ДИСК РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ ДИСК, И ЗАЩИТНАЯ НАКЛАДКА НОЖЕК ЛОПАТОК Российский патент 2013 года по МПК F01D5/30 F04D29/34 

Настоящее изобретение относится к диску ротора вентилятора газотурбинного двигателя, например авиационного турбореактивного двигателя.

В соответствии с известными технологиями, на диске ротора, окружность которого представляет собой чередование выемок и ребер жесткости, установлено определенное количество лопаток, при этом каждая из них состоит из пера лопатки, сопряженной с ножкой, которая вставлена в осевом направлении и удерживается в радиальном направлении в выемке диска. Площадки закреплены между лопатками посредством радиальных скоб, соединенных с соответствующими радиальными скобами, располагаемыми на ребрах жесткости диска.

Кинематика монтажа и демонтажа площадок на ребрах жесткости диска требует, чтобы площадки выполняли поступательное движение на ребре жесткости до тех пор, пока в отверстия скоб площадки не будут введены металлические заготовки или болты, установка которых предусмотрена на скобах диска.

В газотурбинном двигателе боковые края площадок должны располагаться достаточно близко от перьев лопатки для того, чтобы не допустить прохождения паразитного воздуха к диску. В связи с тем, что перья лопаток вентилятора имеют изогнутый профиль, боковые края площадок также должны быть изогнутыми. Однако с учетом кинематики монтажа и демонтажа между краями площадок и перьями лопаток появляется зазор, через который происходит прохождение воздуха к диску. Этот зазор наиболее значителен на осевых концах площадки. Таким образом, общая совокупность зазоров между лопатками и площадками на диске приводит к уменьшению коэффициента полезного действия газотурбинного двигателя.

Технические решения из известного уровня техники направлены на восстановление герметичности между площадкой и лопаткой. Однако эти технологии требуют задействования дополнительных деталей, что приводит к увеличению массы газотурбинного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является, в частности, разработка простого, экономичного и эффективного решения вышеуказанных проблем.

Для решения поставленной задачи предлагается диск ротора вентилятора газотурбинного двигателя, содержащий установленные по его окружности лопатки, ножки которых удерживаются в выемках диска; располагаемые между лопатками площадки, которые крепятся на ребрах жесткости, ограниченных выемками, в которых устанавливаются ножки лопаток; защитную накладку, размещаемую между боковыми поверхностями выемок диска и ножками лопаток, отличающийся тем, что защитные накладки имеют С-образное сечение, позволяющее располагать их за счет поступательного движения и удерживать в радиальном направлении на ребрах жесткости диска, и представляют собой средства крепления площадок на ребрах жесткости диска.

Согласно известной технологии, накладки используются для защиты ножек лопаток от трения о внутренние стенки выемок. Накладка обычно изготавливается из материалов, обладающих более высокой устойчивостью к истиранию, чем ножка лопатки и диск.

Согласно изобретению, накладки выполняют дополнительную функцию, которая позволяет удерживать при помощи средств крепления, располагаемые между лопатками площадки в радиальном направлении на ребрах жесткости диска ротора. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить зазор между лопаткой и площадкой, поскольку площадка не будет больше вставляться по оси, а крепление будет обеспечиваться посредством накладок. Таким образом, боковые края площадки могут строго соответствовать изогнутости пера лопатки.

Предпочтительно, чтобы площадки на диске содержали ножки, устанавливаемые на ребрах жесткости диска, при этом эти ножки вставляются и удерживаются в вырезах или отверстиях накладок.

Предпочтительно также, чтобы поступательное перемещение накладок по ребрам жесткости осуществлялось между положением высвобождения и положением удержания ножек площадок, при этом накладки фиксируются в их положении удержания посредством кольцеобразной детали, устанавливаемой на передней стороне диска для удержания в осевом направлении ножек лопаток в выемках диска.

Данная система крепления за счет поступательного движения защитной накладки позволяет осуществлять установку площадки на ребре жесткости диска с минимальным зазором.

Целесообразно, чтобы ножки площадок содержали радиальные вертикальные стойки и осевые выступы, которые вытянуты вперед относительно радиальных вертикальных стоек. Когда защитная накладка находится в положении закрепления, имеющие осевое расположение выступы размещаются внутри защитной накладки и позволяют таким образом удерживать площадку на ребре жесткости диска.

Целесообразно также, чтобы выемки и ребра жесткости диска, а также защитные накладки имели винтообразный профиль.

В некоторых конструкциях газотурбинного двигателя ножки подвижных лопаток устанавливаются в выемках диска под углом к оси диска. Таким образом, после установки лопаток в выемках диска возникает неравномерность толщины ребра жесткости, обеспечивающего удержание в радиальном направлении лопаток, по каждую сторону от ножки лопатки, что является источником преждевременного изнашивания ножек лопаток. Применение винтообразного профиля для выемок и ребер жесткости диска позволяет сохранить постоянную толщину каждой стороны ножек лопаток на протяжении всей длины диска, при этом накладки имеют винтообразный профиль, обеспечивающий их расположение на ребрах жесткости.

Предпочтительно, чтобы площадки преимущественно монтировались на диске за счет поступательного движения в радиальном направлении.

Изобретение также относится к газотурбинному двигателю, в частности авиационному турбореактивному двигателю, отличающемуся тем, что он содержит вышеописанный диск.

Изобретение также относится к защитной накладке ножек лопаток в газотурбинном двигателе, отличающейся тем, что она имеет С-образное сечение и содержит вырезы или отверстия, образуемые в стенке, соединяющей края буквы С, при этом данные вырезы позволяют вводить и удерживать в них ножки располагаемой между лопатками площадки. Защитная накладка может иметь винтообразный профиль.

Другие преимущества и отличительные признаки предлагаемого изобретения будут видны из описания, представленного в качестве примера и не носящего ограничительного характера, приводимого со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает частичный вид в изометрии диска с установленными на нем лопаткой и площадкой согласно известному уровню техники;

Фиг.2 - вид в изометрии защитной накладки, установленной на ребре жесткости диска согласно изобретению;

Фиг.3 - вид сбоку располагаемой между лопатками площадки согласно изобретению, закрепленной на ребре жесткости диска;

Фиг.4 - вид слева диска, представленного на фиг.3.

На фиг.1 изображена часть диска 10 газотурбинного двигателя с установленной на нем лопаткой 12, изготовленной с учетом известного уровня техники. Окружность диска 10 представляет собой чередование выемок 14 и ребер жесткости 16, которые вытянуты в продольном направлении на всю длину диска 10. Подвижная лопатка 12, которая состоит из пера 18 лопатки, сопряженной с ножкой 20 лопатки, вставляется в радиальном направлении в выемку 14 диска 10 и удерживается в нем. Площадка 22 размещается на ребре жесткости 16 диска 10, при этом края 24 площадки 22 располагаются достаточно близко от пера 18 прилегающей лопатки 12 для того, чтобы не допустить движения воздуха к диску 10. Площадка 22 крепится посредством радиальных скоб, которые вытянуты внутрь, на радиальных скобах 26, которые вытянуты наружу относительно ребра жесткости 16 диска 10. Болты 28, вставляемые в скобы 26 диска 10 и скобы площадки 22, обеспечивают удержание в радиальном направлении площадки 22 на ребре жесткости 16. Кинематика монтажа и демонтажа площадки 22 требует, чтобы скобы были вложены в болты 28 путем поступательного движения площадки 22 относительно срединной оси ребра жесткости 16. Кроме того, поскольку перо 18 лопатки имеет изогнутую форму, то необходимо иметь зазор между краями 24 площадки 22 и пером 18 лопатки для обеспечения перемещения площадки 22 вдоль срединной оси ребра жесткости 16. Этот зазор составляет около 3 мм и имеет максимальное значение на осевых концах площадки 22. В связи с этим возможно движение воздуха между площадкой 22 и лопаткой 12, что приводит к снижению рабочих характеристик газотурбинного двигателя.

Изобретение позволяет уменьшить зазор между краями 24 площадки и пером 18 лопатки 12 за счет изменения кинематики монтажа площадок на ребрах жесткости 16 диска 10 и использования защитных накладок для закрепления площадок на диске.

Согласно известному уровню техники, накладки применяются для защиты вставляемых в выемки 14 ножек лопаток 20 от их трения о боковые поверхности выемок 14 диска. Расположение такого элемента как защитная накладка между ребром жесткости 16 и ножкой лопатки 20, устойчивость которой к изнашиванию меньше, чем у ножки лопатки 20 и у диска 10, позволяет сохранить ножку лопатки 20.

На фиг.2 в схематичном виде изображена защитная накладка 30 согласно изобретению, которая располагается за счет поступательного движения на ребре жесткости 16 диска 32 (видна только его часть) согласно изобретению. С-образное поперечное сечение защитной накладки 30 позволяет вставлять ее в осевом направлении и удерживать в радиальном направлении на ребре жесткости 16. Центральная часть 34 защитной накладки 30 размещается на части ребра жесткости 16 диска и соединяется вертикальными стойками 36, которые расположены фактически радиально относительно боковых краев 38 защитной накладки 30 и вытянуты на всю длину диска 32. Боковые края 38, располагаемые внутри выемки 14, упираются в часть ребра жесткости и обеспечивают удержание в радиальном направлении защитной накладки 30. Центральная часть 34 фактически параллельна периферийной внешней поверхности ребра жесткости 16 диска 32, а его осевые концы 40 практически параллельны плоскости, перпендикулярной оси диска 32.

Защитная накладка 30 согласно изобретению позволяет не только избежать повреждения ножек лопаток 20, но и удерживать площадку на ребре жесткости 16 диска 32, образуя, таким образом, средства крепления площадки. С этой целью центральная часть 34 защитной накладки 30 содержит отверстие 42 и вырезы 40 на ее осевых концах.

На фиг.3 изображена площадка 44 согласно изобретению, которая содержит ножки 46, вытянутые в радиальном направлении внутрь, которые образованы радиальными вертикальными стойками 48 и осевыми выступами 50.

Крепление площадки 44, располагаемой на ребре жесткости 16 диска 32, осуществляется путем размещения в результате поступательного движения защитной накладки 30 на ребре жесткости 16 диска 32. Накладка 30 перемещается по ребру жесткости 16 диска 32 до положения, в котором ножки 46 площадки 44 будут вставлены путем радиального поступательного движения по стрелке А в вырез 40 и в отверстие 42 защитной накладки 30. Изображенная на фиг.3 площадка 44 содержит две смещенные по оси ножки 46, которые располагаются после установки через защитную накладку 30 на ребре жесткости 16 диска 32. После этого защитная накладка 30 перемещается по стрелке В по ребру жесткости 16 до тех пор, пока осевые выступы 50 не будут удерживаться в радиальном направлении центральной частью 34 защитной накладки 30, в результате чего будет обеспечено радиальное закрепление площадки 44 на диске 32. Действительно, в процессе функционирования на площадку 44 оказывается воздействие центробежной силы, в результате чего она перемещается в радиальном направлении, которое прекращается осевыми выступами 50, упирающимися в центральную часть 34 защитной накладки.

Радиальная установка площадки 44 позволяет добиться четкого совпадения изогнутости краев площадки 44 с изогнутостью пера 18 лопатки и уменьшения тем самым зазора между площадкой 44 и лопаткой 12.

Согласно варианту осуществления защитной накладки 30, изображенной на фигурах чертежей, боковые передние концы накладки 30, когда накладка 30 находится в положении закрепления площадки 44, образуют выступы 52 относительно передней поверхности диска 32. Эти выступы 52 предназначены для обеспечения взаимодействия с кольцевой деталью (не показана), монтируемой на передней поверхности диска 32 для удержания в осевом направлении ножек лопаток 20 и защитных накладок 30.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг.4, выемки 14 и ребра жесткости 16, а также защитные накладки 30 имеют винтообразный профиль. В том случае, если выемки 14 установлены под углом к оси диска 32, данный профиль позволяет сохранить постоянную толщину е1 на протяжении всей длины диска 32, фактически равную толщине е2, поскольку выемки 14 и ребра жесткости 16 совпадают с цилиндрическим профилем диска 32. Таким образом, этот тип профиля позволяет уменьшить изнашиваемость ножек лопаток 20.

В случае потери лопатки защитная накладка 30 может служить упором или также деформироваться с целью не допустить соприкосновения площадки 44 с отделившейся лопаткой 12, которая способна привести к выталкиванию площадки 44.

Защитная накладка 30 в зависимости от количества ножек 46, которые необходимы для площадки 44, может содержать различное количество вырезов 42 и отверстий.

Защитные накладки изготовлены из металла и имеют толщину от 0,1 до нескольких миллиметров.

Диск ротора вентилятора газотурбинного двигателя содержит лопатки, ножки которых удерживаются в выемках диска, площадки, располагаемые между лопатками, и защитные накладки. Площадки крепятся на ребрах жесткости, ограниченных выемками, в которых устанавливаются ножки лопаток. Защитные накладки размещены между боковыми поверхностями выемок диска и ножками лопаток и имеют С-образное сечение, позволяющее располагать их за счет поступательного движения и удерживать в радиальном направлении на ребрах жесткости диска. Площадки содержат ножки, размещаемые на ребрах жесткости диска и удерживаемые в радиальном направлении в вырезах или отверстиях накладок. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанный выше диск ротора вентилятора. Еще одно изобретение относится к защитной накладке ножек лопаток в вентиляторе, имеющей С-образное сечение и винтообразный профиль и содержащей вырезы или отверстия, образуемые в ее стенке, соединяющей края буквы С. Вырезы в ее стенке позволяют вводить и удерживать в ней ножки располагаемой между лопатками площадки. Изобретения позволяют уменьшить зазор между лопаткой вентилятора и площадкой, располагаемой между лопатками. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Диск ротора вентилятора газотурбинного двигателя, содержащий установленные по его окружности лопатки, ножки которых удерживаются в выемках диска; располагаемые между лопатками площадки, которые крепятся на ребрах жесткости, ограниченных выемками, в которых устанавливаются ножки лопаток; защитные накладки, размещаемые между боковыми поверхностями выемок диска и ножками лопаток, отличающийся тем, что защитные накладки имеют С-образное сечение, позволяющее располагать их за счет поступательного движения и удерживать в радиальном направлении на ребрах жесткости диска, причем площадки содержат ножки, размещаемые на ребрах жесткости диска, при этом эти ножки устанавливаются и удерживаются в радиальном направлении в вырезах или отверстиях накладок.

2. Диск по п.1, отличающийся тем, что поступательное перемещение накладок по ребрам жесткости осуществляется между положением высвобождения и положением удержания ножек площадок, при этом накладки фиксируются в их положении удержания посредством кольцеобразной детали, устанавливаемой на передней стороне диска для удержания в осевом направлении ножек лопаток в выемках диска.

3. Диск по п.1, отличающийся тем, что ножки площадок содержат радиальные вертикальные стойки и осевые выступы, которые вытянуты вперед относительно радиальных вертикальных стоек.

4. Диск по п.1, отличающийся тем, что выемки и ребра жесткости диска, а также защитные накладки имеют винтообразный профиль.

5. Диск по п.1, отличающийся тем, что площадки монтируются на диске за счет радиального поступательного движения.

6. Газотурбинный двигатель, в частности авиационные турбореактивный или турбовинтовой двигатели, отличающийся тем, что он содержит диск ротора вентилятора по п.1.

7. Защитная накладка ножек лопаток в вентиляторе, отличающаяся тем, что она имеет С-образное сечение и винтообразный профиль и содержит вырезы или отверстия, образуемые в своей стенке, соединяющей края буквы С, при этом данные вырезы позволяют вводить и удерживать в ней ножки располагаемой между лопатками площадки.