РОТОР ВЕНТИЛЯТОРА И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК F01D5/30 

Настоящее изобретение касается ротора вентилятора, в частности, для турбомашины.

Ротор вентилятора турбомашины содержит диск, несущий по своей внешней периферии лопатки, ножки которых вставлены в пазы, по существу, осевые, внешней периферии диска. Лопатки удерживаются радиально на диске вследствие взаимодействия форм их ножек с пазами диска, при этом ножки лопаток выполнены, например, в форме ласточкина хвоста. Межлопаточные платформы установлены на диске между лопатками вентилятора. Диск обычно снабжен простирающимся радиально внутрь противовесом.

В существующем уровне технике лопатки аксиально удерживаются на диске с помощью средств, установленных на диске, на входе и на выходе лопаток, и которые мешают ножкам лопатки аксиально перемещаться в пазу диска.

Средства удержания, расположенные на выходе лопаток, например, зубчатая рейка, размещена в выемках, выполненных на крайних выходных частях ножек лопаток.

Средства удержания, расположенные на входе, содержат, например, кольцо и кольцевой фланец, вставленные и закрепленные на входном конце диска. Кольцо установлено коаксиально на диске и содержит соответствующую гребешковую часть диска. Фланец установлен коаксиально на диске для осевого блокирования кольца на диске и неподвижно закреплен при вращении на диске. Внешняя периферия фланца аксиально опирается на ножку лопатки для ее аксиального удержания от перемещения вперед, а его внутренняя периферия примыкает и опирается на соответствующий кольцевой фланец диска. Внешняя периферия фланца содержит, кроме того, стержни для закрепления входных концов межлопаточных платформ.

На диске, на входе лопаток, установлено кольцо, по существу, в форме усеченного конуса, ограничивающее внутри входной кольцевой поток воздуха в турбомашину. Вблизи выходного конца кольцо содержит радиально внутренний фланец, который аксиально наложен на ранее упомянутый фланец, который скреплен с фланцем стяжки диска болтами.

На упомянутом кольце, кроме того, установлен кожух в форме усеченного конуса на его входной части, с помощью других болтов, размещенных в отверстиях стяжек кожуха и кольца, и которые расположены внутри крепящих кольцо на диске болтов ближе к оси.

Такая конструкция не может быть использована, когда вентилятор имеет малый диаметр. Действительно, радиальное пространство недостаточно для размещения системы болтов и упомянутых стяжек. В частности, трудно разместить на кольце болты и стяжки, служащие для крепления кожуха.

Кроме того, диск закреплен на приводном валу с помощью гайки, навинченной на вал. Для осуществления монтажа и демонтажа ротора вентилятора необходимо иметь возможность доступа к этой гайке с помощью инструмента. Для этого оператор должен иметь достаточное пространство вокруг центральной оси.

В случае когда вентилятор имеет малый диаметр, описанная выше структура из известного уровня техники не позволяет получить доступ к упомянутой центральной гайке.

Документ ЕР 1357254 представляет также ротор вентилятора, конструкция которого имеет значительный радиальный и осевой размер. Задачей изобретения является простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.

Для решения задачи предложен ротор вентилятора, в частности, для турбомашины, содержащий диск, несущий лопатки, ножки которых размещены, по существу, в осевых пазах по внешней периферии диска, по существу, кожух в форме усеченного кожуха, установленный на диске, на входе лопаток, а также средства осевого удержания лопаток на диске, содержащие обод, размещенный в кольцевой канавке диска и образующий опору для ножек лопаток, при этом обод выполнен с гребешками или зубцами и взаимодействует с радиальной кольцевой гребешковой ребордой кольцевой канавки диска, а также средства иммобилизации во вращении обода, содержащие кольцо, содержащее, по меньшей мере, осевой зуб, вставленный в полые части реборды диска и обода, причем это кольцо закреплено болтом на входной радиальной поверхности диска, отличающийся тем, что кольцо содержит проушины, радиально проходящие внутрь и выполненные с отверстиями для прохода осевых болтов для крепления кольца на диске, при этом упомянутый кожух закреплен на диске осевыми болтами, проходящими в отверстии лапок кольца.

Таким образом, через определенные лапки кольца проходят болты, служащие для крепления кожуха и кольца на диске, а через другие проушины кольца проходят болты, служащие только для крепления кольца к диску.

Эти болты расположены, по существу, на одном диаметре таким образом, чтобы габаритный радиальный размер системы был уменьшен. Центральное довольно значительное пространство может быть, таким образом, использовано для доступа к гайке крепления диска на валу двигателя.

Кроме того, в случае, когда кожух выполнен из легкого материала, такого, как алюминий, существует риск разрыва последнего, например, в случае попадания птицы в вентилятор.

В этом случае разрыв кожуха не может привести к разъединению кольца и диска. Действительно, разрыв кожуха не оказывает влияния на болты, служащие для крепления только кольца и диска. Таким образом, исключается любой выход кольца для осевого удержания лопаток и, таким образом, любое случайное выпадение одной из лопаток вентилятора.

В соответствии с другой характеристикой изобретения кожух содержит в своей средней части внутреннюю кольцевую реборду, в которой образованы осевые глухие несквозные отверстия, открывающиеся к выходу и служащие посадочными местами для головок болтов крепления кольца на диске, и сквозные отверстия для прохода болтов крепления кожуха на диске.

Предпочтительно, направляющий стержень установлен в выровненных отверстиях кольца и диска и выполнен с входной головкой, заходящей в глухое отверстие внутренней радиальной реборды кожуха.

Кожух может быть снабжен уравновешивающим болтом, расположенным радиально и ввинченным в винтовые отверстия кожуха. Направляющий стержень позволяет гарантировать соблюдение точного углового положения уравновешивающих болтов на роторе вентилятора в случае демонтажа и установки кожуха.

В соответствии с изобретением внутренняя реборда кожуха содержит два осевых с винтовой резьбой отверстия для прохода экстрагирующих винтов.

Кроме того, кожух может быть выполнен из легкого металла, например, из алюминия, а кольцо может быть выполнено из материала с большим сопротивлением разрыву, например, из сильно легированной стали.

Изобретение касается, кроме того, турбореактивного двигателя, отличающегося тем, что он содержит ротор вентилятора вышеупомянутого типа.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- Фиг.1 схематично изображает в осевом разрезе половину вида вентилятора турбомашины из известного уровня техники,

- Фиг.2 изображает вид в более крупном масштабе детали I₂ по фиг.1,

- Фиг.3 и 4 изображает виды в изометрии части ротора по изобретению,

- Фиг.5 изображает вид в разрезе части ротора по изобретению, показывающий фиксирующий болт кожуха к диску,

- Фиг.6 изображает вид, соответствующий фиг.5, показывающий вид болта крепления кольца к диску,

- Фиг.7 изображает вид части ротора вентилятора по изобретению, показывающий направляющий стержень,

- Фиг.8 изображает вид спереди с частичным вырезом кожуха и кольца.

Обратимся вначале к фиг.1 и 2, которые представляют вентилятор турбомашины из известного по отношению к настоящему изобретению уровня техники.

Этот вентилятор содержит лопатки 1, размещенные на диске 2 и между которыми расположены межлопаточные платформы 3, при этом диск 2 закреплен на входном конце вала 4 турбомашины.

Каждая лопатка 1 вентилятора содержит лопасть 5, соединенную на радиально внутреннем конце с ножкой 6, которая вставлена, по существу, в осевой паз дополняющей формы диска 2, позволяющий радиально удерживать эту лопатку 1 на диске 2. Прокладка 7 вставлена между ножкой 6 каждой лопатки 1 и дном соответствующего паза диска 2 для обеспечения радиальной неподвижности лопатки 1 на диске 2.

Межлопаточные платформы 3 образуют стенку, которая ограничивает внутри поток воздуха, входящего в турбомашину, и содержат средства, которые взаимодействуют с соответствующими средствами, предусмотренными на диске 2 между пазами для крепления платформ на диске 2.

Лопатки 1 вентилятора удерживаются по оси пазов диска 2 с помощью соответствующих средств, установленных на диске 2 на входе и на выходе лопаток 1.

Средства удержания, расположенные на выходе, содержат зацепляющий стержень 8, входящий в выемку, выполненную механической обработкой в крайней выходной части, называемой пятой, ножки 6 каждой лопатки 1. Средства удержания, выполненные на входе, содержат обод 9 и кольцевой фланец 10, совмещенные и коаксиально закрепленные на входном конце диска 2.

Обод 9 (фиг.2) содержит внутреннюю кольцевую реборду 11, которая выполнена гребешковой или зубчатой и которая взаимодействует с наружной гребешковой или зубчатой кольцевой ребордой 12 для обеспечения осевой неподвижности обода 9 на диске. Этот обод 9 опирается по своей внешней периферии на угловые подкладки 4 ножек лопатки.

Фланец 10 простирается к входу обода 9 и ножек 6 лопаток 1 вентилятора. Этот фланец 10 содержит по своей внешней периферии стержни (не изображенные на чертеже) для зацепления входных концов межлопаточных платформ 3.

Фланец 10 содержит, кроме того, внутренний кольцевой фланец 13, который размещен между соответствующим кольцевым фланцем 14 диска 2 и внутренним кольцевым фланцем 15 кольца 16, размещенным на входе диска 2 вентилятора. Фланцы 13, 14, 15 содержат осевые отверстия для прохода болтов (не изображенных) или тому подобного для стягивания фланцев между собой.

Кольцо 16 имеет, по существу, форму усеченного конуса, расширяющегося к выходу, при этом стенка, образуемая межлопаточными платформами 3, простирается в осевое продолжение этого кольца 16. Кольцо 16 содержит радиальные сверления 17 для установки уравновешивающих болтов 18, а также фланца 19, расположенного на его входном конце. Кожух 20 (фиг.1) конической формы установлен на входной части кольца 16. Точнее говоря, кожух содержит фланец 21 на своем выходном конце, прикрепленном к входному фланцу 19 кольца 16 с помощью болтов 22, расположенных радиально внутри фиксирующих болтов (не изображенных) кольца 16 на диске 2.

Такая конструкция имеет описанные ниже недостатки. В частности, она не подходит для вентилятора, имеющего относительно малый диаметр.

Фиг.3-8 иллюстрируют вариант воплощения ротора турбины по изобретению, в котором, как указано выше, он содержит диск 2, несущий лопатки (не изображенные), вставленные в, по существу, осевые пазы 23 внешней периферии диска 2, прокладки 7 (изображенные только на фиг.5 и 6), установленные между ножками лопаток и дном ячеек 23.

Диск содержит кольцевой обод 24, снабженный уравновешивающими противовесами, продолженный к входу кольцевой части 25, выполненной с канавкой 26 между входной стороной 27 обода 24 и радиальной ребордой 28, простирающейся наружу. Входной конец кольцевой части 25 содержит фланец 29, размещенный радиально наружу и отстоящий от реборды 28, при этом упоры 30 направлены радиально внутрь и размещены, кроме того, между ребордой 28 и фланцем 29.

Реборда 28 выполнена гребешковой или зубчатой и содержит сплошные части, перемежающиеся с полыми частями. Фланец 29 содержит отверстия, равномерно распределенные по всей его окружности.

Ротор вентилятора снабжен средствами осевого удержания к входу лопаток на диске 2. Последние содержат обод 9, установленный в кольцевой канавке 26 диска 2 и образующий опору для ножек лопаток.

Обод 9 выполнен гребешковым или зубчатым по внутренней периферии 11, содержит сплошные части, перемежающиеся с полыми частями, и имеет формы, по существу, дополняющие формы реборды 28 для обеспечения монтажа и демонтажа обода 9 путем осевого перемещения.

Обод 9 содержит кольцевое плечико 31 со своей внешней периферией, служащее для опоры прокладок 7 для того, чтобы помешать перемещению ножек лопаток вперед.

Обод 9 содержит, наконец, кольцевую полость, открывающуюся к входу и в которой размещена реборда 28 диска 2.

Обод 9 установлен неподвижно во вращении с помощью кольца 32, содержащего осевые зубья 33, входящие в полые части реборды 28 диска 2 и обода 9. Передний край кольца 32 содержит проушины 34, расположенные радиально внутрь, в которых выполнены отверстия для прохода болтов. Кольцо 32 выполнено из сильнолегированной стали для сопротивления разрыву.

Обод 9 также неподвижен при вращении благодаря упорам его сплошных частей в зубья 33 кольца 32.

Кожух 20, например, выполненный из алюминия и конической формы, закреплен на диске 22. Для этого кожух 20 содержит в своей медианной части внутреннюю кольцевую реборду 35, в которой выполнены осевые сквозные отверстия 36 (фиг.4), расположенные напротив определенных отверстий 37 кольца и определенных отверстий 38 фланца 29 диска 2. В эти отверстия 36, 37, 38 проходят болты 39 (фиг.5), взаимодействующие с гайками 40, расположенными в кольцевом пазу части 25 диска, позволяющие совместно скрепить кожух 20, кольцо 32 и диск 2. Выходная часть 41 кожуха 20 закрывает кольцо 32 и обод 9 так, чтобы внутренний поток, определяемый межлопаточными платформами, проходил в осевое продолжение выходной части 41 кожуха 20.

Как изображено на фиг.6, другие отверстия 42 кольца 32, расположенные напротив других отверстий 43 фланца 29 диска 2, содержат болты 44, взаимодействующие с гайками 45 и служащие только для крепления кольца 32 диска 2. Головки этих болтов 44 расположены в глухих отверстиях 46, выполненных во внутренней реборде 35 кожуха 20.

Внутренняя реборда 35 кожуха 20 содержит также цилиндрический выступ 47, простирающийся к входу, конец которого упирается в упоры 30.

Кожух 20 содержит, кроме того, радиальные резьбовые отверстия 17, служащие для установки уравновешивающих болтов 18, как в известном уровне техники. Для гарантии правильного положения этих винтов 18 необходимо отмечать положение кожуха 20 относительно ротора вентилятора. Для этого, как изображено на фиг.7, в выровненных отверстиях кольца 32 фланца 29 диска 2 установлен направляющий стержень 48. Стержень 48 содержит головку, расположенную в глухом отверстии 49 внутренней реборды 35 кожуха 20, при этом диаметр головки стержня 48 выполнен таким образом, чтобы он не мог вставляться в другие глухие отверстия 46, предусмотренные для размещения головок болтов 44.

Внутренние реборды 35 кожуха 20 содержат, кроме того, два осевых резьбовых отверстия (фиг.8) для прохода винтов 50 для удаления кожуха 20 (фиг.8).

Таким образом, в изобретении предлагается ротор вентилятора, компактного в радиальном направлении. Действительно, как указано выше, болты 39 служат для крепления кожуха 20 на диске 2, а болты 44, служащие для крепления кольца 32 к диску 2, расположены, по существу, на одном диаметре таким образом, чтобы габаритные размеры системы были уменьшены. Довольно значительное центральное пространство может, таким образом, быть использовано для облегчения доступа к гайке крепления диска на валу двигателя.

Кроме того, в случае разрыва кожуха 20 исключен любой случайный отрыв лопатки. Действительно, разрыв кожуха 20 не может привести к рассоединению кольца 32 и диска 2.

Ротор вентилятора турбомашины содержит диск, несущий лопатки, ножки которых установлены в осевых пазах диска, кожух, имеющий форму усеченного конуса, установленный на диске, средства осевого удержания лопаток на диске, а также средства обеспечения неподвижности при вращении обода. Средства осевого удержания содержат обод, установленный в кольцевой канавке диска и образующий опору для ножек лопаток. Обод выполнен гребешковой или зубчатой формы и взаимодействует с кольцевой радиальной ребордой гребешковой или зубчатой формы кольцевой канавки диска. Средства обеспечения неподвижности содержат кольцо, несущее по меньшей мере один зуб, аксиально входящий в полые части реборды диска и обода. Кольцо закреплено болтами на входной радиальной поверхности диска и содержит проушины с отверстиями для осевых болтов крепления кольца к диску. Кожух закреплен на диске осевыми болтами, проходящими в отверстия проушин кольца. Другое изобретение группы относится к турбореактивному двигателю, содержащему указанный выше ротор. Группа изобретений позволяет упростить монтаж и демонтаж ротора вентилятора, а также повысить надежность крепления его лопаток. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Ротор вентилятора для турбомашины, содержащий диск (2), несущий лопатки (1), ножки (6) которых установлены, по существу, в осевых пазах (23) внешней периферии диска (2), кожух (20), по существу, формы усеченного конуса, установленный на диске (2) на входе лопаток (1), и средства осевого удержания лопаток на диске, содержащие обод (9), установленный в кольцевой канавке (26) диска (2) и образующий опору для ножек (6) лопаток (1), причем обод (9) выполнен гребешковой или зубчатой формы и взаимодействует с кольцевой радиальной ребордой (28) гребешковой или зубчатой формы кольцевой канавки (26) диска (2), а также средства обеспечения неподвижности при вращении обода (9), содержащие кольцо (32), несущее по меньшей мере один зуб (33), аксиально входящий в полые части реборды (28) диска (2) и обода (9), при этом это кольцо закреплено болтами (39, 44) на входной радиальной поверхности (29) диска (2), отличающийся тем, что кольцо (32) содержит проушины (34), проходящие радиально внутрь, выполненные с отверстиями (37, 42) для прохода осевых болтов (39, 44) для крепления кольца (32) к диску (2), при этом упомянутый кожух (20) закреплен на диске (2) осевыми болтами (39), проходящими в отверстия (37) проушин (34) кольца (32).

2. Ротор вентилятора по п. 1, отличающийся тем, что кожух (20) содержит в своей средней части внутреннюю кольцевую реборду (35), в которой выполнены осевые глухие отверстия (46), открывающиеся к выходу и служащие для размещения головок болтов (44) для крепления кольца (32) на диске (2), и осевые сквозные отверстия для прохода болтов (39) для крепления кожуха (20) на диске (2).

3. Ротор вентилятора по п. 2, отличающийся тем, что в выровненных отверстиях кольца (32) и диска (2) установлен направляющий стержень (48), содержащий входную головку, размещенную в глухом отверстии (49) внутренней радиальной реборды (35) кожуха (20).

4. Ротор вентилятора по п. 2, отличающийся тем, что внутренняя реборда (35) кожуха (20) содержит два сквозных осевых резьбовых отверстия для прохода экстрагирующих болтов (50).

5. Ротор вентилятора по п. 1, отличающийся тем, что кожух (20) выполнен из алюминия, а кольцо (32) из высоколегированной стали, являющейся металлом, сопротивляющимся разрыву.

6. Турбореактивный двигатель, отличающийся тем, что он содержит ротор вентилятора по одному из пп. 1-5.