РОТОР ВЕНТИЛЯТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ САМОЛЕТА Российский патент 2014 года по МПК F01D5/32 F04D29/34 

Настоящее изобретение относится к ротору вентилятора турбореактивного двигателя самолета, более конкретно к блокированию хвостовиков лопаток в соответствующих канавках. Изобретение относится, в частности, к усовершенствованию системы индивидуальных фиксаторов, которые позволяют удерживать лопатки в соответствующих канавках. Согласно настоящему изобретению также предлагается турбореактивный двигатель самолета, в котором вентилятор снабжен таким ротором.

В двухконтурных турбореактивных двигателях ротор вентилятора несет множество лопаток, каждая из которых имеет ребристый хвостовик, находящийся в зацеплении с канавкой, выполненной в периферии рабочего колеса. Канавки определены между радиальными выступами, которые имеют проходящие продольно боковые валики, закрывающие кромки канавок и которым придана такая форма, чтобы удерживать хвостовики лопаток.

При сборке каждый хвостовик лопатки вводят в зацепление с канавкой, заставляя его скользить через вышерасположенный конец канавки.

В нижеследующем тексте термины "вышерасположенный" и "нижерасположенный" используются для обозначения, соответственно, положения, находящегося ближе к передней части двигателя и ближе к задней части двигателя в направлении потока воздуха через вентилятор.

Известно изобретение для закрытия каждой канавки на ее вышерасположенном конце фиксатором, находящимся в зацеплении с боковыми пазами, сформированными на каждой стороне канавки в вышерасположенных расширениях радиальных выступов и образующими своего рода зубья, выступающие выше по потоку от рабочего колеса. Такие пазы ориентированы так, чтобы сходиться в направлении друг друга, проходя радиально наружу. Фиксаторы имеют поперечные кромки, сходящиеся так же, как и пазы. Они монтируются путем введения в зацепление через радиально внутренние открытые концы пазов, сформированных в этих зубьях.

Фиксаторы играют важную роль, поскольку осевые силы, прилагаемые хвостовиками лопаток на каждый из них, обычно лежат в диапазоне от 500 кг до 900 кг. Кроме того, в случае повреждения, вплоть до отрыва лопатки, фиксатор должен быть способен рассеять энергию удара и минимизировать ущерб, наносимый соседним лопаткам и деталям.

В документе US 5259728 раскрывается тип фиксатора, который содержит относительно толстый металлический элемент, например, выполненный из титана, на нижерасположенной грани которого имеется демпфирующая структура, образованная пустотелым сотовым элементом. Такая структура обладает достаточной жесткостью, чтобы выдерживать нормальные силы от хвостовика лопатки. В случае серьезной аварийной ситуации, он служит для демпфирования удара посредством сплющивания.

Тем не менее, сотовая структура выполнена из относительно тонкого металлического листа и ее трудно прикрепить (приварить) к нижерасположенной грани толстого металлического элемента такого фиксатора. Себестоимость такого фиксатора также достаточно велика.

Настоящее изобретение направлено на устранение этих проблем.

В EP 0061948 описано устройство для запирания лопаток, в котором фиксатор, именуемый "основным фиксатором", связан с дополнительным фиксатором, отнесенным от него.

Более точно, настоящее изобретение предоставляет ротор вентилятора, содержащий лопатки, прикрепленные к периферии колеса, при этом каждая лопатка имеет хвостовик лопатки, находящийся в зацеплении с канавкой, выполненной в упомянутом колесе, и удерживаемый в ней фиксатором, находящимся в зацеплении с пазами, сформированными рядом с вышерасположенным концом соответствующей канавки на каждой ее стороне для противодействия движению этого хвостовика в осевом направлении, каждый вышеуказанный фиксатор, именуемый "основным" фиксатором, соединен с дополнительным фиксатором, отличным от основного фиксатора, ротор, отличающийся тем, что дополнительный фиксатор отнесен от основного фиксатора на заранее определенное расстояние, при этом дополнительный фиксатор расположен между основным фиксатором и вышерасположенным концом хвостовика лопатки, находящегося в зацеплении с канавкой.

В варианте воплощения дополнительным фиксатором является тонкая стенка. Эта тонкая стенка преимущественно выполнена из деформируемого материала, например, в форме металлической пластины, находящейся в зацеплении с соответствующими пазами, сформированными с обеих сторон канавки на ее вышерасположенном конце.

Эта металлическая пластина, контур которой, по существу, аналогичен контуру основного фиксатора, может быть выполнена, например, из нержавеющей стали или из любого другого металла, который может деформироваться, не разрушаясь, сплющиваясь рядом с нижерасположенной гранью основного фиксатора. Деформация тонкой пластины не приводит к ее выпадению и формированию обломков, которые могут повредить соседние лопатки.

Стоимость такого дополнительного фиксатора очень низка. Он имеет очень малую толщину по сравнению с основным фиксатором и составляет типично от 1/4 до 1/3 толщины основного фиксатора. Следовательно, соответствующие пазы, сформированные на каждой стороне канавки, также имеют небольшую ширину и могут быть легко сформированы посредством обработки типа проводной электроэрозионной обработки.

Возможно даже предусмотреть адаптацию такого нового типа блокирования к существующим колесам, которые уже находятся в эксплуатации, например, при текущем техническом обслуживании.

Согласно другому преимущественному отличительному признаку, дополнительный фиксатор содержит язычок, который проходит выше по потоку по существу перпендикулярно его поверхности. Этот язычок приварен к кромке основного фиксатора. Следовательно, при сборке, одно блокирующее устройство устанавливается на место, с расстоянием между двумя фиксаторами, определяемым длиной язычка. Такое блокирующее устройство можно установить на место посредством вставки фиксаторов в соответствующие пазы через их радиально внутренние открытые концы.

Согласно другому преимущественному отличительному признаку от основного фиксатора выше по потоку выступает крепежное ушко для установки клина, который вставлен между хвостовиком лопатки и дном канавки. Таким образом, клин, обычно расположенный на дне канавки, также крепится к основному фиксатору, и его перемещение в осевом направлении предотвращает установленный на место фиксатор. Следовательно, клин предотвращает расцепление фиксатора.

Изобретение может быть лучше понято и другие его преимущества будут более ясны в свете следующего описания, приведенного только в качестве примера и со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг.1 - фрагментарный вид в перспективе ротора вентилятора, на котором показан конец канавки.

Фиг.2 - вид сбоку блокирующего узла, состоящего из двух фиксаторов.

Фиг.3 - вид в перспективе того же блокирующего узла.

Фиг.4 - фрагментарный вид в перспективе колеса с установленными на место лопаткой и блокирующим узлом.

Фиг.5 - фрагментарный вид по стрелке V на фиг.4, показывающий блокирующий узел, прикрепленный к клину, установленному под хвостовик лопатки; и

Фиг.6 - вид по стрелке VI на фиг.5.

Ротор 11 вентилятора, как показано на чертежах, в основном содержит диск, образующий колесо 13, имеющее лопатки 15 вентилятора, прикрепленные к нему. Каждая лопатка имеет хвостовик 17 с боковыми ребрами, находящимися в зацеплении с соответствующей канавкой 18, выполненной в колесе 13. Таким образом, на периферии колеса имеются радиальные выступы 20, каждый из которых проходит на определенной длине параллельно оси ротора. Эти радиальные выступы имеют боковые валики 22, проходящие по кромкам соседних канавок 18. Таким образом, форма канавок 18 и выступов 20 определена так, чтобы удерживать хвостовики лопаток. Между дном каждой канавки и хвостовиком лопатки, который расположен в ней, вставлен продольный клин 24, который расположен там для стабилизации радиального положения лопатки. Вышерасположенные концы канавок индивидуально закрыты фиксаторами 28. Фиксатор 28 далее именуется как "основной фиксатор".

Каждый основной фиксатор 28 находится в зацеплении с пазами 34, сформированными на каждой стороне канавки 18, которую он закрывает рядом с ее вышерасположенным концом. Концевые участки 19 радиальных выступов 20 выступают выше по потоку от вышерасположенной стороны 13а колеса 13. Каждый паз 34 сформирован в выступающем участке соседнего радиального выступа 20. При такой конструкции фиксатор может противодействовать направленному выше по потоку движению лопатки в осевом направлении.

Пазы 34 открыты в передней части канавки и ориентированы так, чтобы сходиться друг к другу в направлении радиально наружу. Соответствующий основной фиксатор 28 имеет кромки 30, которые сходятся так же, как и пазы.

Согласно одному важному отличительному признаку настоящего изобретения, каждый основной фиксатор 28 соединен с дополнительным фиксатором 32, который имеет деформируемую тонкую стенку, который отличен от основного фиксатора 28 и отнесен от него на заранее определенное расстояние. Дополнительный фиксатор 32, таким образом, расположен между основным фиксатором 28 и вышерасположенным концом хвостовика 17 лопатки, установленного в соответствующую канавку.

Точнее, дополнительный фиксатор 32 является металлической пластиной, например, из нержавеющей стали, которая находится в зацеплении с соответствующими пазами 36, которые сформированы на каждой стороне канавки в выступающих концевых участках 19 соседних радиальных выступов 20. Таким образом, пазы 34 основного фиксатора 28 и пазы дополнительного фиксатора 32 открыты радиально внутрь перед вышерасположенной стороной 13а колеса 13. Дополнительный фиксатор 32 имеет по существу такой же контур, что и основной фиксатор 28, а пазы 36, с которыми он находится в зацеплении, также по форме аналогичны пазам, которые принимают соседний основной фиксатор. Однако они имеют меньшую осевую длину, поскольку дополнительный фиксатор 32 тоньше основного фиксатора. Типично, толщина дополнительного фиксатора составляет от четверти до трети толщины основного фиксатора.

Как показано на чертежах, дополнительный фиксатор содержит язычок 38, проходящий по существу перпендикулярно его поверхности в сторону основного фиксатора, и язычок приварен к кромке 37 основного фиксатора.

Это позволяет создать единый блокирующий узел 28, 32 для закрывания вышерасположенного конца каждой канавки 18. Такой узел устанавливается на место путем одновременной вставки обоих фиксаторов в соответствующие пазы в направлении радиально наружу.

Кроме того, от основного фиксатора выше по потоку выступает крепежное ушко 40, которое стационарно удерживает клин 24, который вставлен между хвостовиком лопатки и дном канавки. Это крепежное ушко 40 имеет накидную гайку 42, и в конце клина выполнено отверстие. Таким образом, после того, как фиксаторы установлены на место, клин 24 вставляют в канавку 18 между ее донной стенкой и внутренней радиальной стороной хвостовика лопатки, и конец клина крепят к ушку винтом или т.п. Винт проходит сквозь отверстие в клине и ввинчивается в гайку в фиксаторе. Между концом клина 24 и крепежным ушком 40 установлена проставка 45.

Пазы 36 для дополнительного фиксатора выполнены узкими, и, следовательно, они могут быть выполнены посредством проволочного электроэрозионного метода. Эту операцию можно выполнить на уже существующем колесе ротора, т.е. на колесе, которое не было изначально сконструировано для блокирования такого типа.

Ротор вентилятора содержит лопатки (15) вентилятора, прикрепленные к периферии колеса (13). Каждая лопатка имеет хвостовик лопатки, находящийся в зацеплении с канавкой в этом колесе и удерживаемый в ней основным фиксатором (28). Основной фиксатор находится в зацеплении с пазами (34), сформированными рядом с вышерасположенным концом соответствующей канавки и на каждой ее стороне для противодействия движению хвостовика лопатки в осевом направлении. Основной фиксатор (28) соединен с дополнительным фиксатором, отличным от основного фиксатора. Дополнительный фиксатор отнесен от основного фиксатора на заранее определенное расстояние. Дополнительный фиксатор (32) расположен между основным фиксатором и вышерасположенным концом хвостовика лопатки, находящегося в зацеплении с канавкой. Дополнительный фиксатор (32) предпочтительно является тонкой стенкой. Позволяет фиксатору рассеять энергию удара и минимизировать ущерб, наносимый соседним лопаткам и деталям, при простой и дешевой конструкции. 1 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Ротор вентилятора, содержащий лопатки (15) вентилятора, прикрепленные к периферии колеса (13), при этом каждая лопатка имеет хвостовик лопатки, находящийся в зацеплении с канавкой в этом колесе и удерживаемый в ней фиксатором (28), находящимся в зацеплении с пазами (34), сформированными рядом с вышерасположенным концом соответствующей канавки и на каждой ее стороне для противодействия движению хвостовика лопатки в осевом направлении, упомянутый фиксатор, именуемый "основным фиксатором" (28), соединен с дополнительным фиксатором, отличным от основного фиксатора, ротор, отличающийся тем, что дополнительный фиксатор отнесен от основного фиксатора на заранее определенное расстояние, при этом дополнительный фиксатор (32) расположен между основным фиксатором и вышерасположенным концом хвостовика лопатки, находящегося в зацеплении с канавкой.

2. Ротор вентилятора по п.1, отличающийся тем, что дополнительный фиксатор (32) является тонкой стенкой, находящейся в зацеплении с соответствующими пазами (36), сформированными в обеих сторонах канавки.

3. Ротор вентилятора по п.2, отличающийся тем, что тонкая стенка выполнена из деформируемого материала.

4. Ротор вентилятора по п.1, отличающийся тем, что дополнительный фиксатор (32) по существу образован металлической пластиной.

5. Ротор вентилятора по п.1, отличающийся тем, что дополнительный фиксатор (32) содержит язычок (38), проходящий выше по потоку по существу перпендикулярно его поверхности и приваренный к кромке основного фиксатора.

6. Ротор вентилятора по п.1, отличающийся тем, что от основного фиксатора (28) выше по потоку выступает крепежное ушко (40) для установки клина (24), вставленного между хвостовиком лопатки и дном упомянутой канавки.