ВЕНТИЛЯТОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И ВТУЛКА КРЕПЛЕНИЯ ФЛАНЦА ПЛАТФОРМЫ Российский патент 2012 года по МПК F04D29/34 F04D19/00 F01D5/32 F16F7/12 F02C7/00 

Предлагаемое изобретение относится к вентилятору газотурбинного двигателя, например авиационного турбореактивного двигателя.

Известен вентилятор, располагающийся на переднем по потоку конце турбореактивного двигателя, содержащий лопатки, установленные на диске ротора, с платформами, располагающимися между этими лопатками и закрепленными при помощи радиальных фланцев на фланцах упомянутого диска посредством резьбовых шпилек, вставленных через втулки, установленные в отверстиях фланцев платформы, и через фланцы диска, причем платформы позволяют направлять поток воздуха, входящий в газотурбинный двигатель, и исключить паразитную циркуляцию воздуха в направлении этого диска.

В процессе функционирования газотурбинного двигателя разрушение связи лопатки с диском может повлечь за собой разрушение прилегающей к ней платформы. Действительно, при этом лопатка опирается на боковые кромки платформы и/или на фланцы платформы, что вызывает значительные механические напряжения на органах крепления фланцев платформы к фланцам диска, может вызвать разрушение этих органов крепления и выбрасывание платформы в канал течения воздуха и может привести к разрушению тех частей газотурбинного двигателя, которые располагаются по потоку позади вентилятора.

Для того чтобы решить эту проблему, было предложено формировать поддающиеся деформированию зоны на боковых кромках платформы. Другое техническое решение, используемое, в случае необходимости, в сочетании с предыдущим техническим решением, состоит в формировании упорных зон на фланцах диска для того, чтобы исключить контакт между платформой и лопаткой. Таким образом, механическое напряжение больше не прикладывается к платформе, но прикладывается к фланцу диска. Однако эти технические решения не являются вполне удовлетворительными, поскольку они не способствуют приданию гибкости связи между фланцами платформы и фланцами диска и не позволяют обеспечить достаточное поглощение энергии, связанной с ударом лопатки о платформу.

Техническая задача данного изобретения состоит, в частности, в разработке устройства, обеспечивающего простое, экономичное и эффективное устранение вышеуказанных проблем.

Для решения этой технической задачи предлагается вентилятор газотурбинного двигателя, содержащий лопатки, которые закреплены на диске ротора, и межлопаточные платформы, содержащие радиальные фланцы, закрепленные на соответствующих фланцах диска ротора посредством резьбовых шпилек, вставленных во втулки позиционирования, установленные в отверстиях фланцев платформ, отличающийся тем, что каждая втулка содержит по меньшей мере одну поддающуюся деформированию часть, вставленную в поперечном направлении между резьбовой шпилькой, вставленной в указанную втулку, и кромкой отверстия, в котором втулка установлена, причем указанная поддающаяся деформированию часть предназначена для обеспечения возможности поворота платформы в случае удара лопатки о платформу и для поглощения некоторой части энергии этого удара.

В случае потери лопатки указанная деформируемая зона допускает локальную пластическую деформацию втулки на уровне зон крепления резьбовых шпилек, что исключает, таким образом, возможность разрушения элементов крепления между фланцами платформы и фланцами диска и выбрасывание платформы в канал течения потока воздуха. При этом платформа не подвергается каким-либо деформациям и может, таким образом, удерживаться в своем исходном положении на протяжении времени, необходимого для остановки двигателя, что позволяет исключить значительные повреждения газотурбинного двигателя. Таким образом, обеспечивается облегчение операций технического обслуживания, и замене подлежит только деформированная в результате удара втулка.

В соответствии с другой характеристикой предлагаемого изобретения поддающаяся деформированию часть втулки примыкает к жесткой части втулки, противоположной той ее части, которая поддается деформированию, по отношению к резьбовой шпильке.

Использование втулки, состоящей из двух частей, позволяет заменять только ту часть этой втулки, которая подверглась деформации вследствие удара лопатки о платформу.

Целесообразно, чтобы деформируемая часть втулки содержала два параллельных полуцилиндра, связанных между собой при помощи поддающихся деформированию перепонок, и вогнутости которых ориентированы в одном и том же направлении, причем один из указанных полуцилиндров прижимается к резьбовой шпильке, а другой полуцилиндр прижимается к внутренней цилиндрической поверхности отверстия фланца платформы.

Радиальная опора одного полуцилиндра на внутреннюю цилиндрическую поверхность отверстия фланца платформы позволяет наилучшим образом передавать механические напряжения, возникающие в случае потери лопатки, на упомянутые перепонки, которые при этом деформируются и поглощают таким образом часть энергии удара.

Предпочтительно, чтобы концы двух полуцилиндров поддающейся деформированию части располагались на одной линии с цилиндрическими концами жесткой части втулки и по существу опирались на эти же концы.

Предпочтительно также, чтобы располагающиеся на одной линии концы одного из полуцилиндров поддающейся деформированию части и жесткой части содержали взаимно дополняющие друг друга рельефные профили, вставляющиеся один в другой и обеспечивающие неподвижную фиксацию двух частей втулки друг относительно друга по поступательному движению в отверстии фланца платформы.

Предпочтительно также, чтобы полуцилиндры поддающейся деформированию части втулки были связаны между собой при помощи двух по существу параллельных друг другу перепонок, присоединенных к промежуточным частям этих полуцилиндров.

В случае потери лопатки две упомянутые перепонки материала поглощают энергию удара лопатки по платформе, деформируясь пластическим образом. Форма и размеры этих перепонок практически могут изменяться в достаточно широких пределах в зависимости от типов газотурбинных двигателей.

Целесообразно, чтобы фланец платформы закреплялся на фланце диска посредством двух параллельных между собой резьбовых шпилек, проходящих через два соседних отверстия фланца диска и через общее отверстие фланца платформы, в которое установлена упомянутая выше втулка, содержащая жесткую часть и поддающуюся деформированию часть, причем упомянутая жесткая часть содержала отверстие, предназначенное для прохождения одной резьбовой шпильки, и второе отверстие, предназначенное для прохождения другой резьбовой шпильки, а поддающаяся деформированию часть содержала указанное второе отверстие, предназначенное для прохождения второй резьбовой шпильки.

Этот вариант реализации исключает возможность поворота платформы относительно оси одной резьбовой шпильки. Интеграция второго отверстия на уровне жесткой части втулки позволяет противодействовать моменту сил опрокидывания платформы и удерживать ее таким образом в требуемом положении.

В соответствии с различными возможными конфигурациями, в случае потери лопатки, может оказаться необходимым, чтобы втулка перемещалась прямолинейно или криволинейно для того, чтобы обеспечить наилучшее поглощение энергии, высвобождающейся в результате удара лопатки о платформу.

Целесообразно, чтобы втулка закреплялась путем развальцовки в отверстии фланца платформы.

Предлагаемое изобретение относится также к газотурбинному двигателю, например к авиационному турбореактивному двигателю, отличающемуся тем, что он содержит вентилятор описанного выше типа.

Предлагаемое изобретение относится также к втулке, предназначенной для введения в отверстие фланца межлопаточной платформы и содержащей жесткую часть и поддающуюся деформированию часть, причем указанная поддающаяся деформированию часть содержит два параллельных друг другу полуцилиндра, связанных между собой перепонками материала, и вогнутости которых ориентированы в одном и том же направлении, причем два указанных полуцилиндра располагаются на одной линии с цилиндрическими концами жесткой части и по существу опираются на них. Располагающиеся на одной линии концы одного из упомянутых полуцилиндров и жесткой части предпочтительно содержат дополняющие друг друга рельефные профили, вставленные один в другой.

Целесообразно, чтобы жесткая часть втулки содержала отверстие и второе отверстие, параллельные между собой, а упомянутое второе отверстие взаимодействовало со вторым отверстием поддающейся деформированию части.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из описания не являющихся ограничительными вариантов его осуществления, приводимого со ссылками на приведенные в приложении фигуры, в числе которых:

Фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в изометрии вентилятора в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематический вид в изометрии поддающейся деформированию втулки в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.3 представляет собой схематический вид в изометрии втулки, вставленной в отверстие фланца платформы;

Фиг.4 представляет собой схематический вид в изометрии втулки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, вставленной в отверстие фланца платформы.

На фиг.1 схематически представлена часть вентилятора 10 газотурбинного двигателя. Лопатка 12 вентилятора 10, образованная лопастью, присоединенной на своем внутреннем в радиальном направлении конце к хвостовику лопатки, вставлена в периферийную ячейку 14 диска 16 ротора. Межлопаточная платформа 18 содержит фланцы 20, проходящие в радиальном направлении внутрь и закрепленные на фланцах 22 диска, проходящих в радиальном направлении наружу. Фланцы 20 платформы 18 смещены в осевом направлении и в радиальном направлении. Крепление каждого фланца 20 платформы обеспечивается при помощи резьбовой шпильки 24, проходящей вдоль оси газотурбинного двигателя через втулку 26, вставленную в отверстие фланца платформы, и через соответствующее отверстие фланца 22 диска 16. На один из концов резьбовой шпильки навинчивается гайка стягивания.

В газотурбинном двигателе платформы 18 должны располагаться достаточно близко к лопаткам 12 для того, чтобы исключить всякую паразитную циркуляцию воздуха в направлении диска 16. В случае потери лопатки лопатка 12, вращаясь, перемещается вдоль оси ячейки 14 и входит в контакт с боковой кромкой 28 и/или с фланцами 20 платформы 18. Удар лопатки 12 о платформу 18 может привести к разрушению элементов крепления платформы 18 на диске 16 и к выбросу платформы 18.

В данном изобретении предлагается для поглощения части энергии удара в случае потери лопатки вставлять поперечным образом поддающийся деформированию элемент в средства крепления платформы, что позволяет сделать более гибкой связь между фланцем 20 платформы 18 и фланцем 22 диска и допустить ограниченный поворот платформы 18 в случае потери лопатки, обеспечивая при этом удовлетворительную механическую прочность при нормальном функционировании газотурбинного двигателя.

На фиг.2 и 3 схематически представлена втулка 26 в соответствии с предлагаемым изобретением, предназначенная для введения в отверстие фланца 20 платформы 18. Втулка 26 состоит из поддающейся деформированию части 30 и жесткой части 32, примыкающих друг к другу. Поддающаяся деформированию часть 30 содержит два параллельных полуцилиндра 34, 36, вогнутости которых ориентированы вдоль одного и того же направления в сторону жесткой части 32. Наружная поверхность наружного полуцилиндра 34 находится в контакте с внутренней цилиндрической поверхностью отверстия фланца платформы, а внутренняя поверхность полуцилиндра 36 прижимается к резьбовой шпильке. Полуцилиндры 34, 36 связаны между собой в их промежуточных частях двумя параллельными и поддающимися деформированию перепонками 38. Перепонки 38 по существу параллельны плоскости, касательной к окружности диска 16. Концы двух полуцилиндров 34, 35 поддающейся деформированию части 30 располагаются на одной линии с концами жесткой части 32. Концы 40, 42 наружного полуцилиндра 34 поддающейся деформированию части 30 втулки 26 содержат рельефные профили, в которые вставляются дополняющие их рельефные профили, сформированные на уровне концов 44, 46 жесткой части. Такой способ связи поддающейся деформированию части 30 и жесткой части 32 позволяет исключить возможность всякого поступательного движения одной из частей 30 или 32 по отношению к другой. Можно также реализовать юбку 48 развальцовки втулки 26 в отверстии фланца 20 платформы 18, предназначенную для обеспечения осевого удержания втулки 26 в отверстии фланца 20 платформы 18.

В случае потери лопатки отсоединенная лопатка ударяет по кромкам 28 и фланцу 20 платформы 18. Энергия этого удара передается через фланец платформы на поддающуюся деформированию часть втулки, которая в большей или меньшей степени расплющивается на резьбовой шпильке 24, причем перепонки 38 деформируются пластическим образом и позволяют, таким образом, платформе 18 перемещаться по отношению к резьбовой шпильке 24. Это перемещение может осуществляться вдоль прямолинейной или криволинейной траектории в функции искомого движения платформы 18 вследствие удара по ней лопатки 12. Форма и размеры перепонок 38 выбираются в функции порогового значения искомой деформации для поддающейся деформированию части 30.

Две части втулки могут быть, изготовлены из идентичных материалов или же из различных материалов.

В соответствии с возможным вариантом осуществления предлагаемого изобретения, не представленным на приведенных в приложении фигурах, втулка 26 содержит две поддающиеся деформированию части, симметричные по отношению к резьбовой шпильке 24.

В соответствии с вариантом осуществления предлагаемого изобретения, представленным на фиг.4, жесткая часть втулки 26 содержит второе отверстие 50, параллельное первому, в которое вставлена вторая резьбовая шпилька 52, проходящая через второе отверстие фланца диска. Это второе отверстие позволяет противодействовать вращению платформы 18 вокруг резьбовой шпильки и устойчиво удерживать таким образом эту платформу на своем месте.

Отверстие 50 втулки, в которое входит вторая резьбовая шпилька 52, выполнено удлиненным в поперечном направлении. Таким образом, в случае потери лопатки удар вызывает деформацию поддающейся деформированию части 30 втулки 26 и перемещение жесткой части 32 по отношению ко второй резьбовой шпильке 52 без упора в эту резьбовую шпильку.

Второе отверстие может иметь различные формы в зависимости от требуемого перемещения платформы 18. В частности, это отверстие может иметь криволинейную форму.

Платформа 18 может содержать втулки 26 с одним единственным отверстием и/или с двумя отверстиями в зависимости от наиболее оптимального способа крепления каждого фланца 20 платформы 18.

В случае, когда втулки 26 описанного выше типа адаптированы к их использованию с фланцами 20 платформы 18, их применение не ограничивается газотурбинными двигателями и может содержать другие типы крепления, требующие определенной гибкости в случае удара.

Вентилятор газотурбинного двигателя содержит лопатки, закрепленные на диске ротора, и межлопаточные платформы. Платформы содержат радиальные фланцы, закрепленные на соответствующих фланцах диска ротора посредством резьбовых шпилек. Шпильки вставлены во втулки позиционирования, установленные в отверстия фланцев платформ. Каждая втулка содержит по меньшей мере одну поддающуюся деформированию часть, установленную поперечно между резьбовой шпилькой, вставленной в указанную втулку, и кромкой отверстия, в котором втулка установлена. Указанная поддающаяся деформированию часть предназначена для обеспечения возможности поворота платформы в случае удара лопатки о платформу и для поглощения части энергии этого удара. Втулка крепления фланца платформы содержит жесткую часть и поддающуюся деформированию часть, содержащую два параллельных друг другу полуцилиндра, связанных между собой поддающимися деформированию перепонками. Вогнутости перепонок ориентированы в одном и том же направлении. Оба указанных полуцилиндра располагаются на одной линии с цилиндрическими концами жесткой части втулки и по существу опираются на них. Обеспечивается достаточное поглощение энергии, связанной с ударом лопатки о платформу. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вентилятор газотурбинного двигателя, содержащий лопатки, закрепленные на диске ротора, и межлопаточные платформы, содержащие радиальные фланцы, закрепленные на соответствующих фланцах диска ротора посредством резьбовых шпилек, вставленных во втулки позиционирования, установленные в отверстия фланцев платформ, отличающийся тем, что каждая втулка содержит по меньшей мере одну поддающуюся деформированию часть, установленную поперечно между резьбовой шпилькой, вставленной в указанную втулку, и кромкой отверстия, в котором втулка установлена, причем указанная поддающаяся деформированию часть предназначена для обеспечения возможности поворота платформы в случае удара лопатки о платформу и для поглощения части энергии этого удара.

2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что поддающаяся деформированию часть втулки примыкает к жесткой части втулки, противоположной той ее части, которая поддается деформированию, по отношению к резьбовой шпильке.

3. Вентилятор по п.2, отличающийся тем, что поддающаяся деформированию часть втулки содержит два параллельных полуцилиндра, связанных между собой при помощи поддающихся деформированию перепонок, и вогнутости которых ориентированы в одном и том же направлении, причем один из указанных полуцилиндров прижимается к резьбовой шпильке, а другой полуцилиндр прижимается к внутренней цилиндрической поверхности отверстия фланца платформы.

4. Вентилятор по п.3, отличающийся тем, что концы двух полуцилиндров располагаются на одной линии с цилиндрическими концами жесткой части втулки и по существу опираются на эти цилиндрические концы жесткой части втулки.

5. Вентилятор по п.4, отличающийся тем, что располагающиеся на одной линии концы одного из полуцилиндров и жесткой части втулки содержат взаимно дополняющие друг друга рельефные профили, которые вставляются один в другой и обеспечивают неподвижную фиксацию двух частей втулки относительно друг друга по поступательному движению в отверстии фланца платформы.

6. Вентилятор по п.3, отличающийся тем, что полуцилиндры поддающейся деформированию части втулки связаны между собой при помощи двух по существу параллельных между собой перепонок, присоединенных к промежуточным частям указанных полуцилиндров.

7. Вентилятор по п.2, отличающийся тем, что фланец платформы закрепляется на фланце диска посредством двух параллельных между собой резьбовых шпилек, проходящих через два соседних отверстия фланца диска и через одно общее отверстие фланца платформы, в которое установлена упомянутая выше втулка, содержащая жесткую часть и поддающуюся деформированию часть, причем упомянутая жесткая часть содержит отверстие, предназначенное для прохождения одной резьбовой шпильки и второе отверстие, предназначенное для прохождения другой резьбовой шпильки, а поддающаяся деформированию часть содержит вышеуказанное второе отверстие, предназначенное для прохождения второй резьбовой шпильки.

8. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что перемещение упомянутой втулки в случае удара является по существу прямолинейным.

9. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что перемещение упомянутой втулки в случае удара осуществляется вдоль некоторой криволинейной траектории.

10. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что втулка закреплена при помощи развальцовки в отверстии фланца платформы.

11. Газотурбинный двигатель, например авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающийся тем, что он содержит вентилятор по п.1.

12. Втулка крепления фланца платформы, отличающаяся тем, что она содержит жесткую часть и поддающуюся деформированию часть, содержащую два параллельных друг другу полуцилиндра, связанных между собой поддающимися деформированию перепонками, и вогнутости которых ориентированы в одном и том же направлении, причем оба указанных полуцилиндра располагаются на одной линии с цилиндрическими концами жесткой части втулки и по существу опираются на них.

13. Втулка по п.12, отличающаяся тем, что располагающиеся на одной линии концы одного из полуцилиндров и жесткой части втулки содержат дополняющие друг друга рельефные профили, вставленные один в другой.

14. Втулка по п.12, отличающаяся тем, что жесткая часть втулки содержит одно отверстие и второе отверстие, параллельные между собой, причем упомянутое второе отверстие взаимодействует со вторым отверстием поддающейся деформированию части.

15. Втулка по п.12, отличающаяся тем, что поддающаяся деформированию часть и жесткая часть втулки примыкают друг к другу.