ИЗНОСОСТОЙКАЯ ДЕТАЛЬ НОЖКИ ЛОПАТКИ ВЕНТИЛЯТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК F01D5/30 F04D29/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области вентиляторов турбореактивных двигателей для летательного аппарата, а более конкретно к области ножек лопаток, установленных в эти вентиляторы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вентилятор турбореактивного двигателя летательного аппарата обычно содержит множество лопаток вентилятора, установленных в диске вентилятора. Диск определяет на своей периферии множество выемок, расположенных тангенциально на расстоянии друг от друга, каждая из которых удерживает хвостовик лопатки. Каждая лопатка также содержит аэродинамическое перо, вместе с ножкой, вставленной между этим пером и хвостовиком лопатки, как, например, описано в документе ЕР 1873401.

Ножка является более тонкой, чем хвостовик для того, чтобы она могла проходить через верхнее отверстие, определенное соответствующей выемкой, и, таким образом, сделать возможным механическое соединение между пером, устанавливаемым с наружной стороны выемки, и хвостовиком, удерживаемым внутри нее. Ножка содержит заднюю часть, которая расположена около заднего конца диска, где эта задняя часть ножки содержит первую поверхность, расположенную со стороны корыта пера, и вторую поверхность, расположенную со стороны спинки этого пера.

Обе эти противоположные поверхности обращены к крепежному фланцу, установленному в диске вентилятора, который выступает в радиальном направлении наружу. В известном способе эти крепежные фланцы установлены между выемками на заднем конце диска и используются для скрепления барабана с диском.

Данная конструкция, хотя является самой обычной и широко используемой в авиационных турбореактивных двигателях, однако, имеет недостаток, которым нельзя пренебрегать, а именно преждевременный износ первой и второй задних поверхностей ножки. Исследования подтвердили возможность продемонстрировать, что этот износ является результатом трения между этими поверхностями и находящимися напротив них крепежными фланцами, особенно во время фаз самовращения вентилятора, также называемыми фазами авторотации.

Во время этих фаз самовращения, лопатка фактически имеет тенденцию совершать колебания по оси, проходящей через хвостовик лопатки и параллельно продольной оси вентилятора между двумя крайними положениями, определенными двумя крепежными фланцами, которые действуют в качестве тангенциальных упоров для ножки лопаток. Зазор, первоначально установленный между этой ножкой и двумя крепежными фланцами, установленными с одной и другой ее сторон, таким образом, вследствие этого выбирается, и создаваемое в результате трение приводит к преждевременному износу каждой первой и второй задних поверхностей ножки.

Этот износ принимает форму создания двух вмятин на задних поверхностях ножки, и эти вмятины постепенно становятся более глубокими во время срока службы лопатки.

Первое отрицательное последствие этих вмятин заключается в ослаблении общего механического сопротивления ножки.

Кроме того, недостаток заключается в увеличенном зазоре между изношенными поверхностями ножки и находящегося напротив них крепежного фланца. Амплитуда колебаний лопатки, происходящих во время фаз самовращения, после этого увеличивается, ускоряя воздействие износа. К тому же, если происходит потеря лопатки, соседней с данной лопаткой, значительные силы, являющиеся результатом ударного воздействия, которому подвергается данная лопатка, имеют тенденцию приводить к совершению ею поворота с более высокой амплитудой, прежде чем она будет остановлена крепежным фланцем, действующим в качестве тангенциального упора, что увеличивает риски разрушения и потерю этой самой лопатки.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит, следовательно, в том, чтобы предложить, по меньшей мере, частичное решение упомянутых выше недостатков, по сравнению с вариантами осуществления известного уровня техники.

Для достижения этого, первой целью изобретения является вентилятор турбореактивного двигателя летательного аппарата, содержащий множество лопаток вентилятора, и диск, содержащий множество выемок на своей периферии, где каждая лопатка содержит аэродинамическое перо, хвостовик лопатки, удерживаемый в одной из упомянутых выемок, и ножку, расположенную между пером и хвостовиком, где упомянутая ножка содержит заднюю часть, включающую в себя первую поверхность, расположенную со стороны корыта пера, и вторую поверхность, расположенную со стороны спинки этого пера, и при этом диск вентилятора содержит между выемками крепежные фланцы, выступающие радиально наружу так, что первая поверхность и вторая поверхность расположены соответственно напротив двух противоположных крепежных фланцев.

В соответствии с изобретением, для, по меньшей мере, одной из упомянутых лопаток, вентилятор содержит износостойкую деталь, установленную на лопатке так, чтобы образовать защитный кожух на каждой из первой и второй поверхностях ножки, предотвращающий контакт между каждой поверхностью и крепежным фланцем, расположенным напротив.

Износостойкая деталь, используемая в изобретении, следовательно, защищает обе задние поверхности ножки лопатки и, таким образом, препятствует тому, чтобы на них образовывались вмятины износа. Это усиливает механическое сопротивление ножки и в целом общее механическое сопротивление лопатки.

Кроме того, отсутствие вмятин от износа на обеих задних поверхностях ножки делает возможным ограничивать амплитуду колебания лопатки во время фаз самовращения вентилятора, а также обеспечивает возможность ограничения амплитуды поворота любой заданной лопатки, на которую оказано ударное воздействие в результате разрушения соседней лопатки.

Эти амплитуды, определенные крепежными фланцами, образующими тангенциальные упоры для ножки лопаток, также уменьшаются благодаря толщине защитных кожухов, которые фактически вставлены между задними поверхностями ножки и связанного с ними фланца. С такими уменьшенными амплитудами колебания изнашивание лопатки и всех окружающих ее элементов успешно снижается.

Износостойкая деталь может быть успешно применена на новых лопатках вентилятора при завершении их изготовления, или альтернативно на лопатках, которые уже были введены в эксплуатацию, при выполнении технического обслуживания. В последнем случае, известное преимущество изобретения заключается в возможности установки износостойкой детали на лопатку без необходимости демонтировать весь турбореактивный двигатель, так как эта операция может быть выполнена фактически "под крылом" летательного аппарата.

Если эта деталь изношена, ее, естественно, можно легко заменить. Тогда лопатку можно продолжать использовать в ее фактическом состоянии, увеличивая, таким образом, срок ее службы.

Кроме того, при условии конкретного расположения износостойкой детали в вентиляторе, риски ее потери являются чрезвычайно низкими, даже в случае, когда разрушается вентилятор.

Более того, рекомендуется, чтобы такая износостойкая деталь предпочтительно была установлена на всех лопатках вентилятора для исключения разбалансировки, что могло бы потребовать повторной балансировки вентилятора.

Упомянутую износостойкую деталь предпочтительно устанавливают на лопатку посредством закрепления скобой. Операция поэтому является простой и быстрой. Однако могут быть предусмотрены другие решения для установки, например, такого соединения, как с использованием термореактивного клея.

Согласно данному описанию упомянутая износостойкая деталь предпочтительно установлена на лопатке посредством закрепления скобой на полке лопатки.

Каждый защитный кожух предпочтительно составляет толщину между 0,2 и 0,5 мм.

Упомянутую износостойкую деталь предпочтительно изготавливают из сплава, содержащего 80% никеля, 14% хрома и 6% железа, такого как сплав Инконель, и предпочтительно сплав Инконель 718. Этот материал может быть идентичным или подобным материалу, используемому для изготовления ножки лопатки.

Альтернативно может быть использован композитный материал с высоким механическим сопротивлением.

Упомянутую износостойкую деталь предпочтительно изготавливают посредством резания и сгибания металлической пластины. Альтернативно ее можно изготавливать посредством механической обработки или же посредством порошковой металлургии.

Как упомянуто выше, каждая из лопаток вентилятора предпочтительно оснащена износостойкой деталью.

Другой целью изобретения является турбореактивный двигатель летательного аппарата, содержащий вышеописанный вентилятор.

Конечной целью изобретения также является износостойкая деталь, предназначенная для установки на лопатку вентилятора турбореактивного двигателя летательного аппарата, как описано выше, для создания защитного кожуха на каждой, и первой и второй поверхностях ножки лопатки.

Другие преимущества и особенности изобретения раскрыты в неограничительном нижеследующем подробном описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Данное описание выполнено со ссылкой на приложенные иллюстративные примеры, среди которых:

фиг. 1 представляет перспективное (объемное) изображение с пространственным разделением деталей части вентилятора турбореактивного двигателя летательного аппарата, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет вид показанного на фиг. 1 вентилятора в частичном поперечном разрезе, проходящем через крепежные фланцы диска вентилятора;

фиг. 3 представляет вид, аналогичный виду фиг. 2, с лопаткой, показанной в положении поворота, выполняемого во время фазы самовращения вентилятора;

фиг. 4 представляет вид в перспективе износостойкой детали, плотно установленной на лопатки вентилятора;

фиг. 5а-5d представляют виды в перспективе, причем с различных точек наблюдения, нижней задней части одной из лопаток, с ее плотно установленной износостойкой деталью; и

фиг. 6а и 6b представляют схематические изображения, поясняющие установку износостойкой детали на лопатке посредством закрепления скобой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой, во-первых, на фиг. 1 и 2, представлена часть вентилятора 1 турбореактивного двигателя летательного аппарата согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

Он в целом содержит диск 2, центрированный по продольной оси 4 вентилятора, диск, на периферии которого выполнены зубцы 6, расположенные по окружности на расстоянии друг от друга, и где каждый (зубец) проходит, приблизительно, продольно и радиально, то есть приблизительно, параллельно оси 4. Между двумя зубцами 6, которые расположены непосредственно последовательно в периферическом/тангенциальном направлении, эти зубцы ограничены выемкой 8, предназначенной для вмещения хвостовика 12 лопатки 10 вентилятора.

В известном способе головка каждого зубца 6 выполнена уширенной, чтобы быть в состоянии удерживать лопатки в радиальном направлении наружу. Другими словами, выемка 8 содержит суженный внешний радиальный конец, обеспечивающий возможность перемещения лопатки 10 от ножки 13, сечение/толщина лопатки которой выполнены с сужением относительно сечения/толщины ее хвостовика 12. Таким образом, данное устройство в сборе выполнено в виде ласточкиного хвоста или же "елочного" типа (с елочными выемками).

Кроме ножки 13 и хвостовика 12 лопатки, установленного на внутреннем радиальном конце этой ножки, лопатка 10 содержит аэродинамическое перо, установленное на внешнем радиальном конце ножки. В месте соединения между этими двумя элементами лопатка 10 также содержит полку 17, предназначенную для направления наружу потока воздуха, проходящего через вентилятор. Эта полка 17, которая проходит по касательной к любой из сторон пера 15 от основания стороны корыта 20 и стороны спинки 22 пера, является аэродинамически непрерывной с носовым обтекателем вентилятора (не показан).

Кроме того, вентилятор 1, связанный с каждой лопаткой 10, содержит прокладку 21, вставленную между нижним концом хвостовика 12 лопатки и основанием 8а выемки, связанного с упомянутой лопаткой.

Как может быть более очевидно на фиг. 2, прокладка 21 обеспечивает возможность установки лопатки 10 в радиальном направлении внутрь, когда вентилятор не вращается. Кроме того, прокладки 21 делают возможной установку лопаток 12 вентилятора, удерживаемых осевой удерживающей скобой (которую можно видеть на фиг. 5b и 5с), расположенной вниз по потоку, которую перемещают в удерживающие пазы барабана. Кроме того, как может быть видно на фиг. 1, прокладка 21 содержит упор 23 вверх по потоку для осевого удерживания связанной с ним лопатки.

Хотя это не отображено, может быть установлена одна, или более, из виброгасящих прокладок вентилятора, помещенных радиально между полкой 17 лопатки и периферией диска 2, определенной радиально относительно внешней поверхности зубцов 6. Эта прокладка, в целом, принимает форму блока из эластомера, оснащенного контактными пластинами, предназначенными для уменьшения уровня вибрации лопаток вентилятора.

Кроме того, диск 2 содержит крепежные фланцы 26, выступающие радиально наружу от заднего конца зубцов 6. Эти фланцы 26, предпочтительно изготовленные за одно целое с зубцами 6, расположены между выемками 8 так, как можно видеть на фиг. 1 и 2. В представленном варианте осуществления одинарный фланец установлен на каждом зубце с выполненным в нем отверстием для прохождения болта, используемого для прикрепления барабана.

Как может быть более очевидно на фиг. 2, задняя часть каждой ножки 13 проходит через верхнее отверстие выемки 8. Она содержит первую поверхность 13а, расположенную со стороны корыта пера 10, и вторую поверхность 13b, расположенную со стороны спинки этого пера, где обе эти поверхности 13а, 13b ножки являются параллельными и противоположными одна относительно другой. Первая поверхность 13а расположена напротив уширенного конца 6а одного из зубцов 6, образуя отверстие соответствующей выемки, тогда как вторая поверхность 13b расположена напротив уширенного конца ба другого непосредственно расположенного последующего зубца 6, также образуя отверстие той же самой выемки 8. Кроме того, каждая из этих двух поверхностей 13а, 13b проходит радиально наружу, находясь перед одним из крепежных фланцев 26, конкретно находясь перед тангенциальным упором 30, выполненным на фланце.

Согласно особенности изобретения, износостойкая деталь установлена на каждой лопатке 10 для образования защитного кожуха 32а, 32b на каждой первой и второй поверхностях 13а, 13b ножки, предотвращающего контакт между этими поверхностями 13а, 13b и крепежными фланцами 26, расположенными напротив.

Во время нормального функционирования вентилятора, особенно в результате центробежной силы, лопатки 10 выровнены так, что первый защитный кожух 32а, покрывающий первую поверхность 13а ножки, расположен на тангенциальном расстоянии от противоположного упора 30 и тангенциальный зазор может быть обеспечен. То же самое относится ко второму защитному кожуху 32b, покрывающему вторую поверхность 13b ножки, где этот кожух 32b расположен на тангенциальном расстоянии от противоположного упора 30, и также обеспечен тангенциальный зазор 36. Поэтому нет какого-либо контакта между защитными кожухами и крепежными фланцами.

Наоборот, во время фаз самовращения вентилятора, также называемых фазами авторотации, каждая лопатка 10 имеет тенденцию совершать колебания по оси 38, проходящей через хвостовик 12 и параллельно оси 4, между двумя крайними положениями, определенными двумя тангенциальными упорами 30, 30. В этих крайних положениях, одно из которых представлено на фиг. 3, один из исходных зазоров 36 полностью выбран, что приводит к механическому контакту между защитным кожухом и соответствующим ему упором 30. Вследствие этого, кожухи предотвращают прямой контакт между ножкой и упорами в крайних положениях лопатки, что ограничивает износ трением этой ножки.

Фиг. 4-5d отображают пример осуществления в качестве примера износостойкой детали 40, содержащей два защитных кожуха 32а, 32b.

Эта деталь 40 сконструирована для изготовления из металлической пластины, предпочтительно выполненной из сплава «инконель» (Inconel) 718, которая имеет плоскую форму и толщину между 0,2 и 0,5 мм, и которую затем обрезают и сгибают для получения желаемой окончательной формы.

Деталь 40 в действительности содержит два параллельных кожуха 32а, 32b, каждый из которых является, по существу, прямоугольным по форме, и один из отрезков которой частично предназначен для продолжения выпуклого профиля части задней кромки 42 ножки 13. Оба кожуха соединены на их верхних концах соединительной частью 44, соответствующей нижней части Т-образной детали, которая является примерно перпендикулярной к обоим кожухам 32а, 32b.

Верхняя часть основания Т-образной детали следует за частью задней кромки 42 ножки 13, которая прикрепляется к полке 17. В свою очередь, верхняя ветвь Т-образной детали, обозначенная ссылочной позицией 4 6 и смонтированная на основании 44, следует за радиально внутренней задней частью полки 17, проходя в тангенциальном направлении относительно любой из сторон пера 15. На двух противоположных концах этой ветви 4 6 установлены две скобы 50, которые используются для установки на место и для удержания износостойкой детали 40 на лопатке 10.

Каждая скоба 50 выполнена в виде упругой U-образной лапки, основание которой проходит примерно аксиально, а две боковые ветви которого расположены почти открытыми, радиально выровненными в направлении наружу. Эти две ветви используются для плотной посадки с обхватом выступающей части 52 полки 17, которая проходит радиально внутрь. По сути это является захватыванием данной выступающей части 52 обеими ветвями каждой из U-образных лапок, что обеспечивает возможность установки износостойкой детали 40 на лопатку. Такая фиксация может быть дополнена другой формой фиксации, выполненной посредством силы сжатия упругого устройства, созданного обоими кожухами 32а, 32b и основания 44 Т-образной детали, на задней части ножки 13. В таком случае, это упругое устройство затем действует в качестве плиты основания. Альтернативно, небольшой зазор может быть выполнен между каждым из кожухов 32а, 32b и соответствующей им поверхностью 13а, 13b.

На фиг. 6а и 6b в схематическом виде представлено выполнение установки износостойкой части с использованием скоб 50. Для каждой скобы 50 ветвь U-образной детали, которая соединена с верхней ветвью 46 Т-образной детали, первоначально прижимается к стороне 55 выступающей части 52 полки 17, прежде чем другая ветвь U-образной детали, которая обозначена ссылочной позицией 56, вдавливается вперед и вверх для ее прижатия к противоположной стороне 57 этой выступающей части 52. Закрепление скобой получается, когда эта свободная ветвь 56 U-образной детали проходит за выступ между стороной 57 и радиально внутренней стороной 60 выступающей части, соединяющей две противоположные стороны 55, 57. Проход выступа, вследствие этого, образует точку крепления этого устройства посредством скобы.

Специалистом в области техники, конечно, могут быть внесены различные усовершенствования в изобретение, которое описано выше, исключительно в качестве неограничивающих примеров.

Вентилятор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата содержит множество лопаток (10) вентилятора. Каждая лопатка содержит аэродинамическое перо (15), хвостовик (12) лопатки, помещенный в одну из выемок (8) диска, и ножку (13), вставленную между пером и хвостовиком. Ножка включает в себя заднюю часть, содержащую первую поверхность (13а), расположенную со стороны корыта (20) пера, и вторую поверхность (13b), расположенную со стороны спинки (22) этого пера. Диск (2) вентилятора содержит между выемками (8) крепежные фланцы (26), выступающие радиально наружу так, что первая поверхность и вторая поверхность (13а, 13b) расположены соответственно напротив двух крепежных фланцев (26, 26). Вентилятор содержит износостойкую деталь (40), установленную на лопатке так, чтобы образовать защитный кожух (32а, 32b) на каждой первой и второй поверхностях (13а, 13b) ножки, предотвращающий контакт между каждой поверхностью (13а, 13b) и крепежным фланцем (26, 26), расположенным напротив нее. Достигается увеличение срока службы лопатки. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вентилятор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата, содержащий множество лопаток (10) вентилятора, вместе с диском (2), определяющим множество выемок (8) на своей периферии, где каждая лопатка содержит аэродинамическое перо (15), хвостовик (12) лопатки, помещенный в одну из упомянутых выемок (8), и ножку (13), вставленную между пером и хвостовиком, где упомянутая ножка включает в себя заднюю часть, содержащую первую поверхность (13а), расположенную со стороны корыта (2 0) пера, и вторую поверхность (13b), расположенную со стороны спинки (22) этого пера, и при этом диск (2) вентилятора содержит между выемками (8) крепежные фланцы (26), выступающие радиально наружу так, что первая поверхность и вторая поверхность (13а, 13b) расположены соответственно напротив двух крепежных фланцев (26, 26),
отличающийся тем, что для по меньшей мере одной из упомянутых лопаток (10) вентилятор содержит износостойкую деталь (40), установленную на лопатке так, чтобы образовать защитный кожух (32а, 32b) на каждой первой и второй поверхностях (13а, 13b) ножки, предотвращающий контакт между каждой поверхностью (13а, 13b) и крепежным фланцем (26, 26), расположенным напротив нее.

2. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая износостойкая деталь (40) установлена на лопатке (10) посредством закрепления скобой.

3. Вентилятор по п. 2, отличающийся тем, что упомянутая износостойкая деталь (40) установлена на лопатке (10) посредством закрепления скобой на полке (17) лопатки.

4. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что толщина каждого защитного кожуха (32а, 32b) находится между 0,2 и 0,5 мм.

5. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая износостойкая деталь (40) изготовлена из сплава, содержащего 80% никеля, 14% хрома и 6% железа.

6. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая износостойкая деталь (40) изготовлена посредством резания и сгибания пластины.

7. Вентилятор по п. 1, отличающийся тем, что каждая из лопаток (10) вентилятора оснащена износостойкой деталью (40).

8. Турбореактивный двигатель летательного аппарата, содержащий вентилятор (1) по п. 1.

9. Износостойкая деталь (40), предназначенная для установки на лопатку (10) вентилятора (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата по любому из пп. 1-7 так, чтобы образовать защитный кожух (32а, 32b) на каждой первой и второй поверхностях (13а, 13b) ножки лопатки.