КОЛЬЦЕВАЯ ЧАСТЬ СТАТОРА ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СТАТОР ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F01D11/12 

Изобретение относится к стенкам статора турбинного двигателя, снабженным стираемыми покрытиями, и, в частности, для использования в авиадвигателях, например корпусах для размещения вентиляторов или корпусах компрессоров низкого давления.

Такой корпус может состоять из множества соприкасающихся сегментов, которые вместе окружают вращающиеся лопасти, приводимые во вращение газом сгорания. Возможно также, чтобы стенка образовывала замкнутую конструкцию или состояла из двух половин. Чтобы обеспечивать работу с малым зазором и, таким образом, гарантировать обеспечение турбинным двигателем требуемых рабочих характеристик относительно потребления и эффективности, вращающиеся лопасти должны вступать в контакт со стираемыми покрытиями, выполненными на корпусе. Как правило, стираемое покрытие образовано материалом на основе смолы, заполненной порообразующим веществом, содержащим полые микрошарики из огнеупорного материала, а покрытие обычно формируется путем формовки или физического осаждения, например посредством термического напыления, на поверхность, которая должна быть защищена.

К сожалению, в зависимости от конструктивной части, т.е. в зависимости от того, сделана она из металла или из композиционного материала, можно обнаружить, что стираемый материал способен терять адгезию, приводя к его отделению и, таким образом, засасыванию большего или меньшего количества материала, образующего покрытие, обходящим потоком турбинного двигателя.

Для устранения этой проблемы потери адгезии, как известно, конструктивную часть обрабатывают песком или шлифуют до осаждения термической защиты. К сожалению, это решение не может быть распространено на поверхности, которые подверглись электролитической или электрохимической обработке для целей защиты или пассивирования, поскольку последствия такой операции заключаются в разрушении этой конкретной обработки.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является статор турбинного двигателя, раскрытый в патенте США №4289447. Известный статор содержит кольцевую часть статора турбинного двигателя, содержащую опорную конструкцию, снабженную последовательно связующим подслоем и стираемым покрытием, образованным смолой, заполненной микрошариками.

Главная задача настоящего изобретения состоит, таким образом, в том, чтобы уменьшить эффект указанных недостатков путем создания стенки статора со стираемым покрытием, которым можно покрывать поверхность любого типа, не важно, сделанную из металла или из композиционного материала, без предрасположенности к такому локализованному отделению адгезии.

Эта задача решается посредством создания кольцевой части статора турбинного двигателя, содержащей опорную конструкцию, снабженную последовательно связующим подслоем и стираемым покрытием, образованным смолой, заполненной микрошариками, при этом связующий подслой для прикрепления стираемого покрытия к опорной конструкции образован волокнистым армированием из волокон, причем только периферийная часть армирования, вдоль двух его боковых кромок, прикреплена к опорной конструкции посредством адгезионного прикрепления или совместного отверждения, а средняя часть армирования пропитана смолой, заполненной микрошариками при нанесении стираемого покрытия.

Таким образом, поскольку оно проходит через волокнистое армирование из длинных волокон, то стираемое покрытие прочно прикрепляется к опорной конструкции, предотвращая тем самым какое-либо локализованное отделение. Изобретение, соответственно, особенно подходит для частей корпуса статора, изготовленных из анодированного алюминия, когда невозможно осуществлять какую-либо подготовку поверхности шлифованием или обработкой песком.

В преимущественном варианте исполнения волокнистое армирование содержит один или несколько смежных слоев двумерной волокнистой ткани. Волокнистое армирование может содержать непропитанный слой ткани из стеклянных волокон или любого другого длинноволокнистого армирования или даже множество слоев, которые по меньшей мере частично предварительно пропитаны на их периферии, ткани из стеклянных волокон или любого другого длинноволокнистого армирования.

Согласно другому преимущественному варианту исполнения опорная конструкция может иметь в качестве основы металлический сплав, а периферийная часть связана при помощи адгезии с опорной конструкцией посредством эпоксидной смолы, или даже она может иметь в качестве основы композиционный материал, а периферийная часть подвергается совместному отверждению с опорной конструкцией во время подготовки опорной конструкции.

Предпочтительно, смолой, заполненной микрошариками, является кремнийорганическая смола или эпоксидная смола, а микрошариками являются полые шарики из стекла или огнеупорного материала.

Преимущественно, стираемое покрытие прикрепляется к опорной конструкции посредством осаждения термическим напылением, впрыскивания или формовки таким образом, чтобы пропитывать волокнистое армирование и опорную конструкцию.

Изобретение обеспечивает также статор любого турбинного двигателя, включающий в себя указанную выше кольцевую часть.

Краткие характеристики и преимущества изобретения станут очевидны из приведенного далее описания, сделанного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показан не имеющий ограничительного характера вариант осуществления и на которых:

фиг. 1 - вид в сечении кольцевой части статора турбинного двигателя согласно изобретению, изготовленной из металла; и

фиг. 2 - вид в сечении кольцевой части статора турбинного двигателя, изготовленной из композиционного материала.

Фиг. 1 представляет собой вид в сечении части корпуса для размещения осевого вентилятора турбинного двигателя, образованного, например, соединением встык множества сегментов вместе в окружном направлении. Корпус окружает вращающийся узел, состоящий из множества лопастей (не показано), где зазор между внутренней поверхностью корпуса и кончиками лопастей равен нулю или почти нулю.

Эта кольцевая часть статора содержит опорную конструкцию 10, обеспеченную на внутренней стороне (обращенной к потоку газа сгорания) и последовательно: связующим слоем 12 и термическим защитным покрытием 14, изготовленным из стираемого материала с порами и в которое могут частично проникать кончики лопастей, не испытывая сильного износа.

В этом первом варианте осуществления опорная конструкция 10 изготовлена из металлического сплава, например титанового или алюминиевого сплава.

Термическое защитное покрытие 14 выполнено из материала, имеющего поры и достаточную прочность при температурах, обычно встречающихся при работе. Традиционно, для создания стираемого покрытия прибегают к материалам на основе кремнийорганической или эпоксидной смолы, заполненной порообразующим веществом типа полых микрошариков, изготовленных из огнеупорного материала и, в частности, из стекла.

В изобретении связующий подслой 12, служащий для связывания стираемого покрытия с поверхностью опорной конструкции, образован армированием из стеклянных волокон или любым другим длинноволокнистым армированием (например, используя углеродные или арамидные волокна), которое прикреплено частично на его периферии к опорной конструкции 10.

Волокнистое армирование образовано одним или несколькими смежными слоями двумерной длинноволокнистой ткани. Когда армирование имеет лишь один слой, он, предпочтительно, не пропитан (сухой), и он, преимущественно, связан с опорной конструкцией 10 на его периферии (или, по меньшей мере, вдоль двух из его боковых кромок 12A и 12B) посредством адгезии, используя эпоксидную смолу (или даже кремнийорганическую смолу, когда стираемое покрытие имеет в качестве основы силикон). Напротив, когда композиционное армирование содержит множество слоев, они независимы друг от друга, и в таком случае они могут быть предварительно пропитаны, по меньшей мере, частично, на их периферии, в частности вдоль их боковых кромок, и тогда они удерживаются благодаря связи посредством адгезии вдоль этих боковых кромок с опорной конструкцией 10, например используя эпоксидную смолу. Эту пропитку можно, преимущественно, выполнять вручную (ламинирование при помощи рук), например, используя ролик или пистолет-распылитель.

В этих двух конфигурациях центральная часть армирования 12C оставляется свободной (т.е. не связанной посредством адгезии с опорной конструкцией), и она пропитывается во время физического осаждения стираемого покрытия, например путем термического напыления порошка, используя в случае ткани из металлических длинных волокон известные технологии плазменного осаждения. В других обстоятельствах стираемый материал можно просто впрыскивать, формовать или рассеивать таким образом, чтобы пропитывать волокнистое армирование и поверхность опорной конструкции.

На фиг. 2 показан другой вариант осуществления изобретения, который больше приспособлен для опорной конструкции 10, которая изготовлена из композиционного материала, образованного традиционным образом волокнистым армированием из углеродных, стеклянных, арамидных или керамических волокон, внедренных в эпоксидную смолу или какую-нибудь смолу со сходными свойствами. При таких обстоятельствах связующий подслой 12 не связывают на его периферии непосредственно с опорной конструкцией 10 при помощи эпоксидной смолы, а, предпочтительно, подвергают совместному отверждению вместе с опорной конструкцией, тогда как опорную конструкцию подготавливают таким образом, чтобы непосредственно объединять армирование с собственным армированием опорной конструкций из волокон 10A, образующих структуру ее поверхности. Естественно, надо проявлять осторожность, чтобы это отверждение не затрагивало центральной части, которая должна оставаться свободной. Структура связующего подслоя 12, тем не менее, тождественна структуре, описанной выше, и образована армированием из стеклянных волокон или из любых других длинных армирующих волокон, образующим сухой слой или множество предварительно пропитанных слоев двумерной длинноволокнистой ткани, которые при этом подвергаются совместному отверждению, а не связаны посредством адгезии с опорной конструкцией.

Кольцевая часть статора турбинного двигателя содержит опорную конструкцию, снабженную последовательно связующим подслоем и стираемым покрытием, образованным смолой, заполненной микрошариками. Связующий подслой для прикрепления стираемого покрытия к опорной конструкции образован волокнистым армированием из волокон. К опорной конструкции посредством адгезионного прикрепления или совместного отверждения прикреплена только периферийная часть армирования вдоль двух его боковых кромок. Средняя часть армирования пропитана смолой, заполненной микрошариками при нанесении стираемого покрытия. Другое изобретение группы относится к статору турбинного двигателя, содержащему указанную выше кольцевую часть. Группа изобретений позволяет повысить надежность крепления стираемого покрытия на статоре турбинного двигателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кольцевая часть статора турбинного двигателя, содержащая опорную конструкцию (10), снабженную последовательно связующим подслоем (12) и стираемым покрытием (14), образованным смолой, заполненной микрошариками, отличающаяся тем, что связующий подслой для прикрепления стираемого покрытия (14) к опорной конструкции образован волокнистым армированием из волокон, причем только периферийная часть армирования, вдоль двух его боковых кромок (12A, 12B), прикреплена к опорной конструкции (10) посредством адгезионного прикрепления или совместного отверждения, а средняя часть армирования пропитана смолой, заполненной микрошариками при нанесении стираемого покрытия (14).

2. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что волокнистое армирование содержит один или более смежных слоев из волокнистой ткани.

3. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что волокнистое армирование содержит слой непропитанной ткани из стеклянных волокон или любого другого волокнистого армирования.

4. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что армирование содержит множество слоев, которые по меньшей мере частично предварительно пропитаны на их периферии, ткани из стеклянных волокон или любого другого волокнистого армирования.

5. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что, когда основой опорной конструкции является металлический сплав, периферийная часть связана при помощи адгезии с опорной конструкцией посредством эпоксидной смолы.

6. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что, когда основой опорной конструкции является композиционный материал, периферийная часть подвергается совместному отверждению с опорной конструкцией во время подготовки опорной конструкции.

7. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что смолой, заполненной микрошариками, является кремнийорганическая смола или эпоксидная смола.

8. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 7, отличающаяся тем, что микрошариками являются полые шарики из стекла или огнеупорного материала.

9. Кольцевая часть статора турбинного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что стираемое покрытие прикреплено к опорной конструкции посредством осаждения термическим напылением, впрыскивания или формовки таким образом, чтобы пропитывать волокнистое армирование и опорную конструкцию.

10. Статор турбинного двигателя, отличающийся тем, что он содержит кольцевую часть по п. 1.