ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ, СОДЕРЖАЩАЯ НАКЛАДКУ, ЗАЩИЩАЮЩУЮ ТОРЕЦ ЛОПАТКИ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/14 F01D5/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к лопатке турбомашины, такой как авиационный турбовинтовой двигатель, которая выполнена с возможностью ограничения следов, оставляемых при контакте между концом лопатки и истираемой частью статора.

В частности, изобретение относится к лопатке турбомашины, содержащей рабочую часть из композитного материала, несущую накладку на торце лопатки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В турбомашине, такой как турбомашина летательного аппарата, статор турбомашины содержит слой истираемого материала, способного легко изнашиваться при контакте с подвижным элементом и, в частности, с подвижными лопатками, которые установлены на роторе.

Этот истираемый материал позволяет оптимизировать радиальный зазор между лопатками и статором для ограничения утечек воздуха.

При первом пуске турбомашины контакт между каждой лопаткой и истираемым слоем вызывает прогрессирующий износ истираемого слоя.

В современной турбомашине лопатка выполнена из композитного материала для ограничения общего веса турбомашины и, следовательно, летательного аппарата.

В результате этого контакта между лопаткой и истираемым слоем было установлено, что на свободном конце, или торце, лопатки появляются определенные следы.

Эти следы не влияют ни на целостность лопатки, ни на нормальное функционирование турбомашины. Однако эти следы портят общий эстетичный вид турбомашины, что могло бы кого-нибудь беспокоить, кто мог бы сомневаться в реальной надежности лопаток.

Использование накладок на торце лопатки известно, в частности, из документа ЕР-А-2348192, описывающего накладку, полностью закрывающую весь торец лопатки, а также входную кромку лопатки.

Такая накладка является довольно объемистой, а из этого следует увеличение общего веса лопатки. Это противоречит процессу снижения общего веса турбомашины, для чего и была создана лопатка из композитного материала.

Целью изобретения является предложение лопатки, содержащей накладку, защищающую лопатку от следов, вызываемых износом истираемого слоя, которая ограничивает увеличение веса лопатки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предлагается лопатка ротора турбомашины, которая содержит рабочую часть, простирающуюся радиально относительно основной оси ротора турбомашины и содержащую радиально внешний торец, корыто, размещенное с передней стороны рабочей части в направлении вращения ротора, входную кромку с основной радиальной ориентацией, расположенную аксиально выше по потоку газа в турбомашине, и выходную кромку с основной радиальной ориентацией, расположенную аксиально ниже по потоку газа в турбомашине, при этом лопатка содержит накладку, покрывающую торец рабочей части, причем накладка образована первой частью, радиально закрывающей торец лопатки, и второй частью, частично закрывающей корыто лопатки, отличающаяся тем, что сечение накладки по радиальной плоскости относительно оси ротора имеет форму уголка, причем первая часть накладки простирается по касательной относительно основной оси ротора, а вторая часть простирается в целом радиально относительно основной оси ротора.

Такая конструкция накладки в форме уголка позволяет ограничить количество материала, используемого для формирования накладки, и защитить части лопатки, входящие в контакт с истираемым материалом.

Предпочтительно, вторая часть накладки простирается по всему осевому размеру лопатки, от входной кромки до выходной кромки.

Предпочтительно, вторая часть накладки имеет корыто, которое расположено заподлицо с корытом рабочей части.

Предпочтительно, радиальная длина второй части накладки меньше или равна 10 мм.

Предпочтительно, первая часть накладки имеет боковину, расположенную с задней стороны лопатки в направлении вращения ротора, которая расположена заподлицо со спинкой рабочей части, которая расположена с задней стороны рабочей части в направлении вращения ротора.

Предпочтительно, две части накладки выполнены в виде единой детали.

Предпочтительно, две части накладки выполнены в виде двух раздельных деталей.

Предпочтительно, лопатка содержит защитную накладку, закрывающую, по меньшей мере, входную кромку рабочей части и передний аксиальный конец упомянутой накладки.

В изобретении также предлагается турбомашина, содержащая ротор, несущий по меньшей мере одну лопатку согласно изобретению, и содержащая статор, окружающий ротор, в которой внутренняя цилиндрическая стенка статора, которая расположена аксиально на уровне упомянутой лопатки, содержит слой истираемого материала, размещенный радиально на уровне торца лопатки, отличающаяся тем, что лопатка содержит накладку, которая выполнена с возможностью вхождения в контакт со слоем истираемого материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 схематично представляет в перспективе лопатку, содержащую накладку, выполненную в соответствии с изобретением;

- фиг.2 в более крупном масштабе изображает фрагмент радиального конца лопатки, на котором установлена накладка;

- фиг.3 изображает сечение по радиальной плоскости радиального конца лопатки, изображенного на фиг.2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧАСТНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

На фиг.1 изображена лопатка 10 турбомашины, такая как лопатка вентилятора для турбомашины летательного аппарата.

Лопатка 10 предназначена для ее установки на роторе (не изображен) турбомашины. В установленном положении лопатка 10 простирается в плоскости, ориентированной главным образом радиально относительно основной оси ротора.

В нижеследующем описании лопатка 10 будет описана с использованием такой основной радиальной ориентации лопатки 10 относительно основной оси ротора турбомашины. Так, радиальное направление соответствует направлению сверху вниз на фиг.1, а осевое направление соответствует направлению слева направо.

Лопатка 10 содержит основную рабочую часть 12, выполненную из композитного материала, которая простирается в основной радиальной плоскости лопатки 10 относительно основной оси ротора.

Рабочая часть 12 содержит радиально внутренний хвостовик 14, который простирается в осевом направлении и которым лопатка 10 крепится на роторе с помощью известных средств. Рабочая часть 12 содержит также радиально внешний торец 16, который расположен дальше от ротора, когда лопатка 10 установлена на роторе, и который предназначен вращаться вблизи внутренней стенки статора (не изображен) турбомашины.

Аксиальные концевые кромки рабочей части 12 простираются в основном радиально и состоят соответственно из входной кромки 18, расположенной с передней стороны рабочей части 12 в направлении течения воздуха в турбомашине и показанной справа на фиг.1, и выходной кромки 20, расположенной с задней стороны рабочей части 12 в направлении течения воздуха.

Рабочая часть 12 содержит также корыто 22, которое является поверхностью, расположенной с передней стороны рабочей части 12 в направлении вращения ротора, и спинку 24 лопатки, которая является поверхностью, расположенной с задней стороны рабочей части 12 в направлении вращения ротора.

Лопатка 10 содержит накладку 26, которая установлена на торце 16 рабочей части 12.

Накладка 26 предназначена для вхождения в контакт со слоем истираемого материала (не изображен), покрывающим внутреннюю стенку статора, при первых запусках турбомашины, то есть при приработке турбомашины, в ходе которой устанавливаются радиальные рабочие зазоры между лопатками 10 и внутренней стенкой статора.

Накладка 26 выполнена из металла, предпочтительно титана. Понятно, что накладка может быть выполнена из любого другого металла без выхода за рамки изобретения.

Как более детально показано на фиг.2 и 3, накладка 26 содержит первую часть 28, которая радиально закрывает торец 16 рабочей части 12, и вторую часть 30, которая частично закрывает корыто 22 рабочей части 12.

Как упомянуто выше, рабочая часть 12 выполнена из композитного материала для ограничения общего веса лопатки 10, а накладка 26 выполнена из металла.

Для того чтобы слишком сильно не увеличивать вес лопатки 10, размеры накладки 26 уменьшены, насколько это возможно.

Для этого, как изображено на фиг.3, сечение накладки 26 вдоль плоскости, радиальной относительно оси ротора, имеет форму уголка, первая часть 28 которого простирается по касательной относительно основной оси ротора и вторая часть 30 которого простирается в целом радиально относительно основной оси ротора.

Накладка 26 выполнена так, чтобы радиально продолжать рабочую часть 12 и участвовать в аэродинамической работе лопатки 10.

Для этого накладка простирается аксиально по всей осевой длине рабочей части 12, то есть она простирается аксиально от входной кромки 18 до выходной кромки 20.

Сечение первой части 28 по касательной плоскости относительно основной оси ротора имеет форму, подобную форме сечения рабочей части 12 по касательной плоскости, а радиальная толщина первой части 28 является по существу идентичной в любой точке.

Радиальная толщина первой части 28 накладки составляет от величины, меньшей одного миллиметра, до величины в несколько миллиметров, как, например, 0,5 мм, 1 мм или 2 мм, и первая часть накладки простирается по всей толщине рабочей части 12, то есть от корыта 22 до спинки 24.

Радиальная длина второй части 30 накладки также является небольшой, предпочтительно, радиальная длина второй части 30 меньше или равна 10 мм.

Так, вторая часть 30 накладки 26 включает в себя корыто 32, которое расположено заподлицо с корытом 22 рабочей части 12 и которое продолжает радиально вверх корыто 22.

Торец 24 рабочей части 12 содержит для этого верхнюю выемку 34, которая простирается аксиально от входной кромки 18 до выходной кромки 20 и в которой принимается вторая часть 30 накладки 26.

В соответствии с вариантом воплощения, представленным на чертежах, накладка 26 выполнена в виде единой детали, то есть обе части 28, 30 накладки 26 являются двумя частями единой детали.

В соответствии с неизображенным вариантом воплощения две части 28, 30 накладки 26 выполнены из двух отдельных деталей, которые соединяются и монтируются на рабочей части 12.

Крепление накладки 26 на торце рабочей части 12 предпочтительно выполняют приклеиванием. Для этого слой клея размещают между расположенными друг против друга поверхностями торца 16 рабочей части 12, с одной стороны, и частей 28, 30 накладки 26, с другой стороны.

В соответствии с другим вариантом лопатки 10 вторая накладка 36, также выполненная из металла, покрывает входную кромку 18 лопатки 10. Эта вторая накладка позволяет защитить лопатку 10 от ударов, которые могут быть вызваны, например, засасыванием птиц турбомашиной.

Как указано выше, накладка 26 выполнена так, что две части 18, 30 расположены заподлицо с корытом 22 и спинкой 24 рабочей части.

Таким образом, накладка 26 не мешает ни размещению, ни креплению второй накладки 36 на лопатке 10. Вторая накладка 36 может, кроме того, закрывать накладку 26.

Лопатка ротора турбомашины содержит простирающуюся радиально рабочую часть и накладку, закрывающую торец рабочей части. Накладка образована первой частью, радиально закрывающей торец лопатки, и второй частью, частично закрывающей корыто лопатки. Первая часть накладки имеет боковину, расположенную со стороны спинки и находящуюся заподлицо со спинкой рабочей части. Сечение накладки в радиальной плоскости относительно оси ротора имеет форму уголка, причем первая часть накладки расположена перпендикулярно радиальному направлению, а вторая часть простирается в целом радиально. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей ротор, несущий указанную лопатку, и статор, окружающий ротор. Внутренняя цилиндрическая стенка статора, расположенная аксиально на уровне упомянутой лопатки, содержит слой истираемого материала, размещенный радиально на уровне торца лопатки. Группа изобретений позволяет защитить корыто рабочей части лопатки от износа, возникающего при контакте с истираемым материалом статора, без существенного увеличения веса лопатки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопатка (10) ротора турбомашины, содержащая рабочую часть (12), простирающуюся в радиальном направлении и включающую в себя:

- радиально внешний торец (16),

- корыто (22),

- спинку (24),

- входную кромку (18) с основной радиальной ориентацией и

- выходную кромку (20) с основной радиальной ориентацией,

при этом лопатка (10) содержит накладку (26), закрывающую торец (16) рабочей части (12), причем накладка (26) образована первой частью (28), радиально закрывающей торец (16) лопатки (10), и второй частью (30), частично закрывающей корыто (22) лопатки (10),

при этом первая часть (28) накладки (26) имеет боковину, расположенную со стороны спинки (24) и находящуюся заподлицо со спинкой (24) рабочей части (12),

отличающаяся тем, что сечение накладки (26) по радиальной плоскости имеет форму уголка, причем первая часть (28) накладки (26) простирается перпендикулярно радиальному направлению, а вторая часть (30) простирается в целом радиально.

2. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что вторая часть (30) накладки (26) простирается от входной кромки (18) до выходной кромки (20).

3. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что вторая часть (30) накладки (26) имеет корыто (32), которое расположено заподлицо с корытом (22) рабочей части (12).

4. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что радиальная длина второй части (30) накладки (26) меньше или равна 10 мм.

5. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что обе части (28, 30) накладки (26) выполнены в виде единой детали.

6. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что обе части (28, 30) накладки (26) выполнены в виде двух отдельных деталей.

7. Лопатка (10) ротора по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит защитную накладку (36), которая закрывает, по меньшей мере, входную кромку (18) рабочей части (12) и конец накладки (26), расположенный на уровне входной кромки (18) рабочей части (12).

8. Турбомашина, содержащая ротор, несущий по меньшей мере одну лопатку (10) по любому из пп. 1-7, и содержащая статор, окружающий ротор, в которой внутренняя цилиндрическая стенка статора, которая расположена аксиально на уровне упомянутой лопатки (10), содержит слой истираемого материала, размещенный радиально на уровне торца (16) лопатки (10), отличающаяся тем, что лопатка (10) содержит накладку (26), которая выполнена с возможностью вхождения в контакт со слоем истираемого материала.