СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ, ТУРБИНА, КОМПРЕССОР И ТУРБОМАШИНА, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКУЮ СТУПЕНЬ Российский патент 2013 года по МПК F01D25/24 

Настоящее изобретение относится к ступени турбины или компрессора турбомашины, такой как, например, турбореактивного или турбовинтового двигателей самолета, содержащей колесо с лопатками, устанавливаемое вращающимся внутри имеющего форму цилиндра или усеченного конуса кольца, образованного секторами кольца, которые крепятся встык по окружности на корпусе компрессора или турбины.

Каждый сектор кольца содержит на одном из своих концов окружной выступ, который прижимается в радиальном направлении на кольцевой направляющей корпуса посредством упругого замка с фактически С-образным сечением, который в осевом направлении надевается на направляющую корпуса и на окружной выступ сектора кольца (см., например, документ FR-A-2887920).

На базе используемых в настоящее время технологий замки устанавливаются встык по окружности и образуют, таким образом, кольцевые средства фиксации, располагаемые на протяженности, равной 360°. Ширина или угловая протяженность каждого замка, по меньшей мере, равна ширине сектора кольца, при этом количество замков меньше или равно количеству секторов кольца.

Если ширина или угловая протяженность каждого замка равна ширине секторов кольца, то каждый замок, как правило, надевается на окружной выступ одного сектора кольца таким образом, чтобы боковые концы замка фактически располагались на одной прямой с продольными краями сектора кольца.

Каждый замок надевается на направляющую корпуса и на окружной выступ сектора кольца с определенным радиальным предварительным напряжением. При функционировании в каждом секторе кольца в радиальном направлении возникает относительно большой перепад температур, что приводит к «разгибанию» этого сектора кольца. Это явление проявляется в основном в увеличении радиуса кривизны сектора кольца, что повышает напряжение в срединной части замка и может сократить его срок эксплуатации.

Целью настоящего изобретения является, в частности, выработка простого, эффективного и экономически выгодного решения этой проблемы.

В связи с этим предлагается ступень турбины или компрессора турбомашины, содержащая, по меньшей мере, одно колесо с лопатками, окруженное разделенным на сектора кольцом, удерживаемое корпусом и содержащее окружной выступ, прижимаемый в радиальном направлении на кольцевой направляющей корпуса посредством упругих замков с фактически С-образным сечением, которые в осевом направлении надеваются на направляющую корпуса и на выступ кольца, отличающаяся тем, что каждый сектор кольца удерживается на направляющей корпуса посредством, по меньшей мере, одного замка, который надевается исключительно на окружную концевую часть выступа сектора кольца и на соответствующую часть направляющей корпуса.

Таким образом, согласно изобретению, замки располагаются по окружности на определенном расстоянии друг от друга и надеваются исключительно на концевые части секторов кольца и на соответствующие части направляющей. Никакой замок не надевается на срединную часть сектора кольца и на соответствующую часть направляющей корпуса. Таким образом, срединная часть каждого сектора кольца в процессе функционирования турбомашины может свободно перемещаться в радиальном направлении, не создавая опасности повреждения замка.

Таким образом, каждый сектор кольца удерживается в радиальном направлении на направляющей корпуса, по меньшей мере, одним из своих концов. В отличие от предшествующего уровня техники замки не располагаются вплотную друг к другу. Средства фиксации не проходят на протяжении 360°, что позволяет существенным образом уменьшить их массу. Радиальное предварительное напряжение замков позволяет зафиксировать их в направлении по окружности на направляющей корпуса и на выступах секторов кольца. Могут быть также предусмотрены системы контровки замков по окружности в случае, когда радиальное предварительное напряжение не будет достаточным или будет равно нулю. Эти замки фактически идентичны друг другу.

Согласно другому отличительному признаку предлагаемого изобретения, замки имеют ширину или угловую протяженность меньше ширины сектора кольца.

Каждый сектор кольца может удерживаться на направляющей корпуса посредством одного замка, при этом данный замок надевается на окружную концевую часть выступа сектора кольца и на соответствующую часть направляющей корпуса. Замок может удерживать в радиальном направлении один сектор кольца или может также удерживать два сектора кольца, если они устанавливаются подковообразно на два смежных сектора кольца.

Возможно рассмотрение варианта, когда каждый сектор кольца удерживается на направляющей корпуса посредством двух замков, надеваемых на окружные концевые части выступа сектора кольца и на соответствующие части направляющей корпуса. Каждый из этих замков может удерживать концевую часть выступа сектора кольца и даже концевую часть выступа смежного сектора кольца, если этот замок располагается подковообразно на выступах этих двух секторов кольца.

Замки могут располагаться по окружности на расстоянии друг от друга, при этом это расстояние, например, больше или равно ширине замка.

Каждый замок может иметь ширину или угловую протяженность, которая меньше приблизительно половины, предпочтительно меньше приблизительно трети и, например, меньше приблизительно четверти ширины сектора кольца.

Изобретение также относится к компрессору или турбине турбомашины, отличающемуся (отличающейся) тем, что он (она) содержит, по меньшей мере, одну ступень турбины или компрессора, описание которой было приведено выше.

Изобретение также относится к турбомашине, такой как, например, турбореактивному или турбовентиляторному двигателю самолета, отличающейся тем, что она содержит, по меньшей мере, одну ступень турбины или компрессора, описание которой было приведено выше.

Изобретение станет более понятным, а другие отличительные признаки, детали и преимущества проявятся более отчетливо после изучения нижеследующего описания, которое приводится в качестве примера и не носит ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 схематично изображает в осевом разрезе частичный вид половины ступени турбины, в соответствии с предшествующим уровнем техники;

- фиг.2 - схематичный вид в перспективе сектора кольца и замка ступени, представленной на фиг.1;

- фиг.3 очень схематично изображает частичный вид стороны сектора кольца, представленного на фиг.2 (вид сзади);

- фиг.4 - схематичный вид в перспективе сектора кольца и замка ступени согласно настоящему изобретению;

- фиг.5 - схематичный вид в перспективе сектора кольца и двух замков согласно одному варианту осуществления изобретения;

- фиг.6 - схематичный вид сверху сектора кольца и замков, представленных на фиг.5.

Вначале ссылка делается на фиг.1, на которой изображена ступень турбины 10 турбомашины, такой как, например, турбореактивного или турбовентиляторного двигателя самолета. Данная ступень 10 содержит направляющий сопловой аппарат 12, образованный кольцеобразно расположенным рядом неподвижно установленных лопаток 14, удерживаемых корпусом 16 турбины, и колесо с лопатками 18, установленное перед направляющим сопловым аппаратом 12 и вращающееся внутри разделенного на секторы кольца 20, образованного множеством секторов 22, которые удерживаются соединенными встык по окружности корпусом 16 турбины.

Направляющий сопловой аппарат 12 содержит две круговых стенки 24 соответственно, наружной и внутренней (не показаны), между которыми образуется кольцевой газо-воздушный тракт поступления газов в турбину и между которыми в радиальном направлении располагаются лопатки 14. Средства фиксации направляющего соплового аппарата содержат, по меньшей мере, одну переднюю радиальную лапу 26, наружный край которой соединен с цилиндрическим выступом 28, ориентированным вперед и предназначенным для расположения в кольцевом пазу 30, ориентированным в направлении задней по потоку части корпуса 16.

Каждый сектор 22 кольца содержит на своем переднем и заднем по потоку концах окружные выступы 32, 34, предназначенные для крепления на корпусе 16 турбины. Окружные передние выступы 32 секторов кольца ориентированы вперед и надеваются на цилиндрический выступ 36, ориентированный в направлении задней части корпуса 16. Окружные задние выступы 34 секторов ориентированы назад и прижимаются в радиальном направлении к цилиндрической направляющей 38 корпуса посредством замков 40 с С-образным сечением, открытая часть которых ориентирована по оси вперед, надеваемых в осевом направлении путем упругой деформации сзади на направляющую 38 корпуса и окружные задние выступы 34 секторов колец. Задние выступы 34 сектора кольца и направляющая 38 корпуса имеют фактически одинаковый радиус кривизны.

Каждый замок 40 содержит две, соответственно, радиально наружную и радиально внутреннюю, окружные стенки 42 и 44, задние концы которых соединены друг с другом посредством радиальной стенки 46, при этом эти стенки вставляются, соответственно, с наружной стороны направляющей 38 корпуса и с внутренней стороны задних выступов 34 секторов кольца.

Радиальная стенка 46 замка 40 располагается по оси между задними концами направляющей 38 и выступами 34 и радиальной стенкой 26 направляющего соплового аппарата 12, расположенного сзади, с целью не допустить перемещения замка 40 в осевом направлении назад и отсоединения от направляющей 38 корпуса и выступов 34 секторов кольца.

Как это показано на фиг.2, каждый сектор 22 кольца связан с одним замком 40 согласно предшествующему уровню технологий. В целях упрощения понимания на данной фигуре чертежа направляющая 38 корпуса не показана. Ширина L или угловая протяженность замка фактически равна ширине Н сектора кольца. В монтажном положении, изображенном на фиг.2, боковые стороны 48 замка являются радиальным продолжением боковых сторон 50 сектора кольца. Боковые стороны 48 каждого замка располагаются на незначительном расстоянии по окружности от боковых сторон смежных замков, которые соединяются друг с другом практически вплотную.

Замок 40 предпочтительно надевается на направляющую 38 корпуса и на окружной выступ 34 сектора кольца с определенным радиальным предварительным напряжением. С этой целью расстояние в радиальном направлении между окружными стенками 42, 44 замка, который не установлен (что соответствует радиальному размеру открытой части замка), меньше, например, приблизительно на несколько десятых миллиметра суммы толщин в радиальном направлении направляющей 38 корпуса и заднего выступа 34 сектора. Замок 40 упруго деформируется в радиальном направлении путем удаления его окружных стенок 42, 44 в процессе его надевания в осевом направлении на направляющую 38 и задний выступ 34 сектора.

При функционировании сектор 22 кольца подвергается значительным перепадам температур в радиальном направлении, что выражается в «разгибании» сектора кольца, радиус кривизны которого становится больше, чем в ненапряженном состоянии, при этом его радиус кривизны становится больше радиуса кривизны направляющей 38 корпуса. На фиг.3 форма и положение заднего выступа 34 сектора кольца в свободном состоянии без напряжения обозначены сплошной линией, а в состоянии «разгибания» - пунктирной линией. «Разгибание» сектора кольца приводит к радиальному перемещению J внутрь окружного выступа 34 сектора кольца, при этом это перемещение J меняется по окружности сектора и является максимальным на уровне срединной части данного сектора. Данное «разгибание» выражается в существенном возрастании напряжений в срединной части замка 40, которые могут привести к сокращению его срока эксплуатации.

Предлагаемое изобретение позволяет устранить эту проблему путем удержания секторов 22 кольца на направляющей 38 корпуса посредством замков, которые надеваются исключительно на концевые части задних окружных выступов 34 секторов кольца. Таким образом, срединные части выступов 34 секторов могут свободно перемещаться в процессе функционирования, не передавая усилия на замки, которые в достаточной степени удалены от этих зон концентрации напряжений.

Согласно примеру осуществления изобретения, изображенному на фиг.4, ширина L' или угловая протяженность замка 140 значительно меньше ширины сектора 22 кольца, при этом он идентичен секторам кольца, изготовленным на основании достигнутого уровня технологий. Ширина L' замка 140 меньше половины, предпочтительно меньше трети и, например, меньше четверти ширины Н сектора 22 кольца. Каждый сектор 22 кольца связан с одним замком 140, который надевается на концевую часть выступа 34 сектора и на соответствующую часть направляющей 38 корпуса (в интересах упрощения процесса понимания не показана). В данном случае количество замков равно количеству секторов кольца.

Согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг.5 и 6, сектор 22 кольца связан с двумя замками 240, которые надеваются на концевые части, соответственно, заднего выступа 34 сектора кольца и на соответствующие части направляющей 38 корпуса. В связи с этим число замков в два раза больше числа секторов кольца. Замки 240 фактически идентичны друг другу и замку 140, представленному на фиг.4, и располагаются по окружности на достаточно значительном расстоянии друг от друга, при этом это расстояние по окружности соответствует, например, сумме ширины двух или трех замков.

Как и в случае применения предшествующего уровня техники, упор на радиальную стенку 26 располагаемого сзади направляющего соплового аппарата 12 (фиг.1) не позволяет замкам 140 и 240 перемещаться в осевом направлении назад. Радиальное предварительное напряжение замков 140, 240, когда они монтируются на направляющей 38 корпуса и на задних выступах 34 секторов кольца, считается достаточным для их закрепления в направлении по окружности. В том случае, если это радиальное предварительное напряжение имеет нулевое значение или является недостаточным для закрепления замков в направлении по окружности, предусматриваются системы блокировки этих замков в направлении по окружности.

Ступень турбомашины содержит колесо с лопатками, окруженное разделенным на сектора кольцом, удерживаемым корпусом и содержащим окружной выступ, прижимаемый в радиальном направлении на кольцевой направляющей корпуса посредством упругих замков с фактически С-образным сечением. Замки в осевом направлении надеваются на направляющую корпуса и на выступ кольца. Каждый сектор кольца удерживается на направляющей корпуса посредством, по меньшей мере, одного замка, который надевается исключительно на окружную концевую часть выступа сектора кольца и на соответствующую часть направляющей корпуса. Другие изобретения группы относятся к турбомашине, а также к компрессору и турбине турбомашины, содержащим, но меньшей мере, одну указанную выше ступень. Изобретения позволяют повысить срок службы замка, а также снизить массу узла крепления сектора кольца на корпусе турбомашины. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ступень турбомашины, такая как ступень турбины или компрессора, содержащая, по меньшей мере, одно колесо (18) с лопатками, окруженное разделенным на сектора кольцом (20), удерживаемым корпусом (16) и содержащим окружной выступ (34), прижимаемый в радиальном направлении на кольцевой направляющей (38) корпуса посредством упругих замков (140, 240) с фактически С-образным сечением, которые в осевом направлении надеваются на направляющую корпуса и на выступ кольца, отличающаяся тем, что каждый сектор кольца удерживается на направляющей корпуса посредством, по меньшей мере, одного замка, который надевается исключительно на окружную концевую часть выступа сектора кольца и на соответствующую часть направляющей корпуса.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что замки (140, 240) имеют ширину (L') или угловую протяженность меньше ширины (H) сектора (22) кольца.

3. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что каждый сектор (22) кольца удерживается на направляющей (38) корпуса посредством одного замка (140), при этом данный замок надевается на окружную концевую часть выступа (34) сектора кольца и на соответствующую часть направляющей (38) корпуса.

4. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что каждый сектор (22) кольца удерживается на направляющей (38) корпуса посредством двух замков (240), при этом данные замки надеваются соответственно на окружные концевые части выступа (34) сектора кольца и на соответствующие части направляющей (38) корпуса.

5. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что замки (140, 240) размещаются по окружности на расстоянии друг от друга, при этом данное расстояние, например, больше или равно ширине или угловой протяженности замка.

6. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что каждый замок (140, 240) имеет ширину или угловую протяженность меньше приблизительно половины ширины сектора (22) кольца.

7. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что каждый замок (140, 240) имеет ширину или угловую протяженность меньше приблизительно трети ширины сектора (22) кольца.

8. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что каждый замок (140, 240) имеет ширину или угловую протяженность меньше приблизительно четверти ширины сектора (22) кольца.

9. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что замки (140, 240) идентичны друг другу.

10. Компрессор турбомашины, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну ступень по п.1.

11. Турбина турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, одну ступень по п.1.

12. Турбомашина, такая как, например, турбореактивный или турбовентиляторный двигатель самолета, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, одну ступень по п.1.