СОЕДИНЕНИЕ ДИФФУЗОР-СПРЯМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2015 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к области турбомашин, в частности к области компрессоров этих турбомашин.

Авиационные турбомашины обычно образованы узлами соединенных модулей, включающими в направлении циркуляции воздуха один или несколько компрессоров, камеру сгорания, одну или несколько турбин, которые приводят в действие один или несколько компрессоров посредством приводных валов, отбирая мощность газов на выходе из камеры сгорания, и на выходе либо одну трубу, в которую выбрасываются сгоревшие газы для выработки тяги, либо свободную турбину, которая собирает энергию газа для производства механической мощности.

Обычно компрессоры бывают или осевого типа, когда поток воздуха, который его пересекает, следует в направлении, по существу, осевом от входа до выхода, или центробежного типа, когда воздух, поступающий в него в осевом направлении, выходит из него в радиальном направлении. В этом случае в центробежном компрессоре воздух собирается на выходе компрессионного колеса посредством радиальной детали, называемой диффузором, затем передается на вторую деталь, называемую спрямляющим устройством, которое направляет поток сжатого воздуха, в направлении по существу осевом, до его поступления в камеру сгорания.

В существующих летательных турбомашинах предлагается множество конфигурации этих деталей. Известны машины, где спрямляющее устройство образовано деталью, которая используется в комбинации с внешним картером компрессора для образования направляющего канала воздуха. Недостаток этого типа спрямляющего устройства заключается в несовершенном соединении между диффузором и спрямляющим устройством и плохом качестве герметизации на уровне спрямляющего устройства.

Также известны моноблочные спрямляющие устройства, которые крепятся болтовым соединением на фланцах, связанных с конструкцией двигателя, но такая конфигурация характеризуется наличием дополнительных деталей, которые приводят к увеличению массы. Кроме этого, эти фланцы могут деформироваться под действием вибрации или термического расширения и не обеспечивают непрерывного совершенного потока между диффузором и спрямляющим устройством.

И, наконец, известны моноблочные спрямляющие устройства, установленные непосредственно на диффузоре с помощью соединения типа напрессовывания, которое соединяет эти две детали жестким образом. Напрессовывание представляет собой сборку двух деталей благодаря тугой посадке. Эта сборка осуществляется с допуском на обработку, при котором установка вручную или даже под прессом запрещена, в основном необходимы средства для нагревания или для охлаждения деталей, подлежащих сборке. Если это решение дает выигрыш в массе и непрерывности потока, то оно является трудноразъемным без соответствующих средств и не может быть осуществлено оператором, имеющим в своем распоряжении обычный инструмент.

Целью изобретения является устранение этих недостатков при помощи устройства соединения между диффузором и спрямляющим устройством, в котором отсутствуют, по меньшей мере, некоторые недостатки предшествующего уровня техники и, в частности, которое является легким, простым в установке и демонтаже, и которое гарантирует надлежащее выравнивание каналов циркуляции воздуха на выходе из компрессора.

С этой целью объектом изобретения является узел, состоящий из диффузора и спрямляющего устройства потока воздуха на выходе из центробежного компрессора турбомашины, причем указанный диффузор имеет, по существу, форму двойного кольцевого диска, ориентированного радиально, а указанное спрямляющее устройство представляет собой двойную тороидальную деталь, расположенную в продолжение двойного диска диффузора и изогнутую для отвода потока воздуха в заднем по потоку направлении двигателя, отличающийся тем, что указанное спрямляющее устройство закрепляют на указанном диффузоре посредством соединения, установленного в непосредственной близости от поверхности контакта этих двух деталей, и демонтируют при помощи стандартного инструмента, исключая любые другие поддерживающие средства.

Такое соединение исключает риски отклонения двух деталей, оставаясь при этом легко демонтируемым, так что оператору не придется использовать инструменты, отличные от тех, которые имеются в настоящее время в его распоряжении. Под стандартным инструментом понимается инструмент, переносимый оператором, который можно использовать на установочном или демонтажном посту турбомашины.

Предпочтительно это соединение является соединением гайка - болт.

Предпочтительным образом диффузор содержит на одном из его дисков на уровне поверхности контакта с указанным спрямляющим устройством фланец, параллельный указанному диску и образующий вместе с ним канавку, выполненную с возможностью размещения в ней головки указанного болта и содержащую, по меньшей мере, один вырез, выполненный с возможностью обеспечения прохода стержня указанного болта.

В предпочтительном варианте воплощения спрямляющее устройство на уровне своей поверхности контакта с указанным диффузором содержит тороидальную обечайку, сечение которой имеет первую L-образную часть, которая охватывает концевую часть диффузора, переходящую во вторую часть, имеющую форму фланца, которая охватывает соответствующий фланец диффузора.

Предпочтительно спрямляющее устройство на уровне поверхности, предназначенной для взаимодействия с диском диффузора, противоположным диску, на котором расположен указанный фланец, содержит тороидальную обечайку с L-образным сечением.

Согласно другому частному способу воплощения диффузор на своем диске, противоположном диску, на котором расположен указанный фланец, содержит фланец L-образной формы, который проходит в осевом наружном направлении диффузора и который выступает радиально с образованием поперечного опорного фланца для спрямляющего устройства.

Предпочтительно головка болта имеет усеченную часть для образования противовращательного элемента путем взаимодействия с дном канавки.

Изобретение также относится к модулю компрессора турбомашины, содержащему узел диффузор - спрямляющее устройство, так как он был описан выше, и к турбомашине, содержащей такой узел диффузор - спрямляющее устройство, расположенный на выходе центробежного компрессора.

Изобретение, его цели, детали, признаки и преимущества будут более понятны из нижеследующего детального объяснительного описания и примера осуществления, приведенного только в рамках неограничительного примера со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи.

Фиг. 1 представляет вид в разрезе узла диффузор - спрямляющее устройство для центробежного компрессора в соответствии со способом воплощения изобретения.

Фиг. 2 представляет вид в разрезе соединения диффузор - спрямляющее устройство в соответствии со способом воплощения изобретения.

Фиг. 3 представляет общий вид болтового соединения диффузор - спрямляющее устройство в соответствии со способом воплощения изобретения.

Фиг. 4 представляет собой общий вид выреза во фланце диффузора для осуществления соединения в соответствии со способом воплощения изобретения.

Фиг. 5 представляет собой общий вид болтовой сборки в области канавки диффузора для соединения в соответствии со способом воплощения изобретения.

Фиг. 6 представляет собой общий вид соединения диффузор - спрямляющее устройство в соответствии со способом воплощения изобретения перед его установкой на место затягивающей гайкой.

Фиг. 7 показывает общий вид соединения диффузор - спрямляющее устройство в соответствии со способом воплощения изобретения после его установки на место затягивающей гайкой.

На фиг. 1 показан диффузор 1, расположенный на выходе не представленного рабочего колеса центробежного компрессора и спрямляющее устройство 2, который отклоняет поток сжатого воздуха приблизительно на 120°, чтобы направить его в направлении камеры сгорания, также не представленной. Диффузор 1 имеет, по существу, форму двойного кольцевого диска, ориентированного радиально, в центр которого вставлено колесо компрессора и которое образует коллекторную трубу для сжатого воздуха. Спрямляющее устройство 2 представляет собой тороидальную деталь с двумя поверхностями, расположенную в продолжение двойного диска диффузора и которая изогнута для отвода потока воздуха в заднюю по потоку часть двигателя (задняя по потоку часть показана справа на фиг. 1).

На фиг. 2 показана деталь соединения между диффузором 1 и спрямляющим устройством 2. Задний по потоку диск 3 диффузора содержит в наружном направлении диффузора фланец 4, параллельный заднему по потоку диску 3 и проходящий по всей его окружности, который связан с задним по потоку диском мостиком так, чтобы сформировать канавку 5 между фланцем 4 и задним по потоку диском 3. На фиг. 1 и 2 фланец 4 расположен между диском, находящимся сзади по потоку, то есть диском, доступ к которому имеется при монтаже в представленной конфигурации в последнюю очередь; очевидно, что такой тип соединения может содержать фланец 4, установленный на переднем по потоку диске, если он является доступным в последнюю очередь при сборке двигателя.

С передней по потоку стороны диск диффузора 1 заканчивается фланцем 1 L-образной формы, который вначале проходит по оси в наружном направлении диффузора, чтобы не препятствовать циркуляции потока воздуха внутри указанного диффузора, и который затем выступает радиально вперед так, чтобы сформировать поперечный упорный фланец для спрямляющего устройства. Следует отметить, что в рамках настоящего документа термин по оси используется относительно оси вращения вращающихся элементов турбомашины в направлении циркуляции газового потока.

Спрямляющее устройство 2 заканчивается на уровне его сопряжения с диффузором 1 с передней по потоку обечайкой 7 тороидальной формы с L-образным поперечным сечением, которая по осевому размеру взаимодействует с L-образным фланцем 6 диффузора и с задней по потоку стороны - задней обечайкой 8 также тороидальной формы. Поперечное сечение нижней обечайки 8 содержит первую L-образную часть 8а, которая охватывает концевой участок диффузора и продолжается второй частью, имеющей форму фланца, который закрывает фланец 4, соответствующий диффузору 1.

Удержание спрямляющего устройства 2 на диффузоре 1 обеспечивается болтом 9, головка которого помещена в канавку 5, и который проходит перпендикулярно заднему по потоку диску 3. Этот болт пересекает, с одной стороны, фланец 4 диффузора на уровне выреза 11, выполненного в указанном фланце и, с другой стороны, вторую часть 8b нижней обечайки 8 на уровне отверстия 12. Узел стягивается посредством гайки 10, которая взаимодействует с болтом 9 и которая опирается на вторую часть 8b.

На фиг. 3 и 4 показан болт 9, головка которого выполнена усеченной, чтобы образовался плоский срез 13, и вырез 11, выполненный в стенке фланца 4 диффузора.

На фиг. 5 и 7 показана последовательность операций по установке спрямляющего устройства 2 на диффузоре 1.

На фиг. 5 головка болта 9 установлена в канавке 5 диффузора 1, при этом его плоский срез 13 расположен на дне канавки для обеспечения противовращательной функции при стягивании. Стержень болта 9 расположен перпендикулярно фланцу 4 и проходит через вырез 11, выполненный в этом фланце.

На фиг. 6 спрямляющее устройство 2 установлено в диффузоре 1 путем поступательного аксиального перемещения. Для лучшей видимости фиг. 6 и 7 задняя по потоку обечайка здесь показана прозрачной. Первая часть 8а задней по потоку обечайки проходит на заднем плане в продолжение заднего диска 3, тогда как вторая часть 8b закрывает фланец 4 диффузора. Стержень болта 9 проходит через вторую часть 8b сквозь отверстие 12, выполненное для этих целей.

На фиг. 7 показан узел диффузор - спрямляющее устройство в сборе. Гайка 10 накручена на болт 9 и жестко соединяет обечайку 8 спрямляющего устройства с фланцем диффузора.

Далее будут раскрыты усовершенствования в функционировании и применении узла диффузор - спрямляющее устройство, связанные соединением в соответствии с изобретением в сравнении с конфигурациями согласно предшествующему уровню техники.

В плане выполнения этих двух деталей диффузор 1 предпочтительно выполняют из одной цельной детали, при этом канавку 5 выполняют в утолщении, оставленном на нижнем диске 3. Канавку обрабатывают, вырезы затем выполняют на фланце 4 диффузора, при этом они априори распределены равномерно по окружности указанного фланца.

Само по себе спрямляющее устройство 2 выполнено из вставного листового железа, которое воссоздает поток воздуха, и на который посредством сварки насаживают переднюю и заднюю обечайки 7 и 8 соответственно, которые обеспечивают соединение с диффузором 1. Этот способ позволяет выполнить спрямляющее устройство независимо от других деталей турбомашины и, в частности, дает возможность восстановить сварочный шов обечаек в случае отслоения этого шва перед установкой спрямляющего устройства 2 на диффузоре 1. Также можно гарантировать, что грат, возникающий при сварке, не будет выступать в поток воздуха и создавать препятствия потоку, вызывая потерю напора или нежелательную турбулентность.

Первое усовершенствование благодаря изобретению заключается в выравнивании в одну линию двух деталей, которые остаются выровненными в независимости от условий функционирования и, в частности, в независимости от уровня вибрации или термической деформации деталей. Эта характеристика появляется благодаря насаживанию обечайки 8 спрямляющего устройства между протяженной радиальной стороной L-образного фланца 6 и другой стороной фланца 4 диффузора. Затягивание болта 9 обеспечивает, кроме этого, установку с усилием этой обечайки, которая удерживается L-образным фланцем и направляется к фланцу 4 гайкой 10. Такая установка с усилием гарантирует надлежащее удержание обечайки 8 и безукоризненное выравнивание этих труб, по которым проходит поток воздуха.

Кроме этого, спрямляющее устройство 2 устанавливается непосредственно на диффузор 1 без соединения фланцев с конструкцией двигателя, что помогает избежать деформаций вследствие гибкости этих удерживающих фланцев, как это встречается в предшествующем уровне техники. Таким же образом, позиционирование средств затягивания спрямляющего устройства 2 как можно ближе к этому соединению с диффузором 1 способствуют усилению жесткости установки и постоянному выравниванию труб. Таким образом, мы избегаем множества удерживающих средств для спрямляющего устройства и веса, который с ними связан.

И, наконец, принцип болтового соединения обеспечивает возможность простого демонтажа и, как следствие, упрощает замену различных элементов, которые могут быть повреждены во время срока службы детали.

Хотя изобретение было раскрыто относительно частного способа воплощения, очевидно, что оно охватывает все технические эквиваленты раскрытых средств, а также их комбинации в рамках изобретения.

Изобретение относится к турбомашинам, в частности к компрессорам турбомашин. Узел состоит из диффузора и спрямляющего устройства для потока воздуха на выходе из центробежного компрессора турбомашины, причем указанный диффузор имеет, по существу, форму двойного кольцевого диска, ориентированного радиально, а указанное спрямляющее устройство представляет собой двойную тороидальную деталь, расположенную в продолжение двойного диска диффузора и изогнутую для отвода потока воздуха в заднем по потоку направлении турбомашины. Изобретение отличается тем, что указанное спрямляющее устройство закрепляют на указанном диффузоре посредством соединения, установленного в непосредственной близости от поверхности контакта этих двух деталей и демонтируемого при помощи стандартного инструмента, исключая любые другие поддерживающие средства. Изобретение направлено на снижение трудозатрат при установке и демонтаже. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел, состоящий из диффузора (1) и спрямляющего устройства (2) для потока воздуха на выходе из центробежного компрессора турбомашины, причем указанный диффузор имеет, по существу, форму двойного кольцевого диска, ориентированного радиально, а указанное спрямляющее устройство представляет собой двойную тороидальную деталь, расположенную в продолжение двойного диска диффузора и изогнутую для отвода потока воздуха в заднем по потоку направлении турбомашины, отличающийся тем, что указанное спрямляющее устройство закреплено на указанном диффузоре посредством соединения, установленного в непосредственной близости от поверхности контакта этих двух деталей, и выполнено с возможностью съема при помощи стандартного инструмента, исключая любые другие поддерживающие средства.

2. Узел по п.1, в котором соединение является соединением болт (9) - гайка (10).

3. Узел по п.2, в котором диффузор (1) содержит на одном из своих дисков (3) на уровне поверхности контакта с указанным спрямляющим устройством фланец (4), параллельный указанному диску и образующий вместе с ним канавку (5), выполненную с возможностью размещения в ней головки указанного болта (9) и содержащую, по меньшей мере, один вырез (11), выполненный с возможностью обеспечения прохода стержня указанного болта.

4. Узел по п.3, в котором спрямляющее устройство (2) на уровне своей поверхности контакта с указанным диффузором содержит тороидальную обечайку (8), сечение которой имеет первую L-образную часть (8а), которая охватывает концевую часть диффузора (1), переходящую во вторую часть (8b), имеющую форму фланца, которая охватывает соответствующий фланец (4) диффузора.

5. Узел по п.3, в котором спрямляющее устройство (2) на уровне своей поверхности, предназначенной для взаимодействия с диском диффузора, противоположным диску (3), на котором расположен указанный фланец (4), содержит тороидальную обечайку (7) с L-образным сечением.

6. Узел по п.3, в котором диффузор (1) на своем диске, противоположном диску, на котором расположен указанный фланец (4), содержит фланец (6) L-образной формы, который проходит в осевом наружном направлении диффузора и который выступает радиально с образованием поперечного опорного фланца для спрямляющего устройства.

7. Узел по п.3, в котором головка болта (9) имеет усеченную часть для образования противовращательного элемента путем взаимодействия с дном канавки (5).

8. Модуль компрессора турбомашины, содержащий узел диффузор - спрямляющее устройство по п.1.

9. Турбомашина, содержащая узел диффузор - спрямляющее устройство, расположенный на выходе центробежного компрессора по п.1.