ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2023 года по МПК F02K3/06 F01D25/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к узлу для газотурбинного двигателя и предназначено для ограничения кольцевой поверхности кольцевого воздушного проточного тракта, в частности, кольцевого воздушного проточного тракта второго контура.

Уровень техники

На фиг. 1 показана входная часть двухконтурного газотурбинного двигателя 10 с продольной осью А, содержащего в направлении от входа АМ к выходу AV расположенное выше по потоку колесо 12 вентилятора, компрессор 14 низкого давления и промежуточный корпус 16. Обычно, промежуточный корпус 16 связан с корпусом 17 вентилятора через радиально наружный кольцевой фланец и с компрессором высокого давления (не показан) через радиально внутренний кольцевой фланец на уровне своего внутреннего корпуса 19. Входящий воздушный поток делится кольцевым носиком 18 на воздушный поток первого контура, заходящий в компрессор 14 низкого давления, и воздушный поток второго контура, проходящий вокруг компрессора по кольцевому воздушному проточному тракту 20 второго контура. Этот кольцевой воздушный проточный тракт 20 второго контура ограничен радиально внутрь рядом последовательных кольцевых стенок или кольцевых элементов стенок.

В частности, можно заметить присутствие кольцевой обечайки 22, образованной первой кольцевой стенкой 24 и второй кольцевой стенкой 26. На второй кольцевой стенке 26 установлены лопатки 28 статора, предназначенные для спрямления потока воздуха, выходящего из рабочего колеса 12 вентилятора. Как показано на фиг. 2, эта кольцевая обечайка 22 содержит кольцевой уступ 30, проходящий радиально внутрь и продолженный в сторону выхода первой кольцевой стенкой 24, которая имеет по существу цилиндрическую форму и соединена с радиальным кольцевым фланцем 32 для крепления при помощи болтов 34 на кольцевом фланце 36 промежуточного корпуса 16. Это прямое крепление кольцевой обечайки 22 со спрямляющими лопатками 28 статора на промежуточном корпусе 16 обеспечивает хорошую передачу усилий через лопатки 28 статора к промежуточному корпусу 16, который обеспечивает часть механического соединения газотурбинного двигателя с самолетом.

Для восстановления радиально внутренней кольцевой поверхности прохождения воздуха для кольцевого воздушного проточного тракта второго контура на уровне промежуточного корпуса 16 в окружном направлении между радиальными стойками 40 промежуточного корпуса 16 установлены друг за другом множество панелей 38. Каждая панель 38 содержит нижний по потоку конец 42, закрепленный болтами на промежуточном корпусе 16, и верхний по потоку конец 44, неподвижно соединенный с первой кольцевой стенкой 24 и продолжающий в сторону выхода вторую кольцевую стенку 26. Таким образом, множество панелей 38 расположены радиально напротив кольцевой стенки 24. Чтобы сохранять промежуток между верхним по потоку концом 44 панели 38 и первой кольцевой стенкой 24, как известно, на радиально внутренней стороне панели 38 выполняют несколько бобышек 46. Эти бобышки 46 опираются на радиально наружную сторону первой стенки 24. Через каждую из них снаружи проходит винт 48, завинчиваемый в гайку 50, закрепленную посредством клепки на кольцевой стенке.

Этот способ крепления является очень практичным в осуществлении, но для него характера основная трудность, связанная с дополнительной массой, необходимой для бобышки 46. Кроме того, выполнение панелей 38 из металла тоже является относительно сложным.

Было предложено решение, которое состоит в выполнении панелей 38 из композиционного материала, содержащего пропитанные смолой карбоновые волокна. С точки зрения массы это дает положительный результат. Однако выполнение бобышек 46 увеличивает время, необходимое для наложения слоев. Кроме того, осуществление оказывается сложным и подготовка нагревательной пресс-формы тоже является сложной, так как нагрев для термоотверждения необходимо контролировать в любой точке бобышки 46.

Изобретение призвано предложить простое и эффективное решение этой проблемы.

Раскрытие сущности изобретения

Прежде всего объектом настоящего изобретения является узел для газотурбинного двигателя с продольной осью, содержащий первую кольцевую стенку, при этом радиально напротив указанной первой кольцевой стенки расположены панели вокруг продольной оси, образуя поверхность для прохождения воздушного потока, при этом каждая панель соединена с первой кольцевой стенкой при помощи по меньшей мере одного средства крепления, проходящего через отверстие панели и соединенного с первой кольцевой стенкой, согласно изобретению, в каждое отверстие вставлена втулка, которая содержит первый концевой кольцевой участок, прилегающий к стороне контура отверстия, противоположной к первой кольцевой стенке, при этом средство крепления прижимает указанный первый концевой кольцевой участок к контуру отверстия, причем радиально между контуром отверстия и первой кольцевой стенкой установлен вкладыш, образующий распорку, окружающую втулку.

Таким образом, предложенный монтаж позволяет выполнять панели без бобышек, которые заменены вкладышами, конструктивно независимыми от панелей. Вкладыши обеспечивают дистанционное крепление панелей на первой кольцевой стенке. Это позволяет выполнять панели из композиционного материала с карбоновыми волокнами, погруженными в термоотверждаемую матрицу, такую как эпоксидная смола. При этом выполнение панелей можно осуществлять при помощи стандартного и простого способа изготовления без необходимости предусматривать сложное утолщение, которое требует длительного времени для выполнения.

Кроме того, зажимное усилие каждого средства крепления проходит через первый концевой кольцевой участок каждой втулки в контур отверстия, во вкладыш и затем передается на первую кольцевую стенку. Таким образом, когда, как было указано выше, панель выполнена из композиционного материала, усилие распределяется в кольцевом направлении в контуре отверстия и во вкладыше, что обеспечивает хорошую механическую прочность и продолжительный срок службы предложенного крепления.

Согласно другому отличительному признаку, каждая втулка может содержать второй концевой кольцевой участок, противоположный к первому концевому кольцевому участку и расположенный радиально напротив соответствующей поверхности вкладыша для удержания вкладыша на панели.

Этот монтаж позволяет также обеспечивать блокировку каждого вкладыша радиально между втулкой и панелью. Таким образом, вкладыши оказываются неподвижно соединенными с панелью, которой можно манипулировать вместе с вкладышем и втулками, предварительно установленными на уровне каждого отверстия с целью крепления на первой кольцевой стенке.

Втулка может также содержать цилиндрический участок соединения первого концевого кольцевого участка и второго концевого кольцевого участка.

Второй концевой кольцевой участок втулки может иметь толщину стенки, меньшую толщины стенки цилиндрического участка, что обеспечивает деформацию при запрессовке второго концевого кольцевого участка с целью удержания вкладыша. Под толщиной стенки следует понимать радиальный размер стенки, образующей один или другой из элементов втулки. Таким образом, для осуществления установки втулки она первоначально содержит первый концевой кольцевой участок, цилиндрический участок и второй концевой кольцевой участок, который является цилиндрическим. Втулку можно вставить в отверстие панели, установить вкладыш вокруг втулки и, наконец, деформировать второй концевой кольцевой участок посредством запрессовки, чтобы он обеспечивал удержание вкладыша на панели. Панелью, оснащенной вкладышем и втулкой, можно легко манипулировать и ее можно устанавливать напротив первой кольцевой стенки.

Согласно еще одному отличительному признаку, каждый первый концевой кольцевой участок втулки образует усеченную конусную юбку, прилегающую к усеченной конусной части контура отверстия панели. Таким образом, если средства крепления содержат головку, ее можно поместить во внутреннее радиальное углубление, образованное усеченной конусной частью контура отверстия, избегая ее выступания в кольцевой воздушный проточный тракт.

Усеченная конусная часть контура отверстия панели также продолжена цилиндрическим кольцевым бортиком, свободный конец которого расположен на расстоянии от вкладыша, при этом усеченная конусная часть контура панели зажата между первой концевой кольцевой частью втулки и вкладышем.

Таким образом, контакт между вкладышем и панелью происходит на контуре отверстия, а не на уровне свободного конца радиального цилиндрического бортика. Передача зажимных усилий происходит через часть вкладыша, которая прижимает усеченную конусную часть.

Первый концевой кольцевой участок и второй концевой кольцевой участок втулки могут образовать, каждый, юбку по существу усеченной конусной формы.

Втулку и вкладыш можно устанавливать с зазором L посредством радиального поступательного движения относительно панели, при этом L составляет порядка одной десятой миллиметра.

Кроме того, описанный выше узел может содержать кольцевую обечайку, образованную первой кольцевой стенкой, находящейся ниже по потоку относительно второй кольцевой стенки и соединенной с ней через радиальный кольцевой уступ, при этом каждая панель расположена вокруг продольной оси и находится в нижнем по потоку продолжении верхней по потоку второй кольцевой стенки кольцевой обечайки, ограничивая кольцевую поверхность для прохождения воздушного потока.

Объектом настоящего изобретения является также двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий узел, в котором на второй кольцевой стенке установлены лопатки статора, проходящие радиально наружу, при этом первая кольцевая стенка закреплена на промежуточном корпусе, на котором также закреплен нижний по потоку конец каждой панели, при этом вторая кольцевая стенка и панели ограничивают радиально внутрь кольцевой проточный тракт воздушного потока второго контура.

Каждая панель может располагаться в окружном направлении между радиальными стойками промежуточно корпуса.

Изобретение и его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более понятны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 (описана выше) схематично показана входная часть газотурбинного двигателя, вид в осевом разрезе;

на фиг. 2 (описана выше) изображена зона, показанная в рамке на фиг. 1, увеличенный вид;

на фиг. 3 схематично показан заявленный узел, вид в перспективе;

на фиг. 4 схематично показано крепление панели на первой кольцевой стенке в узле, изображенном на фиг. 3, при этом средство крепления не показано, вид в разрезе;

на фиг. 5 схематично показано крепление панели на первой кольцевой стенке в узле, изображенном на фиг. 3, с показом средства крепления, вид в разрезе;

на фиг. 6 показан схематичный вид в перспективе в разрезе, аналогичный фиг. 4;

на фиг. 7 схематично показана втулка, установленная на панели в заявленном узле, при этом втулка запрессована на вкладыше, вид в разрезе;

на фиг. 8 схематично показана втулка, установленная на панели в заявленном узле, при этом втулка не запрессована на вкладыше, вид в разрезе.

Осуществление изобретения

На фиг. 3 показан заявленный узел, предназначенный для установки в газотурбинном двигателе 10. В частности, на фиг. 3 показан промежуточный корпус 16, который является конструктивной частью газотурбинного двигателя 10 и служит для передачи тяговых усилий от газотурбинного двигателя 10 на самолет через пилон.

Этот промежуточный корпус 16 содержит внутреннюю кольцевую обечайку (не показана), от которой отходят радиальные стойки 40, соединенные своими радиально наружными концами с наружной кольцевой обечайкой 52. На практике внутренняя кольцевая обечайка покрыта снаружи панелями 38, каждая из которой расположена в окружном направлении между двумя радиальными стойками 40 промежуточного корпуса 16. Каждая панель 38 содержит отверстия или щели 54, выполненные в ее нижней по потоку части для прохождения воздуха из кольцевого воздушного проточного тракта первого контура, что хорошо известно специалисту в данной области.

Верхняя по потоку кольцевая обечайка 22 обеспечивает крепление лопаток 28 статора, служащих для спрямления воздуха, выходящего из расположенного выше по потоку вентилятора 12, что было описано со ссылками на фиг. 1. Эта кольцевая обечайка 22 содержит нижнюю по потоку первую кольцевую стенку 24, соединенную с верхней по потоку второй кольцевой стенкой 26 через радиальный кольцевой уступ 30. Верхняя по потоку вторая кольцевая стенка 26 содержит отверстия 56, вытянутые в продольном направлении А, через каждое из которых проходит основание 58 крепления лопатки 28 статора для спрямления воздушного потока. Нижний по потоку конец нижней по потоку первой кольцевой стенки 24 закреплен болтами 34 на внутренней кольцевой обечайке промежуточного корпуса 16.

Как более наглядно показано на фиг. 4 и 5, верхний по потоку конец каждой панели 38 закреплен на первой кольцевой стенке 24 верхней по потоку кольцевой обечайки 22 и расположен в нижнем по потоку продолжении второй кольцевой стенки 26, чтобы восстанавливать радиально внутреннюю кольцевую поверхность для прохождения воздушного потока второго контура.

Для этого необходимо располагать каждую панель 38 на заранее определенном расстоянии от первой кольцевой стенки 24. Это может быть затруднено, когда панели выполнены из композиционного материала с карбоновыми волокнами, погруженными в матрицу из термоотверждаемой смолы, такой как эпоксидная смола.

Изобретением предложено выполнять крепление каждой панели 38 на первой радиальной кольцевой стенке 24 через втулку 60 и вкладыш 62, выполненный в соответствии с особой конфигурацией, чтобы обеспечивать хорошую передачу усилий.

Так, каждая панель 38 содержит множество отверстий 64, контур которых имеет часть 66 по существу усеченной конусной формы, расширяющуюся радиально наружу и продолженную на своем радиально внутреннем конце цилиндрическим кольцевым бортиком 68 с по существу радиальной осью. Усеченная конусная часть 66 контура отверстия 64 позволяет разместить головку 70 средства 72 крепления, такого как винт 48, чтобы он не выступал в кольцевой воздушный проточный тракт 20 второго контура.

В каждое отверстие 64 установлена промежуточная втулка 60, которая содержит первый концевой кольцевой участок 74, расположенный на уровне радиально наружного конца втулки 60, и второй концевой кольцевой участок 76, расположенный противоположно к первому концевому кольцевому участку 74, то есть в положении в газотурбинном двигателе радиально по отношению внутреннему концу втулки 60. В варианте осуществления, представленном на фиг. 4-8, первый концевой кольцевой участок 74 и второй концевой кольцевой участок 76 имеют форму усеченной конусной юбки 78, 80, расширяющейся соответственно радиально наружу и радиально внутрь. Первый концевой кольцевой участок 74 и второй концевой кольцевой участок 76 соединены между собой цилиндрическим кольцевым участком 82. Можно заметить, что второй концевой кольцевой участок 76 втулки 60 имеет толщину е1 стенки, меньшую толщины е2 стенки цилиндрического участка, что обеспечивает деформацию при запрессовке второго концевого кольцевого участка 76, служащего для удержания вкладыша 62. Эта разность толщины лучше видна на фиг. 8, где показана втулка 60 до запрессовки, а также на фиг. 7, где показана втулка 60 после запрессовки.

Первый концевой кольцевой участок 74 втулки 60 прилегает к радиально наружной стороне 66а контура отверстия 64 и, в частности, к радиально наружной стороне 66а усеченной конусной части 66 контура отверстия 64.

На уровне каждого отверстия 64 вокруг втулки 60 и радиально между панелью 38 и первой радиальной кольцевой стенкой 24 установлен вкладыш 62. Через этот вкладыш 62 проходит втулка 60, которая неподвижно соединяет его с панелью 38. Этот вкладыш 62 содержит радиально наружную кольцевую сторону 84, форма которой по существу соответствует форме радиально внутренней стороны 66b усеченной конусной части 66 контура отверстия 64 панели 38. В данном случае эта радиально наружная кольцевая сторона 84 вкладыша 62 имеет усеченную конусную форму с увеличивающимся радиально наружу сечением. Можно заметить, что вкладыш 62 имеет кольцевое гнездо или зенкованное отверстие 86, окружающее втулку 60, в которое заходит цилиндрический бортик 68 контура отверстия 64. Свободный конец цилиндрического бортика 68 контура отверстия 64 расположен на расстоянии, то есть не входит в контакт с дном 90 углубления, поэтому опора вкладыша 62 на контур отверстия 64 происходит на уровне радиально наружной кольцевой стороны 84 вкладыша 62, а не на уровне свободного конца цилиндрического бортика 88 контура отверстия 64. Вкладыш 62 имеет по существу гладкую кольцевую поверхность 92 и прилегает к радиально наружной стороне первой кольцевой стенки 24 верхней по потоку кольцевой обечайки 22.

Как наглядно показано на фиг. 4, 5 и 7, радиально напротив соответствующей кольцевой поверхности 81 вкладыша 62, в данном случае тоже усеченной конусной формы, расположена вторая усеченная конусная юбка 80 втулки 60 для обеспечения радиального удержания вкладыша 62 на панели 38. Это позволяет предварительно установить втулку 60 и вкладыш 62 на панели 38, соединив между собой эти три детали, что позволяет проще манипулировать панелью 38.

Как показано на фиг. 8, втулку 60 устанавливают таким образом, чтобы первая усеченная конусная юбка 78 опиралась на радиально наружную сторону усеченной конусной части 66 контура отверстия 64, при этом второй кольцевой участок 76 втулки 60 имеет по существу цилиндрическую форму, необходимую для введения втулки 60 в отверстие 64 панели 38. После этого вокруг втулки 60 устанавливают вкладыш 62 и производят запрессовку второго кольцевого участка 76, чтобы получить усеченную конусную юбку 80, как было описано выше.

Вторая усеченная конусная юбка 80 может иметь угол раствора примерно в 60°. Первая усеченная конусная юбка 78 может иметь угол раствора, который превышает угол раствора второй усеченной конусной юбки 80 и может составлять примерно от 100° до 130° (фиг. 4, 5 и 7).

В частности, монтаж и запрессовку втулки 60 на вкладыше 62 производят таким образом, чтобы втулка имела зазор в радиальном направлении относительно панели 38 около одной десятой миллиметра, когда вкладыш опирается на радиально внутреннюю сторону усеченной конусной части 66 панели 38. Это позволяет ограничить механические напряжения, действующие на панель 38 и в частности, на уровне контура отверстия 64 панели 38, а также на вкладыш 62 после запрессовки втулки 60. На практике запрессовку производят таким образом, чтобы оставлять кольцевое пространство между вторым кольцевым участком 76 или усеченной конусной юбкой 80 и кольцевой поверхностью 81 вкладыша (фиг. 7).

Когда панель 38 оказывается оснащенной втулками 60 и вкладышами 62, ее устанавливают радиально напротив первой кольцевой стенки 24 и во втулки 60 вставляют винты 48, при этом головка 70 винта прилегает к первой усеченной конусной юбке 78, а его противоположный конец завинчивают в гайку 50, запрессованную на первой кольцевой стенке 24 (фиг. 5).

На фиг. 7 изображено множество стрелок F1, F2, F3, которые показывают зажимное усилие, прикладываемое к панели 38, которое проходит внутри и распределяется по всей усеченной конусной части 66 контура отверстия 64, затем проходит во вкладыше 62 через его усеченную конусную поверхность 84, после чего передается на первую кольцевую стенку 24.

Втулку 60 можно выполнить из металлического материала, а вкладыш 62 можно выполнить из термоотверждаемой смолы.

Изобретение относится к узлу для газотурбинного двигателя с продольной осью, содержащему первую кольцевую стенку (24), при этом радиально напротив указанной первой кольцевой стенки (24) расположены панели (38) вокруг продольной оси (А), образуя поверхность для прохождения воздушного потока, причем каждая панель (38) соединена с первой кольцевой стенкой (24) при помощи по меньшей мере одного средства (72) крепления, проходящего через отверстие панели (38) и соединенного с первой кольцевой стенкой (24) при помощи втулки и образующего распорку вкладыша. Таким образом, предложенный монтаж позволяет выполнять панели без бобышек, которые заменены вкладышами, конструктивно независимыми от панелей. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Узел для газотурбинного двигателя (10) с продольной осью (А), содержащий первую кольцевую стенку (24), и, в частности, предназначенный для установки на промежуточном корпусе (16), при этом радиально напротив указанной первой кольцевой стенки (24) расположены панели (38) вокруг продольной оси (А), образуя поверхность для прохождения воздушного потока, при этом каждая панель (38) соединена с первой кольцевой стенкой (24) при помощи по меньшей мере одного средства (72) крепления, проходящего через отверстие (64) панели (38) и соединенного с первой кольцевой стенкой (24), отличающийся тем, что в каждое отверстие (64) вставлена втулка (60), которая содержит первый концевой кольцевой участок (74), прилегающий к стороне (66а) контура отверстия (64), противоположной к первой кольцевой стенке (24), при этом средство (72) крепления прижимает указанный первый концевой кольцевой участок (74) втулки (60) к контуру отверстия (64), причем радиально между контуром отверстия (64) и первой кольцевой стенкой (24) установлен вкладыш (62), образующий распорку, окружающую втулку (60).

2. Узел по п. 1, в котором каждая втулка (60) содержит второй концевой кольцевой участок (76), противоположный к первому концевому кольцевому участку (74) и расположенный радиально напротив соответствующей поверхности (84) вкладыша (62) для удержания вкладыша (62) на панели (38).

3. Узел по п. 2, в котором втулка (60) содержит цилиндрический участок (82) соединения первого концевого кольцевого участка (74) и второго концевого кольцевого участка (76).

4. Узел по одному из пп. 1-3, в котором каждый первый концевой кольцевой участок (74) втулки (60) образует усеченную конусную юбку (78), прилегающую к усеченной конусной части (66) контура отверстия (64) панели (38).

5. Узел по п. 4, в котором усеченная конусная часть (66) контура отверстия (64) панели (38) продолжена цилиндрическим кольцевым бортиком (68), свободный конец которого расположен на расстоянии от вкладыша (62), при этом усеченная конусная часть (66) контура панели (38) зажата между первой концевой кольцевой частью (74) втулки (60) и вкладышем (62).

6. Узел по одному из пп. 1-5, в котором первый концевой кольцевой участок (74) и второй концевой кольцевой участок (76) втулки (60) образуют юбки (78, 80) по существу усеченной конусной формы.

7. Узел по одному из пп. 1-6, в котором втулка (60) и вкладыш (62) установлены с зазором посредством радиального поступательного движения относительно панели, причем этот зазор составляет порядка одной десятой миллиметра.

8. Узел по одному из пп. 1-7, в котором панели (38) выполнены из композиционного материала, содержащего карбоновые волокна, погруженные в термоотверждаемую матрицу, такую как эпоксидная смола.

9. Узел по одному из пп. 1-8, который содержит кольцевую обечайку (22), образованную первой кольцевой стенкой (24), расположенной ниже по потоку относительно второй кольцевой стенки (26) и соединенной с ней через радиальный кольцевой уступ (30), при этом каждая панель (38) расположена вокруг продольной оси (А) и находится в нижнем по потоку продолжении верхней по потоку второй кольцевой стенки (26) кольцевой обечайки (22), ограничивая кольцевую поверхность для прохождения воздушного потока.

10. Двухконтурный газотурбинный двигатель (10), содержащий узел по п. 9, в котором на второй кольцевой стенке (26) установлены лопатки (28) статора, проходящие радиально наружу, при этом первая кольцевая стенка (24) закреплена на промежуточном корпусе (16), на котором также закреплен нижний по потоку конец каждой панели (38), при этом вторая кольцевая стенка (26) и панели (38) ограничивают радиально внутрь кольцевой проточный тракт (20) воздушного потока второго контура.

11. Газотурбинный двигатель (10) по п. 10, в котором каждая панель (38) расположена в окружном направлении между радиальными стойками (40) промежуточного корпуса (16).