Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины Российский патент 2017 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 

Изобретение относится к конструированию узлов компрессора с регулируемым направляющим аппаратом (НА), преимущественно для газотурбинного двигателя (ГТД).

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины, содержащий двухопорные поворотные лопатки с внутренними цапфами, размещенными между наружным корпусом и разъемным кольцом, и фторопластовые втулки, каждая из которых контактирует с поверхностью внутренней цапфы поворотной лопатки и ответным радиальным отверстием разъемного кольца.

/RU 38861 U, F04D 29/56, 10.07.2004/ - прототип.

Основными недостатками такого технического решения являются значительные монтажные напряжения во фторопластовой втулке после сборки, возникающие в результате отклонений формы деталей направляющего аппарата и приводящие к ее повышенному износу в процессе работы газотурбинного двигателя.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса и надежности узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого направляющего аппарата в целом.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является повышение износостойкости фторопластовой втулки, уменьшение изнашивания нижней цапфы поворотной лопатки и, как следствие, увеличение ресурса и надежности узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого НА в целом.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины содержит двухопорные поворотные лопатки с внутренними цапфами, размещенными между наружным корпусом и разъемным кольцом, и фторопластовые втулки, каждая из которых контактирует с поверхностью внутренней цапфы поворотной лопатки и ответным радиальным отверстием разъемного кольца, по предложению контактирующие поверхности внутренних цапф и фторопластовых втулок выполнены сферическими, на каждой втулке выполнены прорези, при этом в зависимости от материала и толщины втулки глубина прорези составляет не более 2/3 длины втулки, а количество прорезей составляет, по меньшей мере, 2.

Наличие сферической пары трения позволяет исключить монтажные напряжения во фторопластовой втулке от изгибающего момента, возникающего в случае отклонения оси поворотной лопатки НА или оси радиального отверстия внутреннего кольца от радиального направления осевого компрессора при отклонении геометрии деталей в производстве, что приводит к повышению износостойкости фторопластовой втулки и, как следствие, увеличению ресурса и надежности узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого НА в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами 1, 2. На фиг. 1 представлен продольный разрез регулируемого направляющего аппарата осевого компрессора турбомашины. На фиг. 2 представлен поперечный разрез фторопластовой втулки, изображенной на фиг. 1.

Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины содержит двухопорные поворотные лопатки 1, размещенные между наружным корпусом 2 и внутренним разъемным кольцом 3, внутренние сферические цапфы 4 двухопорных поворотных лопаток 1, размещенные в ответных радиальных отверстиях 5 во внутреннем разъемном кольце 3, и фторопластовые втулки 6. Фторопластовые втулки 6 установлены по наружному диаметру каждой из нижних сферических цапф 4 двухопорных поворотных лопаток 1. На фторопластовых втулках 6 выполнены прорези 7 и расположенные между ними лапки 8.

Сборка узла осуществляется следующим образом: на внутренние сферические цапфы 4 поворотных направляющих лопаток 1, установленных в наружном корпусе 2, надевают фторопластовые втулки 6 путем приложения к последним усилия, в результате действия которого лапки 8 расходятся, охватывают внутренние сферические цапфы 4. При этом фторопластовые втулки 6 удерживаются на них за счет упругих сил, возникающих в лапках 8, обеспечивающих совместность их перемещений. После чего собираются в единое целое части внутреннего разъемного кольца 3, которое охватывает фторопластовые втулки 6 соответствующими радиальными отверстиями 5.

Сферические пары трения в соединении между внутренними сферическими цапфами 4 и фторопластовыми втулками 6 позволяют исключить монтажные изгибные нагрузки, возникающие из-за отклонений соосности двухопорных поворотных лопаток 1 с ответными радиальными отверстиями 5 при изготовлении.

В процессе эксплуатации поворотная направляющая лопатка 1 поворачивается в зависимости от режима работы турбомашины на тот или иной угол. В наружной опоре поворотные направляющие лопатки 1 закреплены с фиксированным зазором, необходимым для ее поворота без заедания. Между близлежащими торцами поворотных направляющих лопаток 1 и фторопластовых втулок 6 имеется технический зазор. Он необходим для компенсации набегания допусков и взаимных температурных расширений и перемещений деталей при эксплуатации. Соединение поворотной направляющей лопатки 1 с фторопластовой втулкой 6, по существу, выполнено в виде сферического подшипника скольжения сухого трения, работающего в запыленной среде и при больших температурах. Также фторопластовая втулка 6 может смещаться вдоль своей оси внутри радиального отверстия 5 совместно с внутренней сферической цапфой 4. Данные соединения подвержены влиянию нагрузок с поворотной направляющей лопатки 1, возникающих от воздействия на нее горячего пульсирующего воздуха. Пульсация и влияние внутренних сферических цапф 4 при их повороте на более мягкие фторопластовые втулки 6 вызывает износ последних. Разрушение фторопластовых втулок 6 может привести к последующему износу других деталей описанного соединения. Реализация в нем сферического подшипника практически исключает монтажные нагрузки на фторопластовую втулку 6 при сборке внутреннего разъемного кольца 3, что снижает нагрузки со стороны внутренней сферической цапфы 4 на последнюю и в процессе работы. Добиваясь меньшего износа фторопластовой втулки 6, мы увеличиваем ресурс работы данного соединения, от качества работы которого зависит точность поворота поворотных направляющих лопаток 1, кпд осевого компрессора и ресурс всего узла в целом.

Изобретение может быть использовано для конструирования узлов компрессора с регулируемым направляющим аппаратом, преимущественно для газотурбинного двигателя. Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины содержит двухопорные поворотные лопатки 1 с внутренними цапфами 4, размещенными между наружным корпусом 2 и разъемным кольцом 3, и фторопластовые втулки 6, каждая из которых контактирует с поверхностью внутренней цапфы 4 поворотной лопатки и ответным радиальным отверстием разъемного кольца 3. Контактирующие поверхности внутренних цапф 4 и фторопластовых втулок 6 выполнены сферическими. На каждой втулке 6 выполнены прорези 7. В зависимости от материала и толщины втулки глубина прорези 7 составляет не более 2/3 длины втулки, а количество прорезей составляет по меньшей мере два. Изобретение позволяет повысить износостойкость фторопластовой втулки и уменьшить изнашивание нижней цапфы поворотной лопатки. 2 ил.

Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины, содержащий двухопорные поворотные лопатки с внутренними цапфами, размещенными между наружным корпусом и разъемным кольцом, и фторопластовые втулки, каждая из которых контактирует с поверхностью внутренней цапфы поворотной лопатки и ответным радиальным отверстием разъемного кольца, отличающийся тем, что контактирующие поверхности внутренних цапф и фторопластовых втулок выполнены сферическими, на каждой втулке выполнены прорези, при этом в зависимости от материала и толщины втулки глубина прорези составляет не более 2/3 длины втулки, а количество прорезей составляет по меньшей мере 2.