ПРОКЛАДКА ДЛЯ ЛОПАТКИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2012 года по МПК F01D5/30 

Предлагаемое изобретение относится к прокладке, предназначенной для лопатки газотурбинного двигателя. Это изобретение предназначается для газотурбинных двигателей любых типов, наземных или авиационных, и, говоря более определенно, для авиационных турбореактивных двигателей.

Говоря более конкретно, предлагаемое изобретение относится к прокладке, предназначенной для обертывания хвостовика лопатки и содержащей две ветви, предназначенные для покрытия опорных поверхностей хвостовика лопатки, основание, связывающее эти ветви между собой, и содержащей на одном из своих концов, по меньшей мере, один элемент удержания, который имеет возможность входить в контакт с хвостовиком лопатки для того, чтобы удерживать прокладку относительно хвостовика лопатки.

В предлагаемой заявке на патент осевое направление определяется как направление, параллельное оси вращения лопаток. Кроме того, понятия "входная часть" и "выходная часть" детали определяются по отношению к нормальному направлению течения потока газов, проходящих через эти лопатки.

Известный пример прокладки описанного выше типа схематически представлен на фиг.1. Эта прокладка 10 содержит две ветви 14 и основание 12, связывающее две эти ветви 14 между собой. Эта прокладка также содержит на одном из своих концов 10а язычок 16 удержания. Этот язычок 16 удержания проходит от кромки 12а основания 12 и отогнут между ветвями 14.

На фиг.2 представлен частичный вид в разборе известной конструкции 20 ротора, принадлежащей модулю вентилятора (или модулю "fan") авиационного турбореактивного двигателя. Эта конструкция 20 содержит диск 21 ротора, представляющий на своей наружной периферийной части гнезда 22 и содержащий для каждого гнезда 22 лопатку 25, закрепленную хвостовиком 26 в гнезде 22, прокладку 10 типа той прокладки, которая показана на фиг.1, шпонку 28 и замок 30. Эта конструкция 20 ротора схематически представлена в собранном положении на фиг.3.

Для сборки конструкции 20 прежде всего устанавливают прокладку 10 на хвостовик 26 лопатки, надевая эту прокладку с входной части лопатки и перемещая ее в направлении, показанном на фиг.2 стрелкой F. Таким образом, эта прокладка 10 охватывает хвостовик 26 лопатки, причем ветви 14 этой прокладки покрывают соответственно опорные поверхности 26а хвостовика лопатки. Опорными поверхностями 26а хвостовика 26 лопатки и опорными поверхностями 22а гнезд 22 для лопаток здесь называют те поверхности хвостовиков 26 лопаток и гнезд 22 (то есть поверхностей диска 21), которые упираются друг в друга под действием центробежных сил, возникающих в процессе вращения конструкции 20.

Затем хвостовик 26 лопатки вместе с прокладкой 10 вставляют в гнездо 22. При этом в своей выходной части лопатка 25 упирается в стенку 27 барабана компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (см. фиг.3).

После этого устанавливают замок 30 перед хвостовиком 26 лопатки и напротив язычка удержания 16 прокладки 10.

И наконец, вставляют со скольжением шпонку 28 между этой прокладкой 10 и донной частью 22b гнезда 22. При этом замок 30 удерживается между выступом 28а этой шпонки 28, расположенном на входе, и хвостовиком 26 лопатки таким образом, чтобы язычок 16 удержания был зажат между этим замком 30 и хвостовиком 26 лопатки, что позволяет исключить возможность осевого перемещения прокладки 10 по отношению к хвостовику 26 лопатки.

Прокладка 10 представляет собой промежуточную деталь, расположенную между лопаткой 25 и диском 21 ротора. Эта прокладка выполняет роль носка, который охватывает хвостовик 26 лопатки 25 и который позволяет заполнить зазор между хвостовиком 26 лопатки и диском 21 ротора. Этот зазор может существовать изначально (то есть может быть предусмотрен в процессе проектирования лопатки 25 и диска 21), но в большинстве случаев наличие этого зазора связано с восприятием механических усилий диском 21 при его восстановлении.

При использовании такой прокладки 10 может иметь место следующий недостаток: вследствие особенностей ее формы и ее упругости оказывается, что эта прокладка 10 в результате ошибки, допущенной при монтаже, может быть установлена задом наперед, то есть может быть надета с задней стороны (или с выходной части) на лопатку 25 вместо того, чтобы быть надетой с передней стороны (то есть с входной части) этой лопатки. В этом случае язычок 16 удержания располагается на выходе хвостовика 26 лопатки и не удерживается между замком 30 и хвостовиком лопатки. При этом прокладка 10 не удерживается при помощи язычка 16 удержания и может сместиться в осевом направлении. Такой возможный монтаж прокладки 10 задом наперед влечет за собой повреждение диска 21, связанное с неправильным упором прокладки 10 на этот диск (или, говоря более конкретно, вызванное уменьшением площади поверхности контакта между этой прокладкой и диском), что приводит к необходимости с течением времени замены этого диска 21.

Целью изобретения является устранение этого недостатка.

Эта цель достигается при помощи прокладки для лопатки газотурбинного двигателя, предназначенной для обертывания хвостовика этой лопатки, причем эта прокладка содержит две ветви, предназначенные для покрытия опорных поверхностей хвостовика лопатки, основание, связывающее между собой две эти ветви, и содержит на одном из своих концов, по меньшей мере, один элемент удержания, имеющий возможность входить в контакт с хвостовиком лопатки для того, чтобы удерживать эту прокладку по отношению к хвостовику лопатки, причем эта прокладка отличается тем, что она содержит на другом своем конце, по меньшей мере, один элемент, препятствующий неправильной установке этой прокладки и выступающий по отношению к упомянутому основанию со стороны, противоположной упомянутым ветвям.

Прокладка в соответствии с предлагаемым изобретением представляет собой часть конструкции ротора газотурбинного двигателя, содержащей, кроме того, диск ротора, представляющий на своей наружной периферийной части гнезда для лопаток, лопатки, закрепленные при помощи своих хвостовиков в упомянутых гнездах, и шпонки, причем каждая шпонка располагается между основанием прокладки и донной частью гнезда лопатки.

Упомянутый элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, представляет собой достаточно простое средство, интегрированное в конструкцию прокладки и позволяющее в процессе монтажа конструкции ротора увидеть, что данная прокладка была установлена задом наперед. Действительно, в том случае, если эта прокладка была установлена на хвостовик лопатки задом наперед, упомянутый элемент не позволяет вставить шпонку со скольжением между основанием этой прокладки и донной частью гнезда лопатки.

В соответствии с одним из возможных способов реализации этот элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, представляет собой язычок, который проходит от кромки основания этой прокладки и отогнут в сторону, противоположную ветвям этой прокладки. Чаще всего этот язычок отгибается в плоскости, по существу перпендикулярной плоскости основания. Преимуществом этого способа реализации является его простота и экономичность.

В соответствии с другим способом реализации элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, представляет собой выступ, располагающийся на поверхности основания, противоположной упомянутым ветвям. Этот выступ сформирован, например, путем деформирования упомянутого основания, путем крепления другой дополнительной детали на этом основании или путем вырезания язычка в этом основании и отгибания этого язычка в сторону, противоположную упомянутым ветвям.

Разумеется, элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, может быть реализован различными способами, но так, чтобы он препятствовал вставлению со скольжением шпонки между основанием прокладки и донной частью гнезда лопатки установке прокладки задом наперед, и, наоборот, при надлежащей установке прокладки этот элемент позволял бы вставить упомянутую шпонку.

В соответствии с одним из способов реализации упомянутый элемент удержания представляет собой язычок, который проходит от кромки одной из ветвей или от кромки основания и который отогнут в направлении между этими ветвями. Чаще всего этот язычок отгибается в плоскости, по существу перпендикулярной упомянутому основанию.

В соответствии с первым примером реализации прокладка имеет один-единственный язычок, который проходит от ее основания. В соответствии с вторым примером реализации эта прокладка имеет два язычка, проходящих соответственно от двух ее ветвей, причем эти язычки могут быть связаны между собой при помощи некоторой детали, причем упомянутая деталь не дает язычкам разгибаться, или эти язычки могут быть не связаны друг с другом.

Разумеется, упомянутый элемент удержания может быть изготовлен и по-другому, но так, чтобы он имел возможность входить в контакт с хвостовиком лопатки для удержания прокладки относительно хвостовика лопатки. В частности, этот элемент удержания может представлять собой: выступ, располагающийся на поверхности основания со стороны упомянутых ветвей, некоторую деталь, проходящую между ветвями, закраину и т.п.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

фиг.1 представляет собой перспективный вид известного примера реализации прокладки;

фиг.2 представляет собой частичный вид в разборе известного примера реализации конструкции ротора, содержащей прокладку, показанную на фиг.1;

фиг.3 представляет собой вид в осевом разрезе конструкции ротора, показанной на фиг.2, в собранном положении;

фиг.4 представляет собой перспективный вид примера реализации прокладки в соответствии с предлагаемым изобретением;

фиг.5 представляет собой частичный вид в осевом разрезе конструкции ротора в собранном положении, содержащей прокладку, показанную на фиг.4;

фиг.6 представляет собой вид, аналогичный виду, показанному на фиг.5, причем здесь прокладка установлена задом наперед.

Фиг.1-3 были подробно описаны в предшествующем изложении и представляют существующий уровень техники.

Элементы и части элементов, аналогичные между фиг.1-3 и фиг.4-6, обозначены теми же цифровыми позициями, но увеличенными 100.

Пример реализации прокладки 110, показанной на фиг.4, отличается от прокладки, показанной на фиг.1, наличием язычка 140, препятствующего неправильной установке прокладки и выполненного на конце 110b этой прокладки. Этот язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, проходит от кромки 112b основания 112 этой прокладки 110 и отогнут в сторону, противоположную ветвям 114 этой прокладки 110. Таким образом, как это можно видеть на фиг.4, язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, выступает под основанием 112 этой прокладки 110, тогда как ветви 114 располагаются выше этого основания 112. Здесь следует отметить, что конец 110b и кромка 112b располагаются противоположно по отношению к концу 110а и к кромке 112а, на которой располагается язычок 116 удержания. В рассматриваемом здесь примере реализации язычок 140 проходит по более половины длины кромки 112b.

Конструкция 120 ротора, показанная на фиг.5, отличается от конструкции ротора, показанной на фиг.2 и 3, прокладкой 110.

Сборка конструкции 120 ротора аналогична сборке конструкции ротора, показанной на фиг.2 и 3 и описанной в предшествующем изложении. В частности, прокладка 110 надевается на хвостовик 126 лопатки 125 до того, как язычок 116 упрется в хвостовик 126 лопатки. В том случае, когда прокладка 110 надета на хвостовик 126 лопатки, две ветви 114 этой прокладки покрывают опорные поверхности хвостовика лопатки. Затем хвостовик 126 лопатки вместе с прокладкой 110, которая охватывает этот хвостовик, вставляется в соответствующее гнездо диска ротора 121. После этого устанавливают замок 130 перед хвостовиком 126 лопатки напротив язычка 116 удержания прокладки 110. И наконец, шпонка 128 со скольжением вставляется между основанием 112 прокладки и донной частью 122b гнезда лопатки. В том случае, когда конструкция 120 ротора оказывается в собранном положении, относительное осевое движение прокладки 110 по отношению к хвостовику 126 лопатки не допускается вследствие того, что язычок 116 удержания оказывается зафиксированным между замком 130 (который сам, в свою очередь, удерживается при помощи переднего по потоку выступа 128а шпонки 128, расположенного на входе) и хвостовиком 126 лопатки.

Прокладка 110 устанавливается на предназначенное для нее место (то есть правильно) на хвостовике 126 лопатки в том случае, когда она надевается на этот хвостовик 126 лопатки спереди (то есть с входной части). Как это можно видеть на фиг.5, прокладка 110 правильно установлена на предназначенное для нее место. И наоборот, эта прокладка 110 оказывается установленной задом наперед (то есть неправильно) в том случае, когда она надевается на этот хвостовик 126 лопатки сзади (то есть с выходной части). На фиг.6 можно видеть прокладку 110, установленную задом наперед.

Как это можно видеть на фиг.6, в том случае, когда прокладка установлена задом наперед, язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, проходит через входное отверстие 142 ложемента 144, расположенного под прокладкой 110, между основанием 112 этой прокладки и донной частью 122b гнезда лопатки, предназначенное для установки шпонки 128. Таким образом, язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, блокирует возможность вставления шпонки 128 через отверстие 142. Таким образом, этот язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, образует упор для шпонки 128, как это можно видеть на фиг.6. В крайнем случае, когда эта шпонка 128 все-таки была принудительно вставлена, язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, будет деформироваться и эта шпонка 128 будет незначительно заходить внутрь ложемента 144 и не будет вставлена в этот ложемент полностью. Обычно прокладка 110 выполняется из относительно жесткого материала, и язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, поддается деформированию лишь при приложении достаточно большого усилия.

И наоборот, как это можно видеть на фиг.5, в том случае, когда эта прокладка правильно установлена на предназначенное для нее место, шпонка 128 без всяких затруднений вставляется со скольжением в пространство между основанием 112 прокладки и донной частью 122b гнезда лопатки. В том случае, когда шпонка 128 установлена на предназначенное для нее место, язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, накрывает выходной конец 128b шпонки 128.

Прокладка 110 может быть реализована путем вырезания и сгибания металлического листа или листа из металлического сплава (например, сплава, известного на рынке под маркой Inсоnеl 718), имеющего ограниченную толщину (составляющую, например, 0,35 мм).

Язычок 140, препятствующий неправильной установке прокладки, может быть вырезан и отформован одновременно с другими частями прокладки таким образом, чтобы этот язычок 140 представлял собой достаточно простое и экономичное техническое решение проблемы предотвращения неправильной установки.

Прокладка для лопатки газотурбинного двигателя, обертывающая хвостовик лопатки, содержит две ветви, покрывающие опорные поверхности хвостовика лопатки, основание, связывающее между собой эти ветви, а также расположенный на одном из концов прокладки элемент удержания и расположенный на другом из ее концов элемент, препятствующий неправильной установке прокладки. Элемент удержания выполнен с возможностью входить в контакт с хвостовиком лопатки для удержания прокладки относительно хвостовика. Элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, выступает по отношению к основанию со стороны, противоположной ветвям прокладки. Другое изобретение группы относится к конструкции ротора газотурбинного двигателя, включающей диск ротора, имеющий на своей периферийной части гнезда лопаток, лопатки, закрепленные хвостовиками в упомянутых гнездах, указанные выше прокладки, а также шпонки. Каждая шпонка расположена между основанием прокладки и донной частью гнезда лопатки. Еще одно изобретение относится к газотурбинному двигателю, имеющему в своем составе указанную выше конструкцию ротора. Изобретения позволяют исключить неправильную установку прокладки на лопатку без существенного усложнения ее конструкции. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Прокладка для лопатки газотурбинного двигателя, предназначенная для обертывания хвостовика (126) этой лопатки (125), причем эта прокладка содержит две ветви (114), предназначенные для покрытия опорных поверхностей хвостовика лопатки, основание (112), связывающее между собой эти ветви (114), и расположенный на одном из концов (110а) прокладки (110), по меньшей мере, один элемент удержания, выполненный с возможностью входить в контакт с хвостовиком (126) лопатки для того чтобы удерживать прокладку (110) относительно хвостовика (126) лопатки, отличающаяся тем, что эта прокладка содержит на другом своем конце (110b), по меньшей мере, один элемент, препятствующий неправильной установке прокладки и выступающий по отношению к упомянутому основанию (112) со стороны, противоположной упомянутым ветвям (114).

2. Прокладка по п.1, в которой элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, представляет собой язычок (140), который проходит от кромки (112b) основания (112) и который отогнут в сторону, противоположную ветвям (114).

3. Прокладка по п.1, в которой элемент, препятствующий неправильной установке прокладки, представляет собой выступ, располагающийся на поверхности основания (112), противоположной ветвям (114).

4. Прокладка по п.1, в которой элемент удержания представляет собой язычок (116), который проходит от кромки (112а) одной из ветвей (114) или от кромки основания (112) и который отогнут между упомянутыми ветвями (114).

5. Конструкция ротора газотурбинного двигателя, включающая в свой состав диск (121) ротора, имеющий на своей периферийной части гнезда (122) лопаток, лопатки (125), закрепленные при помощи своих хвостовиков (126) в упомянутых гнездах, прокладки (110) по любому из пп.1-4 и шпонки (128), причем каждая шпонка (128) расположена между основанием (112) прокладки (110) и донной частью гнезда (122).

6. Газотурбинный двигатель, имеющий в своем составе конструкцию (120) ротора по п.5.