ВЕНТИЛЯТОР ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ТУРБОМАШИНА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ ВЕНТИЛЯТОР Российский патент 2013 года по МПК F02C7/20 F01D5/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом касается вентилятора для турбомашины. В частности, оно касается системы балансировки, которой оборудуют вентилятор и которая обеспечивает конечную балансировку турбомашины.

Предпочтительно изобретение применяют для авиационного турбореактивного двигателя.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В предшествующем уровне техники известно применение вентилятора в турбореактивном двигателе, оборудованного кольцевым балансировочным фланцем с весовыми балансирами, установленными на нем соответствующим образом, чтобы обеспечить конечную балансировку турбореактивного двигателя. Так, в заявке US 2005231052 описано устройство для балансировки вала двигателя летательного аппарата.

На фиг.1 и 2 показан классический вариант выполнения, известный из предшествующего уровня техники.

На этих фигурах показан вентилятор 1 с продольной осью или осью 2 вращения, соответствующей также продольной оси соответствующего турбореактивного двигателя. Этот вентилятор содержит диск 4 вентилятора, центрованный по оси 2, лопатки 6 вентилятора, насаженные на диске 4 и расположенные на расстоянии друг от друга вдоль окружного или тангенциального направления, схематично показанного двойной стрелкой 8.

Таким образом, лопатки 6 приводятся во вращение вместе с диском 4 вокруг оси 2 вращения. Как известно, она содержит также секторы, образующие площадки (не показаны), неподвижно насаженные на диске 4 между двумя лопатками 6, непосредственно следующими друг за другом в окружном направлении 8, при этом эти секторы частично определяют междулопаточную поверхность, предназначенную для того, чтобы вдоль нее проходил кольцевой воздушный поток, проходящий через вентилятор и называемый также проточным трактом турбореактивного двигателя. Направление этого потока или этого проточного тракта 22, в целом соответствующее главному направлению прохождения газов внутри турбореактивного двигателя, показано стрелкой 14 и соответствует также осевому направлению вентилятора 1.

Кроме того, вентилятор 1 оборудован также кольцевым устройством 16 удержания лопаток, позволяющим удержание лопаток 6 в осевом направлении 14 в сторону входа. В этой связи следует отметить, что в тексте настоящего описания термины «вход» и «выход» следует рассматривать по отношению к главному направлению 14 прохождения газов внутри турбореактивного двигателя.

На входе лопаток 6 вентилятора вентилятор 1 имеет входной конус 20, центрованный по оси 2, по существу конусная наружная поверхность 19 которого предназначена для того, чтобы вдоль нее проходил вышеуказанный проточный тракт 22. Этот конус 20, приводимый во вращение вокруг оси 2 вместе с диском 4 вентилятора, может быть выполнен из одной части или нескольких смежных частей, например входной части 20а, начинающейся от вершины конуса, и выходной части 20b, смежной с лопатками вентилятора, как показано на фиг.1 и 2.

Выходная часть 20b, называемая также задней обечайкой кожуха, кроме того, что образует часть наружной поверхности 19, определяющей проточный тракт 22, может также выполнять дополнительную функцию системы балансировки турбореактивного двигателя.

Действительно, эта выходная часть 20b образует кольцевой балансировочный фланец, связанный во вращении с диском 4 вентилятора 4 вокруг оси 2 вращения, оборудованный множеством отверстий 24 крепления весовых балансиров и выполненных через промежутки друг от друга в окружном направлении. Например, на балансировочном фланце 20b выполняют тридцать шесть сквозных отверстий 24. Как показано на фиг.1 и 2, в известных технических решениях отверстия 24 крепления весовых балансиров выходят в проточный тракт 22 на уровне своих радиальных наружных концов.

При работе каждое из отверстий 24 размещает весовой балансир 26 в виде винта, размеры которого определены таким образом, чтобы соответствующие массы обеспечивали оптимальную балансировку турбореактивного двигателя, компенсируя остаточный дисбаланс. Так, известным специалисту образом длину стержня винтов адаптируют в зависимости от необходимой массы, причем эти винты размещаются в их соответствующих отверстиях таким образом, чтобы головка винта была направлена радиально наружу.

Вместе с тем, если эта конфигурация и позволяет получить оптимальную балансировку турбореактивного двигателя, она имеет определенный недостаток. В первую очередь, следует отметить, что сквозной характер отверстий 24, предполагающий, что они выходят в проточный тракт 22, требует, чтобы каждое из этих отверстий было закрыто балансировочным винтом 26, чтобы избежать утечек из тракта в направлении внутреннего пространства входного конуса 20. Следовательно, большое число балансировочных винтов 26, связанное с этим требованием и составляющее, например, тридцать шесть, приводит к существенному увеличению массы.

Кроме того, даже когда винты 26 находятся на своих местах, наружная поверхность 19 определения проточного тракта 22 не отличается идеальным аэродинамическим профилем, учитывая, что на уровне наружного радиального конца отверстий крепления весовых балансиров остаются впадины 28, что ясно показано на фиг.1 и 2. Эти впадины 28, дно которых образовано головками соответствующих винтов, в основном получаются в результате установки винтов в радиальном направлении в сочетании с формой поверхности 19, которая по существу является конусной. Учитывая аэродинамический профиль, на который влияют впадины 28, несложно понять, что воздушный поток на входном конусе, совсем не является оптимальным. В результате создается лобовое сопротивление, которое приводит к снижению производительности турбомащины.

Чтобы устранить этот недостаток, в документе US 2005/0231052 было предложено решение, согласно которому балансировочный кольцевой фланец располагают внутри входного конуса таким образом, чтобы отверстия крепления весовых балансиров были изолированы от проточного тракта турбомашины.

Однако эта конфигурация тоже не является оптимальной, в частности, но причине загромождения в этой зоне.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, задачей настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений.

В связи с этим объектом настоящего изобретения прежде всего является вентилятор для турбомашины летательного аппарата, содержащий входной конус турбомашины, имеющий наружную поверхность, предназначенную для того, чтобы вдоль нее проходил проточный тракт турбомашины, диск вентилятора, а также лопатки вентилятора, установленные на упомянутом диске, вместе с которым они вращаются вокруг оси вращения вентилятора, при этом упомянутый вентилятор содержит кольцевой балансировочный фланец, связанный во вращении с диском вентилятора вокруг упомянутой оси вращения и оборудованный множеством отверстий крепления весовых балансиров, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга, при этом упомянутый вентилятор содержит также один или несколько весовых балансиров, неподвижно установленных на упомянутом кольцевом балансировочном фланце при помощи одного или нескольких упомянутых отверстий крепления весовых балансиров. Кроме того, упомянутый кольцевой балансировочный фланец расположен внутри упомянутого входного конуса таким образом, чтобы его отверстия крепления весовых балансиров были изолированы от упомянутого проточного тракта турбомашины. Согласно изобретению, вентилятор дополнительно содержит кольцо удержания лопаток, вентилятора, позволяющее удерживать эти лопатки в осевом направлении по отношению к упомянутому диску вентилятора, при этом упомянутое кольцо удержания и упомянутый кольцевой балансировочный фланец выполнены в виде единой детали.

Таким образом, предложенное изобретение предпочтительно позволяет уменьшить габариты и общую массу, так как одни и те же средства крепления позволяют обеспечить установку кольца удержания и кольцевого балансировочного фланца, выполненных в виде единой детали.

Кроме того, в этом случае кольцо может быть выполнено таким образом, чтобы образовать выходную часть упомянутого входного конуса. Разумеется, альтернативный вариант состоит в том, чтобы предусмотреть, чтобы единая деталь, образующая кольцо и фланец, полностью находилась внутри конуса, то есть была скрыта этим конусом от проточного тракта турбомашины.

Кроме того, в вентиляторе в соответствии с настоящим изобретением отверстия крепления весовых балансиров больше не выходят в проточный тракт турбомашины, поскольку кольцевой балансировочный фланец, содержащий эти отверстия, окружен входным конусом, определяющим проточный тракт. Иначе говоря, конус расположен радиально снаружи по отношению к отверстиям крепления весовых балансиров, которые оказываются, таким образом, скрытыми от проточного тракта наружной поверхностью конуса.

Таким образом, поскольку отверстия крепления весовых балансиров скрыты входным конусом, а не выполнены на нем, наружная поверхность, определяющая проточный тракт предпочтительно больше не имеет впадин гнезд весового балансира, описанных выше в связи с известными техническими решениями. Таким образом, воздушный поток на входном конусе, является оптимальным, что позволяет снизить, лобовое сопротивление и, следовательно, повысить рабочие характеристики турбомашины.

Кроме того, поскольку отверстия крепления весовых балансиров не выходят в проточный тракт, то больше нет необходимости устанавливать весовой балансир в каждое отверстие. Следовательно, можно и даже предпочтительно осуществлять балансировку путем установки весовых балансиров только в некоторых из предусмотренных для этого отверстиях, что предпочтительно приводит к существенному уменьшению массы системы балансировки и вентилятора, содержащего эту систему.

В этой связи, предусмотрено, чтобы во время работы, по меньшей мере, одно из упомянутых отверстий крепления весовых балансиров и предпочтительно несколько этих отверстий оставались свободными.

Предпочтительно упомянутый кольцевой балансировочный фланец неподвижно насажен на упомянутом диске вентилятора, хотя его можно было бы установить на любом другом элементе вращающегося блока вентилятора, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.

Следует отметить, что упомянутый входной конус проходит в сторону выхода до упомянутых лопаток вентилятора и выполнен в виде одной или нескольких деталей. Например, входной конус можно выполнить из входной части, начинающейся от вершины конуса, и выходной части, смежной с лопатками вентилятора, и в этом случае появляется возможность оптимизировать каждую из этих частей отдельно, например, в зависимости от уровней механических/тепловых напряжений, которые могут на них действовать.

Наконец, объектом изобретения является также турбомашина летательного аппарата, содержащая описанный выше вентилятор, при этом упомянутая турбомашина предпочтительно является турбореактивным двигателем.

Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего не ограничительного подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Это описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 (уже описана) - вид в продольном разрезе части вентилятора для турбореактивного двигателя согласно классическому и известному варианту выполнения.

Фиг.2 (уже описана) - частичный вид в перспективе вентилятора, показанного на фиг.1.

Фиг.3 - вид в продольном разрезе части вентилятора для турбореактивного двигателя согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг.4 - частичный вид в перспективе системы балансировки, которой оборудован вентилятор, показанный на фиг.3.

Фиг.5 - вид в перспективе части вентилятора для турбореактивного двигателя согласно другому предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

На фиг.3 и 4 показана часть вентилятора 1 для авиационного турбореактивного двигателя согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.

Этот вентилятор имеет сходства с известными вентиляторами, показанными на фиг.1 и 2. По этой причине элементы, обозначенные одинаковыми цифровыми позициями, соответствуют идентичным иди аналогичным элементам.

Таким образом, вентилятор 1 согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения содержит диск 4 вентилятора и лопатки 6 вентилятора, жестко связанные во вращении вокруг продольной оси 2.

На входе этих элементов входной конус 20 выполнен в данном случае в виде единой детали от своей вершины 30 до своего противоположного края 32, доходящего до лопаток 6, до которых он проходит. Наружная поверхность 19 этого конуса, ограничивающая проточный тракт 22, также проходит непрерывным образом до лопаток вентилятора.

Одним из отличительных признаков изобретения является то, что система балансировки вентилятора, предназначенная для обеспечения конечной балансировки турбореактивного двигателя, выполнена внутри конуса 20 таким образом, что скрыта от проточного тракта 22.

В частности, система содержит кольцевой балансировочный фланец 34, расположенный внутри конуса, причем этот фланец 34 расположен радиально внутрь по отношению к этому конусу с возможностью неподвижного крепления болтами или аналогичными средствами на диске 4 в его выходной части и на внутренней стороне конуса в его входной части, как схематично показано пунктирными линиями на фиг.3.

Это особое позиционирование определяют таким образом, чтобы отверстия 24 крепления весовых балансиров, выполненные на фланце 34, были изолированы от проточного тракта 22, то есть не выходили в этот тракт, или были скрыты от него. Действительно, отверстия 24 крепления весовых балансиров, расположенные по окружности на расстоянии друг от друга на фланце, каждое из которых предпочтительно ориентировано в радиальном направлении вентилятора, выходят радиально внутрь и наружу во внутреннем пространстве 40 конуса 20, но больше не сообщаются с проточным трактом 22, как это было в известных технических решениях.

На фланце 34 при помощи отверстий устанавливают один или несколько весовых балансиров 26 в зависимости от требований балансировки. Одним из преимуществ настоящего изобретения является возможность осуществления конечной балансировки турбореактивного двигателя с оставлением свободными одного или нескольких отверстий 24, что позволяет получить выигрыш в массе. В этом случае отсутствие закрывания отверстий, в которых нет весовых балансиров, не создает проблемы утечки на уровне проточного тракта 22, учитывая, что эти отверстия остаются изолированными от него, в частности, благодаря наружной поверхности 19, смещенной радиально наружу.

Весовые балансиры 26 могут быть выполнены в любом известном специалистам виде. В качестве иллюстрированного примера, как показано на фиг.3 и 4, каждый весовой балансир 26 может быть выполнен в виде радиально направленного винта, головка которого 42 направлена наружу, опираясь внутренней стороной на заплечик 44, выполненный внутри соответствующего отверстия 24, проходящего в радиальном направлении через фланец 34. Внутренний участок фланца содержит две находящиеся друг против друга боковые стороны 46, между которыми находятся гайки 48, обеспечивающие затягивание винтов 26, при этом каждая из гаек находится в радиальном внутреннем продолжении своего соответствующего отверстия 24. Установка гаек 48 между боковыми сторонами 46 позволяет избежать любого проворачивания во время завинчивания, благодаря наличию граней, взаимодействующих с этими боковыми сторонами.

Каждый балансировочный винт 26 содержит также стержень 50, направленный радиально внутрь, начиная от гайки 48, при этом длину этого стержня определяют в зависимости от массы, необходимой в данном месте для оптимальной конечной балансировки.

Одним из отличительных признаков настоящего изобретения является то, что кольцо 16 удержания лопаток вентилятора, позволяющее удерживать эти лопатки 6 в осевом направлении но отношению к диску 4 вентилятора, выполнено заодно с кольцевым балансировочным фланцем 34. Таким образом, эти два элемента 16, 34 могут использовать одни и те же средства 38 крепления на вращающемся блоке вентилятора.

Как показано на фиг.3, можно предусмотреть, чтобы конус 20 скрывал также кольцо 16 удержания лопаток вентилятора.

Вместе с тем, можно предусмотреть и альтернативное решение, как показано в варианте предпочтительного выполнения на фиг.5. На этой фигуре показано, что кольцо 16 удержания лопатки образует выходную часть 20b конуса 20, выполненного из двух смежных частей 20а, 20b, что тоже частично способствует определению наружной поверхности 19, вдоль которой проходит проточный тракт 22. Естественно, в данном случае кольцо 16 тоже выполнено заодно с фланцем 34.

Разумеется, специалист может предусмотреть внесение различных изменений в описанное выше изобретение, представленное исключительно в качестве не ограничительного примера.

Вентилятор для турбомашины летательного аппарата содержит входной конус турбомашины, диск вентилятора и также лопатки вентилятора. Конус турбомашины имеет наружную поверхность, предназначенную для того, чтобы вдоль нее проходил проточный тракт турбомашины. Лопатки вентилятора установлены на упомянутом диске, вместе с которым они вращаются вокруг оси вращения вентилятора. Вентилятор содержит кольцевой балансировочный фланец, связанный во вращении с диском вентилятора вокруг упомянутой оси вращения и оборудованный множеством отверстий крепления весовых балансиров, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга. Вентилятор также содержит один или несколько весовых балансиров, неподвижно установленных на упомянутом кольцевом балансировочном фланце при помощи одного или нескольких упомянутых отверстий крепления весовых балансиров. Кольцевой балансировочный фланец расположен внутри упомянутого входного конуса таким образом, чтобы его отверстия крепления весовых балансиров были изолированы от упомянутого проточного тракта турбомашины. Вентилятор дополнительно содержит кольцо удержания лопаток вентилятора, позволяющее удерживать эти лопатки в осевом направлении по отношению к упомянутому диску вентилятора. Кольцо удержания и упомянутый кольцевой балансировочный фланец выполнены в виде единой детали. Изобретение позволяет уменьшить габариты и общую массу вентилятора турбомашины. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вентилятор (1) для турбомашины летательного аппарата, содержащий входной конус (20) турбомашины, имеющий наружную поверхность (19), предназначенную для того, чтобы вдоль нее проходил проточный тракт (22) турбомашины, диск (4) вентилятора, а также лопатки (6) вентилятора, установленные на упомянутом диске, вместе с которым они вращаются вокруг оси (2) вращения вентилятора, при этом упомянутый вентилятор содержит кольцевой балансировочный фланец (34), связанный во вращении с диском (4) вентилятора вокруг упомянутой оси (2) вращения и оборудованный множеством отверстий (24) крепления весовых балансиров, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга, при этом упомянутый вентилятор содержит также один или несколько весовых балансиров (26), неподвижно установленных на упомянутом кольцевом балансировочном фланце (34) при помощи одного или нескольких упомянутых отверстий (24) крепления весовых балансиров, при этом упомянутый кольцевой балансировочный фланец (34) расположен внутри упомянутого входного конуса (20) таким образом, чтобы его отверстия (24) крепления весовых балансиров были изолированы от упомянутого проточного тракта (22) турбомашины, отличающийся тем, что дополнительно содержит кольцо (16) удержания лопаток вентилятора, позволяющее удерживать эти лопатки (6) в осевом направлении по отношению к упомянутому диску (4) вентилятора, при этом упомянутое кольцо (16) удержания и упомянутый кольцевой балансировочный фланец (34) выполнены в виде единой детали.

2. Вентилятор по п.1, отличающийся тем, что во время работы, по меньшей мере, одно из упомянутых отверстий (24) крепления весовых балансиров остается свободным.

3. Вентилятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый кольцевой балансировочный фланец (34) неподвижно насажен на упомянутом диске (4) вентилятора.

4. Вентилятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый входной конус (20) проходит в направлении к выходу до упомянутых лопаток (6) вентилятора.

5. Турбомашина летательного аппарата, содержащая вентилятор (1) по любому из предыдущих пунктов.

6. Турбомашина летательного аппарата по п.5, отличающаяся тем, что является турбореактивным двигателем.