ЭЛЕМЕНТ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОГО ЭЛЕМЕНТА И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ЭТОТ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2013 года по МПК F01D11/12 

Группа изобретений относится к способу изготовления элемента газотурбинного двигателя и, в частности, к узлу, содержащему внешнюю обечайку, несущую ступень статорных лопаток и кольцевую дорожку из истираемого материала, по которой перемещаются края подвижных лопаток роторной ступени. Изобретение относится, в частности, к усовершенствованию, позволяющему одновременно упростить образование дорожки из истираемого материала и уменьшить аксиальный размер и вес элемента в его совокупности.

В качестве ближайшего уровня техники выбрано устройство по патенту US 4875828.

Ступень газотурбинного двигателя, например, компрессионная ступень в компрессоре, установлена между коаксиальными внешней обечайкой и внутренней обечайкой. Неподвижные статорные лопатки размещены между двумя обечайками. Подвижные лопатки приводятся во вращение внутри внешней обечайки таким образом, что края этих лопаток перемещаются по дорожке из истираемого материала, расположенной на внутренней поверхности внешней обечайки на входе статорных лопаток.

Далее в описании термины «вход» и «выход» позволяют расположить структурные элементы относительно друг друга, приняв за критерий направление потока среды в струе, то есть внутри внешней обечайки.

На Фиг.1 изображен известный узел, образованный внешней обечайкой 11, статорными лопатками 13 и дорожкой 15 из истираемого материала. В соответствии с такой конструкцией внешняя обечайка 11 содержит внутреннюю нервюру 17, которая отделяет входную часть 19, где находится дорожка 15 из истираемого материала, от выходной части 21, где установлены статорные лопатки 13. Каждая лопатка содержит платформу 23, жестко закрепленную в кольцевой канавке 25 внешней обечайки. Нервюра 17 образует входной край этой канавки. В представленном примере неподвижные лопатки 13 соединены с внешней обечайкой 11 болтами 27. Окончательная форма внешней обечайки с внутренней стороны обычно получается в результате обработки. Обечайка является обычно металлической, например, из сплава алюминия, титана или стали. Истираемым материалом часто является смесь алюминия и полимера, нанесенная в горячем (плазменном) или холодном состоянии, или силикон "RTV".

Одной из задач изобретения является упрощение конструкции внешней обечайки 11 и, в частности, исключение нервюры 17.

Задача решается благодаря использованию платформ статорных лопаток для образования ограничивающих средств, позволяющих осуществить нанесение истираемого материала на внутреннюю поверхность обечайки.

В частности, изобретение относится к способу изготовления элемента газотурбинного двигателя, содержащего внешнюю обечайку, включающую первую часть, внутри которой размещена дорожка из истираемого материала, и вторую часть, с которой соединены статорные лопатки, снабженные платформами, при этом способ отличается тем, что статорные лопатки соединяют с обечайкой таким образом, что упомянутые платформы ограничивают практически непрерывную кольцевую область внутри упомянутой внешней обечайки, а также тем, что истираемый материал наносят внутри упомянутой первой части с использованием этой области для ограничения края упомянутой дорожки из истираемого материала.

В примере осуществления упомянутая первая часть находится на входе, а упомянутая вторая часть находится на выходе.

Можно также уменьшить длину внешней обечайки, так как нервюра 17 исключена. Изобретение позволяет также изготавливать внешнюю обечайку из композитного материала на основе углеродных или стеклянных волокон, так как можно получить покрытие практически постоянной толщины на наибольшей части длины обечайки.

В соответствии с предпочтительной характеристикой истираемый материал наносится точно по размеру, до конечных границ. Такой тип нанесения сам по себе известен и позволяет исключить финишную обработку.

Например, истираемый материал может являться композитным материалом на основе силикона.

Предпочтительно наносить композитный материал с помощью плазмы.

При этом материал может контактировать с краями платформ статорных лопаток. Нет необходимости предусматривать зазор между дорожкой из истираемого материала и платформами. Напротив, силикон может гасить вибрации.

Изобретение не исключает нанесения другого типа истираемого материала (горячее плазменное нанесение), а именно материала на основе силикона не точно по размеру, то есть с несоблюдением границ, с последующей финишной обработкой.

Изобретение касается также элемента газотурбинного двигателя, содержащего внешнюю обечайку, включающую входную часть, снабженную изнутри дорожкой из истираемого материала, и выходную часть, с которой соединены статорные лопатки, снабженные платформами, и в котором выходной край упомянутой дорожки из истираемого материала находится рядом с входными краями упомянутых платформ статорных лопаток.

Предпочтительно, чтобы упомянутый истираемый материал являлся составом на основе силикона.

Предпочтительно также, чтобы упомянутый истираемый материал находился в контакте с комплексом входных краев упомянутых платформ.

Внешняя обечайка может быть, предпочтительно, выполнена из композитного материала на основе углеродных или стеклянных волокон.

Изобретение относится также к любой турбомашине, содержащей, по меньшей мере, один ранее описанный элемент. Оно используется, в частности, в компрессоре низкого давления газотурбинного двигателя.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 изображает вид в частичном аксиальном разрезе элемента газотурбинного двигателя в соответствии с известным уровнем техники;

- фиг.2 изображает подобный элемент газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением и, в частности, показывает одну фазу способа в соответствии с изобретением; и

- фиг.3 изображает вид, аналогичный фиг.2, иллюстрирующий изготовленный элемент газотурбинного двигателя.

Элемент газотурбинного двигателя, изображенный на фиг.2, образует часть компрессорной ступени компрессора. Он состоит из внешней обечайки 11, содержащей входную часть 19, снабженную внутри дорожкой 15 из истираемого материала, и выходную часть 21, в которой жестко закреплены статорные лопатки 13.

В противовес известному устройству по фиг.1, платформы 23 статорных лопаток позиционированы путем контактирования только с одной стороны внутри обечайки 11, вдоль только одной выходной поверхности 31 позиционирования. Действительно, средняя нервюра исключена. Позиционирование, таким образом, является более легким. Статорные лопатки 13 установлены встык благодаря болтам 27. Они образуют на входе, таким образом, практически непрерывную кольцевую область 33. Наличие этой области используется для нанесения истираемого материала на внутреннюю поверхность входной части 19 обечайки при использовании этой области для ограничения выходного края дорожки 15 из истираемого материала. Это изображено на фиг.2, где видно, что кольцевая область 33, образованная платформами 23, является стенкой пресс-формы 37, позволяющей вводить истираемый материал. В этом примере истираемый материал является композицией на основе силикона. Инжекция силикона осуществляется до конечных границ для исключения последующей обработки. Отвод пресс-формы 37 после введения истираемого материала приводит к конфигурации по фиг.3. Элемент газотурбинного двигателя изготовлен и может быть установлен в компрессор, при этом подвижные лопатки, установленные на роторе (не представленные на чертеже), входят в соприкосновение с истираемым материалом 15.

Более того, как упомянуто выше, внешняя обечайка 11, форма которой является гораздо более простой при практически постоянной толщине стенки на наибольшей части ее длины, может быть легко изготовлена не из металлического материала, а например, из композитного материала на основе углеродных или стеклянных волокон. Использование истираемого материала на основе силикона улучшает виброгасящие свойства платформ.

Описанный выше способ может также быть использован, даже если истираемый материал нанесен с несоблюдением границ, что вызывает необходимость использования финишной обработки.

Способ можно также осуществить с использованием плазменного нанесения истираемого материала, что обычно вызывает осаждение с несоблюдением границ.

Элемент газотурбинного двигателя содержит внешнюю обечайку, включающую входную часть с расположенной внутри дорожкой из истираемого материала, непосредственно контактирующей с внутренней поверхностью обечайки, и выходную часть, с которой соединены статорные лопатки. Статорные лопатки снабжены платформами, отделенными от внешней обечайки. Выходной край дорожки из истираемого материала находится рядом с комплексом входных краев упомянутых платформ статорных лопаток. При изготовлении указанного элемента газотурбинного двигателя статорные лопатки соединяют с обечайкой с образованием практически непрерывной кольцевой области внутри упомянутой внешней обечайки. Затем наносят истираемый материал внутри части обечайки с использованием области для образования края упомянутой дорожки из истираемого материала. Еще одно изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, включающему указанный выше элемент. Изобретения позволяют упростить конструкцию обечайки, а также обеспечить гашение вибраций конструкции. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления элемента газотурбинного двигателя, содержащего внешнюю обечайку (11), включающую первую часть (19), снабженную изнутри дорожкой (15) из истираемого материала, и вторую часть (21), в которой укреплены статорные лопатки, снабженные платформами, отличающийся тем, что статорные лопатки соединены с обечайкой таким образом, чтобы упомянутые платформы образовывали практически непрерывную кольцевую область (33) внутри упомянутой внешней обечайки, причем истираемый материал наносят внутри упомянутой первой части с использованием упомянутой области для образования края упомянутой дорожки из истираемого материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал наносят до конечных границ для исключения финишной обработки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал наносят с несоблюдением границ, что вызывает необходимость использования финишной обработки.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал является композитным материалом на основе силикона.

5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал наносят с помощью плазмы.

6. Элемент газотурбинного двигателя, содержащий внешнюю обечайку (11), включающую входную часть (19) с расположенной внутри дорожкой (15) из истираемого материала, непосредственно контактирующей с внутренней поверхностью обечайки, и выходную часть (21), с которой соединены статорные лопатки, снабженные платформами, отделенными от внешней обечайки, отличающийся тем, что выходной край упомянутой дорожки из истираемого материала находится рядом с комплексом входных краев упомянутых платформ статорных лопаток (23).

7. Элемент газотурбинного двигателя по п.6, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал является составом на основе силикона.

8. Элемент газотурбинного двигателя по п.7, отличающийся тем, что упомянутый истираемый материал находится в контакте с комплексом входных краев упомянутых платформ (23).

9. Элемент газотурбинного двигателя по одному из пп.6-8, отличающийся тем, что упомянутая внешняя обечайка (11) выполнена из композитного материала на основе углеродных или стеклянных волокон.

10. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что он содержит элемент по одному из пп.6-9.