СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И РОТОР, СБАЛАНСИРОВАННЫЙ ТАКИМ СПОСОБОМ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/02 F16F15/32 

Область техники

Изобретение относится, в общем, к балансировке ротора турбинного двигателя и, в частности, к балансировке вентилятора авиационного турбореактивного двигателя.

Предшествующий уровень техники

Как известно, турбореактивный двигатель содержит вентилятор, снабжающий воздухом канал внутреннего контура, включающего, в частности, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и турбину низкого давления.

На верхнем по потоку конце турбореактивного двигателя смонтирован воздухозаборник, питающий вентилятор, который содержит, в частности, диск с установленными лопатками, расположенными по окружности на расстоянии друг от друга. На диске вентилятора закреплен входной конус, направляющий к лопаткам вентилятора воздух, поступающий в турбореактивный двигатель.

Для компенсации разбалансировки, которая при работе турбореактивного двигателя негативно влияет на вращающийся вентилятор, и, соответственно, для уменьшения вибрации двигателя выполняют балансировку вентилятора с помощью винтов, которые установлены на диске или входном конусе и используются в качестве балансировочных грузов. Следует отметить, что указанные винты имеют разную длину и, соответственно, разную массу. При этом схема балансировки вентилятора определяется количеством винтов, установленных на вентиляторе, их расположением и длиной.

Для компенсации разбалансировки, которая при работе турбореактивного двигателя негативно влияет на вращающуюся турбину низкого давления, на свободных концах лопаток последней ступени устанавливают зажимы. В этом случае схема балансировки определяется количеством зажимов, установленных в турбине низкого давления, а также расположением указанных зажимов.

При расчете новой схемы балансировки как вентилятора, так и турбины низкого давления необходимо знать фактически применяемую схему балансировки. С этой целью схемы фактически применяемой балансировки сохраняют в памяти (запоминающем устройстве) электронного блока управления (EMU) двигателя. Таким образом, при определении новой схемы балансировки принимают во внимание сохраненные в памяти электронного блока управления параметры винтов, установленных в вентиляторе, а также параметры зажимов, установленных на последней ступени турбины низкого давления. Однако программы балансировки, установленные в памяти, не сохраняются в случае замены электронного блока управления, и возникает необходимость в повторной инициализации памяти нового электронного блока управления с параметрами винтов, фактически установленных на вентиляторе, а также параметрами зажимов, установленных на последней ступени турбины низкого давления.

В связи с вышесказанным требуется заново определять параметры винтов, установленных на вентиляторе, то есть необходимо вывинчивать каждый винт, устанавливать его длину для расчета массы винта, а затем вворачивать винт снова. Аналогично, требуется заново определять параметры зажимов, установленных на лопатках последней ступени турбины низкого давления, то есть необходимо частично демонтировать заднюю часть двигателя либо применять специальный инструмент для доступа к указанной ступени и использовать соответствующие средства визуального наблюдения. Указанные инспекционные операции являются трудоемкими и требуют особой квалификации, которой не обязан обладать технический специалист, отвечающий за повторную инициализацию памяти электронного блока управления.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задачей изобретения является исключение существующих недостатков известного уровня техники и обеспечение усовершенствованного способа балансировки вентилятора.

Решение задачи достигается посредством того, что способ балансировки ротора турбинного двигателя включает в себя установку на роторе винтов, образующих балансировочные грузы, для образования схемы балансировки, при этом каждый винт имеет заданную массу и содержит головку, имеющую визуальную характеристику, предварительно связанную с массой винта.

Каждый винт, образующий балансировочный груз, имеет головку с частной визуальной характеристикой, которая связана с его массой и может быть обнаружена непосредственно невооруженным глазом (головки винтов отличаются друг от друга). Таким образом, во время операции повторной инициализации памяти электронного блока управления двигателя, балансировочные грузы, которые установлены на роторе, например, на вентиляторе турбинного двигателя, легко визуально идентифицируются по головкам винтов, и их характеристики сравниваются с данными, приведенными в созданной заранее таблице. В частности, отсутствует необходимость в отвинчивании каждого винта для определения его массы, следовательно, не требуется технический специалист для выполнения указанной работы. В результате, операция повторной инициализации памяти электронного блока управления со схемой балансировки ротора существенно ускоряется и технически упрощается.

Предпочтительно, способ включает предварительный этап, заключающийся в создании таблицы, в которой каждая частная визуальная характеристика головки винта связана с заранее заданной массой винта. Визуальными характеристиками головок винтов могут быть, в частности, формы и/или цвета.

Также, предпочтительно, схему балансировки сохраняют в памяти электронного вычислительного устройства турбинного двигателя и затем автоматически передают в базу данных центра технического обслуживания. Таким образом, установленная схема балансировки может быть передана техническому специалисту во время замены электронного вычислительного устройства. В случае обнаружения вибраций во время работы центр технического обслуживания может определить рекомендации по балансировке и передать рекомендации по балансировке техническому специалисту, в частности, для установки на вентиляторе.

Изобретение также направлено на создание ротора турбинного двигателя, содержащего винты, образующие балансировочные грузы, которые установлены на роторе, при этом каждый винт имеет заданную массу и содержит головку, имеющую визуальную характеристику, предварительно связанную с массой винта.

Головки винтов могут иметь разные формы. Формы головок винтов могут быть выбраны из квадратной, круглой, шестиугольной, крестовидной, звездообразной и кольцеобразной.

Головки винтов могут иметь разные цвета. Ротор может образовывать вентилятор турбинного двигателя.

Изобретение также относится к турбинному двигателю, оснащенному ротором, описанным выше, или ротором, сбалансированным способом, описанным выше.

Краткое описание чертежей

Другие особенности и преимущества изобретения станут понятны из последующего описания со ссылками на чертежи, которые поясняют вариант осуществления изобретения, не являющийся ограничительным.

На фиг. 1 - схематично показана часть вентилятора турбореактивного двигателя, сбалансированного способом согласно изобретению, вид в перспективе;

на фиг. 2 показаны винты с разными головками, используемые в качестве балансировочных грузов для балансировки вентилятора, представленного на фиг. 1;

на фиг. 3А и 3В - пример вариантов способа согласно изобретению.

Варианты осуществления изобретения

Изобретение относится к ротору любого турбинного двигателя и, в частности, к вентилятору турбореактивного двигателя, схематично показанного в качестве примера на фиг. 1.

Как известно, вентилятор 10 турбореактивного двигателя содержит, в частности, диск 12, центрированный относительно оси 14 вращения, на котором по окружности на расстоянии друг от друга установлены лопатки 16. Выше по потоку вентилятора на диске 12 закреплен входной конус 18, направляющий к лопаткам 16 вентилятора воздух, поступающий в турбореактивный двигатель.

Вентилятор 10 также имеет множество отверстий 20 (например, двадцать отверстий), которые расположены с равными промежутками вокруг оси 14 вращения вентилятора. В качестве примера указанные отверстия 20 выполнены на внешней периферии входного конуса 18. Альтернативно, они могут быть выполнены непосредственно в диске 12 вентилятора.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения, как показано на фиг. 1, указанные отверстия 20 проходят в радиальном направлении, при этом они имеют правильное сечение круглой формы и одинаковый диаметр.

Отверстия 20 предназначены для установки винтов 22а - 22f (фиг. 2), которые используют в качестве балансировочных грузов. На фиг. 2 показаны винты 22а - 22f, имеющие одинаковый диаметр, но разную длину и, соответственно, разную массу.

Схема балансировки вентилятора, определяемая количеством винтов 22а - 22f, установленных на входном конусе вентилятора, их угловым положением вокруг оси 14 вращения вентилятора и массой указанных винтов, позволяет снизить вибрацию каскада низкого давления турбореактивного двигателя при его работе.

Схема балансировки вентилятора является специфичной для каждого конкретного двигателя и определяется при выпуске двигателя. Способ определения этой балансировки, на основании которого выполняют угловое позиционирование балансировочных грузов на вентиляторе, известен специалистам в данной области техники и подробно не описан.

Следует отметить, что каждый из винтов 22а - 22f имеет определенную длину (и, следовательно, определенную массу), и содержит соответствующую головку 24а - 24f, которая имеет визуальную характеристику.

Выражение «визуальная характеристика» использовано для обозначения особенностей формы и/или цвета, которые позволяют невооруженным глазом отличить один винт от другого.

Таким образом, на фиг. 2 показано шесть различных винтов 22а - 22f. Указанные винты 22а - 22f имеют разную длину (и, следовательно, разную массу). Головки 24а - 24f указанных винтов имеют визуальные характеристики (головки винтов отличаются друг от друга).

Согласно варианту, как показано на фиг. 2, этими визуальные характеристики включают в себя формы головок винтов, которые визуально отличаются друг от друга: головка 24а винта 22а имеет квадратную форму, головка 24b винта - круглую форму, головка 24с винта - шестиугольную форму, головка 24d винта - крестообразную форму, головка 24е винта - звездообразную форму, а головка 24f винта - кольцеобразную форму.

В соответствии с другим вариантом (не показанным), визуальные характеристики головок винта включают в себя цвета, которые визуально отличаются друг от друга: головка одного винта может быть красной, головка других винтов может быть зеленой, желтой, синей, черной или белой и т.д.

Применение цветовой маркировки, позволяющей отличить винты друг от друга, связано с использованием краски, которая должна быть устойчивой в тяжелых условиях, возникающих при эксплуатации двигателя, то есть должна противостоять тепловым ударам, воздействию песка, и т.д.

Кроме того, заранее создают таблицу соответствия, служащую пособием по балансировке вентилятора для технического специалиста, который необязательно должен иметь специальную квалификацию по балансировке вентилятора. В этой таблице указан каждый винт, подходящий для использования в вентиляторе в качестве балансировочного груза, вместе с соответствующей ему формой головки винта, которая сопоставлена с массой соответствующего винта.

Таким образом, технический специалист, пользуясь указанной таблицей, может быстро, легко и надежно определить схему балансировки вентилятора просто путем визуального осмотра головок винтов без необходимости извлечения винтов. Для этого технический специалист проводит визуальный осмотр головок винтов, установленных на вентиляторе, и по таблице соответствия определяет массу указанных винтов. При проведении описанной операции указанным способом обеспечивается значительная экономия времени и не требуется специальная квалификация технического специалиста.

Преимущество способа балансировки согласно изобретению состоит в том, что он может быть осуществлен в разных ситуациях.

Первоначально балансировку двигателя выполняют при выпуске. Конкретнее говоря, балансировку выполняют в двух плоскостях, а именно в плоскости вентилятора в соответствии со способом согласно изобретению и в плоскости турбины низкого давления с использованием зажимов на концах лопаток последней ступени турбины низкого давления.

После балансировки двигателя схему балансировки вентилятора и турбины низкого давления сохраняют во внутреннюю память электронного блока управления (EMU), и затем предпочтительно автоматически направляют в базу данных центра технического обслуживания двигателей.

Первая ситуация, в которой может быть осуществлен способ согласно изобретению, возникает при необходимости замены электронного блока управления (фиг. 3А). Во время указанной операции по обслуживанию, выполняемой техническим специалистом, производят повторную инициализацию внутренней памяти электронного блока управления (этап S10).

Технический специалист, отвечающий за замену электронного блока управления, дистанционно направляет запрос в центр обслуживания (этап S20), который в ответ на запрос отправляет предварительно установленную схему балансировки вентилятора и турбины низкого давления (этап S30). Схема балансировки вентилятора также может быть определена визуально посредством осмотра головок винтов, как описано выше.

Таким образом, технический специалист может повторно инициализировать память нового электронного блока управления с фактической схемой балансировки как вентилятора, так и турбины низкого давления. В частности, чтобы выяснить схему балансировки, технический специалист не должен извлекать балансировочные винты из вентилятора, и нет необходимости в доступе к последней ступени турбины низкого давления.

Таким образом, схема балансировки двигателя, которая инициализируется во внутреннюю память нового электронного блока управления, предоставляет информацию о балансировке в двух плоскостях, а именно в плоскости вентилятора и в плоскости турбины низкого давления (этап S40).

В противоположность этому, если технический специалист не может дистанционно направить запрос в центр технического обслуживания или не имеет соответствующих инструментов, либо не обладает квалификацией для доступа к последней ступени турбины низкого давления, технический специалист может провести визуальную идентификацию схемы балансировки вентилятора (этап S50), то есть просто визуально осмотреть головки винтов, как описано выше.

Схема балансировки вентилятора, определенная таким образом, может быть инициализирована во внутреннюю память нового электронного блока управления (этап S60). Следует отметить, что указанная схема балансировки двигателя, инициализированная таким образом во внутреннюю память нового электронного блока управления, содержит информацию только об одной плоскости, а именно плоскости вентилятора (этап S70), но охватывает большинство потребностей и операций балансировки.

Вторая ситуация, в которой может быть осуществлен способ согласно настоящему изобретению, возникает в случае обнаружения чрезмерной вибрации на самолете, требующей изменения балансировки двигателя (фиг. 3В).

Такая чрезмерная вибрация может быть обнаружена обслуживающим персоналом самолета или непосредственно центром технического обслуживания (этап S100), который получает информацию о вибрации самолета в полете.

При обнаружении возникновения чрезмерной вибрации центр технического обслуживания может независимо провести расчет как новой схемы балансировки вентилятора, так и расчет новой схемы балансировки турбины (этап S110).

Рекомендации по балансировке затем передают непосредственно пилоту самолета или техническому специалисту (этап S120) для проведения балансировки двигателя. С этой целью на самолете имеется комплект средств для технического обслуживания, содержащий балансировочные винты для балансировки вентилятора и зажимы для балансировки турбины низкого давления. Таким образом, операция технического обслуживания, связанного с балансировкой (этап S130), может быть выполнена техническим специалистом, необязательно имеющим специальную квалификацию в данной области.

Фактические схемы балансировки, установленные на двигателе в результате указанной операции технического обслуживания, сохраняются во внутренней памяти электронного блока управления и автоматически передаются в центр технического обслуживания (этап S140).

Альтернативно новые схемы балансировки вентилятора и турбины после обнаружения чрезмерной вибрации могут быть рассчитаны компетентным персоналом непосредственно на аэродроме посредством электронного блока управления (этап S150).

Указанные новые схемы балансировки двигателя сохраняют во внутренней памяти электронного блока управления и автоматически передают в центр обслуживания (этап S160).

Изобретение относится к балансировке ротора турбинного двигателя. Способ балансировки ротора турбинного двигателя, включающий в себя установку на роторе винтов, образующих балансировочные грузы, для образования схемы балансировки. При этом каждый винт имеет заданную массу и содержит головку, имеющую визуальную характеристику, предварительно связанную с массой винта. Также представлены ротор, сбалансированный способом согласно изобретению, и турбинный двигатель, содержащий ротор согласно изобретению. Изобретение применимо, в частности, к вентилятору турбинного двигателя. Изобретение позволяет обеспечить усовершенствованный способ балансировки вентилятора. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ балансировки ротора (10) турбинного двигателя, включающий в себя установку на роторе винтов (22а - 22f), образующих балансировочные грузы, для образования схемы балансировки, при этом каждый винт имеет заданную массу и содержит головку (24а - 24f), имеющую визуальную характеристику, предварительно связанную с массой винта.

2. Способ по п. 1, включающий в себя предварительный этап, заключающийся в создании таблицы, в которой каждая частная визуальная характеристика головки винта связана с заданной массой винта.

3. Способ по п. 1, в котором визуальными характеристиками головок винтов являются, в частности, формы и/или цвета.

4. Способ по п. 1, в котором схему балансировки сохраняют в памяти электронного вычислительного устройства турбинного двигателя и затем автоматически передают в базу данных центра технического обслуживания.

5. Способ по п. 4, в котором установленную схему балансировки передают техническому специалисту во время замены электронного вычислительного устройства.

6. Способ по п. 4, в котором в случае обнаружения вибраций во время работы центр технического обслуживания определяет рекомендации по балансировке и передает техническому специалисту рекомендации по балансировке.

7. Ротор (10) турбинного двигателя, содержащий винты (22a - 22f), образующие балансировочные грузы, которые установлены на роторе, при этом каждый винт имеет заданную массу и содержит головку (24а - 24f), имеющую визуальную характеристику, предварительно связанную с массой винта.

8. Ротор по п. 7, в котором головки винтов имеют разные формы.

9. Ротор по п. 8, в котором формы головки винта выбраны из квадратной, круглой, шестиугольной, крестовидной, звездообразной и кольцеобразной.

10. Ротор по п. 7, в котором головки винтов имеют разные цвета.

11. Ротор по п. 7, образующий вентилятор.

12. Турбинный двигатель, имеющий ротор по п. 7, или ротор, сбалансированный способом по п. 1.