УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК F01D11/00 F01D9/04 F16J15/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к уплотнению для турбовентиляторного двигателя и, в частности, к уплотнению для герметизации зазора между лопаткой и накладкой спрямляющей лопатки направляющего аппарата.

Уровень техники

Турбовентиляторный двигатель представляет собой реактивный двигатель такого типа, который имеет канал наружного контура вокруг двигателя в качестве внутреннего контура. Часть энергии, вырабатываемой двигателем, приводит в движение вентилятор, часть воздушного потока, создаваемого вентилятором, сжимается компрессором, а затем используется для сгорания в двигателе, в то время как другая часть выбрасывается в направлении назад непосредственно через канал наружного контура. Поток воздуха через канал наружного контура сам по себе производит тягу, что способствует увеличению тяги двигателя, а также повышает энергетическую эффективность двигателя.

В канале наружного контура предусмотрены спрямляющие лопатки направляющего аппарата. Спрямляющие лопатки направляющего аппарата представляют собой множество лопаток, проходящих в соответствующих радиальных направлениях, и такие лопатки расположены по окружности для образования кольцевой структуры. Воздушный поток, создаваемый вентилятором, сначала является вихревым потоком, но после прохождения через спрямляющие лопатки направляющего аппарата он выпрямляется в поток, идущий прямолинейно назад. Так как спрямляющие лопатки направляющего аппарата могут также функционировать в качестве опоры, которая соединяет корпус вентилятора, образующий канал наружного контура с участком внутреннего контура, они требуют прочности и жесткости, необходимой, кроме того, для такой функции.

С точки зрения эффективности вентилятора следует избегать утечек воздушного потока в канале наружного контура во внешнюю область или смешения с вторичным воздухом. Поэтому при любых зазорах между лопатками и накладками спрямляющих лопаток направляющего аппарата, необходимыми являются соответствующие уплотнения для герметизации в этом месте воздушного потока.

Известные технические решения раскрыты в публикациях JP 2012-511661 и JP H10-325303.

Техническая задача

Как было описано выше, уплотнения в спрямляющих лопатках направляющего аппарата должны иметь достаточную газонепроницаемость. Кроме того, в то время как лопатка и накладка образуют угол, близкий к прямому углу, изгиб под углом между ними становится причиной турбулентности. Поэтому требуются уплотнения для плавного соединения поверхности лопатки с поверхностью накладки. Такие уплотнения нелегко получить посредством любой автоматизированной работы, поскольку, как правило, требуются трудоемкие процессы, например, такие как процессы создания пастообразного герметика на целевых участках посредством ручной работы, отверждения его и после этого чистовой его обработки.

Решение задачи

Согласно настоящему изобретению, направленному на решение указанной задачи, и в соответствии с его аспектом, создано уплотнение, способное герметизировать воздушный поток, в то время как это уплотнение требует лишь простого прикрепления к накладке и вместе с накладкой и лопаткой интегрируется в спрямляющие лопатки направляющего аппарата.

Согласно аспекту настоящего изобретения, уплотнение для герметизации зазора между лопаткой и накладкой спрямляющей лопатки направляющего аппарата состоит из:

соединительного участка для соединения с накладкой;

гибкого участка гребня, выходящего из соединительного участка и сужающегося в направлении кончика, чтобы образовать скругленный угол между лопаткой и накладкой, когда кончик находится в контакте с лопаткой; и

гибкого участка буртика, выступающего из внутренней поверхности уплотнения и имеющего такие размеры, чтобы войти в контакт с верхней поверхностью конструкции для прикрепления лопатки для сохранения газонепроницаемости.

Предпочтительно, участок буртика имеет форму, выбранную из группы, состоящей из формы столбика с круглым сечением, формы столбика с эллиптическим сечением, столбика с многоугольным сечением и формы гребня, сужающейся в направлении кончика.

Более предпочтительно, участок буртика является полым, чтобы способствовать упругому сжатию.

Более предпочтительно, участок гребня и участок буртика образованы в виде единого элемента.

Полезные результаты

Согласно изобретению создано уплотнение, способное герметизировать воздушный поток, которое требует лишь прикрепления к накладке и вместе с накладкой и лопаткой образует спрямляющую лопатку направляющего аппарата.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичный вид в разрезе турбовентиляторного двигателя.

Фиг.2 - вид в перспективе спрямляющей лопатки направляющего аппарата, в которую интегрированы уплотнения в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3А - частичный вид в разрезе спрямляющей лопатки направляющего аппарата, в частности, представляющий соотношение между уплотнением и конструкцией для закрепления лопатки.

Фиг.3В - частичный вид в разрезе спрямляющей лопатки направляющего аппарата, показывающий, в частности, увеличенный вид уплотнения.

Фиг.4 - вид в разрезе уплотнения с частью накладки.

Фиг.5 - вид в разрезе уплотнения в соответствии с модифицированным примером.

Фиг.6 - вид в разрезе уплотнения в соответствии с другим модифицированным примером.

Фиг.7 - вид в разрезе уплотнения в соответствии с еще одним модифицированным примером.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Далее будут описаны примеры осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует особо отметить, что эти чертежи не всегда выполнены точно в масштабе и, следовательно, пространственные соотношения между элементами не ограничены формами, представленными здесь.

Как показано на фиг.1, турбовентиляторный двигатель 1, в качестве примера, содержит вентилятор 3 в его центре и внутреннюю стенку гондолы 5, окружающую его периферию, и участок 7 внутреннего контура, образующие канал наружного контура. Часть a потока воздуха, генерируемого вентилятором 3, протекает в компрессор 9 низкого давления и используется при горении в двигателе, а другая его часть b протекает в канал наружного контура. Часть b воздушного потока, проходящего через канал наружного контура, выпрямляется посредством спрямляющих лопаток направляющего аппарата, состоящего из множества лопаток 11, а затем выбрасывается в заднем направлении.

Как показано на фиг.2, каждая лопатка 11 представляет собой пластинчатую конструкцию, имеющую аэродинамический профиль, для выпрямления потока воздуха, и проходящую в радиальном направлении. Ее внешний конец крепится с помощью конструкции 13 для закрепления лопатки, а ее внутренний конец крепится аналогичной конструкцией 15 для закрепления лопатки, тем самым прикрепляя ее к гондоле 5 и участку 7 внутреннего контура.

Наружная накладка 17 расположена в прилегании к конструкции 13 для закрепления внешнего конца, имеющей свой край в контакте с поверхностью лопатки 11. Аналогично, внутренняя накладка 19 расположена в прилегании к конструкции 15 для закрепления внутреннего конца, имеющей свой край в контакте с поверхностью лопатки 11. Множество комбинаций лопаток 11 и накладок 17, 19 расположено по окружности для схождения бок о бок, тем самым составляя кольцевую структуру. Множество внешних накладок 17, расположенных в форме цилиндра, составляет часть внутренней стенки гондолы 5, а множество внутренних накладок 19 аналогичным образом составляют часть наружной стенки участка внутреннего контура. Таким образом, наружные накладки 17 и внутренние накладки 19 образуют канал наружного контура.

Как показано на фиг.3 в сочетании с фиг.2, уплотнение 21 по настоящему варианту осуществления используется для герметизации зазора между, например, внутренней накладкой 19 и лопаткой 11. Конечно, оно может быть применено к зазору между наружной накладкой 17 и лопаткой 11 или использоваться для герметизации любых других произвольных зазоров. Пример, в котором уплотнение применяется к внутренней накладке 19, будет описан ниже, но, конечно, без ограничения.

Как показано, главным образом, на фиг.3А и 3B, в то время как внутренний конец 11e лопатки 11 прикреплен посредством конструкции 15 для закрепления внутреннего конца, как описано выше, конструкция 15 имеет плоскую верхнюю поверхность чуть выше внутреннего конца 11е. Уплотнение 21 имеет свой кончик в контакте с поверхностью лицевой поверхности лопатки 11 и также вступает в контакт с этой верхней лицевой поверхностью, тем самым герметизируя воздушный поток.

Как показано на фиг.4, уплотнение 21 совмещается с концом внутренней накладки 19, а затем используется. Уплотнение 21 содержит соединительный участок 23, который может иметь соответствующую конструкцию, выполненную с возможностью объединения с внутренней накладкой 19. Такая конструкция может быть либо соответственно вогнуто-выпуклой, как представлено на чертеже, с целью зацепления, или любой другой конструкцией, увеличивающей площадь контакта. Увеличение площади контакта дает преимущество для соединения уплотнения 21 с внутренней накладкой 19.

Уплотнение 21 вокруг его ближнего конца является сопоставимым по толщине с внутренней накладкой 19, например, но имеет участок 27 гребня, который делается постепенно тоньше по направлению к его кончику. Уплотнение 21 является, по меньшей мере, на участке 27 гребня гибким, но, как вариант, может быть полностью гибким. Для того чтобы придать ему гибкость, в уплотнении 21 может быть использован эластомер, такой как синтетический каучук. Участок 27 гребня является настолько гибким, чтобы отгибаться наверх, когда он приходит в контакт с лопаткой 11, тем самым образуя скругленный угол между внутренней накладкой 19 и лопаткой 11. Для того чтобы сделать его легко изгибающимся наверх, участок 27 гребня может быть выполнен изогнутым наверх заранее, как показано на чертеже.

Кроме того, уплотнение 21 имеет участок 25 буртика, выступающий из его внутренней поверхности. Участок 25 буртика выступает вдоль продольного направления уплотнения 21 и охватывает, по существу, всю его длину. Участок 25 буртика также является гибким с тем, чтобы упруго сжиматься, когда он вступает в контакт с верхней поверхностью конструкции 15 для закрепления лопатки 11, и затем приходить в тесный контакт с ней. Участок 25 буртика, таким образом, поддерживает газонепроницаемость в комбинации с верхней поверхностью конструкции 15. Соответствующее положение и размеры участка 25 буртика выбираются в соответствии с положением верхней поверхности конструкции 15 и расстоянием от уплотнения 21 до верхней поверхности конструкции 15.

Участок 25 буртика и участок 27 гребня, предпочтительно, образованы в виде единого элемента, как показано на фиг.4. Однако они могут быть отдельными элементами, подобными буртику 25t и гребню 27f в уплотнении 21’, как показано на фиг.5. В этом случае участок 25t буртика непосредственно соединяется с внутренней накладкой 19'.

Для формы участка буртика применимой является форма полого столбика с цилиндрическим сечением, имеющего отверстие 25h в его внутренней части для облегчения упругого сжатия, однако участок 25s буртика, показанный на фиг.6, также может быть подходящим. Как вариант, может быть выбрана форма столбика с эллиптическим сечением, столбика с многоугольным сечением или любая другая соответствующая форма. Как еще один вариант, показанная на фиг.7 форма гребня, заостряющаяся к кончику, может быть также использована для участка 25f буртика. Участок 25f буртика может быть надлежащим образом изогнут с тем, чтобы генерировать силу прижатия участка 27 гребня к лопатке 11, когда он входит в контакт с конструкцией 15.

В любом из вариантов осуществления, описанных выше, уплотнение 21, будучи объединено с внутренней накладкой 19, может служить для сборки. Когда интегрированный в спрямляющую лопатку направляющего аппарата вместе с внутренней накладкой 19 участок 27 гребня на своем кончике входит контакт с поверхностью лопатки 11, а затем изгибается наверх с тем, чтобы образовать скругленный угол, это позволит избежать нарушения воздушного потока. Поскольку лопатка 11 имеет искривленную поверхность, любые конструкции вряд ли могут создать газонепроницаемый контакт на протяжении всей ее длины. Участок 27 гребня согласно настоящему варианту осуществления не является исключением. Участок 25 буртика, однако, вступает в контакт с верхней поверхностью конструкции 15 с тем, чтобы вместо участка 27 гребня сохранять газонепроницаемость. Уплотнение 21 тем самым успешно герметизирует воздушный поток в канале наружного контура.

Более конкретно, уплотнение согласно настоящему варианту осуществления не требует трудоемкой работы, а требует лишь прикрепления к накладке и интегрирования в спрямляющую лопатку направляющего аппарата с целью герметизации воздушного потока, а также не вызывает турбулентности в воздушном потоке.

Несмотря на то что изобретение было описано выше со ссылкой к конкретным вариантам осуществления изобретения, изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше. Модификации и отклонения от описанных выше вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники в свете вышеизложенного.

Промышленная применимость

Создано уплотнение, которое требует лишь прикрепления к накладке и вместе с накладкой и лопаткой интегрируется в спрямляющую лопатку направляющего аппарата.

Уплотнение для герметизации зазора между лопаткой и накладкой спрямляющей лопатки направляющего аппарата состоит из соединительного участка для соединения с накладкой, гибкого участка гребня и гибкого участка буртика. Гибкий участок гребня выходит из соединительного участка и сужается в направлении кончика, чтобы образовать скругленный угол между лопаткой и накладкой, когда кончик находится в контакте с лопаткой. Гибкий участок буртика выступает из внутренней поверхности уплотнения и имеющего такие размеры, чтобы войти в контакт с верхней поверхностью конструкции для прикрепления лопатки для сохранения газонепроницаемости. Уплотнение согласно настоящему изобретению не требует трудоемкой работы, а требует лишь прикрепления к накладке и интегрирования в спрямляющую лопатку направляющего аппарата с целью герметизации воздушного потока, а также не вызывает турбулентности в воздушном потоке. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Уплотнение (21), применяемое в канале наружного контура, образованном множеством накладок (17, 19), установленных в форме цилиндра, и спрямляющими лопатками (11) направляющего аппарата, для герметизации зазора между каждой из лопаток (11) и каждой из накладок (17, 19), содержащее:

соединительный участок (23), выполненный в виде отдельного от накладки (17, 19) элемента и имеющий конструкцию, предназначенную для соединения с накладкой (17, 19);

гибкий участок (27) гребня, являющийся продолжением соединительного участка (23) и сужающийся по направлению к кончику, чтобы изогнуться по лопатке (11) для образования скругленного угла между лопаткой (11) и накладкой (17, 19), при контакте с лопаткой (11); и

упругий участок (25) буртика, выступающий из внутренней поверхности уплотнения (21) и имеющий такие размеры, чтобы входить в контакт с поверхностью конструкции (13, 15) для закрепления лопатки для поддержания газонепроницаемости.

2. Уплотнение (21) по п.1, в котором участок (25) буртика имеет форму, выбранную из группы, состоящей из формы столбика с цилиндрическим сечением, столбика с эллиптическим сечением, столбика с многоугольным сечением и формы гребня (25f), сужающегося в направлении кончика.

3. Уплотнение (21) по п.1, в котором участок (25) буртика является полым для обеспечения упругого сжатия.

4. Уплотнение (21) по любому из пп.1-3, в котором участок (27) гребня и участок (25) буртика образованы в виде единого элемента.