КОРПУС ИЗ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КРЕПЕЖНЫМ ФЛАНЦЕМ КОМПРЕССОРА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D25/00 

Предпосылки изобретения

[0001] Изобретение относится к корпусу осевой турбомашины. Более конкретно изобретение относится к корпусу кольцевого компрессора для осевой турбомашины, выполненному из композитного материала и содержащему кольцевой ряд лопастей.

Уровень техники

[0002] Для снижения веса турбореактивного двигателя воздушного судна, некоторые элементы выполняют из композитных материалов. В частности, конструктивный элемент, такой как внешний кольцевой корпус, может быть выполнен из композитного материала. Такой корпус, вместе с рядами лопастей статора, обычно применяют для установки других конструктивных элементов двигателя. Следовательно, он должен иметь соответствующую механическую прочность.

[0003] В случае корпуса компрессора низкого давления, корпус контактирует с ребром разделителя. Однако последний способен втягивать посторонние объекты. Таким образом, корпус должен обладать некоторой гибкостью и упругостью для возможности деформироваться и противостоять нагрузке, при этом не разрушаясь.

[0004] Прикрепленные к корпусу лопасти могут быть закреплены посредством платформ, прикрепленных посредством шпилек к внутренней поверхности корпуса. Лопасти подвергаются усилиям, связанным с потоком пара и передают нагрузки, которым должен противостоять корпус. Дополнительно, корпус должен противостоять усилиям от средств фиксации для закрепления лопастей, а также любые концентрации возникающего напряжения. Следует подчеркнуть, что корпус обычно находится в контакте с несколькими группами средств фиксации, которые также генерируют концентрации напряжения.

[0005] Патент ЕР 2402615 А1 раскрывает внешний корпус компрессора для осевой турбомашины. Корпус содержит кольцевую стенку и два радиальных фланца, один выше по потоку, а второй ниже. Корпус выполнен из композитного материала. Он удерживает множество кольцевых рядов лопастей статора. Каждая лопасть имеет внешнюю платформу, прикрепленную к кольцевой стенке посредством крепления.

[0006] Стандартно на практике, радиальные фланцы прикреплены к ребру разделителя и промежуточному корпусу турбомашины. Это может быть достигнуто путем введения болтов в отверстия, высверленные в радиальных фланцах. Эти отверстия в особенности подвергаются напряжениям, когда двигатель работает, и могут происходить вырывания вследствие сил механического зажима и/или вибрации.

[0007] Для противодействия этим вырываниям возможно сделать фланцы существенно толще. Однако это решение способно увеличить вес корпуса, уменьшив, таким образом, ожидаемое сокращение веса вследствие использования композитного материала. Кроме того, механическая прочность данного решения ограничена и остаются концентрации напряжения.

[0008] Для упрочнения стенки, стандартно на практике конструируют стенку кольцевого корпуса из композитных материалов с металлическими радиальными фланцами.

[0009] Патент FR 2282537 А1 раскрывает компрессор с внешним корпусом осевой турбомашины. Корпус содержит кольцевые ряды лопастей, а также чередующиеся кольцевые разделители и удерживающие лопасти кольца. Удерживающие кольца выполнены из металла и зажаты в кольцевые разделители. Они выполнены из легкого металла для противостояния механическим напряжениям. Корпус вмещает кольцевую стенку из композитного материала, окружающую удерживающие кольца и кольцевые разделители. Стенка из композитного материала выполнена на оси, на которую надеты кольца и разделители. Использование оси требует значительных средств, как с точки зрения оборудования, так и с точки зрения трудовых ресурсов. Время для наматывания на ось непрерывной нити является дорогостоящем с точки зрения времени производства. Кроме того, несмотря на то, что этот корпус содержит композитный материал, он остается тяжелым, благодаря металлическим элементам. Также, способ крепления лопастей является сложным. Он основан на множестве механических устройств сопряжения, требующих дорогостоящей настройки.

Краткое описание изобретения

Техническая задача

[0010] Изобретение нацелено на решение по меньшей мере одной из технических проблем, имеющихся на уровне техники. Конкретнее, изобретение нацелено на снижение стоимости производства корпуса из композитного материала. Изобретение также нацелено на снижение механических напряжений в кольцевой стенке из композитного материала корпуса турбомашины.

Техническое решение

[0011] Изобретение относится к корпусу осевой турбомашины, в частности, к компрессору, содержащему кольцевую стенку, выполненную из композитного материала, внутренняя поверхность которой содержит кольцевой участок, в котором установлен ряд платформ, проходящих радиально относительно лопастей, по меньшей мере один крепежный фланец проходит радиально, при этом кольцевой фланец прикреплен к кольцевой стенке и ограничивает область введения платформ лопастей.

[0012] Термин «кольцевой фланец, прикрепленный к кольцевой стенке» означает кольцевой фланец, прикрепленный к кольцевой стенке, например, посредством крепежа.

[0013] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиальное сечение кольцевого фланца имеет L-образный профиль, где профиль имеет проходящую в осевом направлении часть и проходящую в радиальном направлении часть, при этом проходящая в осевом направлении часть предпочтительно расположена в основном радиально на стороне внутренней поверхности кольцевой стенки, а проходящая в радиальном направлении часть расположена в основном радиально на стороне внешней поверхности кольцевой стенки.

[0014] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения проходящая в осевом направлении часть фланца содержит кромку, ограничивающую область введения кольцевых платформ лопастей.

[0015] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка содержит кольцевой участок для введения истираемого материала, область введения платформ ограничена, с одной стороны, указанной областью введения истираемого материала, а с другой стороны, кромкой проходящей в осевом направлении части фланца.

[0016] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения область введения платформ лопастей образует кольцевую канавку, при этом радиальное сечение кольцевой канавки по сути является прямоугольным и сконструировано так, чтобы позволить радиальное введение платформ лопастей.

[0017] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка и кольцевой фланец выполнены из различных материалов, кольцевой фланец предпочтительно выполнен из металлического материала.

[0018] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка из композитных материалов содержит органическую основу и заготовку, содержащую волокна, при этом основа предпочтительно гомогенно распределена по кольцевой стенке.

[0019] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка содержит первое крепежное устройство, кольцевой фланец содержит второе крепежное устройство, а лопасти имеют третье крепежное устройство, при этом первое крепежное устройство совпадает со вторым крепежным устройством, и/или третье крепежное устройство совпадает, как с первым крепежным устройством, так и со вторым.

[0020] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения третье крепежное устройство проходит радиально через кольцевую стенку и кольцевой фланец; третье крепежное устройство предпочтительно содержит прижимные устройства, возможно двухсторонние.

[0021] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, контур каждой платформы имеет продольную и поперечную кромки, при этом по меньшей мере одна из этих кромок находится в контакте с кольцевым фланцем, таким образом, что фланец обеспечивает блокировку платформ, предотвращающую их вращение.

[0022] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каждая из платформ и кольцевого фланца имеют направляющую поверхность, предусмотренную для направления потока в турбомашине, при этом направляющие поверхности платформ находятся заподлицо с направляющей поверхностью кольцевого фланца.

[0023] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевой фланец содержит часть, повторяющую контур поверхности, предпочтительно внутренней, кольцевой стенки, при этом эта часть проходит в осевом направлении по большей части области введения платформ лопастей.

[0024] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, кольцевой фланец имеет радиальные пазы для введения платформ лопастей, при этом радиальный паз предпочтительно выполнен открывающимся главным образом к корпусам лопастей.

[0025] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, корпус содержит кольцевой ряд лопастей с платформами, каждая из которых имеет в целом дискообразную центральную область, и две области с уменьшенной толщиной, расположенные в осевом направлении с каждой стороны от центральной области, при этом центральная область предпочтительно плотно прилегает к кольцевому фланцу и по меньшей мере одной из областей с уменьшенной толщиной, примыкая главным образом в осевом направлении к осевому фланцу.

[0026] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения крепежные устройства могут содержать шпильки, предпочтительно с резьбой, и могут включать прижимные устройства.

[0027] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения крепежные устройства являются двухсторонними крепежными устройствами.

[0028] Радиальное сечение кольцевого фланца, это сечение вдоль плоскости, содержащей радиальную ось и ось вращения турбомашины.

[0029] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения компрессор представляет собой компрессор низкого давления.

[0030] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения корпус является внешним корпусом, предусмотренным для направления осевого потока.

[0031] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения корпус содержит две полуоболочки, разделяемые вдоль продольной плоскости.

[0032] «Продольная плоскость» означает плоскость, проходящую через ось вращения турбомашины.

[0033] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения корпус содержит множество кольцевых рядов лопастей, предпочтительно по меньшей мере три.

[0034] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения корпус является корпусом компрессора, содержащим множество кольцевых рядов лопастей ротора, при этом корпус окружает большую часть рядов лопастей ротора.

[0035] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка содержит изогнутую поверхность вращения, поверхность вращения предпочтительно изогнута наружу.

[0036] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевая стенка выполнена посредством введения смолы в форму, в которую помещена заготовка.

[0037] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения крепежные устройства кольцевой стенки содержат отверстия.

[0038] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первое крепежное устройство содержит первый набор крепежных устройств, расположенных в окружном направлении и перекрываемых в осевом направлении кольцевым фланцем, и второй набор крепежных устройств, расположенных в окружном направлении и перекрываемых в осевом направлении платформами, при этом расстояние в осевом направлении между первым набором и вторым набором меньше длины платформ в осевом направлении.

[0039] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения стенка главным образом выполнена из неметаллического материала.

[0040] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения стенка предпочтительно выполнена исключительно из основы и волокон.

[0041] Большая часть стенки определена ее массой или ее объемом.

[0042] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения плотность стенки составляет менее 4,00 мм, предпочтительно менее 2,50 мм, еще предпочтительнее менее 1,00 мм.

[0043] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, кольцевой фланец выполнен из титана, алюминия или стали.

[0044] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, кольцевой фланец проходит в целом радиально в направлении, противоположном направлению лопастей относительно кольцевой стенки.

[0045] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения крепежные отверстия кольцевого фланца находятся в радиальных пазах.

[0046] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевой фланец имеет соединительную часть между радиальной частью и осевой частью.

[0047] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцевой фланец имеет протяженность в осевом направлении, проходящую в осевом направлении от соединительной части к оси плоскости сопряжения с радиальной частью.

[0048] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения нижняя часть каждого радиального паза содержит центральную часть и две боковые части, расположенные в поперечном направлении на одной линии с центральной частью, боковые части наклонены к центральной части наружу от соответствующих пазов.

[0049] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальные пазы отделены друг от друга по окружности.

[0050] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальная часть содержит устройства для сборки, такие как установочные отверстия, проходящие в целом в осевом направлении.

[0051] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальная часть имеет несущую поверхность перпендикулярную оси вращения турбомашины.

[0052] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, соединительная часть наклонена относительно радиальной части и относительно осевой части, для чего профиль соединительной части образует ступень, соединительная часть предпочтительно имеет ступенчатую форму, с кольцевой стенкой, выполненной для осуществления втулочного соединения.

[0053] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения заготовка содержит пачку листов из угле- и/или стекловолокна, при этом, количество листов предпочтительно одинаковое для всей поверхности заготовки.

[0054] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения волокна имеют длину более 3,00 см, предпочтительнее более 6,00 см, и еще предпочтительнее более 12,00 см.

[0055] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения лопасти расположены на сегментах статора, имеющих общие платформы.

[0056] Изобретение также относится к осевой турбомашине, содержащей корпус, при этом корпус соответствует изобретению, и корпус предпочтительно является внешним кольцевым корпусом и содержит кольцевой фланец выше по потоку и кольцевой фланец ниже по потоку.

Преимущества изобретения

[0057] Изобретение приводит к снижению производственной стоимости корпуса из композитного материала с металлическим фланцем. Предлагается модульный корпус из композитного материала, поскольку это позволяет изготавливать различные элементы отдельно. Эта технология также упрощает любые ремонтные работы в будущем.

[0058] Изобретение снижает механические напряжения в кольцевой стенке корпуса. Изобретение позволяет прямо или косвенно распределять некоторые усилия на поверхностях платформ лопастей. Изобретение предлагает дополнительную границу между платформами лопастей и фланцем; она представляет собой путь передачи усилия, который локально обходит кромку кольцевой стенки.

[0059] В изобретении применен кольцевой фланец из материала, отличного от материала кольцевой стенки. Материал платформ лопастей также отличается от материала кольцевого фланца. Эта особенность дает возможность выбора материала различной прочности и плотности. Таким образом, можно сделать некоторые части легче, тогда как некоторые усилить. Баланс между массой и механической прочностью может быть определен независимо от разных границ.

[0060] В изобретении уменьшено количество листов в заготовке из композитного материала посредством снижения механических напряжений. Одним последствием является то, что заготовку проще изготовить, поскольку сложность при использовании листов возрастает с каждым дополнительным листом. Эта сложность усугубляется изогнутыми поверхностями, которые содержит данный корпус. Достигается экономия в затратах на материалы и трудовые ресурсы при изготовлении заготовки.

Краткое описание графических материалов

[0061] Фиг. 1 показывает осевую турбомашину согласно изобретению.

[0062] Фиг. 2 показывает схематическое изображение компрессора турбомашины согласно изобретению.

[0063] Фиг. 3 показывает осевое сечение части корпуса согласно первому варианту осуществления изобретения.

[0064] Фиг. 4 показывает осевое сечение части корпуса согласно второму варианту осуществления изобретения.

[0065] Фиг. 5 показывает вид изнутри кольцевого фланца согласно второму варианту осуществления.

[0066] Фиг. 6 показывает платформу лопасти согласно второму варианту осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления

[0067] В настоящем описании термины «внутренний» и «внешний» или «наружный» относятся к положению относительно оси вращения турбомашины.

[0068] Фиг. 1 показывает схематическое изображение осевой турбомашины. В данном случае это двухконтурный турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель 2 содержит первую ступень компрессии, так называемый компрессор 4 низкого давления, вторую ступень компрессии, так называемый компрессор высокого давления 6, камеру сгорания 8 и одну или несколько ступеней 10 турбины. При эксплуатации механическая энергия турбины 10 передается через центральный вал на ротор 12 и приводит в действие два компрессора 4 и 6. Редукторные механизмы могут повышать скорость вращения, передаваемую на компрессоры. Альтернативно, каждая из различных ступеней турбины может соединяться со ступенями компрессора через соосные валы. Последние содержат несколько рядов лопастей ротора, соединенных с рядами лопастей статора. Вращение ротора вокруг своей оси 14 вращения генерирует поток воздуха и постепенно закачивает его во впускное отверстие камеры 10 сгорания.

[0069] Приточный вентилятор, обычно именуемый как вентилятор 16, соединен с ротором 12 и генерирует поток воздуха, разделяемый на основной поток 18,проходящий через различные вышеуказанные уровни турбомашины и дополнительный поток 20, проходящий через кольцевой канал (показанный частично) вдоль длины машины, а затем соединяющийся с основным потоком на выходе из турбины. Основной поток 18 и дополнительный поток 20 являются кольцевыми потоками и проходят через корпус турбомашины. Для этого корпус имеет кольцевые стенки или оболочки, которые могут быть внутренними и внешними.

[0070] На фиг. 2 показан вид в разрезе компрессора осевой турбомашины. Компрессор может быть компрессором 4 низкого давления, таким как показанный на фиг. 1. Просматривается часть турбовентилятора 16, а также ребро 22 разделителя основного 18 и дополнительного 20 воздушных потоков. Ротор 12 содержит несколько рядов лопастей 24 ротора, в данном случае три.

[0071] Компрессор 4 содержит несколько статоров, в данном случае четыре, при этом каждый статор содержит ряд лопастей 26 статора. Статоры соединены с вентилятором 16 или рядом лопастей ротора для выпрямления воздушного потока, таким образом, чтобы преобразовывать скорость потока в давление.

[0072] Лопасти 26 статора проходят в целом радиально. Они равноудалены друг от друга и имеют одинаковую угловую ориентацию относительно воздушного потока. Предпочтительно, лопасти 26 в одном ряду являются идентичными. Опционно, расстояние между лопастями может локально отличаться, как и их угловая ориентация. Некоторые лопасти в ряду могут быть отличными от остальных.

[0073] Каждое из лопастей 26 статора имеет свою аэродинамическую поверхность или тело, также проходящее радиально через основной воздушный поток 18. Каждая лопасть также содержит по меньшей мере одну платформу, опционно, две платформы, которые являются внешней платформой 28 и внутренней платформой. Платформы граничат с основным потоком в радиальном направлении. Они содержат направляющие поверхности, разработанные для направления указанного потока.

[0074] Компрессор имеет внешний кольцевой корпус 30. Корпус 30 вмещает компрессор. Для этого он имеет кольцевую стенку 32, окружающую большую часть лопастей 24 ротора. Кольцевая стенка 32 может быть образована двумя полуоболочками, каждая из которых образует половину разрезанной по оси трубы. Кольцевая стенка 32 является, бочковидной или стреловидной. Ее внутренняя стенка является изогнутой. Изменение ее радиуса является непрерывным для постепенной компрессии потока.

[0075] Внешний корпус 30 прикреплен выше по потоку относительно ребра 22 разделителя, и установлен в промежуточный корпус 34 турбомашины ниже по потоку. Промежуточный корпус 34 содержит внутреннюю кольцевую стенку и внешнюю кольцевую стенку, между которыми проходит кольцевой ряд лопастей или ответвлений корпуса. Корпус по существу, предпочтительно, соединен только с ребром 22 разделителя и промежуточным корпусом. Ребро 22 разделителя может быть прикреплено только к внешнему корпусу 30, оставаясь его единственным средством опоры.

[0076] Внешний корпус 30 также содержит кольцевой радиальный фланец, предпочтительно два кольцевых фланца 36. Внешний корпус 30 прикреплен к ребру 22 разделителя и промежуточному корпусу 34 посредством своих кольцевых фланцев 36. Внешний корпус 30 содержит кольцевой фланец выше по потоку и кольцевой фланец ниже по потоку. Каждый из них может быть полукруглым. Предпочтительно, каждый полукруг совпадает с полуоболочкой внешнего корпуса 30.

[0077] Внешний корпус 30 также содержит кольцевые слои истираемого материала 38. Эти истираемые слои 38 расположены в севом направлении на лопастях ротора 24. Они проходят в осевом направлении между внешними платформами 28 лопастей статора 26.

[0078] Фиг. 3 показывает вид в сечении внешнего корпуса 30 компрессора осевой турбомашины 2 по фиг. 1. Идея изобретения также может применяться к корпусу турбины, камеры сгорания или промежуточного корпуса. Корпус может быть внешним корпусом или внутренним корпусом, который, соответственно, ограничивает внешнюю поверхность или внутреннюю поверхность кольцевого потока. В корпусе видно одну лопасть 26 статора и часть кольцевого фланца 36.

[0079] Кольцевая стенка 32 содержит первое крепежное устройство. Первое крепежное устройство может содержать сквозное отверстие, образующее по меньшей мере один кольцевой ряд. Первое крепежное устройство может включать первый набор крепежных устройств, расположенных по окружности и второй набор крепежных устройств, расположенных по окружности. Первый набор перекрывается в осевом направлении кольцевым фланцем, второй набор перекрывается в осевом направлении поверхностью. Первое крепежное устройство может содержать другие наборы крепежных устройств, перекрывающие друг друга и граничащие с другим радиальным кольцевым фланцем и/или с другими кольцевыми рядами лопастей.

[0080] Кольцевая стенка 32 выполнена из композитного материала. Композитный материал может содержать органическую основу. Основа может быть выполнена из органической смолы, впрыскиваемой в форму, в которой она затем затвердевает. Процесс формования может быть трансферным, таким как трансферное формование пластмасс, известное как аббревиатура RTM. Предпочтительно смола является термоответждаемой. Это может быть эпоксидная смола.

[0081] Композитный материал содержит заготовку. Последняя может быть сформирована из пачки слоев или листов волокон. Листы могут быть листами стекловолокон и/или углеродных волокон. Волокна являются длинными волокнами. Волокна могут быть расположены в определенном порядке и/или произвольно. Волокна могут быть сплетены. В них могут быть предварительно выполнены вкрапления смолы. Заготовка содержит пачку из 5-40 листов, предпочтительно от 8 до 20 листов, еще предпочтительнее от 10 до 15 листов. Количество слоев, образованных листами может локально различаться для локального усиления корпуса, например, в точках крепления.

[0082] Кольцевой фланец 36 выполнен из материала, отличного от материала кольцевой стенки 32. Он может быть выполнен из металлического материала. Он может быть выполнен из титана, алюминия или стали. Кольцевой фланец может быть выполнен из композитного материала, например, из керамической основы и/или из металлических волокон. Также могут быть использованы вышеописанные основы и волокна.

[0083] Кольцевой фланец 36 в целом имеет L-образный профиль. Профиль имеет радиальную часть 40 и осевую часть 42. Профиль имеет в целом постоянную толщину, при этом толщина отличается менее чем на 20% от средней толщины. Осевая часть 42 может быть наклонена относительно оси вращения турбомашины. Осевая часть 42 имеет несущую поверхность, стыкующуюся с внутренней поверхностью торца кольцевой стенки 32.

[0084] Внутренняя поверхность кольцевой стенки 32 содержит кольцевую область 43 введения платформ лопастей 26. Кольцевая область 43 введения может иметь прямоугольный или в целом трапециевидный профиль, позволяющий вводить платформы изнутри. Кольцевой фланец 36 может непосредственно ограничивать кольцевую область 43 введения. Предпочтительно именно часть осевой части 42 ограничивает кольцевую область 43 введения. Для этого она имеет верхнюю кольцевую кромку 44, ограничивающую область 43 введения. Кольцевая стенка 32 содержит кольцевую область введения для истираемого материала 37. Область 43 введения платформ может быть ограничена кольцевой областью введения для истираемого материала 37. Она также может быть ограничена кромкой 44 осевой части фланца 42. Преимущественно, кольцевой слой истираемого материала 38 помещен в кольцевую область введения для истираемого материала 37.

[0085] Кольцевой фланец 36 прикреплен к концу кольцевой стенки 32 своей осевой частью 42. Последняя для этих целей содержит вторые крепежные устройства 45, сопрягающиеся с первыми крепежными устройствами стенки. Вторые крепежные устройства 45 могут быть осями, проходящими в целом радиально, предпочтительно ортогонально к границе между кольцевой стенкой 32 и осевой частью 42. Оси могут быть зажимными болтами или винтами. Они установлены на кольцевом фланце после его прижимания к кольцевой стенке.

[0086] Радиальная часть 40 профиля кольцевого фланца 36 посредством вращения вокруг оси 14 вращения образует плоскость 46, перпендикулярную этой же оси. Монтажные устройства 48 могут быть расположены в радиальной части 40. Монтажные устройства 48 могут иметь отверстия для введения винтов, выровненные по внутреннему корпусу. Расстояние между вторыми крепежными устройствами 45 может быть меньше, чем расстояние между монтажными устройствами 48.

[0087] Профиль кольцевого фланца опционно содержит соединительную часть 50 между осевой частью 42 и радиальной частью 40. Соединительная часть 50 может быть ступенчатой. Форма ступени может быть механически обработана для обеспечения осевого зазора 52 на осевом конце кольцевой стенки 32. Зазор 52 может быть нулевым, обеспечивая таким образом опору. Предпочтительно форма ступени выступает наружу. Внутренняя поверхность соединительной части 50 может образовывать вращающуюся кольцевую поверхность 54. Эта кольцевая поверхность 54 отверстием для оси с ребром разделителя, промежуточный корпус, или любой другой элемент, к которому прикреплен кольцевой фланец 36.

[0088] Лопасть 26 содержит третьи крепежные устройства 56 для прикрепления к кольцевой стенке 32. Третьи крепежные устройство 56 выровнены с первыми крепежными устройствами кольцевой стенки. Третьи крепежные устройства 56 проходят радиально от платформы 28 в направлении, противоположном аэродинамической поверхности лопасти 26. Третьи крепежные устройства 56 могут проходить через кольцевую стенку 32. Платформа 28 в целом соответствует внутренней поверхности кольцевой стенки. Платформа содержит несущую поверхность, обычно прижатую к кольцевой стенке, опционно только кромка несущей поверхности контактирует с кольцевой стенкой.

[0089] Платформа 28 контактирует с осевой частью 42 кольцевого фланца. Они упираются в осевом направлении друг в друга. Поскольку кольцевая стенка в этой точке наклонена, платформа осевой части кольцевого фланца также способна передавать усилия в радиальном направлении. Кольцевой фланец и кольцевая стенка контактируют в осевой части 42. Эта область контакта увеличена и также позволяет осуществлять передачу осевых и радиальных усилий.

[0090] Сопряжение 58 между осевой частью 42 и платформой 28 является гладким. Для этого толщина осевой части и кольцевого фланца равны, чтобы таким образом не возмущать поток. Во избежание любой накладки, линия границы перпендикулярна поверхности кольцевой стенки. Два элемента находятся в контакте своей общей толщиной для облегчения передачи усилий.

[0091] Фиг. 4 показывает корпус 130 согласно второму варианту осуществления изобретения. Фиг.4 содержит ту же нумерацию ссылок, как и предыдущие фигуры для одних и тех же или подобных элементов, но нумерация увеличена на 100. Отдельные номера использованы для позиций, характерных только для данного варианта осуществления.

[0092] Соединительная часть 150 имеет прямой профиль. Профиль соединительной части наклонен относительно профилей осевой части и радиальной части. Длина осевой части 142 больше, чем длина платформы 128. Осевая часть покрывает платформу сверху и снизу по потоку.

[0093] Кольцевой фланец 136 имеет радиальный паз 160, в который установлена платформа 128 лопасти 126. Радиальный паз 160 может быть образован на внутренней поверхности осевой части, когда последняя установлена внутрь кольцевой стенки. В другой конфигурации радиальный паз 160 может быть образован на внешней поверхности, если осевая часть находится снаружи кольцевой стенки. Лопасть 126 установлена в кольцевой фланец 136 посредством введения платформ 128 в радиальный паз 160 изнутри.

[0094] Платформа 128 имеет центральную область 162, расположенную напротив нижней части радиального паза 160. Она также содержит области с уменьшенной толщиной 164, расположенные с обеих сторон центральной области 162 относительно оси. Области с меньшей толщиной 164 могут быть углублениями в нижней части радиального паза 160.

[0095] В этой конфигурации третьи крепежные устройства 156 лопасти, вторые крепежные устройства кольцевого фланца, и первые крепежные устройства кольцевой стенки выровнены. Третьи крепежные устройства 156 выровнены, и с первыми крепежными устройствами, и со вторыми крепежными устройствами. Отверстия, образованные в кольцевом фланце, и отверстия, образованные на концах кольцевой стенки выровнены. Крепежный болт 156 лопасти проходит через крепежное отверстие кольцевой стенки и крепежное отверстие кольцевого фланца. Это решение упрощает сборку корпуса 130, поскольку используются третьи крепежные устройства лопастей для крепления, и кольцевого фланца, и кольцевой стенки. Это снижает вес корпуса. Достигается экономия на крепежных устройствах. Корпус может быть собран быстрее.

[0096] Кольцевой фланец 136 также имеет протяженность 166 в осевом направлении. Осевая протяженность 166 проходит от соединительной части 150 в направлении, противоположном осевой части 142. Осевая протяженность может проходить вплоть до нижней по потоку поверхности радиальной части 140. Она может служить, как осевой конечный упор.

[0097] Фиг. 5 показывает направляющую поверхность кольцевого фланца согласно второму варианту осуществления изобретения.

[0098] Кольцевой фланец 136 показан со множеством радиальных пазов 160. Радиальные пазы выполнены по окружности. Они распределены по внутренней поверхности кольцевого фланца 136. Радиальные пазы 160 являются идентичными. Каждый из них имеет вторые крепежные устройства. Платформа 128 лопасти 126 показана установленной в радиальный паз.

[0099] Каждый радиальный паз 160 вмещает платформу 128 лопасти. Длина радиального паза отрегулирована в соответствие с длиной платформы так, чтобы платформа вклинивалась в осевом направлении в корпус.

[00100] Нижняя часть каждого радиального паза 160 имеет центральную часть 168 и две боковые части 170, расположенные вдоль осевой протяженности центральной части 168. Эти части лежат в одной плоскости. Каждая боковая часть наклонена относительно центральной части наружу от соответствующего паза.

[00101] Фиг. 6 показывает платформу 128 лопасти 126 согласно второму варианту осуществления изобретения. Опционно модель этой платформы может быть использована в других вариантах осуществления изобретения.

[00102] Платформа 128 имеет в целом прямоугольную форму. Она имеет две противоположные продольные стороны 172, расположенные вдоль оси вращения турбомашины, и две противоположные поперечные стороны 174 расположенные перпендикулярно к оси вращения турбомашины.

[00103] Центральная часть 162 платформы в целом имеет дискообразную форму. Диск может быть усеченным, возможно, двумя продольными сторонами 172. Третьи крепежные устройства 156 предпочтительно отцентрованы на центральной части 162. Изготовление платформы с уменьшенной несущей поверхностью снижает поверхность трения между платформой и кольцевым фланцем. Это облегчает угловое позиционирование лопасти. Также, области с уменьшенной толщиной 164 позволяют сделать лопасть более легкой.

Изобретение относится к кольцевому внешнему корпусу компрессора низкого давления осевой турбомашины. Корпус содержит кольцевую стенку из композитного материала с органической основой. Корпус содержит кольцевой ряд лопастей, проходящих радиально, при этом лопасти содержат платформы, прикрепленные к кольцевой стенке. Корпус также содержит радиальный кольцевой фланец с монтажными устройствами, разработанными для возможности установки корпуса в турбомашину. Кольцевой фланец прикреплен к кольцевой стенке и ограничивает кольцевую область введения для платформ лопастей. Кольцевой фланец прикреплен к кольцевой стенке посредством прижимания. Изобретение снижает производственную стоимость корпуса и способствует передаче усилий между кольцевым фланцем и платформами лопастей, что придает преимущество снижения напряжений в кольцевой стенке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Корпус (30, 130) осевой турбомашины (2), в частности компрессора (4, 6), содержащий:

- кольцевую стенку (32, 132) из композитного материала, внутренняя поверхность которой содержит кольцевую область (43, 143) для введения платформ (28, 128) ряда лопастей (26, 126), проходящую радиально,

- по меньшей мере один кольцевой фланец (36, 136), проходящий радиально,

отличающийся тем, что

кольцевой фланец (36, 136) прикреплен к кольцевой стенке (32, 132) и ограничивает область (43, 143) введения платформ (28, 128) лопастей.

2. Корпус (30, 130) по п. 1, отличающийся тем, что радиальное сечение кольцевого фланца (36, 136) имеет L-образный профиль, при этом профиль содержит часть (42, 142), проходящую в осевом направлении, и часть (40, 140), проходящую в радиальном направлении, при этом предпочтительно часть, проходящая в осевом направлении (42, 142), расположена главным образом радиально на стороне внутренней поверхности кольцевой стенки, а проходящая в радиальном направлении часть (40, 140) расположена главным образом радиально на стороне внешней поверхности кольцевой стенки.

3. Корпус (30, 130) по п. 2, отличающийся тем, что часть (42, 142) фланца (36, 136), проходящая в осевом направлении, содержит кромку (44, 144), ограничивающую область (43, 143) введения платформ лопастей.

4. Корпус (30) по п. 3, отличающийся тем, что кольцевая стенка (32) содержит кольцевую область для введения истираемого материала (37), при этом область (43) введения платформ ограничена, с одной стороны, указанной областью введения истираемого материала (37) и, с другой стороны, кромкой (40), проходящей в осевом направлении части (42) фланца.

5. Корпус (30) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что область введения платформ (28) лопастей (26) образует кольцевую канавку, при этом радиальное сечение кольцевой канавки предпочтительно является в целом прямоугольным и сконструировано для возможности радиального введения платформ (28) лопастей (26).

6. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая стенка (32, 132) и кольцевой фланец (36, 136) выполнены из различных материалов, при этом кольцевой фланец (36, 136) выполнен предпочтительно из металлического материала.

7. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая стенка (32, 132) из композитного материала содержит органическую основу и заготовку, содержащую волокна, при этом основа предпочтительно однородно распределена по кольцевой стенке (32, 132).

8. Корпус по п. 1, отличающийся тем, что кольцевая стенка (32, 132) содержит первые крепежные устройства, кольцевой фланец (36, 136) содержит вторые крепежные устройства (45) и лопасти (26, 126) содержат третьи крепежные (56, 156) устройства, при этом первые крепежные устройства выровнены со вторыми крепежными устройствами, и/или третьи крепежные устройства выровнены со вторыми крепежными устройствами, и/или третьи крепежные устройства выровнены и с первыми крепежными устройствами, и со вторыми крепежными устройствами.

9. Корпус (130) по п. 8, отличающийся тем, что третьи крепежные устройства (156) проходят в радиальном направлении через кольцевую стенку и кольцевой фланец, при этом третьи крепежные устройства (156) предпочтительно содержат прижимные устройства, возможно двухсторонние.

10. Корпус (30, 130) по п. 1, отличающийся тем, что контур каждой платформы (28, 128) имеет продольные кромки (172) и поперечные кромки (174), при этом по меньшей мере одна из этих кромок находится в контакте с кольцевым фланцем (36, 136), таким образом, что фланец обеспечивает блокировку платформ, предотвращающую их вращение.

11. Корпус (30, 130) по п. 1, отличающийся тем, что каждая из платформ (28, 128) и кольцевого фланца (36, 136) имеет направляющую поверхность, предусмотренную для направления потока (18, 20) в турбомашине (2), при этом направляющие поверхности платформ находятся заподлицо с направляющей поверхностью кольцевого фланца (36, 136).

12. Корпус (130) по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой фланец (136) содержит часть, повторяющую контур поверхности, предпочтительно внутренней, кольцевой стенки (132), при этом указанная часть проходит в осевом направлении по большей части области введения платформ (128) лопастей (126).

13. Корпус (130) по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой фланец (136) содержит радиальные пазы (160), сконструированные для введения платформ (128) лопастей (126), при этом радиальные пазы (160) предпочтительно сконфигурированы открывающимися преимущественно в сторону тел лопастей (126).

14. Корпус (130) по п. 1, отличающийся тем, что корпус содержит кольцевой ряд лопастей с плоскостями (128), каждая из которых имеет в целом дискообразную центральную область (162) и две области с уменьшенной толщиной (164), расположенные в осевом направлении с каждой стороны от центральной области (162), при этом центральная область (162) предпочтительно плотно прилегает в радиальном направлении к кольцевому фланцу (136) и по меньшей мере одной из областей с уменьшенной толщиной, примыкая главным образом в осевом направлении к осевому фланцу (136).

15. Осевая турбомашина (2), содержащая корпус (30, 130), при этом корпус (30, 130) выполнен в соответствии с пп. 1-14, и предпочтительно является внешним кольцевым корпусом, и содержит кольцевой фланец (36, 136) выше по потоку и кольцевой фланец (36, 136) ниже по потоку.