Направляющий аппарат осевого компрессора Российский патент 2017 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к области конструирования газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора.

Известна конструкция направляющего аппарата (НА) осевого компрессора, содержащего корпус компрессора, выполненный с продольным разъемом, поворотные лопатки, нижние цапфы которых установлены во внутреннем кольце НА, также имеющем продольный разъем (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 65 рис. 3.9, стр. 114-115).

Недостатком известной конструкции является возможность перемещения полуколец, из которых состоит внутреннее кольцо НА, друг относительно друга вследствие отсутствия их жесткого соединения и наличия зазоров по цапфам лопаток, необходимых для обеспечения их вращения. Это приводит к повышенному износу контактных поверхностей внутренних цапф лопаток и ответных втулок, а также увеличению зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение надежности двигателя за счет жесткого соединения внутренних полуколец и уменьшение износа контактных поверхностей внутренних цапф поворотных направляющих лопаток и ответных втулок вследствие уменьшения перекосов, возникающих при перемещении полуколец НА друг относительно друга, а также повышение эффективности работы газотурбинного двигателя (ГТД) вследствие постоянства зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном направляющем аппарате осевого компрессора, содержащем корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими нижними цапфами в полукольца, согласно изобретению взаимная фиксация полуколец выполнена при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом, имеющим возможность фиксации в утопленном положении, и паза с отверстием под штифт.

Целесообразно шип и штифт выполнить из материала, имеющего коэффициент термического линейного расширения больший, чем у материала полуколец.

Доступ к фиксатору осуществляется через окно в корпусе, причем указанное окно одновременно может являться окном осмотра двигателя.

Выполнение взаимной фиксации полуколец при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом и паза с отверстием под штифт обеспечивает неподвижное соединение внутренних полуколец НА и повышает жесткость их закрепления на внутренних цапфах лопаток, что приводит к уменьшению взаимных перемещений и перекосов полуколец и лопаток НА под действием газовых сил и, как следствие, к снижению износа контактных поверхностей. Также повышение жесткости направляющего аппарата в сборе снижает величину перемещений внутреннего кольца НА в радиальном направлении, что обеспечивает постоянство зазора и снижение перетечек воздуха в лабиринтном уплотнении между ротором и кольцом НА и тем самым повышает эффективность работы газотурбинного двигателя.

Выполнение штифта с возможностью фиксации в утопленном положении обеспечивает удобство сборки и разборки НА, так как снимает необходимость удержания штифта в утопленном положении вручную при соединении или разъединении половин корпуса компрессора.

Выполнение шипа и штифта из материала (например, стали), имеющего коэффициент термического линейного расширения (КТР) больший, чем у материала полуколец (например, титана) обеспечивает уменьшение монтажных зазоров между шипом и пазом внутренних полуколец НА, а также между штифтом и отверстием под штифт при разогреве деталей в процессе работы газотурбинного двигателя, что приводит к дополнительному повышению жесткости соединения внутренних полуколец НА, тем самым обеспечивая уменьшение взаимных перемещений и перекосов полуколец и лопаток НА, снижение износа контактных поверхностей и повышение эффективности работы газотурбинного двигателя за счет постоянства зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Осуществление доступа к фиксатору через окно в корпусе обеспечивает возможность применения данной конструкции не только в НА первой ступени, но и на любой другой ступени компрессора, где доступ к подпружиненному штифту со входа компрессора невозможен, так как перекрыт рабочими и направляющими лопатками предыдущих ступеней.

Совмещение окна для доступа к фиксатору с окном осмотра двигателя повышает технологичность корпуса компрессора, так как снимает необходимость изготовления отдельного окна или лючка.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется фигурами 1-2

Фиг. 1 - поперечный разрез статора компрессора с продольным разъемом;

Фиг. 2 - стык внутренних полуколец НА в месте А;

Фиг. 3 - продольный разрез НА в месте установки штифта, штифт в выдвинутом положении;

Фиг. 4 - продольный разрез места установки штифта, штифт в утопленном положении;

Фиг. 5 - штифт.

Направляющий аппарат осевого компрессора содержит поворотные направляющие лопатки 1, установленные в корпусе 2 компрессора, выполненного с продольным разъемом и имеющего окна 3, расположенные по обеим сторонам корпуса, и внутреннее кольцо, состоящее из полуколец 4 и 5, установленных на внутренних цапфах 6 лопаток 1. На каждом из внутренних полуколец 4 и 5, в местах их соединения друг с другом, с одной стороны выполнен шип 7 с установленным на нем стаканом 8 и штифтом 9, а с другой стороны выполнен паз 10 и отверстие 11 под штифт внутри паза. При этом штифт 9 имеет выступы 12 и отверстие 13 под ключ, шип 7 имеет карман 14, а стакан 8 имеет упор 15.

Возможно также выполнение шипа 7 со стаканом 8 и штифтом 9 по обеим сторонам одного из полуколец, а паза 10 с отверстием 11 под штифт - по обеим сторонам другого полукольца (на чертеже не показано).

Также на внутренних полукольцах 4 и 5 установлена крышка 16 лабиринтного уплотнения.

Сборка направляющего аппарата осуществляется следующим образом.

Подпружиненные штифты 9 предварительно утапливаются в полость стаканов 8 и поворачиваются по часовой стрелке до соприкосновения выступа 12 с упором 15. В утопленном положении штифты 9 удерживаются за счет упора выступов 12 в поверхность шипа 7. Затем половины корпуса 2 вместе с установленными на них лопатками 1 и полукольцами 4 и 5 сдвигаются навстречу друг другу, при этом шип 7 на полукольце 5 входит в ответный паз 10 на полукольце 4 (и наоборот) и половины корпуса 2 соединяются. Далее в окно 3 заводится специальный ключ до попадания в отверстие 13 штифта 9, штифт 9 поворачивается против часовой стрелки до упора, после чего пружина выталкивает штифт 9 в отверстие 11, при этом выступы 12 попадают в карман 14 шипа 7. Окно 3 глушится специальной заглушкой (на чертеже не указано).

Предлагаемое изобретение позволяет жестко соединить полукольца направляющего аппарата любой ступени статора компрессора ГТД, имеющего продольный разъем, упростить сборку и разборку НА и повысить технологичность корпуса компрессора.

Изобретение относится к области конструирования газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора. Направляющий аппарат осевого компрессора содержит корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими внутренними цапфами в полукольца. Взаимная фиксация полуколец выполнена при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом, имеющим возможность фиксации в утопленном положении, и паза с отверстием под штифт. Изобретение позволяет жестко соединить полукольца направляющего аппарата любой ступени статора компрессора ГТД, имеющего продольный разъем, упростить сборку и разборку НА и повысить технологичность корпуса компрессора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Направляющий аппарат осевого компрессора, содержащий корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими внутренними цапфами в полукольца, отличающийся тем, что взаимная фиксация полуколец выполнена при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом, имеющим возможность фиксации в утопленном положении, и паза с отверстием под штифт.

2. Направляющий аппарат осевого компрессора по п. 1, отличающийся тем, что доступ к фиксатору осуществляется через окно в корпусе, причем указанное окно одновременно является окном осмотра двигателя.

3. Направляющий аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что шип и штифт выполнены из материала, имеющего коэффициент термического линейного расширения больший, чем у материала полуколец.