ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 

Изобретение относится к высокотемпературным компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен высоконапорный многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя, в котором для обеспечения необходимой газодинамической устойчивости выполнено семь поворотных направляющих аппаратов (С.А. Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр. 55, рис. 3.5).

Недостатком известной конструкции является низкий КПД компрессора из-за паразитных утечек воздуха по зазорам в поворотных направляющих аппаратах.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является компрессор газотурбинного двигателя, в котором лопатки поворотного направляющего аппарата установлены внешними цапфами в Г-образном кольцевом ребре наружного корпуса (патент RU №2186257, МПК F04D 29/00).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее пониженная надежность и КПД из-за прогиба под действием газовых сил в осевом направлении лопаток направляющего аппарата, в результате чего возможно задевание рабочего колеса компрессора лопатками направляющего аппарата, их взаимный износ и поломка. Кроме того, при прогибе направляющих лопаток существенно ухудшается их обтекание, особенно корневых сечений, появляются уступы в проточной части, что снижает КПД компрессора.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности и КПД компрессора путем уменьшения прогиба поворотных лопаток направляющего аппарата, установленных внешними цапфами в наружном корпусе компрессора.

Указанный технический результат достигается тем, что в высокотемпературном компрессоре газотурбинного двигателя, включающем консольные лопатки поворотного направляющего аппарата, установленные внешними цапфами в Г-образном кольцевом ребре наружного корпуса, согласно изобретению внутренняя кольцевая обечайка Г-образного кольцевого ребра выполнена с передним осевым кольцевым выступом, контактирующим в осевом направлении с расположенным выше по потоку задним осевым кольцевым выступом рабочего кольца, установленного внутри переднего наружного корпуса компрессора, причем рабочее кольцо соединено с Г-образным кольцевым ребром через конический упругий элемент.

Выполнение внутренней кольцевой обечайки Г-образного кольцевого ребра с передним осевым кольцевым выступом, контактирующим в осевом направлении с расположенным выше по потоку задним осевым кольцевым выступом рабочего кольца, снижает осевой прогиб направляющих лопаток из-за передачи части осевых сил с Г-образного кольцевого ребра на рабочее кольцо.

Установка рабочего кольца внутри переднего наружного корпуса компрессора, а также соединение рабочего кольца с Г-образным кольцевым ребром через конический упругий элемент позволяет исключить возникновение дополнительных напряжений в случае различных осевых температурных деформаций рабочего кольца и переднего корпуса, а также позволяет передать часть осевых сил с Г-образного кольцевого ребра и рабочего кольца на передний корпус в случае повышенных аэродинамических нагрузок на поворотные лопатки.

На фиг. 1 изображен продольный разрез высоконапорного компрессора газотурбинного двигателя.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 2 в увеличенном виде.

На фиг. 4 - элемент III на фиг. 2 в увеличенном виде.

Высоконапорный компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 и статора 3. В наружном корпусе 4 компрессора установлен входной направляющий аппарат 5 с двухопорными поворотными лопатками 6, ниже по потоку воздуха 7 от которых расположены консольные поворотные лопатки 8 направляющего аппарата 9. Лопатки 8 внешними цапфами 10 установлены в радиальных втулках 11, закрепленных своими концами 12 и 13 в Г-образном кольцевом ребре 14 наружного корпуса 4, внутренняя кольцевая обечайка 15 которого выполнена с передним осевым кольцевым выступом 16, контактирующим в осевом направлении с расположенным выше по потоку 7 задним осевым кольцевым выступом 17 рабочего кольца 18, расположенного внутри переднего наружного корпуса 19 компрессора 1. Рабочее кольцо 18 зафиксировано на Г-образном кольцевом ребре 14 болтовым соединением 20 через конический упругий элемент 21, выполненный за одно целое с кольцом 18, передний хвостовик 22 которого телескопически в осевом направлении установлен внутри переднего наружного корпуса 19 компрессора 1 с возможностью контакта переднего хвостовика 22 кольца 18 в осевом направлении с торцевой внутренней поверхностью 23 переднего наружного корпуса 19. Для парирования осевых температурных деформаций более нагретого рабочего кольца 18 относительно более холодного переднего корпуса 19 передний хвостовик 22 кольца 18 установлен с осевым зазором 24 относительно торцевой поверхности 23 переднего корпуса 19. Работает устройство следующим образом.

При работе высоконапорного компрессора 1 на консольные лопатки 8 поворотного направляющего аппарата 9 действует значительный момент от газовых сил Мг, направленный в сторону входного направляющего аппарата 5 компрессора 1, что могло бы привести к задеванию лопатками 8 ротора 2 с разрушением контактирующих деталей и поломкой компрессора 1. Однако этого не происходит, так как осевое усилие от лопаток 8 передается через втулки 11 на внутреннюю кольцевую обечайку 15 Г-образного кольцевого ребра 14, и далее - на рабочее кольцо 18 и передний корпус 19, что снижает прогиб лопаток 8 и исключает задевание лопатками 8 ротора 2 компрессора 1.

Изобретение относится к высоконапорным компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Высоконапорный компрессор включает в себя консольные лопатки поворотного направляющего аппарата, установленные внешними цапфами в Г-образном кольцевом ребре наружного корпуса. Внутренняя кольцевая обечайка Г-образного кольцевого ребра выполнена с передним осевым кольцевым выступом. Кольцевой выступ контактирует в осевом направлении с расположенным выше по потоку задним осевым кольцевым выступом рабочего кольца. Рабочее кольцо установлено внутри переднего наружного корпуса компрессора. Рабочее кольцо соединено с Г-образным кольцевым ребром через конический упругий элемент. Достигается повышение надежности и КПД компрессора путем уменьшения прогиба поворотных лопаток направляющего аппарата, установленных внешними цапфами в наружном корпусе компрессора. 4 ил.

Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя, включающий консольные лопатки поворотного направляющего аппарата, установленные внешними цапфами в Г-образном кольцевом ребре наружного корпуса, отличающийся тем, что внутренняя кольцевая обечайка Г-образного кольцевого ребра выполнена с передним осевым кольцевым выступом, контактирующим в осевом направлении с расположенным выше по потоку задним осевым кольцевым выступом рабочего кольца, установленного внутри переднего наружного корпуса компрессора, причем рабочее кольцо соединено с Г-образным кольцевым ребром через конический упругий элемент.