НАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЛОПАТОК СТАТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ СБОРКИ ТАКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2018 года по МПК F01D9/04 

Предшествующий уровень техники

Настоящее изобретение относится к общей области компрессоров турбореактивных двигателей и, в частности, турбореактивных или турбовинтовых двигателей самолетов. Более конкретно, изобретение относится к устройству, позволяющему направлять регулируемые лопатки статора ступени компрессора.

Компрессор высокого давления авиационного турбореактивного двигателя содержит множество ступеней регулируемых лопаток статора, чередующихся со ступенями лопаток ротора. Лопатки статора служат для изменения характеристик потока газа в зависимости от рабочей частоты вращения турбореактивного двигателя.

Каждая регулируемая лопатка статора имеет на своей законцовке управляющую ось, а на хвостовике - направляющую ось, при этом управляющая ось проходит сквозь кожух статора (именуемый корпусом) турбореактивного двигателя и взаимодействует с элементом управляющим углом установки лопаток, а направляющая ось установлена с возможностью поворота во втулке, расположенной в углублении во внутреннем кольце турбореактивного двигателя. Приводя в действие управляющий элемент можно, таким образом, изменить угол установки лопаток в соответствующей ступени. Можно сослаться на документы FR 2556410 и FR 2723614, в которых описаны конфигурации для направления таких регулируемых лопаток статора.

Кожух компрессора по существу состоит из двух половин, чтобы легче было устанавливать его на место. Чтобы снизить вес и повысить характеристики узла в целом предлагалось изготавливать кожух как единую деталь (360°). К сожалению, когда кожух компрессора выполнен как единая деталь в тангенциальном направлении, установка различных деталей компрессора на место значительно усложняется. В частности, применение кожуха, изготовленного из двух половин, позволяет элементы статора компрессора устанавливать на место индивидуально, и эти элементы статора затем окружают элементы ротора.

Если кожух изготовлен как единая деталь, необходимо поочередно собирать сначала ступень ротора, а затем - ступень статора. К сожалению, в некоторых конфигурациях компрессора ступень ротора, расположенную после ступени статора, которую следует установить на место, невозможно сдвинуть назад из-за наклона кожуха. Поэтому в таких обстоятельствах единственным способом вставить лопатки статора в их корпуса является смещение внутреннего кольца как можно дальше к диску ротора, расположенному после него. К сожалению, такая манипуляция не всегда позволяет вставить лопатки статора, не повреждая их.

Кроме того, для определения размеров линии ротора компрессора, линия бандажного обода компрессора должна находиться как можно ближе к каналу для потока проходящего через него газа. В результате уменьшается пространство под каналом, что требует уменьшения радиального размера направляющего устройства для лопаток статора

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения, таким образом, является создание направляющего устройства для регулируемых лопаток статора, не имеющего указанных недостатков.

Согласно настоящему изобретению эта задача решается с помощью устройства для направления регулируемых лопаток статора турбореактивного двигателя, содержащего множество угловых секторов внутреннего кольца, расположенных торец в торец, в направлении окружности для образования внутреннего кольца, при этом каждый сектор внутреннего кольца содержит каналы, проходящие радиально сквозь сектор внутреннего кольца, множество цилиндрических втулок, каждая из которых вставлена в канал внутреннего кольца изнутри, и каждая из которых предназначена для приема направляющей оси лопатки статора, множество угловых секторов соединительного кольца, расположенных торец в торец в направлении окружности для образования соединительного кольца и вставленные на место радиально изнутри в сторону внутреннего кольца, и множество блокирующих элементов, проходящих в осевом направлении сквозь внутреннее кольцо и соединительное кольцо для сборки этих колец друг с другом.

Устройство по настоящему изобретению отличается тем, что различные элементы, из которых оно состоит (секторы внутреннего кольца, секторы соединительного кольца и втулки) и лопатки статора можно устанавливать на место операциями, которые осуществляются исключительно в радиальном направлении (изнутри наружу). В результате, можно избежать взаимодействия между ротором и статором при установке ступени статора на место после сборки ступени ротора. Таким образом, это устройство хорошо адаптировано к кожухам компрессора, которые имеют форму единой детали (в тангенциальном направлении). Кроме того, радиальный размер такого устройства ограничен.

Предпочтительно, каждый сектор соединительного кольца представляет собой секцию канала, где внутренняя часть образует полосу, а две боковые кромки проходят радиально наружу. В таких обстоятельствах каждая боковая кромка каждого сектора соединительного кольца может содержать отверстия для прохождения блокирующего элемента.

Также предпочтительно секторы соединительного кольца вставлены на место к внутреннему кольцу так, чтобы закрыть зоны между секторами внутреннего кольца. Такое наложение секторов кольца служит для улучшения уплотнения и повышения жесткости.

Также предпочтительно, каждый сектор соединительного кольца имеет вырезы в их тангенциальных концах для улучшения уплотнения. Также для улучшения уплотнения устройство может иметь уплотняющие пластины, расположенные между соседними секторами внутреннего кольца.

Каждый сектор внутреннего кольца может иметь отверстие, расположенное в угловом положении между двумя соседними каналами и проходящее в осевом направлении сквозь сектор внутреннего кольца для пропускания блокирующего элемента. Каждый из этих блокирующих элементов может содержать болт, затянутый в обжатой гайке.

Преимущественно, каждый сектор соединительного кольца несет на внутренней стороне опору для истираемого покрытия для взаимодействия со щетками, установленными на роторе.

Согласно настоящему изобретению также предлагается компрессор турбореактивного двигателя, содержащий по меньшей мере одно описанное выше устройство, и турбореактивный двигатель, содержащий такой компрессор.

Согласно настоящему изобретению также предлагается способ сборки описанного выше направляющего устройства для регулируемых лопаток статора в турбореактивном двигателе, содержащий этапы, на которых последовательно вставляют управляющие оси для лопаток статора сквозь кожух, состоящий из единой детали, устанавливают радиально на место набор секторов внутреннего кольца, вставляя направляющие оси лопаток статора в каналы в секторах внутреннего кольца, изнутри вставляют втулки в каналы секторов внутреннего кольца, чтобы выбрать зазоры, существующие между каналами и направляющими осями лопаток, чтобы секторы внутреннего кольца можно было установить на место, собирают сектора соединительного кольца радиально изнутри к внутреннему кольцу, и вставляют блокирующие элементы в секторы внутреннего кольца и секторы соединительного кольца для сборки этих колец друг с другом.

Способ также может содержать этап, на котором устанавливают уплотняющие пластины между двумя соседними секторами внутреннего кольца.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения вытекают из нижеследующего описания, приведенного со ссылками на приложенные чертежи, на которых показан вариант, не имеющий ограничительного характера. На чертежах:

Фиг.1 изображает схематический вид ступени статора компрессора с направляющим устройством для лопаток по настоящему изобретению.

Фиг.2 - вид в изометрии сектора внутреннего кольца направляющего устройства по фиг.1.

Фиг.3 - вид в изометрии сектора соединительного кольца направляющего устройства по фиг.1.

Фиг.4 - вид в изометрии, иллюстрирующий множество секторов внутреннего кольца, соединенных друг с другом и с секторами соединительного кольца в направляющем устройстве по фиг.1.

Фиг.5 - сечение по линии V-V на фиг.4.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 приведена схема ступени 2 статора компрессора авиационного турбореактивного двигателя, например, компрессора высокого давления турбореактивного или турбовинтового двигателя самолета. Такая ступень статора расположена перед ступенью ротора (не показана) компрессора.

Ступень 2 статора содержит множество лопаток 4 с изменяемым шагом, которые расположены в канале 6 для пропускания потока газа через компрессор.

Каждая регулируемая лопатка 4 имеет форму аэродинамического профиля 8, заканчивающегося на радиально внешнем конце (или на законцовке лопатки) управляющей осью 10 (или верхней осью), а на радиально внутреннем конце (или хвостовике лопатки) направляющей осью 12 (или нижней осью).

Управляющая ось 10 лопатки 4 проходит сквозь кожух 14 турбореактивного двигателя, который выполнен как единая деталь (в тангенциальном направлении) и взаимодействует с элементом для управления углом установки лопаток. Для этого управляющая ось типично заканчивается головкой 16, находящейся в зацеплении с концом управляющей тяги 18, другой конец которой взаимодействует с управляющим кольцом 20.

Управляющая тяга 18 и управляющее кольцо 20 образуют элемент, управляющий шагом лопаток 4. Поворот управляющего кольца вокруг продольной оси турбореактивного двигателя приводит к повороту управляющих тяг и, следовательно, к изменению одновременно угла установки всех лопаток ступни компрессора.

Каждая направляющая ось 12 предназначена для поворота в полой цилиндрической втулке 22, образующей опору оси. Эти втулки 22 расположены в каналах 24, сформированных во внутреннем кольце 26 турбореактивного двигателя, при этом втулки и соответствующие каналы имеют по существу комплементарную форму.

Точнее, согласно настоящему изобретению, внутреннее кольцо, в котором сформированы каналы 24, разделено на секторы, т.е., имеет форму множества угловых секторов 26а внутреннего кольца (напр., более восьми секторов и, предпочтительно, боле 12 секторов), которые расположены торец в торец в тангенциальном направлении для образования кольца в 360°.

На фиг.2 приведен вид в перспективе, показывающий сектор 26а внутреннего кольца. Он содержит внешнюю поверхность 28 для определения внутренней стороны проточного канала для потока газа, проходящего через компрессор, и внутреннюю поверхность 30, которая расположена радиально противоположно внешней поверхности. Каналы 24 (на одном секторе внутреннего кольца выполнено четыре таких канала) проходят радиально сквозь сектор внутреннего кольца между его внешней и внутренней поверхностями.

Каждый сектор 26а внутреннего кольца имеет отверстие 31, которое в угловом направлении расположено между двумя соседними каналами и которое в осевом направлении проходит прямо сквозь сектор внутреннего кольца между поверхностью 32 передней стороны и поверхностью 34 задней стороны сектора внутреннего кольца. Отверстие 31 предназначено для прохода блокирующего элемента, как будет описано ниже.

Кроме того, направляюще устройство по настоящему изобретению имеет соединительное кольцо 36 для сборки радиально с внутренним кольцом 26 изнутри.

Для этого соединительное кольцо разделено на секторы, т.е., также имеет форму множества угловых секторов 36а соединительного кольца (напр., более восьми и, предпочтительно, боле 12), которые установлены торец в торец в тангенциальном направлении для образования кольца в 360°. Количество секторов соединительного кольца выбрано таким, чтобы сектор соединительно кольца накладывался по меньшей мере на два соседних сектора 26а внутреннего кольца (как показано на фиг.4).

На фиг.3 представлен вид в перспективе сектора 36а соединительного кольца. Он представляет собой канальную секцию, имеющую внутреннюю часть 38, образующую полосу, и две боковые кромки, переднюю боковую кромку 40 и заднюю боковую кромку 42, которые отходят радиально наружу. Эта канальная секция позволяет боковым поверхностям 22 и 34 и внутренней поверхности 30 сектора 26а внутреннего кольца вставляться радиально. На своей внутренней поверхности полоса 38 несет опору для истираемого покрытия 43, которое должно взаимодействовать со щетками, установленными на роторе (на чертежах не показаны).

Каждая из боковых кромок 40 и 42 каждого сектора 36а соединительного кольца имеет отверстия для пропускания блокирующего элемента. Точнее, в примере, показанном на фиг.3, передняя боковая кромка 40 каждого сектора соединительного кольца имеет два выреза 44, и задняя боковая кромка 42 имеет два отверстия 46 для пропускания блокирующих элементов.

Как показано на фиг.3-5, каждый из блокирующих элементов в этом примере содержит болт 48, который затянут в обжатой гайке 50, при этом болт вставлен спереди назад, а гайка 50 обжата на секторе 36а соединительного кольца.

Из выше описанного очевиден способ, которым направляющее устройство по настоящему изобретению устанавливается на место. Когда лопатки ступени ротора, расположенные непосредственно после ступени 2 статора, установлены на место, управляющие оси 10 лопаток 4 устанавливают на место радиально изнутри в их корпуса в кожухе 14. Затем устанавливают на место секторы 26а внутреннего кольца, вставляя их изнутри, позиционируя направляющие оси 12 лопаток в каналах 24 так, чтобы сформировать внутреннее кольцо 26.

Затем радиально изнутри в каналы 24 вставляют втулки 22 вокруг направляющих осей 12, чтобы выбрать сборочные зазоры, имеющиеся между каналами и направляющими осями лопаток и чтобы секторы внутреннего кольца можно было установить на место.

Затем с секторами 26а внутреннего кольца собирают секторы 36а соединительного кольца, устанавливая их радиально изнутри к секторам внутреннего кольца. Точнее, секторы соединительного кольца устанавливают на место так, чтобы отверстия 31, сформированные в секторах внутреннего кольца совпали в угловом направлении с вырезами 44 и отверстиями 46 в секторах соединительного кольца.

Кроме того, и предпочтительно, как показано на фиг.4, секторы 36а соединительного кольца устанавливают на место к внутреннему кольцу так, чтобы закрыть зоны между секторами внутреннего кольца и улучшить уплотнение узла.

Когда секторы соединительного кольца установлены на место, болты 40 вставляют в отверстия 31, сформированные в секторах внутреннего кольца, и затягивают в гайках 50, заранее прикрепленных к задней боковой кромке 42 секторов соединительного кольца. Таким образом, болты предотвращают тангенциальное движение соединительного кольца.

Направляющее устройство по настоящему изобретению, таким образом, устанавливают на место операциями, которые выполняются исключительно в радиальных направлениях изнутри в направлении наружу.

В преимущественной конструкции, показанной на фиг.3, каждый сектор 36а соединительного кольца имеет вырезы 52 на своих тангенциальных концах для улучшения уплотнения узла.

В другом преимущественном варианте, который на чертежах н показан, предусмотрена установка уплотняющих пластин между двумя соседними секторами внутреннего кольца для улучшения уплотнения узла.

Изобретение относится к устройству для направления регулируемых лопаток статора турбореактивного двигателя, содержащему множество угловых секторов внутреннего кольца, расположенных торец в торец для образования внутреннего кольца, при этом каждый сектор внутреннего кольца содержит каналы, проходящие радиально сквозь сектор внутреннего кольца, множество цилиндрических втулок, каждая из которых вставлена на место в канал внутреннего кольца изнутри и каждая из которых предназначена для приема направляющей оси лопатки статора, множество угловых секторов соединительного кольца, расположенных торец в торец для образования соединительного кольца и вставленных на место радиально изнутри к внутреннему кольцу, и множество блокирующих элементов, проходящих в осевом направлении сквозь внутреннее и соединительное кольца для сборки этих колец друг с другом. Изобретение позволяет упростить монтаж устройства. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для направления регулируемых лопаток статора турбореактивного двигателя, содержащее:

множество секторов (26а) внутреннего кольца, расположенных торец в торец в направлении окружности для образования внутреннего кольца (26), при этом каждый сектор внутреннего кольца имеет каналы (24), проходящие радиально сквозь сектор внутреннего кольца;

множество цилиндрических втулок (22), каждая из которых вставлена на место в канал внутреннего кольца изнутри и каждая из которых предназначена для приема направляющей оси (12) лопатки (4) статора;

множество угловых секторов (36а) соединительного кольца, расположенных торец в торец в направлении окружности для образования соединительного кольца (36) и вставленных на место радиально изнутри к внутреннему кольцу; и

множество блокирующих элементов (48, 50), проходящих в осевом направлении сквозь внутреннее кольцо и соединительное кольцо для сборки этих колец друг с другом.

2. Устройство по п.1, в котором каждый сектор (36а) соединительного кольца имеет канальное сечение с внутренней частью 38, образующей полосу, и двумя боковыми кромками 40, 42), отходящими радиально наружу.

3. Устройство по п.2, в котором каждая боковая кромка (40, 42) каждого сектора (36а) соединительного кольца имеет отверстие (44, 46) для пропускания блокирующего элемента.

4. Устройство по любому из пп.1-3, в котором секторы (36а) соединительного кольца вставлены на место к внутреннему кольцу (26) так, чтобы закрыть зоны между секторами внутреннего кольца.

5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором каждый сектор (36а) внутреннего кольца имеет отверстие (31), расположенное в угловом направлении между двумя соседними каналами (24) и проходящее в осевом направлении сквозь сектор внутреннего кольца для пропускания блокирующего элемента.

6. Устройство по любому из пп.1-5, в котором каждый блокирующий элемент содержит болт (48), который затянут в обжатой гайке (50).

7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором каждый сектор (36а) соединительного кольца несет на внутренней поверхности опору для истираемого покрытия (43) для взаимодействия с щетками, устанавливаемыми на роторе.

8. Компрессор турбореактивного двигателя, содержащий по меньшей мере одно устройство по любому из пп.1-7.

9. Турбореактивный двигатель, содержащий компрессор по п.8.

10. Способ сборки направляющего устройства для регулируемых лопаток статора в турбореактивном двигателе по любому из пп.1-7, содержащий этапы, на которых последовательно:

- вставляют управляющие оси (12) лопаток (4) статора сквозь кожух (14), выполненный как единая деталь;

- устанавливают набор секторов (26а) внутреннего кольца на место радиально, вставляя направляющие оси лопаток статора в каналы (24) в секторах внутреннего кольца;

- вставляют втулки (22) изнутри в каналы секторов внутреннего кольца, чтобы выбрать зазоры, имеющиеся между каналами и направляющими осями лопаток, чтобы иметь возможность установить на место секторы внутреннего кольца;

- собирают секторы (36а) соединительного кольца радиально изнутри к секторам внутреннего кольца, и

- вставляют блокирующие элементы (48, 50) в секторы внутреннего кольца и в секторы соединительного кольца для сборки этих колец друг с другом.