиксация шплинта в осевом положении. Такая фиксация не требует использования специального инструмента.

При сборке шплинт предпочтительно размещать под углом относительно оси вращения диска. Он может, например, выступать из задней части наружу.

Изобретение также относится к газотурбинному двигателю, например турбореактивному двигателю самолета, отличающемуся тем, что он содержит вентилятор, описание которого представлено выше.

Изобретение также относится к шплинту крепления располагаемой между лопатками площадки на диске вентилятора, который был описан ранее, отличающемуся тем, что он содержит стержень, имеющий вытянутую, прямолинейную, фактически цилиндрическую форму, один конец которого соединен с головкой, имеющей больший, чем стержень, диаметр или поперечный размер.

Шплинт может изготавливаться из легкого и прочного материала, например из титана или композитного материала.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием, приводимым в качестве примера и не носящим ограничительного характера, со ссылкой на фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает частичный вид половины вентилятора газотурбинного двигателя согласно изобретению, выполненный в разрезе по оси;

Фиг.2 - схематичный вид (спереди и сбоку) в изометрии располагаемой между лопастями площадки, представленной на фиг.1;

Фиг.3 - схематичный вид (спереди и сбоку) в изометрии диска вентилятора, представленного на фиг.1;

Фиг.4 изображает другой схематичный вид спереди и в изометрии диска вентилятора, представленного на фиг.1, и иллюстрирует этап сборки этого вентилятора.

На фиг.1 схематично изображен вентилятор 10 газотурбинного двигателя. Он содержит размещенный на переднем конце вала 14 турбины диск 12, на котором по окружности установлено множество лопаток 16, равномерно рассредоточенных вокруг оси 18 вращения вентилятора, и между которыми смонтированы располагаемые между лопатками площадки 20.

С внешней стороны вокруг лопаток 16 располагается кожух (не показан), который вместе с площадками 20 ограничивает кольцеобразный газовоздушный тракт движения воздушного потока 22, поступающего в газотурбинный двигатель.

Диск 12 по своей окружности содержит чередование канавок 23 и ребер жесткости 24, имеющих продольное расположение и вытянутых на всю длину диска 12 (фиг.3). На внутренних радиальных концах лопатки 16 располагаются ножки, которые спереди по оси вставлены в канавки 23 и взаимодействуют посредством конфигурационного соединения с этими канавками 23 для того, чтобы обеспечить надежное радиальное удержание лопаток 16 на диске 12. Ножки лопаток имеют, например, форму ласточкиного хвоста.

В направлении задней части по оси лопатки 16 удерживаются посредством кольцевого фланца 26, насаживаемого и закрепляемого на задней стороне диска 12. В представленном примере фланец 26 крепится на задних, внешних радиальных скобах 28 диска 12 при помощи средств типа винтовой пары 29. Герметичность данного заднего фланца 26 обеспечивается за счет взаимодействия его внешнего радиального конца с внутренним картером 30 вентилятора, который выровнен с располагаемыми между лопатками площадками 20.

Для фиксации в радиальном направлении лопатки 16 на диске 12 (фиг.1 и 4) по оси, спереди, между ножкой лопатки и основанием канавки 23 вставляется опорная колодка 32. Данная опорная колодка 32 содержит на своем переднем конце радиальный выступающий край 34, который в осевом направлении опирается на передний конец ножки лопатки для обеспечения осевого удержания лопатки в направлении передней части. Опорные колодки 32 фиксируются в осевом направлении при помощи переднего кольцевого фланца 36, который насаживается и крепится на передней стороне диска 12 и упирается своим внешним радиальным краем в радиальные выступающие края опорных колодок 32. Внутренний радиальный край переднего фланца 36 располагается между кольцеобразной скобой 38 диска вентилятора (размещается сзади) и кольцеобразной скобой 40 входного обтекателя 42 газотурбинного двигателя (размещается спереди) и закрепляется между этими скобами 38, 40 посредством крепежного средства типа винтовой пары 29. Входной обтекатель 42 выравнивается с располагаемыми между лопатками площадками 20.

Каждая площадка 20 содержит стенку 44, ориентированную фактически по окружности, и две радиальные скобы 46, 48, соответственно, переднюю и заднюю, которые вытянуты в радиальном направлении внутрь, начиная от внутренней поверхности стенки 44. Две скобы 46, 48 соединены между собой, по меньшей мере, одним продольным усиливающим ребром жесткости 50, которое располагается между передней скобой 46 и задней скобой 48 по внутренней поверхности стенки 44 (фиг.2).

Каждая площадка 20 располагается на ребре жесткости 24 диска 12 между двумя соседними лопатками 16 и в осевом и радиальном направлении опирается на внешнюю радиальную переднюю скобу 52 диска 12 и на внешнюю радиальную скобу 54, размещаемую на заднем фланце 26. Скобы 46, 48 площадки 20 по оси в направлении задней части опираются на скобы 52, 54 диска 12 и заднего фланца 26, стенка 44 или ребро жесткости 50 площадки 20 в радиальном направлении своим передним концом опирается на внешний радиальный конец передней скобы 52 диска 12, а ребро жесткости 50 площадки 20 своим задним концом в радиальном направлении опирается на внешний радиальный конец скобы 54 заднего фланца 26. Эти упоры обеспечивают правильное расположение площадки 20 на ребре жесткости 24 диска 12 и осевое выравнивание отверстий 56, 58 скоб площадки 20 с отверстиями 60, 62 скоб диска 12 и заднего фланца 26 (фиг.1).

Согласно изобретению площадка 20 фиксируется на ребре жесткости 24 диска 12 при помощи шплинта 64, который вставляется фактически по оси спереди в отверстия 56, 58 скоб площадки 20 и отверстия 60, 62 скоб диска 12 и заднего фланца 26.

Данный шплинт 64 содержит стержень 66, имеющий вытянутую, прямолинейную, фактически цилиндрическую форму, располагаемый в радиальном направлении в вышеупомянутых отверстиях 56, 58, 60, 62 внутри площадки 20. В представленном примере шплинт 64 установлен под углом относительно оси 18 вращения вентилятора 10 и выступает сзади наружу.

Стержень 66 шплинта 64 соединен своим передним концом с головкой 68, имеющей больший, чем стержень 66, диаметр или поперечный размер; при этом головка 68, имеющая радиальную сторону, ориентированную назад, предназначена для обеспечения упора в переднюю поверхность скобы 46 площадки 20 с целью осевого удержания площадки 20 в направлении передней части. Головка 68 шплинта 64 фиксируется в данном положении при помощи переднего фланца 36, который упирается своим внешним радиальным концом в передний край головки 68 шплинта 64.

Сборка вентилятора согласно изобретению осуществляется следующим образом: задний фланец 26 крепится на диске 12 при помощи средств 29 типа винтовой пары (фиг.3). Затем ножки лопаток 16 вставляются спереди в осевом направлении в канавки 23 диска до тех пор, пока лопатки 16 не упрутся в задний фланец 26. Опорные колодки 32 подкладываются под ножки лопаток для того, чтобы зафиксировать в радиальном направлении лопатки 16 на диске 12 (фиг.4). Далее на ребрах жесткости 24 диска 12 размещаются площадки 20. Каждая площадка 20 может располагаться сверху ребра жесткости 24 диска 12, а затем перемещаться в радиальном направлении внутрь до тех пор, пока площадка 20 в осевом и радиальном направлении не упрется в переднюю скобу 52 диска 12 и скобу 54 заднего фланца 26. Шплинт 64 вставляется спереди, фактически по оси в отверстия 56, 58 скоб 46, 48 площадки 20 и отверстия 60, 62 скоб диска 12 и фланца 26 до тех пор, пока передняя головка 68 шплинта 64 не упрется в переднюю поверхность передней скобы 46 площадки 20 (фиг.1 и 4). В результате этого передний фланец 36 насаживается и крепится на передней скобе 38 диска 12 с целью обеспечения фиксации всей конструкции (фиг.1).

Если использование вентилятора 10 согласно изобретению представляет собой особый интерес для малых двигателей, то он также может быть использован и в больших двигателях. В связи с этим представляется возможным предусмотреть одну или несколько дополнительных, радиально располагаемых скоб на площадке 20 и, соответственно, радиальных скоб на ребре жесткости 24 диска 12; при этом эти скобы содержат отверстия, через которые проходит шплинт 64. Это позволяет ограничить сгибающиеся движения площадки 20 в процессе функционирования газотурбинного двигателя.

Диск 12 и задний кольцевой фланец 26 могут быть выполнены из одной детали.

Площадка 20 может быть выполнена из материала, аналогичного материалу, из которого изготавливаются лопатки 16, например из металла или из легких и прочных материалов, в частности композитного материала или титана.

Группа изобретений относится к вентилятору газотурбинного двигателя, например турбореактивного или турбовинтового двигателя самолета со шплинтом крепления лопатки вентилятора на его диске и обеспечивает значительное снижение механических напряжений, которым подвергаются ножки лопаток в процессе работы. Указанный технический результат достигается в вентиляторе (10) газотурбинного двигателя, содержащем лопатки (16), вставляемые в канавки (23), выполненные по окружности диска (12) ротора, а также располагаемые между лопатками площадки (20), содержащей радиальные скобы крепления на соответствующих скобах диска (12), причем каждая площадка (20) крепится на диске (12) при помощи одного шплинта (64), вставляемого в отверстия скоб площадки (20) и соответствующие отверстия скоб диска (12). 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вентилятор газотурбинного двигателя содержит набор лопаток, ножки которых вставляются в канавки, выполненные по окружности диска ротора, и располагаемые между углублениями установки ножек лопаток площадки, которые содержат радиальные скобы крепления на соответствующих скобах диска, отличающийся тем, что каждая площадка крепится на диске при помощи шплинта, вставляемого в отверстия скоб площадки и соответствующие отверстия скоб диска.

2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что каждая площадка на каждом своем переднем и заднем конце содержит радиальную скобу.

3. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что каждая площадка своим передним концом в осевом и радиальном направлениях упирается в переднюю скобу диска.

4. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что каждая площадка своим задним концом в осевом и радиальном направлениях упирается в скобу заднего кольцевого фланца, насаживаемого и прикрепляемого к диску.

5. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что шплинт вставляется спереди в отверстия скоб площадки и диска и содержит на своем переднем конце головку, которая накладывается и закрепляется на передней скобе площадки при помощи переднего кольцевого фланца, насаживаемого и закрепляемого на диске.

6. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что при сборке шплинт располагается под углом относительно оси вращения диска.

7. Вентилятор по п.6, отличающийся тем, что шплинт выступает сзади наружу.

8. Газотурбинный двигатель, например турбореактивный или турбовинтовой двигатель самолета, отличающийся тем, что содержит вентилятор согласно изобретению.

9. Шплинт крепления располагаемой между лопатками площадки на диске вентилятора по п.1, отличающийся тем, что он содержит стержень, имеющий вытянутую прямолинейную фактически цилиндрическую форму, который своим концом соединен с головкой, имеющей больший, чем стержень, диаметр.

10. Шплинт по п.9, отличающийся тем, что он изготовлен из легкого и прочного материала, например из титана или композитного материала.