Ротор вентилятора турбореактивного двигателя - RU2221169C2

Чертежи

Описание

Предлагаемое изобретение касается системы полугруппового удержания подвижных лопаток турбореактивного двигателя.

Более конкретно, это изобретение касается ротора вентилятора турбореактивного двигателя, содержащего множество съемных лопаток вентилятора, закрепленных на ободе диска, причем каждая из лопаток вентилятора содержит корневую часть или ножку лопатки, которая установлена в канавке по существу осевого направления и имеющей соответствующую форму, выполненной в ободе диска, причем каждая из лопаток вентилятора удерживается в канавке при помощи шпонки, установленной под корневой частью каждой лопатки, и средства, предназначенные для удержания в осевом направлении шпонок и корневых частей лопаток, причем эти средства содержат, в частности, фланец, упирающийся в переднюю по потоку поверхность диска и закрепленный на диске при помощи средств крепления.

В последующем изложении выражение "передняя по потоку поверхность" обозначает поверхность, обращенную в сторону передней части двигателя, а выражение "задняя по потоку поверхность" обозначает поверхность, обращенную в направлении задней части этого двигателя. Кроме того, выражение "внутренняя в радиальном направлении часть" обозначает зону, располагающуюся вблизи от оси вращения диска, а выражение "наружная в радиальном направлении часть" обозначает зону, удаленную от этой оси вращения.

В патентном документе FR-A-2681374 описано крепление лопаток вентилятора турбореактивного двигателя, использующее фигурные скобы, располагающиеся спереди по потоку и сзади по потоку на периферийной части диска и снабженные отверстиями, предназначенными для крепления двух колец, предусмотренных соответственно на переднем по потоку кожухе и на барабане компрессора, которые взаимодействуют с концами корневых частей лопаток для того, чтобы неподвижно зафиксировать их в осевом направлении и в радиальном направлении. Лопатки вентилятора представляют на задней по потоку стороне их корневых частей два обтекателя, которые вставляются соответственно на внутренние и наружные в радиальном направлении поверхности первого кольца, а также представляют на передней по потоку стороне их корневых частей два обтекателя, которые вставляются соответственно на внутренние и наружные в радиальном направлении поверхности второго кольца.

Такое устройство фиксации усложняет механическую обработку лопаток вентилятора, которые представляют два обтекателя на двух своих концах, а также делает затруднительной и длительной операцию замены одной поврежденной лопатки, поскольку необходимо отвинтить множество шпилек крепления кольца, причем эти шпильки располагаются в отверстиях фигурной скобы и характеризуются весьма затрудненным доступом к ним.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить ротор вентилятора типа, который определен выше во вступительной части данного описания и в котором лопатки удерживаются каскадным образом в случае осевого смещения.

Эта задача в соответствии с предлагаемым изобретением решается тем, что в роторе вентилятора турбореактивного двигателя, содержащем множество съемных лопаток вентилятора, закрепленных на ободе диска, причем каждая из лопаток вентилятора содержит корневую часть лопатки, которая устанавливается в канавку, имеющую по существу осевое направление и соответствующую форму и выполненную в ободе диска, и каждая из этих лопаток вентилятора удерживается в канавке при помощи шпонки, размещенной под каждой корневой частью лопатки, и средства, предназначенные для удержания в осевом направлении шпонок и корневых частей лопаток в канавках, причем эти средства содержат, в частности, фланец, упирающийся в переднюю по потоку поверхность диска и прикрепленный к этому диску при помощи соответствующих средств крепления, согласно изобретению упомянутые шпонки содержат на одном из своих концов утолщение, вставленное между корневыми частями лопаток и фланцем, и тем, что диск содержит на своей передней по потоку поверхности множество радиальных выступов, чередующихся с канавками, при этом фланец содержит на своей задней по потоку поверхности множество радиальных зубцов, способных входить в упорный контакт с радиальными выступами диска в случае осевого смещения лопатки, а также вследствие того, что средства крепления фланца на диске располагаются на внутренней в радиальном направлении части этого фланца.

Благодаря такой системе удержания надежность реализуемого удержания лопаток вентилятора весьма существенно повышается. Лопатки вентилятора фиксируются последовательно друг за другом следующим образом. Данная лопатка вентилятора прежде всего опирается на шпонку, после чего по меньшей мере один радиальный зубец фланца частично взаимодействует с выступом диска для того, чтобы зафиксировать эту лопатку вентилятора. Средства крепления самого фланца способствуют окончательной фиксации данной лопатки вентилятора.

В случае осевого смещения одной лопатки возникающие при этом усилия воспринимаются одновременно радиальными выступами диска и средствами крепления фланца на этом диске. Таким образом, эти средства крепления фланца воспринимают только часть упомянутых усилий. В том случае, когда средства крепления фланца на диске содержат шпильки, количество этих шпилек может быть уменьшено по сравнению с их количеством, используемым на существующем уровне техники в данной области, который характеризуется патентным документом FR-A-2681374. И наконец, поскольку радиальные выступы диска не содержат отверстий крепления этого диска, эти выступы позволяют выдерживать более значительные осевые усилия по сравнению с фигурными скобами, описанными в патентном документе FR-A-2681374.

Предпочтительным образом радиальные выступы диска проходят в направлении наружу и радиальные зубцы фланца проходят в направлении внутрь. Можно также предусмотреть и такой вариант реализации, когда радиальные выступы диска проходят в направлении внутрь, а радиальные зубцы фланца проходят в направлении наружу.

Предпочтительным образом некоторый осевой зазор формируется между радиальными выступами диска и радиальными зубцами фланца.

Этот зазор позволяет обеспечить рассеивание части энергии в том случае, когда лопатка вентилятора, удерживаемая шпонкой, смещается в осевом направлении.

В соответствии с одним из способов реализации предлагаемого изобретения средства крепления фланца на диске содержат множество шпилек, параллельных оси вращения диска.

Эти шпильки здесь используются в количестве, достаточном для удержания упомянутого фланца на диске в случае осевого смещения одной лопатки вентилятора. Предпочтительным образом эти шпильки содержат систему винт-гайка, выдерживающую требуемые осевые усилия и усилия сдвига.

Характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания не являющихся ограничительными примеров его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схематический вид в разрезе системы осевого удержания лопаток вентилятора комбинированного или каскадного типа, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, причем здесь стрелка F, ориентированная в направлении спереди назад по потоку, дополнительно представляет направление течения потока воздуха;
Фиг. 2 представляет собой схематический вид данной системы в разрезе по линии П-П, показанной на фиг.1, причем здесь упомянутый фланец удален;
Фиг.3 представляет собой схематический частичный перспективный вид с задней по потоку стороны к передней по потоку стороне наружной части диска, содержащей одну единственную шпонку для сохранения ясности чертежа, который показывает фланец в его разблокированном положении;
Фиг.4 представляет собой схематический вид, идентичный виду, показанному на фиг.3, но с фланцем в его зафиксированном положении;
Фиг. 5 представляет собой схематический вид в разрезе системы осевого удержания лопаток вентилятора комбинированного или каскадного типа, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением;
Фиг. 6 представляет собой схематический вид в направлении по потоку спереди назад, где показан диск без фланца.

На фиг.1 и 2 схематически представлен диск 10 ротора вентилятора, содержащий обод 12, который представляет в своей периферийной части множество канавок 14, имеющих по существу осевое направление и равномерно распределенных вокруг оси вращения диска 10.

В каждой из канавок 14 установлена, в результате скольжения в осевом направлении, корневая часть 16 одной лопатки 18 вентилятора. Между этой корневой частью 16 лопатки и донной частью канавки 14 вставляется шпонка 20, которая удерживает эту корневую часть 16 лопатки в состоянии упора в стенки соответствующей канавки 14.

Каждая шпонка 20 на одном из своих концов содержит утолщение 22. Предпочтительным образом это утолщение 22 располагается на переднем по потоку конце этой шпонки между передней по потоку поверхностью корневой части 16 лопатки и фланцем 24, упирающимся в переднюю по потоку поверхность диска 10. Этот фланец 24 образован внутренней стенкой обечайки, которая ограничивает изнутри канал течения потока воздуха через данный вентилятор.

Диск 10 содержит на своей передней по потоку поверхности множество чередующихся с канавками 14 радиальных выступов 26, ориентированных в направлении наружу. Фланец 24 содержит на своей задней по потоку поверхности множество радиальных зубцов 28, ориентированных в направлении внутрь и способных входить в упорный контакт с радиальными выступами 26 диска 10.

Описанная выше конструкция образует предпочтительный вариант реализации предлагаемого изобретения, но может также быть рассмотрен и такой вариант реализации, в котором радиальные выступы 26 диска 10 будут ориентированы в направлении внутрь, а радиальные зубцы 28 фланца 24 будут ориентированы в направлении наружу.

На фиг. 3 схематически показано, что для установки фланца 24 на диск 10 (положение разблокировки) пропускают радиальные зубцы 28 фланца 24 через вырезы 30, сформированные между радиальными выступами 26 диска 10 и располагающиеся над донными частями канавок 14.

Поворот фланца 24 по отношению к диску 10 относительно оси вращения лопаток 18 вентилятора на угол, составляющий половину угла, разделяющего две соседние канавки, позволяет затем радиальным зубцам 28 располагаться против радиальных выступов 26 по потоку позади от них.

На фиг. 4 схематически показан фланец 24 в заблокированном положении. Ширина радиальных зубцов 28 фланца 24 может превышать ширину радиальных выступов 26 диска 10 с тем, чтобы часть каждого из этих радиальных зубцов 28 позволяла закрепить в осевом направлении часть каждой из лопаток 18 вентилятора.

Фланец 24 удерживается в требуемом положении при помощи простого соединительного средства типа винт/гайка.

Средства крепления фланца 24 содержат средства блокировки, образованные шпильками, содержащими винты 44 и гайки 46. На фиг.5 схематически показана скоба 42, прикрепленная при помощи винтов 44 и гаек 46, заделанных в диск 10. Этот диск 10, который является неизменным в своей наружной в радиальном направлении части (радиальные выступы 26), представляет, таким образом, более простую форму в своей внутренней в радиальном направлении части. То же самое можно сказать и об фланце 24.

Эта система закрепленной винтами скобы 42 одновременно служит для удержания по вращательному движению фланца 24 по отношению к диску 10 и для его удержания в осевом направлении, что требует соответствующего количества шпилек.

На фиг. 6 схематически показано, что диск 10 представляет в своей внутренней в радиальном направлении части множество отверстий, предназначенных для удержания фланца 24 на диске 10. Фиксация фланца 24 на диске 10 осуществляется, например, при помощи множества винтов 44 и гаек 46 таким образом, чтобы надежно удерживать фланец 24 прижатым к диску 10 даже в случае попытки утраты одной лопатки.

Полугрупповое осевое удержание подвижных лопаток вентилятора осуществляется следующим образом. В случае смещения одной лопатки 18 вентилятора эта лопатка входит в контакт с упором с утолщением 22 шпонки 20. Часть радиальных зубцов 28 фланца 24 фиксирует данную лопатку 18 вентилятора. Зазор 48 сформирован между радиальными зубцами 28 фланца 24 и радиальными выступами диска 10 для того, чтобы обеспечить рассеивание части энергии в процессе попытки потери одной лопатки 18 вентилятора, причем в этом случае фланец 24 может деформироваться перед тем, как эти радиальные зубцы 28 войдут в контакт с упором с радиальными выступами диска 10.

Во внутренней в радиальном направлении части именно скоба 42 фиксирует данную лопатку 18 вентилятора. Система винт-гайка 44, 46 блокирует фланец 24 на диске 10.

Реферат

Ротор вентилятора турбореактивного двигателя согласно изобретению содержит множество съемных лопаток (18), закрепленных на ободе (12) диска (10), причем каждая из лопаток (18) вентилятора содержит корневую часть (16) лопатки, которая устанавливается в канавку, имеющую по существу осевое направление и соответствующую форму и выполненную в ободе (12) диска (10), и каждая из этих лопаток (18) вентилятора удерживается в канавке при помощи шпонки (20), размещенной под каждой корневой частью (16) лопатки, и средства, предназначенные для удержания в осевом направлении шпонок (20) и корневых частей лопаток (16) канавках, причем упомянутые средства содержат, в частности, фланец (24), упирающийся в переднюю по потоку поверхность диска (10) и прикрепленный к этому диску (10) при помощи соответствующих средств крепления. Шпонки (20) содержит на одном из своих концов утолщение (22), располагающееся между корневыми частями (16) лопаток и фланцем (24). Диск (10) содержит на своей передней по потоку поверхности множество радиальных выступов (26), чередующихся с канавками, и фланец (24) содержит на своей задней по потоку поверхности множество радиальных зубцов (28), способных входить в упорный контакт с радиальными выступами (26) диска (10). При этом средства крепления фланца располагаются на его внутренней в радиальном направлении части. Изобретение обеспечивает удержание лопаток каскадным образом в случае осевого смещения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула