Ротор газотурбинного двигателя, турбореактивный двигатель и заглушка для ротора газотурбинного двигателя - RU2496988C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и касается, в частности, турбореактивного двигателя с передним вентилятором.

Ротор турбовентилятора двигателя, которым оборудуют гражданские самолеты, содержит диск, вращаемый валом низкого давления. На периферии диска расположено множество лопаток, и лопатки закреплены на нем своим концом, образующим их ножку. Согласно распространенному типу конструкции, ножка лопатки имеет сечение в виде ласточкина хвоста, и лопатки заходят в гнезда, выполненные путем механической обработки в ободе диска в осевом направлении. Непосредственно на выходе диска вентилятора находится компрессор наддува, образующий этот же ротор. Он выполнен в виде барабана и содержит несколько ступеней лопаток. Диск вентилятора неподвижно соединяют с барабаном компрессора наддува при помощи болтового крепления на его радиальном фланце. Кроме того, фланец содержит вырезы, образующие средство осевого удержания лопаток диска вентилятора. На выходе каждая ножка лопатки оборудована осевым расширением с двумя радиальными канавками и заходит в вырез на уровне канавок с возможностью блокировки ее любого осевого смещения.

При нормальной работе аэродинамические усилия, действующие на лопатки вентилятора, имеют осевую результирующую, направленную в сторону входа. Однако, когда двигатель начинает работать в режиме самовращения, усилия, действующие на лопатки, меняют направление на обратное. Несмотря на вышеупомянутую блокировку, остается люфт, и происходит смещение в сторону выхода. Часть лопатки, образующая стойку между ножкой в виде ласточкина хвоста и полкой, приходит в положение опоры своим задним поперечным краем на передний фланец барабана компрессора наддува. Происходит износ на фланце на его передней стороне в зонах, находящихся в продолжении гнезд диска вентилятора.

Связанная с этим явлением износа проблема возникает из-за наличия в этих зонах отверстий, выполненных для снятия напряжений во фланце. Лопатка, опирающаяся на фланец в зоне с отверстием, тоже подвергается эрозии. При этом износ стойки не является равномерным. Поверхность задней стороны стойки подвергается износу, когда она входит в контакт с фланцем; участок поверхности, находящийся напротив отверстия, не подвергается износу и со временем начинает выглядеть в виде утолщения. В результате этого между лопатками и фланцем появляются нежелательные зазоры.

Задачей настоящего изобретения является разрешение указанной проблемы.

Согласно изобретению, эту задачу решают путем реализации ротора газотурбинного двигателя, содержащего диск с ободом и осевыми гнездами, выполненными на ободе путем механической обработки для индивидуального крепления лопаток, при этом на одной стороне обода устанавливают кольцо, при этом в кольце в осевом продолжении гнезд выполняют отверстия, при этом, по меньшей мере, часть упомянутых отверстий в продолжении гнезд содержат заглушку, отличающегося тем, что заглушка состоит из первой половины заглушки, выполненной из первого износостойкого материала, и из второй половины заглушки из второго материала, при этом обе половины заглушки опираются одна на одну сторону кольца и другая на другую сторону кольца и соединены друг с другом через отверстие.

Заглушка обеспечивает также герметичность по отношению к задней полости.

За счет установки заглушки из износостойкого материала создают опорную поверхность для лопатки, и износ становится равномерным. Таким образом, эту проблему износа решают исключительно просто при помощи детали, которая имеет низкую стоимость и проста в эксплуатации. Это устройство можно применять как на новых газотурбинных двигателях, так и на газотурбинных двигателях, уже находящихся в эксплуатации.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, первая половина заглушки содержит головку в виде диска с заплечиком и крепление, вторая половина заглушки содержит головку в виде диска с заплечиком и крепление, при этом оба крепления имеют взаимодополняющие формы и взаимодействуют друг с другом. Крепления могут быть, например, винтовыми или могут быть выполнены защелкивающимися, при этом крепление первой половины заглушки является охватываемым, а крепление второй половины заглушки является охватывающим.

Предпочтительно заглушку выполняют таким образом, чтобы не повреждать металл, из которого выполнен барабан. Действительно, во время работ, производимых техником, необходимо избегать любого трещинообразования.

Эти работы облегчены за счет диска с заплечиком первой половины заглушки, содержащим приводное средство для приведения в действие крепления. Это средство выполнено в виде меток, позволяющих устанавливать инструмент, обеспечивающий крепление, например, путем завинчивания или отвинчивания первой половины заглушки или же путем защелкивания.

Работы можно облегчить еще больше за счет второй половины заглушки, содержащей средство, препятствующее ее проворачиванию вокруг оси ее крепления.

Предпочтительно, чтобы первая половина заглушки была выполнена из металла, например из стали, а вторая половина заглушки была выполнена из пластического материала.

Объектом изобретения является также заглушка, образующая износостойкое устройство.

Объектом настоящего изобретения является также ротор компрессора газотурбинного двигателя, содержащий диск ротора с ободом, неподвижно соединенным с кольцом, при этом обод диска содержит осевые гнезда для установки лопаток, при этом кольцо, по меньшей мере, частично, перекрывает задний край гнезд и содержит отверстия для снятия напряжений, часть из которых находится в осевом продолжении упомянутых гнезд, и содержащий описанную выше заглушку.

В частности, диск ротора газотурбинного двигателя является диском вентилятора в газотурбинном двигателе с передним вентилятором, закрепленным на барабане компрессора низкого давления. Кольцо неподвижно соединено с барабаном компрессора, и диск ротора крепят на барабане при помощи болтового соединения на кольце. Отверстия являются отверстиями снятия напряжений.

Изобретение находит применение, в частности, в турбореактивном двигателе, содержащем передний вентилятор и компрессор наддува, в котором диск вентилятора и барабан компрессора образуют ротор в соответствии с настоящим изобретением.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает вид сбоку турбореактивного двигателя, в котором применяют износостойкое устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - детальный вид в изометрии ротора вентилятора турбореактивного двигателя со стороны переднего фланца компрессора наддува.

Фиг.3 - детальный вид фланца, показанного на фиг.2, с износостойким устройством.

Фиг.4 - вид конструкции заглушки в соответствии с настоящим изобретением в осевом разрезе по отверстию.

Фиг.5 - вид головки половины заглушки, находящейся со стороны гнезд.

Фиг.6 - вид головки половины заглушки, находящейся со стороны, противоположной гнездам.

На фиг.1 в осевом разрезе показан турбореактивный двигатель 1. Он содержит передний вентилятор 2 с ротором, заключенным в картер 3 вентилятора, ограничивающий тракт вторичного потока. Ротор 2 вентилятора неподвижно соединен с компрессором 4 низкого давления, называемым также компрессором наддува. Узел вентилятора 2 и компрессора наддува неподвижно соединен при помощи центрального вала с турбинным агрегатом, образующим турбину 8 низкого давления.

На выходе компрессора 4 наддува воздух сжимается также компрессором 5 высокого давления. Этот компрессор неподвижно соединен во вращении со ступенью 7 турбины высокого давления, которая приводит его во вращение. Сжатый воздух поступает в камеру 6 сгорания, которая производит горячие газы, вращающие ступени турбины.

В данном примере изобретение касается части двигателя, расположенной между ротором 2 вентилятора и ротором 4 компрессора низкого давления.

На фиг.2 в изометрии показано внутреннее пространство этой зоны без лопаток вентилятора.

На своем ободе диск 20 вентилятора содержит гнезда 21, в основном имеющие осевое направление и в данном случае являющиеся криволинейными. Гнезда имеют сечение в виде ласточкина хвоста. Обод содержит радиальные фланцы 22 между гнездами для крепления межлопаточных полок. Диск 20 неподвижно соединен с находящимся сзади компрессором 4 низкого давления. Компрессор содержит цилиндрический барабан 41, на котором закреплены частично показанные лопатки 42 компрессора. Спереди барабан неподвижно соединен с радиальным фланцем 43, на котором при помощи болтового соединения крепят обод диска 20. Обод содержит радиальные крепежные фланцы 23 между гнездами 21. Каждый радиальный фланец 23 крепят при помощи болта 24 на переднем фланце 43 компрессора.

Передний фланец 43 содержит удерживающие вырезы 43а с радиальными краями, открытые в сторону оси двигателя. Эти вырезы предназначены для удержания в осевом направлении лопаток за счет захождения в них ножки, находящейся напротив лопатки. Этот вариант крепления лопаток описан в патенте ЕР 165860, выданном на имя заявителя. Между крепежными фланцами 23 по окружности такого же диаметра на переднем фланце 43 выполнены отверстия 44. Эти отверстия предназначены для снятия напряжений, которым подвергается эта деталь. Уплотнительные пробки позволяют избежать утечек воздуха на выходе внутри барабана 41 в сторону входа, где давление является более низким. Эти уплотнительные пробки выполнены из пластического материала и не выполняют никакой другой функции.

Во время работы двигатель может работать в режиме самовращения с изменением направления на обратное усилий, действующих на лопатки. В этом случае лопатки приходят в положение опоры на фланец 43 задней стороной своих стоек. Давление и смещения лопаток приводят одновременно к износу лопатки и переднего фланца. На этом роторе показан след Т износа, оставленный стойкой лопатки на фланце. Этот след находится в продолжении гнезд и перекрывает отверстие 44. В результате происходит неравномерный износ стойки с выборкой материала вокруг зоны, находящейся в оси отверстия.

Изобретение решает эту проблему за счет установки износостойкой заглушки. На фиг.3 показана та же зона двигателя, что и на фиг.2, и тоже без лопаток. На фигуре показана только часть диска 20 вентилятора. Она связана с передним фланцем 43 заднего компрессора низкого давления. Отверстие 44, находящееся напротив гнезда 21 в его продолжении, закрыто заглушкой 50. Эта заглушка выполнена таким образом, чтобы образовать опорную поверхность для лопатки, которая находится в этом гнезде, но на фигуре не показана.

Фиг.4, 5 и 6 иллюстрируют решение в соответствии с настоящим изобретением.

Заглушка 50 содержит две половины 51 и 52 заглушки, по одной с каждой стороны отверстия 44. Половина 51 заглушки со стороны лопатки А содержит головку 51а, более широкую, чем диаметр отверстия. Головка 51а выполнена в виде диска с заплечиком. Его поверхность является плоской и образует широкую опорную поверхность для стойки лопатки А. Половина 51 заглушки содержит крепление 51b, обеспечивающее соединение с половиной 52 заглушки. Половина 51 заглушки выполнена из износостойкого материала, например из металла.

Как видно на фиг.5, где заглушка показана спереди, головка 51а содержит также три метки 51с для введения инструмента, при помощи которого половину заглушки крепят к стержню, например, при помощи завинчивания, но при этом можно применять также и другие средства.

Половина 52 заглушки, которая выполнена из пластического материала, содержит головку 52а, опирающуюся на противоположную сторону переднего фланца 43. Головка 52а тоже выполнена в виде диска с заплечиком. Половина заглушки продолжена в отверстии 44 креплением 52b, которое взаимодействует с креплением 51b половины 51 заглушки, образуя соединение и удерживая обе половины заглушки прижатыми друг к другу с двух сторон переднего фланца 43. Например, крепление 51b выполнено в виде резьбового стержня, взаимодействующего за счет завинчивания с охватывающим креплением 52b. Как видно на фиг.6, где половина 52 заглушки показана спереди, головка 52а содержит край 52а', образующий средство блокировки вращения, опираясь на выступ 43', выполненный путем механической обработки на переднем фланце 43.

Заглушку устанавливают следующим образом.

В первоначальной фазе во время монтажа двигателя половину 52 заглушки устанавливают в отверстие изнутри барабана. Наружный диаметр охватывающего крепления 52b позволяет произвести посадку в натяг половины 52 заглушки, введя охватывающее крепление 52b в отверстие 44.

Затем устанавливают половину 51 заглушки с другой стороны и крепят ее при помощи инструмента с тремя ветвями, устанавливаемыми в метки 51с головки 51а. Выступая из отверстия, головка 51а образует опорную поверхность, достаточную для распределения усилий. Прочность головки 51а является также достаточной, чтобы металл не проникал в отверстие.

Если необходимо заменить заглушку, достаточно снять половину 51 заглушки, оставив на месте другую половину заглушки. Таким образом, решается проблема доступа к другой стороне переднего фланца.

Таким образом, при помощи исключительно простого и недорогого средства решается проблема износа, которая ведет к снижению безопасности и производительности двигателя и к повышению его стоимости.

Реферат

Ротор газотурбинного двигателя содержит диск с осевыми гнездами, выполненными на ободе диска для индивидуального крепления лопаток. На одной стороне обода устанавливают кольцо. В кольце в осевом продолжении гнезд выполняют отверстия, содержащие заглушку. Заглушка состоит из первой половины из первого износостойкого материала и из второй половины из второго материала. Одна половина заглушки опирается на одну сторону кольца, а другая - на другую сторону кольца, причем половины заглушки соединены друг с другом через отверстие. Другое изобретение группы относится к турбореактивному двигателю, содержащему передний вентилятор и барабан компрессора наддува на выходе вентилятора, образующие указанный выше ротор. Кольцо неподвижно соединено с барабаном компрессора, а диск вентилятора прикреплен к барабану болтовым соединением, выполненным на кольце. Еще одно изобретение относится к заглушке для указанного выше ротора газотурбинного двигателя, содержащей первую половину из первого износостойкого материала, и вторую половину из второго материала, идентичного или отличного от первого. Изобретения позволяют обеспечить равномерный износ ножки лопатки вентилятора в месте ее контакта с ротором компрессора. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула