КАПОТ ТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБНЫЙ НАКРЫВАТЬ КОНУС ВЕНТИЛЯТОРА Российский патент 2018 года по МПК B64C11/14 F02K3/06 F02C7/04 

Область техники

Данное изобретение относится к области турбинных двигателей, в частности турбинных двигателей для самолета, предпочтительно турбовентиляторного типа. Конкретнее, изобретение относится к конусу вентилятора турбореактивного двигателя.

Предшествующий уровень техники

Турбореактивный двигатель содержит воздухозаборник на своей ближней по ходу стороне, подающий воздух на вентилятор и компрессор, лопатки которых поддерживаются на дисках, закрепленных на валу, продолжающемся по большей части турбореактивного двигателя и приводимом в движение турбиной турбореактивного двигателя. Следует отметить, что термины "ближний по ходу" и "дальний по ходу" должны рассматриваться в отношении общего направления потока текучей среды через турбореактивный двигатель от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне.

Конус воздухозаборника установлен на ближнем по ходу конце этого вала для отклонения части воздушного потока, поступающего внутрь турбореактивного двигателя, в направлении лопаток вентилятора, при этом данный поток затем разделяется на поток внутреннего контура двигателя, поступающий во входное отверстие к компрессору, и поток в вентиляторе, который проходит вокруг компрессора, а затем смешивается с потоком внутреннего контура двигателя и/или подается в контуры охлаждения компонентов турбореактивного двигателя.

На фигуре 1 схематично показан такой конус 10 воздухозаборника. Аксиальное закрепление конуса 10 воздухозаборника 10 на валу обычно осуществляется с помощью винтов, вставленных в крепежные отверстия 11, расположенные на конусе 10, например, может быть пять таких отверстий. Конус 10 также содержит отверстия 12 для разборки, причем традиционно таких отверстий три, для поступательного извлечения конуса 10 вдоль осевого направления.

Кроме того, конус может выполнять балансировочную функцию для турбореактивного двигателя. Конус 10 в этом случае оборудован множеством отверстий для балансировочных винтов 13, разнесенных друг от друга по окружности. Например, на конусе может быть предусмотрено двадцать радиальных отверстий 13, по одному для каждой лопатки вентилятора. Турбореактивный двигатель может балансироваться путем разумного подбора веса балансировочных винтов.

Крепежные отверстия 11, отверстия 12 для разборки, а также отверстия под балансировочные винты 13 создают геометрические несплошности, обусловливающие возмущения потока на ближней по ходу стороне вентилятора, а также ухудшение аэродинамики системы.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в обеспечении решения вышеупомянутых проблем путем раскрытия решения, способного исключить аэродинамические возмущения.

Таким образом, изобретение по существу относится к капоту газотурбинного двигателя, выполненному с возможностью накрывания конуса вентилятора, содержащему крепежное средство, способное входить в зацепление с соединительным средством упомянутого конуса, чтобы удерживать упомянутый капот и упомянутый конус скрепленными между собой.

Согласно изобретению отверстия в конусе накрыты капотом. Геометрические несплошности, обусловливающие аэродинамические возмущения, таким образом, устраняются.

Помимо характеристик, упомянутых в предыдущем параграфе, капот согласно изобретению может иметь одну или несколько из следующих дополнительных характеристик, рассматриваемых или по отдельности, или в любом технически возможном сочетании.

Капот имеет внутреннюю поверхность, дополняющую наружную поверхность конуса. Это ограничивает габаритный размер, связанный с капотом.

Капот имеет практически равномерную наружную поверхность. «Практически равномерная» означает достаточно гладкую поверхность, не имеющую макроскопических геометрических несплошностей. Таким образом, воздух хорошо обтекает капот.

Крепежное средство содержит:

множество зубьев, расположенных в нижней части капота, при этом упомянутые зубья выполнены с возможностью вхождения в зацепление с пазами в конусе;

множество выступающих частей, выдающихся наружу из зубьев и выполненных с возможностью скольжения в канавках в конусе, открывающихся в упомянутые пазы.

Таким образом, капот аксиально вводится на конус путем поступательного перемещения вдоль оси вращения конуса, при этом зубья входят в зацепление в пазы. После завершения поступательного перемещения капот или конус совершает поворот вокруг оси вращения конуса, при этом выступающие части совершают скольжение в канавках. Это не допускает отделения капота от конуса под воздействием центробежной силы при вращении конуса.

Предусмотрены четыре зуба. Однако достаточно и трех зубьев для правильного удерживания капота на своем месте на конусе без какого-либо риска «овализации». Четыре зуба позволяют точно направить зубья в пазы в процессе аксиального введения и хорошо закрепить капот, что является предпочтительным в случае попадания птиц.

Ширина одного зуба отличается от ширины других зубьев, например, он может быть более узким. Этот зуб выполнен с возможностью зацепления с пазом соответствующей ширины, при этом упомянутый паз выполняет функцию паза для защиты от неправильной установки. Это не допускает разбалансировки конуса после сборки или демонтажа капота. Другие зубья предпочтительно имеют в точности одинаковую ширину, что упрощает механическую обработку капота.

Удерживающее средство содержит винт, который может ввинчиваться во фланцевую гайку конуса, при этом упомянутая гайка расположена на кончике конуса. Винт способствует удерживанию капота на своем месте на конусе.

Изобретение также относится к конусу вентилятора, содержащему соединительное средство, способное входить в зацепление со средством крепления капота газотурбинного двигателя, выполненного с возможностью накрывания упомянутого конуса, чтобы удерживать упомянутый конус и упомянутый капот скрепленными между собой.

Такой конус выполнен с возможностью накрывания капотом, как описано выше.

Помимо вышеупомянутых характеристик, капот согласно изобретению может иметь одну или несколько из следующих дополнительных характеристик, рассматриваемых по отдельности или в любом технически возможном сочетании.

Соединительное средство содержит:

множество пазов, расположенных в основании конуса, при этом упомянутые пазы выполнены с возможностью удерживания зубьев капота;

множество канавок, открывающихся в пазы и выполненных с возможностью приема выступающих частей, выдающихся наружу из зубьев.

Имеются четыре паза.

Ширина одного паза отличается от ширины других пазов.

Соединительное средство содержит фланцевую гайку на кончике конуса.

Изобретение также относится к узлу, содержащему капот по приведенному выше описанию и конус по приведенному выше описанию.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на фигуры сопровождающих чертежей, на которых:

Фиг.1 изображает схематичный вид конуса воздухозаборника согласно предшествующему уровню техники;

Фиг.2 - схематичный вид капота согласно одному варианту осуществления изобретения, представленный на виде с ближней по ходу стороны;

Фиг.3 - схематичный вид капота, представленного на Фигуре 2, на виде с дальней по ходу стороны;

Фиг.4 - схематичный вид конуса согласно одному варианту осуществления изобретения, представленный на виде с ближней по ходу стороны;

Фиг.5 - схематичный вид конуса, представленного на Фигуре 4, на виде с дальней по ходу стороны;

Фиг.6 - схематичный вид зуба капота, представленного на фиг.2;

Фиг.7 - схематичный вид паза конуса, представленного на фиг.4;

Фиг.8 - схематичный вид узла, содержащего капот, представленный на фиг.2, и конус, представленный на фиг.4, при этом упомянутый капот накрывает упомянутый конус на «прозрачном» виде с ближней по ходу стороны;

Фиг.9 - схематичный вид зуба, представленного на фиг.6, входящий в зацепление с пазом, представленным на фиг.7;

Фиг.10 - схематичный вид удерживающего винта капота, представленного на фиг.2, на конусе, представленном на фиг.4;

Фиг.11 - схематичный вид узла, содержащего капот, представленный на Фигуре 2, конус, представленный на фиг.4, а также винт, представленный на фиг.10;

Фиг.12 - схематичный вид капота, представленного на фиг.2, накрывающего конус, представленный на фиг.4, на виде с ближней по ходу стороны;

Фиг.13 - схематичный вид капота, представленного на фиг.2, накрывающий конус, представленный на фиг.4, на виде в разрезе;

Фиг.14 - часть фиг.13 на виде в перспективе.

Подробное описание, по меньшей мере, одного примера варианта осуществления изобретения

Если не установлено иное, один и тот же элемент на разных фигурах будет иметь одинаковую ссылочную позицию.

Изобретение способно устранить аэродинамические возмущения воздушного потока в конусе вентилятора, причем упомянутые возмущения обусловлены геометрическими несплошностями на наружной поверхности упомянутого конуса вследствие наличия различных отверстий, о которых говорилось выше. Это достигается путем размещения капота на конусе. Капот и конус оборудованы средством зацепления друг с другом с целью их закрепления между собой.

На фиг.2 и 3 схематично показан капот 20 согласно одному неограничивающему варианту осуществления изобретения. На фиг.2 показан вид с ближней по ходу стороны капота 20, в то время как на фиг.3 показан вид с его дальней по ходу стороны. Термины "ближний по ходу" и "дальний по ходу" должны рассматриваться относительно общего направления воздушного потока на капоте 20, когда капот установлен на конусе вентилятора, при этом воздушный поток проходит вдоль этого направления от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне. Капот 20 имеет в целом коническую форму, а значит, воздушный поток проходит по капоту 20 от его кончика 21 в направлении его основания 22.

Как показано на фиг.2, капот 20 имеет практически равномерную наружную поверхность 23, другими словами, почти гладкую поверхность, т.е. не имеющую макроскопических геометрических несплошностей. Таким образом, текучая среда, совершающая течение по капоту 20, а не по конусу, не испытывает каких-либо аэродинамических возмущений.

Капот 20 выполнен так, чтобы его можно было установить на конусе 24, как схематично показано на фиг.4 и 5. На фиг.4 показан вид с ближней по ходу стороны капота 20, в то время как на фиг.5 показан вид с его дальней по ходу стороны. Внутренняя поверхность 25 капота 20 соответствует форме наружной поверхности 26 конуса 24, что, в частности, ограничивает габаритный размер, связанный с капотом 20, установленным на конусе 24.

Капот 20 оборудован крепежным средством, а конус 24 содержит соединительное средство, чтобы удерживать капот 20 и конус 24 скрепленными между собой при поступательном перемещении и при вращении, при этом крепежное средство и соединительное средство выполнены с возможностью вхождения в зацепление друг с другом. Как показано на фиг.3, крепежное средство содержит четыре зуба 27, берущие начало на внутренней поверхности 25 капота 20 на основании 22 капота 20 и продолжающиеся внутрь капота 20. Термин «внутрь» капота 20 относится к объему, ограниченному внутренней поверхностью 25 и основанием 22 капота 20. Четыре зуба 27 вставляются в четыре паза 28 конуса 24, показанного на фиг.4 и 5, при этом упомянутые пазы 28 расположены на основании 29 конуса 24. Пазы 28 образуют часть соединительного средства. На фиг.6 и 7 для облегчения понимания показаны только один зуб 27 и один паз 28.

На фиг.6 схематично показан один зуб 27 капота 20. Упомянутый зуб 27 имеет первую часть 30, продолжающуюся в плоскости основания и берущую начало на внутренней поверхности 25 капота 20. Ширина d1 зуба относится к размеру хорды дуги окружности, на которой образована первая часть 30. Первый зуб 27 также содержит L-образный отвод, содержащий вторую часть 31 и выступ 32. Вторая часть 31 соответствует длинной черте буквы L, в то время как выступ 32 соответствует короткой черте буквы L. Вторая часть 31 берет начало от конца первой части 30 и продолжается ортогонально плоскости основания 22 капота 20 в направлении ближе по ходу. Выступ 32 продолжается параллельно первой части 30 в направлении внутренней поверхности 25 капота 20.

На фиг.7 показан паз 28 конуса 24. Упомянутый паз 28 представляет собой приблизительно прямоугольное отверстие, проходящее через стенку конуса 24, берущую начало на основании 29 конуса 24. Ширина e1 паза 28 относится к размеру хорды дуги окружности, на которой образован паз 28. Соединительное средство конуса 24 также содержит четыре канавки 33, каждая из которых расположена в пазе 28. Канавка 33, связанная с вышеописанным пазом 28, показана на фиг.7. Канавка 33 образована путем удаления материала с внутренней поверхности 34 конуса 24, продолжаясь параллельно плоскости основания на длину L и открываясь в паз 28. Все канавки 33 продолжаются либо вправо от пазов 28, либо влево от пазов 28.

Каждый зуб 27 связан с пазом 28, с которым он войдет в зацепление. В описанном варианте осуществления три паза 28 имеют одинаковую ширину e1, соответствующую ширине d1 трех зубьев 27, при этом четвертый паз 35 является более узким и также соответствует ширине четвертого зуба 34. Пазы 28 и зубья 27, имеющие одинаковую ширину, связаны друг с другом. Четвертый зуб 34 и четвертый паз 35 служат устройствами защиты от неправильной установки, так чтобы не могло существовать никакой неопределенности в отношении соответствия между пазами 28/зубьями 27 и имелось лишь одно возможное положение капота 20 на конусе 24. Это не допускает потери балансировки конуса 24 после сборки и демонтажа капота 20.

Капот 20 монтируется на конусе 24 следующим образом.

Капот 20 поступательно перемещают вдоль осевого направления вдоль оси вращения X конуса 24 от ближней по ходу стороны к дальней по ходу стороне, чтобы накрыть наружную поверхность 26 конуса 24. Каждый зуб 27 затем вставляется в паз 28, который с ним связан. Следует отметить, что не существует никакой неопределенности в отношении соответствия между пазами 28/зубьями благодаря пазу 35 защиты от неправильной установки и зубу 34 защиты от неправильной установки. Поступательное перемещение выполняется до тех пор, пока внутренняя поверхность 25 капота 20 не обопрется на наружную поверхность 26 конуса 24. Такое положение показано на фиг.8, представляющей «прозрачный» вид с ближней по ходу стороны, на котором показан капот 20, накрывающий конус 24, а это означает, что части капота 20, наложенные на конус 24, показаны прозрачными. Можно видеть, что первые части 30 зубьев 27 введены в зацепление в пазы 28.

Когда поступательное перемещение завершено, капот 20 поворачивают, чтобы заставить выступ 32 каждого зуба 27 скользить в канавке 33. Это блокирует поступательное перемещение капота 20 вдоль оси вращения X и не позволяет ему отделиться от конуса 24. Следует отметить, что предпочтительно все канавки 33 продолжаются по конусу 24 вдоль направления, тождественного направлению вращения конуса 24 при его работе. Таким образом, поворот капота 20 происходит в направлении, противоположном направлению вращения. Это не допускает отделения капота 20 от конуса 24 в процессе работы под воздействием центробежной силы. На фиг.9 схематично показан зуб 27, выступ 32 которого вставлен в канавку 33. Предпочтительно длина L канавки 33 такова, что капот 20 может совершить поворот на угол от пяти до тридцати градусов на этапе поворота. Данный угол гарантирует, что капот 20 представляет собой достаточно прочную конструкцию в условиях сборки и демонтажа и позволяет ограничить объем механической обработки на конусе 24. Однако этот угловой диапазон приведен лишь в качестве рекомендации, при этом возможен поворот капота 20 на существенно больший угол.

Крепежное средство также содержит винт 36, который схематично показан на фиг.10. Винт 36 содержит кончик 37 конической формы и ножку 38. Кроме того, соединительное средство содержит фланцевую гайку 39, установленную на кончике 40 конуса 24. Ножка 38 винта 36 выполнена с возможностью ввинчивания во фланцевую гайку 39, чтобы способствовать удерживанию капота 20 на конусе 24 после этапа поворота, как показано на фиг.11. Кончик 37 винта 36 содержит сквозное отверстие 41, через которое может проходить инструмент для затягивания винта 36 на гайке 39 либо его ослабления, когда требуется снять капот 20. Следует отметить, что поскольку он располагается на кончике 21 капота 20, кончик 37 винта 36 имеет форму конуса, чтобы избежать возмущения аэродинамического потока текучей среды на капоте 20. Капот 20, смонтированный на конусе 24 после сборки, другими словами, после этапов поступательного перемещения, поворота и введения винта 36, показан на фиг.12. Следует отметить, что теперь имеются только два отверстия, с которыми встречается воздушный поток на конусе 24, а именно отверстия 41, необходимые для установки винта 36 на фланцевой гайке 39. Таким образом, капот 20 снижает возмущения потока и позволяет повысить аэродинамические характеристики.

На фиг.13 показан вид в разрезе капота 20, установленного на конусе 24, в секущей плоскости AA', показанной на фиг.8. Чтобы облегчить понимание, нижняя часть этой фигуры показана на фиг.14 в увеличенном виде и в трехмерном изображении.

Следует отметить, что воздействие капота 20 на окружающие части сведено к минимуму, поскольку капот 20 согласуется с формой конуса 24. Кроме того, сборка и демонтаж капота 20 также не вызывают затруднений. Помимо этого, капот 20 и его удерживание на месте на конусе 24 сопротивляются центробежным силам, возникающим при вращении конуса 24. И, наконец, капот 20 не нарушает балансировочную функцию, обеспечиваемую конусом 24, благодаря зубу 34 защиты от неправильной установки и пазу 35 защиты от неправильной установки.

Изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления, при этом, в частности, возможны следующие варианты.

Необязательно должно быть четыре зуба 27 и четыре паза 28. Четыре зуба 27 обеспечивают хорошее удерживание и точное ориентационное положение капота 20 на конусе 24, однако достаточно и трех зубьев 27. Следует отметить, что удерживание капота 20 является важным из-за рисков попадания птиц. Возможно также наличие большего числа зубьев 27.

Ширина зуба 34 защиты от неправильной установки и паза 35 защиты от неправильной установки может превышать ширину других зубьев 27/пазов 28.

Другие зубья 27 могут иметь неодинаковую ширину, однако механическая обработка капота 20 упрощается, если все зубья 27 имеют одинаковую ширину. То же самое относится к пазам 28.

Изобретение относится к капоту (20) газотурбинного двигателя, способному накрывать конус (24) вентилятора. Упомянутый капот содержит крепежное средство (27, 32, 36), способное входить в зацепление с соединительным средством (28, 33, 39) упомянутого конуса (24), чтобы удерживать упомянутый капот (20) и упомянутый конус (24) скрепленными между собой. Соединительное средство (28, 33, 39) содержит множество пазов (28) и множество канавок (33). Множество пазов (28) расположены на основании (29) конуса (24). Упомянутые пазы (28) выполнены с возможностью размещения в них зубьев (27) капота (20). Множество канавок (33) открываются в пазы (28) и выполнены с возможностью размещения в них выступающих частей (32), выдающихся наружу из зубьев (27). Геометрические несплошности, обусловливающие аэродинамические возмущения, таким образом, устраняются. Не допускается отделения капота от конуса под воздействием центробежной силы при вращении конуса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Вращающийся конус (24) вентилятора газотурбинного двигателя, содержащий соединительное средство (28, 33, 39), способное входить в зацепление с крепежным средством (27, 32, 36) капота (20) газотурбинного двигателя, выполненного с возможностью накрывания упомянутого конуса (24) для удержания упомянутого конуса (24) и упомянутого капота (20) скрепленными между собой, при этом соединительное средство (28, 33, 39) содержит:

- множество пазов (28), расположенных на основании (29) конуса (24), при этом упомянутые пазы (28) выполнены с возможностью размещения в них зубьев (27) капота (20);

- множество канавок (33), открывающихся в пазы (28) и выполненных с возможностью размещения в них выступающих частей (32), выдающихся наружу из зубьев (27).

2. Конус (24) вентилятора по п.1, в котором предусмотрены четыре паза (28).

3. Конус (24) вентилятора по любому из пп.1-2, в котором ширина одного паза (35) отличается от ширины других пазов (28).

4. Конус (24) вентилятора по п.1, в котором соединительное средство (28, 33, 39) содержит гайку (39), расположенную на кончике (40) конуса (24).

5. Узел газотурбинного двигателя, содержащий конус (24) по одному из пп.1-4, а также капот (20) газотурбинного двигателя, выполненный с возможностью накрывания упомянутого конуса (24), при этом упомянутый капот (20) содержит крепежное средство (27, 32, 36), способное входить в зацепление с соединительным средством (28, 33, 39) конуса (24), чтобы удерживать упомянутый капот (20) и упомянутый конус (24) скрепленными между собой, при этом упомянутое крепежное средство (27, 32, 36) содержит:

- множество зубьев (27), расположенных в основании (22) капота (20), при этом упомянутые зубья (27) выполнены с возможностью вхождения в зацепление в пазы (28) конуса (24);

- множество выступающих частей (32), выдающихся наружу из зубьев (27) и выполненных с возможностью скольжения в канавках (33) конуса (24), открывающихся в пазы (28).

6. Узел газотурбинного двигателя по п.5, в котором капот (20) оборудован четырьмя зубьями (27).

7. Узел газотурбинного двигателя по п.5 или 6, в котором ширина одного зуба (34) отличается от ширины других зубьев (27).

8. Узел газотурбинного двигателя по п.5, в котором крепежное средство (27, 32, 36) содержит винт (36), выполненный с возможностью ввинчивания в гайку (39) конуса (24), при этом упомянутая гайка (39) расположена на кончике (40) конуса (24).

9. Узел газотурбинного двигателя по п.5, в котором капот (20) имеет практически гладкую наружную поверхность (23).

10. Узел газотурбинного двигателя по п.5, в котором внутренняя поверхность (25) капота (20) дополняет наружную поверхность (26) конуса (24).