Упрочнение корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе - RU2398135C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к вентиляторостроению, а точнее, к способам и устройствам для улучшения защиты и термической стойкости корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе.

Предшествующий уровень техники

При полномасштабном испытании газотурбинного реактивного двигателя лопасть вентилятора преднамеренно отделяется от втулки на максимальном числе оборотов двигателя посредством разрывного болта, расположенного в основании лопасти вентилятора. Это испытание используют, чтобы демонстрировать способность каркаса двигателя удерживать удар лопасти вентилятора и выдерживать образующиеся в результате неуравновешенные силы. Этот удар поглощается через вибрацию системы удерживания корпуса вентилятора, которая окружает двигатель. Корпус вентилятора является элементом системы удерживания корпуса вентилятора и обычно является самым тяжелым компонентом газотурбинного реактивного двигателя из-за его размера и из-за требований к прочности, которые корпус вентилятора должен иметь для целей удерживания. Поддерживание или снижение веса корпуса вентилятора при поддерживании или улучшении в то же самое время прочности корпуса вентилятора являются наглядно демонстрируемой потребностью в технике. Например, в патенте US 5163809 описан способ защиты корпуса двигателя путем установки защитного кольца, в котором защитное кольцо, выполненное со спиральной намоткой, устанавливается внутрь корпуса вместе с ободом, сжимающим защитное кольцо до установочного диаметра, и удерживается внутри корпуса двигателя за счет приложения радиально сжимающих сил. Однако для защиты корпуса от выхода радиального движущихся обломков лопастей из корпуса двигателя требуются повышенная надежность, дополнительная прочность и удерживающая способность вентилятора. К тому же в газотурбинных реактивных двигателях, способных к обратному выхлопу, нагретый воздух проходит обратно из камеры сгорания в область вентилятора, увеличивая температуру внутри корпуса вентилятора и вызывая повышение температуры корпуса вентилятора. Эти высокие температуры могут быть фактором в определении того, из какого материала должен быть выполнен корпус вентилятора. Поэтому выбор материалов корпуса вентилятора, которые могут противостоять повышенным температурам корпуса вентилятора, также является определяющим. В настоящем описании раскрываются способы и устройства, обеспечивающие повышение прочности и термической стойкости корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе.

Сущность изобретения

В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ упрочнения корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, заключающийся в окружении внешней периферийной поверхности одного из защитного кольца и корпуса вентилятора газотурбинного реактивного двигателя с использованием внутренней периферийной поверхности другого из защитного кольца и корпуса вентилятора газотурбинного реактивного двигателя и прикладывании радиально сжимающих сил к упомянутой внешней периферийной поверхности по окружности упомянутой внутренней периферийной поверхности, используя упомянутую окружающую внутреннюю периферийную поверхность.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения прикладывание упомянутой радиально сжимающей силы обеспечивается посредством горячей посадки с натягом упомянутого защитного кольца на упомянутый корпус вентилятора.

В другом варианте осуществления изобретения упомянутое прикладывание радиально сжимающей силы включает в себя размещение упомянутого защитного кольца внутри выемки, определяемой упомянутым корпусом вентилятора и имеющей такую форму, чтобы закреплять упомянутое защитное кольцо от смещения в продольном направлении относительно упомянутого корпуса вентилятора.

Корпус вентилятора окружает вентилятор, приспособленный к вращению внутри упомянутого корпуса вентилятора по оси вращения, чтобы обеспечивать приток воздуха и осевое давление, при этом упомянутые радиально сжимающие силы направлены к центру, расположенному на упомянутой оси вращения.

В другом дополнительном варианте осуществления изобретения выполняют машинную обработку выемки для защитного кольца по окружности во внутренней поверхности по направлению к переднему концу корпуса вентилятора, при этом упомянутые окружение и прикладывание включают в себя размещение упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке для защитного кольца посредством горячей посадки с натягом.

В другом дополнительном варианте осуществления изобретения выполняют машинную обработку с формированием выемки для защитного кольца по окружности во внешней поверхности по направлению к переднему концу корпуса вентилятора, при этом упомянутые окружение и прикладывание включают в себя размещение упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке защитного кольца посредством горячей посадки с натягом.

Машинная обработка может дополнительно включать машинную обработку упомянутой выемки для защитного кольца в упомянутой внутренней поверхности корпуса вентилятора в первом направлении, при этом множество углублений формируют и выравнивают на упомянутой внутренней поверхности в упомянутом первом направлении.

В варианте осуществления способ заключается в выковывании упомянутого защитного кольца в виде одной детали до упомянутой машинной обработки выемки и машинной обработке упомянутого защитного кольца до предварительно определенной формы для согласования с упомянутой выемкой для защитного кольца.

Защитное кольцо может выковываться из защитного материала в виде одной детали, при этом упомянутый материал выбирают из группы, состоящей из стали, титана, суперсплава на основе никеля.

Машинная обработка защитного кольца может включать машинную обработку внешней поверхности упомянутого защитного кольца во втором направлении, в котором множество углублений формируются и выравниваются на упомянутой внешней поверхности в упомянутом втором направлении, при этом когда упомянутую внутреннюю поверхность упомянутой выемки для защитного кольца и упомянутую внешнюю поверхность упомянутого защитного кольца размещают вместе, упомянутое множество углублений на упомянутой внутренней поверхности упомянутой выемки защитного кольца и упомянутое множество углублений на упомянутой внешней поверхности упомянутого защитного кольца выравниваются методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между упомянутой выемкой для защитного кольца и упомянутым защитным кольцом и снижая потенциальную возможность вращения упомянутого защитного кольца внутри упомянутой выемки для защитного кольца.

В другом дополнительном варианте осуществления изобретения способ может включать точечную сварку упомянутого защитного кольца с упомянутой выемкой для защитного кольца по меньшей мере в одном местоположении, чтобы задерживать вращение упомянутого защитного кольца относительно упомянутой выемки для защитного кольца.

Защитное кольцо может также соединяться болтами по меньшей мере с одним фланцем, прикрепленным к упомянутой выемке для защитного кольца, чтобы задерживать вращение упомянутого защитного кольца относительно упомянутой выемки для защитного кольца.

Машинная обработка защитного кольца может включать машинную обработку упомянутого защитного кольца с обратной конусностью, в котором первый наружный диаметр упомянутого защитного кольца в первой точке по направлению к переднему концу меньше, чем второй внутренний диаметр упомянутого защитного кольца во второй точке, отдаленной от упомянутого переднего конца.

Может быть также выполнена машинная обработка упомянутой выемки для защитного кольца с обратной конусностью, при этом первый внутренний диаметр корпуса вентилятора в первой точке упомянутой выемки для защитного кольца по направлению к упомянутому переднему концу меньше, чем второй внутренний диаметр корпуса вентилятора во второй точке упомянутой выемки для защитного кольца, расположенной в отдалении от упомянутого переднего конца.

Размещение защитного кольца в выемке для защитного кольца дополнительно содержит нагревание корпуса вентилятора для увеличения внутреннего диаметра упомянутой выемки для защитного кольца до второго диаметра, который больше, чем наружный диаметр упомянутого защитного кольца при температуре окружающей среды, расположение упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке для защитного кольца и обеспечение возможности корпусу вентилятора охлаждаться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутую выемку для защитного кольца уменьшаться от упомянутого второго диаметра к упомянутому внутреннему диаметру, с препятствием выполнению этого в виде упомянутого наружного диаметра упомянутого защитного кольца при упомянутой температуре окружающей среды, обеспечивая упомянутую горячую посадку с натягом.

Размещение защитного кольца может также дополнительно содержать нагревание корпуса вентилятора для увеличения внутреннего диаметра упомянутой выемки для защитного кольца до второго диаметра, охлаждение упомянутого защитного кольца для уменьшения наружного диаметра упомянутого защитного кольца до второго диаметра, при этом упомянутый второй диаметр упомянутого защитного кольца меньше, чем упомянутый второй диаметр упомянутой выемки для защитного кольца, расположение упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке для защитного кольца и обеспечение возможности корпусу вентилятора охлаждаться до температуры окружающей среды, заставляя упомянутую выемку для защитного кольца уменьшаться от упомянутого второго диаметра к упомянутому внутреннему диаметру и обеспечивая возможность упомянутому защитному кольцу нагреваться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутое защитное кольцо увеличиваться к упомянутому наружному диаметру, обеспечивая упомянутую горячую посадку с натягом.

В другом варианте осуществления изобретения упомянутое размещение дополнительно содержит охлаждение упомянутого защитного кольца для уменьшения наружного диаметра упомянутого защитного кольца до второго диаметра, при этом упомянутый второй диаметр упомянутого защитного кольца меньше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца, расположение упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке для защитного кольца и обеспечение возможности упомянутому защитному кольцу нагреваться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутое защитное кольцо увеличиваться к упомянутому наружному диаметру, но препятствовать выполнению этого посредством упомянутого внутреннего диаметра упомянутой выемки для защитного кольца при упомянутой температуре окружающей среды, обеспечивая упомянутую горячую посадку с натягом.

Способ также может включать машинную обработку с образованием по меньшей мере одной выемки для кольца жесткости по окружности в поверхности корпуса вентилятора и размещение кольца жесткости в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости, в котором упомянутое кольцо жесткости противостоит приобретению корпусом вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы газотурбинного реактивного двигателя.

Выемка кольца жесткости может быть сформирована машинной обработкой во внешней поверхности корпуса вентилятора, а упомянутое расположение упомянутого кольца жесткости дополнительно содержит нагревание упомянутого кольца жесткости для увеличения первого внутреннего диаметра упомянутого кольца жесткости до второго внутреннего диаметра, который больше, чем наружный диаметр упомянутой по меньшей мере одной выемки для кольца жесткости при температуре окружающей среды, расположение упомянутого кольца жесткости в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости и обеспечение возможности упомянутому кольцу жесткости охлаждаться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутое кольцо жесткости уменьшаться от упомянутого второго внутреннего диаметра к упомянутому первому внутреннему диаметру, но с препятствованием выполнению этого посредством упомянутого наружного диаметра упомянутой по меньшей мере одной выемки для кольца жесткости, обеспечивая упомянутую горячую посадку с натягом.

Корпус вентилятора может быть выполнен из первого материала, имеющего первую прочность, а упомянутое защитное кольцо выполнено из второго материала, имеющего вторую прочность, которая выше, чем прочность первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а упомянутый второй материал представляет собой суперсплав на основе никеля.

В другом варианте осуществления изобретения упомянутый корпус вентилятора выполнен из первого материала, имеющего первую прочность, а упомянутое кольцо жесткости выполнено из второго материала, имеющего вторую прочность, которая выше, чем прочность первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а упомянутый второй материал представляет собой суперсплав на основе никеля.

В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает устройство упрочнения корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, содержащее корпус вентилятора, имеющий передний конец и внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность по направлению к упомянутому переднему концу корпуса вентилятора, в котором одна из упомянутых внутренней и внешней поверхностей определяет выемку для защитного кольца, выполненную машинной обработкой по окружности в упомянутой одной поверхности корпуса вентилятора, и защитное кольцо, приспособленное для размещения в упомянутой выемке для защитного кольца, для обеспечения радиально сжимающих сил, прикладываемых от одного из упомянутого корпуса вентилятора и упомянутого защитного кольца к другому из упомянутого корпуса вентилятора и упомянутого защитного кольца.

Защитное кольцо приспособлено для размещения по горячей посадке с натягом.

Выемка для защитного кольца может быть выполнена машинной обработкой по окружности в упомянутой внутренней поверхности корпуса вентилятора по направлению к переднему концу корпуса вентилятора.

Защитное кольцо может быть выковано из защитного материала в виде одной детали и подвергнуто машинной обработке до предварительно определенной формы, при этом упомянутый материал выбирают из группы, состоящей из стали, титана, суперсплава на основе никеля.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения наружный диаметр упомянутого защитного кольца несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца при температуре окружающего воздуха, причем при нагреве корпуса вентилятора увеличивается упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца до второго диаметра, который больше, чем упомянутый наружный диаметр упомянутого защитного кольца, а после расположения упомянутого защитного кольца в упомянутой выемке для защитного кольца обеспечивается упомянутая горячая посадка с натягом при охлаждении корпуса вентилятора до упомянутой температуры окружающей среды.

Выемку для защитного кольца могут подвергать машинной обработке с обратной конусностью такой, что первый внутренний диаметр корпуса вентилятора в первой точке по направлению к упомянутому переднему концу меньше, чем второй внутренний диаметр корпуса вентилятора во второй точке, находящейся в отдалении от упомянутого переднего конца, и дополнительно упомянутое защитное кольцо подвергают машинной обработке по окружности на его внешней поверхности для согласования с упомянутой обратной конусностью.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения наружный диаметр упомянутого защитного кольца несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца при температуре окружающего воздуха, при этом при нагреве корпуса вентилятора увеличивается упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца до второго диаметра, причем при охлаждении упомянутого защитного кольца наружный диаметр упомянутого защитного кольца уменьшается до второго диаметра, причем упомянутый второй диаметр упомянутого защитного кольца меньше, чем упомянутый второй диаметр упомянутой выемки для защитного кольца, причем упомянутое защитное кольцо располагается в упомянутой выемке для защитного кольца с образованием упомянутой горячей посадки с натягом, когда корпус вентилятора охлаждается, а упомянутое защитное кольцо нагревается до упомянутой температуры окружающей среды.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения наружный диаметр упомянутого защитного кольца несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца при температуре окружающего воздуха, и упомянутое защитное кольцо охлаждают для уменьшения наружного диаметра упомянутого защитного кольца до второго диаметра, при этом упомянутый второй диаметр упомянутого защитного кольца меньше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца, при этом упомянутое защитное кольцо располагается в упомянутой выемке для защитного кольца с образованием упомянутой горячей посадки с натягом, когда упомянутое защитное кольцо нагревается до упомянутой температуры окружающей среды.

Устройство может содержать множество углублений, выровненных в первом направлении на подвергнутой машинной обработке внутренней поверхности упомянутой выемки для защитного кольца, и множество углублений, выровненных во втором направлении на подвергнутой машинной обработке внешней поверхности упомянутого защитного кольца, в котором, когда упомянутая внутренняя поверхность упомянутой выемки для защитного кольца и упомянутая внешняя поверхность упомянутого защитного кольца вместе собраны по горячей посадке с натягом, упомянутое множество углублений на упомянутой внутренней поверхности упомянутой выемки для защитного кольца и упомянутое множество углублений на упомянутой внешней поверхности упомянутого защитного кольца выравниваются методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга и увеличивают силы трения между упомянутой выемкой для защитного кольца и упомянутым защитным кольцом и снижая потенциальную возможность вращения упомянутого защитного кольца внутри упомянутой выемки для защитного кольца.

Защитное кольцо может быть с помощью точечной сварки по меньшей мере в одном месте приварено к упомянутой выемке для защитного кольца для предотвращения вращения упомянутого защитного кольца относительно упомянутой выемки для защитного кольца.

Устройство может содержать по меньшей мере один фланец, прикрепленный к упомянутой выемке для защитного кольца, при этом упомянутое защитное кольцо присоединено болтами к упомянутому по меньшей мере одному фланцу для предотвращения вращения упомянутого защитного кольца относительно упомянутой выемки для защитного кольца.

В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство содержит по меньшей мере одну выемку для кольца жесткости, выполненную машинной обработкой по окружности в поверхности корпуса вентилятора, и кольцо жесткости, размещенное в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости, при этом упомянутое кольцо жесткости установлено посредством горячей посадки с натягом, причем упомянутое кольцо жесткости противостоит приобретению корпусом вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы газотурбинного реактивного двигателя.

Кольцо жесткости может быть выковано из алюминия в виде одной детали.

Выемку для кольца жесткости выполняют машинной обработкой во внешней поверхности корпуса вентилятора, причем внутренний диаметр упомянутого кольца жесткости несколько меньше, чем наружный диаметр упомянутой по меньшей мере одной выемки для кольца жесткости при температуре окружающего воздуха, причем упомянутое кольцо жесткости нагревают, чтобы заставить упомянутый внутренний диаметр упомянутого кольца жесткости увеличиваться до второго диаметра, который больше, чем упомянутый наружный диаметр упомянутой по меньшей мере одной выемки кольца жесткости, обеспечивают возможность упомянутому кольцу жесткости располагаться в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости, образуя упомянутую горячую посадку с натягом, когда упомянутое кольцо жесткости охлаждается до упомянутой температуры окружающей среды.

Корпус вентилятора может быть изготовлен, например выкован, из одного материала из стали, титана и алюминия.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения корпус вентилятора может быть изготовлен из композиционного материала.

Наружный диаметр упомянутого защитного кольца может быть несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца при температуре окружающего воздуха, причем упомянутое защитное кольцо охлаждают, чтобы заставить упомянутый наружный диаметр упомянутого защитного кольца уменьшаться до второго диаметра, который меньше, чем упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки для защитного кольца, обеспечивают возможность упомянутому защитному кольцу располагаться в упомянутой выемке для защитного кольца, приводя к посадке с натягом, когда упомянутое защитное кольцо нагревается до упомянутой температуры окружающей среды.

Корпус вентилятора может быть выполнен из первого материала, имеющего первую прочность, а упомянутое защитное кольцо выполнено из второго материала, имеющего вторую прочность, которая выше, чем прочность первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а второй материал представляет собой суперсплав на основе никеля.

Корпус вентилятора может быть выполнен из первого материала, имеющего первую прочность, а упомянутое кольцо жесткости выполнено из второго материала, имеющего вторую прочность, которая выше, чем прочность первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а второй материал представляет собой суперсплав на основе никеля.

В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ упрочнения корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, заключающийся в окружении внешней периферийной поверхности термостойкого кольца, используя внутреннюю периферийную поверхность корпуса вентилятора газотурбинного реактивного двигателя, и прикладывании радиально сжимающих сил к упомянутой внешней периферийной поверхности по длине окружности упомянутой внутренней периферийной поверхности, используя упомянутую окружающую внутреннюю периферийную поверхность.

Прикладывание радиально сжимающих сил могут обеспечивать горячей посадкой с натягом упомянутого термостойкого кольца и упомянутого корпуса вентилятора.

Прикладывание радиально сжимающих сил может также включать в себя размещение упомянутого термостойкого кольца внутри выемки, определяемой упомянутым корпусом вентилятора и имеющей такую форму, чтобы закреплять упомянутое термостойкое кольцо от смещения в продольном направлении относительно упомянутого корпуса вентилятора.

Корпус вентилятора окружает вентилятор, приспособленный для вращения внутри упомянутого корпуса вентилятора по оси вращения, в котором упомянутые радиально сжимающие силы направлены к центру, расположенному на упомянутой оси вращения.

Способ включает машинную обработку с формированием выемки для термостойкого кольца по окружности во внутренней поверхности по направлению к середине корпуса вентилятора и размещением упомянутого термостойкого кольца в упомянутой выемке термостойкого кольца через горячую посадку с натягом.

Машинная обработка может дополнительно содержать машинную обработку упомянутой выемки термостойкого кольца в упомянутой внутренней поверхности корпуса вентилятора в первом направлении, при этом образуют и выравнивают множество углублений на упомянутой внутренней поверхности в упомянутом первом направлении.

В другом дополнительном варианте осуществления изобретения способ заключается в том, что до упомянутой машинной обработки выполняют упомянутое термостойкое кольцо из титанового листового материала, который разрезают, сгибают в цилиндрическую форму и сваривают по шву, и обрабатывают упомянутое термостойкое кольцо до предварительно определенной формы для согласования с упомянутой выемкой термостойкого кольца.

В еще одном другом дополнительном варианте осуществления изобретения способ заключается в том, что до упомянутой машинной обработки выковывают упомянутое термостойкое кольцо в виде одной детали и выполняют машинную обработку упомянутого термостойкого кольца до предварительно определенной формы для согласования с упомянутой выемкой термостойкого кольца.

В другом варианте осуществления изобретения упомянутое термостойкое кольцо выковывают из одного материала из титана, стали, легированной стали и суперсплава для аэрокосмических применений в виде одной детали.

Машинная обработка термостойкого кольца может дополнительно содержать машинную обработку внешней поверхности упомянутого термостойкого кольца во втором направлении, при этом образуются и выравниваются множество углублений на упомянутой внешней поверхности в упомянутом втором направлении, причем когда упомянутую внутреннюю поверхность упомянутой выемки для термостойкого кольца и упомянутую внешнюю поверхность упомянутого термостойкого кольца помещают вместе, упомянутое множество углублений на упомянутой внутренней поверхности упомянутой выемки для термостойкого кольца и упомянутое множество углублений на упомянутой внешней поверхности упомянутого термостойкого кольца выравниваются методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между упомянутой выемкой для термостойкого кольца и упомянутым термостойким кольцом и снижая возможность вращения упомянутого термостойкого кольца внутри упомянутой выемки для термостойкого кольца.

Способ может также включать приваривание с помощью точечной сварки упомянутого термостойкого кольца к упомянутой выемке для термостойкого кольца по меньшей мере в одном местоположении, чтобы задерживать вращение упомянутого термостойкого кольца относительно упомянутой выемки для термостойкого кольца.

Термостойкое кольцо может также присоединяться болтами по меньшей мере к одному фланцу, прикрепленному к упомянутой выемке для термостойкого кольца для предотвращения вращения упомянутого термостойкого кольца относительно упомянутой выемки для термостойкого кольца.

В одном варианте осуществления изобретения упомянутое размещение дополнительно содержит нагревание корпуса вентилятора, чтобы заставить внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца увеличиваться до второго диаметра, который больше, чем наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца при температуре окружающей среды, расположение упомянутого термостойкого кольца в упомянутой выемке для термостойкого кольца и обеспечение возможности корпусу вентилятора охлаждаться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутую выемку для термостойкого кольца уменьшаться от упомянутого второго диаметра к упомянутому внутреннему диаметру, но препятствуя выполнению этого посредством упомянутого наружного диаметра упомянутого термостойкого кольца при упомянутой температуре окружающей среды, образуя упомянутую горячую посадку с натягом.

В другом варианте осуществления изобретения упомянутое размещение дополнительно содержит нагревание корпуса вентилятора, чтобы заставить внутренний диаметр упомянутой выемки термостойкого кольца увеличиваться до второго диаметра, охлаждение упомянутого термостойкого кольца, чтобы заставить наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца уменьшаться до второго диаметра, в котором упомянутый второй диаметр упомянутого термостойкого кольца меньше, чем упомянутый второй диаметр упомянутой выемки термостойкого кольца, расположение упомянутого термостойкого кольца в упомянутой выемке для термостойкого кольца и обеспечение возможности корпусу вентилятора охлаждаться до температуры окружающей среды, заставляя упомянутую выемку термостойкого кольца уменьшаться от упомянутого второго диаметра к упомянутому внутреннему диаметру и обеспечивая возможность упомянутому термостойкому кольцу нагреваться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутое термостойкое кольцо увеличиваться к упомянутому наружному диаметру, образуя упомянутую горячую посадку с натягом.

Размещение может также включать охлаждение упомянутого термостойкого кольца, чтобы заставить наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца уменьшаться до второго диаметра, в котором упомянутый второй диаметр упомянутого термостойкого кольца меньше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки термостойкого кольца, расположение упомянутого термостойкого кольца в упомянутой выемке для термостойкого кольца и обеспечение возможности упомянутому термостойкому кольцу нагреваться до упомянутой температуры окружающей среды, заставляя упомянутое термостойкое кольцо увеличиваться к упомянутому наружному диаметру, но препятствуя выполнению этого посредством упомянутого внутреннего диаметра упомянутой выемки термостойкого кольца при упомянутой температуре окружающей среды, образуя упомянутую горячую посадку с натягом.

Корпус вентилятора может быть выполнен из первого материала, имеющего первую термическую стойкость, а упомянутое термостойкое кольцо выполнено из второго материала, имеющего вторую термическую стойкость, которая выше, чем термическая стойкость первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а второй материал представляет собой титан.

В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает устройство упрочнения корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, содержащее корпус вентилятора, имеющий средний участок, имеющий внутреннюю поверхность, которая определяет выемку для термостойкого кольца, выполненную машинной обработкой по окружности в упомянутой поверхности корпуса вентилятора, и термостойкое кольцо, приспособленное для размещения в упомянутой выемке термостойкого кольца, чтобы обеспечивать радиально сжимающие силы, прикладываемые от упомянутого корпуса вентилятора к упомянутому термостойкому кольцу.

Термостойкое кольцо приспособлено для размещения по горячей посадке с натягом.

Термостойкое кольцо может быть выковано из одного материала из титана, стали, легированной стали и суперсплава для аэрокосмических применений в виде одной детали и подвергнуто машинной обработке до предварительно определенной формы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения упомянутое термостойкое кольцо выполнено из одного материала из титана, стали, легированной стали и листового суперсплава для аэрокосмических применений, который разрезают, сгибают в цилиндрическую форму и сваривают по шву и формируют в предварительно определенную форму для согласования с упомянутой выемкой для термостойкого кольца.

Наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца может быть несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца при температуре окружающего воздуха, и корпус вентилятора нагревают, чтобы заставить упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки термостойкого кольца увеличиваться до второго диаметра, который больше, чем упомянутый наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца, обеспечивают возможность упомянутому термостойкому кольцу располагаться в упомянутой выемке для термостойкого кольца, образуя упомянутую горячую посадку с натягом, когда корпус вентилятора охлаждается до упомянутой температуры окружающей среды.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца несколько больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца при температуре окружающего воздуха, корпус вентилятора нагревают, чтобы заставить упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца увеличиваться до второго диаметра, а упомянутое термостойкое кольцо охлаждают, чтобы заставить наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца уменьшаться до второго диаметра, в котором упомянутый второй диаметр упомянутого термостойкого кольца меньше, чем упомянутый второй диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца, обеспечивают возможность упомянутому термостойкому кольцу располагаться в упомянутой выемке для термостойкого кольца, образуя упомянутую горячую посадку с натягом, когда корпус вентилятора охлаждается, а упомянутое термостойкое кольцо нагревается до упомянутой температуры окружающей среды.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца слегка больше, чем внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца при температуре окружающего воздуха, причем упомянутое термостойкое кольцо охлаждают, чтобы заставить наружный диаметр упомянутого термостойкого кольца уменьшаться до второго диаметра, который меньше, чем упомянутый внутренний диаметр упомянутой выемки для термостойкого кольца, обеспечивают возможность упомянутому термостойкому кольцу располагаться в упомянутой выемке для термостойкого кольца, приводя к упомянутой горячей посадке с натягом, когда упомянутое термостойкое кольцо нагревается до упомянутой температуры окружающей среды.

Устройство может содержать множество углублений, выровненных в первом направлении на подвергнутой машинной обработке внутренней поверхности упомянутой выемки для термостойкого кольца, и множество углублений, выровненных во втором направлении на подвергнутой машинной обработке внешней поверхности упомянутого термостойкого кольца, причем когда упомянутая внутренняя поверхность упомянутой выемки для термостойкого кольца и упомянутая внешняя поверхность упомянутого термостойкого кольца вместе подвергнуты горячей посадке с натягом, упомянутое множество углублений на упомянутой внутренней поверхности упомянутой выемки термостойкого кольца и упомянутое множество углублений на упомянутой внешней поверхности упомянутого термостойкого кольца выравниваются методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между упомянутой выемкой для термостойкого кольца и упомянутым термостойким кольцом и снижая потенциальную возможность вращения упомянутого термостойкого кольца внутри упомянутой выемки для термостойкого кольца.

В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения термостойкое кольцо приварено с помощью точечной сварки по меньшей мере в одном местоположении к упомянутый выемке для термостойкого кольца, чтобы предотвращать вращение упомянутого термостойкого кольца относительно упомянутой выемки для термостойкого кольца.

Устройство может содержать по меньшей мере один фланец, прикрепленный к упомянутой выемке для термостойкого кольца, в котором упомянутое термостойкое кольцо присоединено болтами к упомянутому по меньшей мере одному фланцу, чтобы предотвращать вращение упомянутого термостойкого кольца относительно упомянутой выемки для термостойкого кольца.

Корпус вентилятора может быть изготовлен, в частности выкован, из алюминия.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения корпус вентилятора изготовлен из композиционного материала.

Корпус вентилятора может быть выполнен из первого материала, имеющего первую термическую стойкость, а упомянутое термостойкое кольцо выполнено из второго материала, имеющего вторую термическую стойкость, которая выше, чем термическая стойкость первого материала, при этом первый материал представляет собой алюминий, а второй материал представляет собой титан.

В еще одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает газотурбинный реактивный двигатель, содержащий корпус вентилятора, имеющий внутреннюю периферийную поверхность, корпус турбины, имеющий турбину, приспособленную для вращения по оси вращения внутри упомянутого корпуса, вентилятор, имеющий лопасти вентилятора, присоединенные к упомянутой турбине и приспособленные для вращения по оси вращения внутри упомянутого корпуса вентилятора, и защитное кольцо, имеющее внешнюю периферийную поверхность, причем упомянутое защитное кольцо расположено вокруг упомянутого вентилятора, чтобы удерживать упомянутые лопасти вентилятора в случае, если упомянутые лопасти вентилятора отделяются от упомянутого вентилятора, в котором упомянутый корпус вентилятора приспособлен для прикладывания радиально сжимающих сил к упомянутой внешней периферийной поверхности упомянутого защитного кольца, по длине окружности упомянутой внутренней периферийной поверхности.

Двигатель может дополнительно содержать по меньшей мере один фланец, прикрепленный к корпусу вентилятора, при этом упомянутое защитное кольцо присоединено болтами к упомянутому по меньшей мере одному фланцу, чтобы задерживать вращение упомянутого защитного кольца относительно упомянутого корпуса вентилятора.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения двигатель дополнительно содержит по меньшей мере одну выемку для кольца жесткости, выполненную машинной обработкой по окружности в поверхности корпуса вентилятора, и кольцо жесткости, размещенное в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости, в котором упомянутое кольцо жесткости размещено по горячей посадке с натягом, в котором упомянутое кольцо жесткости противостоит приобретению корпусом вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы газотурбинного реактивного двигателя.

Корпус вентилятора имеет средний участок, имеющий внутреннюю поверхность, которая определяет выемку для термостойкого кольца, выполненную машинной обработкой по окружности в упомянутой поверхности корпуса вентилятора, причем двигатель дополнительно содержит термостойкое кольцо, приспособленное для размещения в упомянутой выемке для термостойкого кольца, чтобы обеспечивать радиально сжимающие силы, прикладываемые от упомянутого корпуса вентилятора к упомянутому термостойкому кольцу.

Термостойкое кольцо приспособлено для размещения по горячей посадке с натягом.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ модернизации газотурбинного реактивного двигателя, заключающийся в удалении корпуса вентилятора из реактивного двигателя, и установке заменяющего корпуса вентилятора на упомянутый реактивный двигатель, в котором упомянутый заменяющий корпус вентилятора имеет защитное кольцо, размещенное во внутренней периферийной поверхности заменяющего корпуса вентилятора по горячей посадке с натягом.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ дополнительно заключается в размещении упомянутого защитного кольца в периферийной выемке упомянутой внутренней периферийной поверхности заменяющего корпуса вентилятора путем горячей посадки с натягом до установки упомянутого заменяющего корпуса вентилятора.

В еще одном другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ эксплуатации газотурбинного реактивного двигателя, заключающийся во вращении вентилятора с использованием турбины внутри корпуса вентилятора по оси вращения, чтобы обеспечивать приток воздуха и осевое давление, и прикладывании радиально сжимающих сил к внешней периферийной поверхности одного из защитного кольца и корпуса вентилятора, используя внутреннюю периферийную поверхность другого из защитного кольца и корпуса вентилятора, окружающего упомянутую внешнюю периферийную поверхность, причем упомянутые радиально сжимающие силы прикладываются по длине окружности внутренней периферийной поверхности и направлены к центру, расположенному на упомянутой оси вращения.

В одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения способ заключается в прикладывании радиально сжимающих сил к внешней периферийной поверхности корпуса вентилятора, используя внутреннюю периферийную поверхность кольца жесткости, окружающего упомянутую внешнюю периферийную поверхность корпуса вентилятора.

В еще одном дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения способ заключается в прикладывании радиально сжимающих сил к внешней периферийной поверхности термостойкого кольца, используя внутреннюю периферийную поверхность корпуса вентилятора, окружающего упомянутую внешнюю периферийную поверхность термостойкого кольца.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает устройство упрочнения корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, содержащее:

корпус вентилятора, имеющий передний конец и внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность по направлению к упомянутому переднему концу корпуса вентилятора, в котором упомянутая внутренняя поверхность определяет выемку для защитного кольца, выполненную машинной обработке по окружности в упомянутой внутренней поверхности корпуса вентилятора, причем упомянутая внешняя поверхность корпуса вентилятора определяет по меньшей мере одну выемку для кольца жесткости, выполненную машинной обработкой по окружности в упомянутой внешней поверхности корпуса вентилятора, в котором упомянутый корпус вентилятора дополнительно имеет средний участок, имеющий внутреннюю поверхность, которая определяет выемку для термостойкого кольца, подвергнутую машинной обработке по окружности в упомянутой внутренней поверхности середины корпуса вентилятора, и в котором упомянутый корпус вентилятора выполнен из первого материала, имеющего первую прочность и первую термическую стойкость,

защитное кольцо, приспособленное для размещения в упомянутой выемке для защитного кольца, чтобы обеспечивать радиально сжимающие силы, прикладываемые от упомянутой передней внутренней поверхности корпуса вентилятора к упомянутому защитному кольцу, в котором упомянутое защитное кольцо выполнено из второго материала, имеющего вторую прочность, которая выше, чем прочность первого материала,

кольцо жесткости, приспособленное для размещения в упомянутой по меньшей мере одной выемке для кольца жесткости, чтобы обеспечивать радиально сжимающие силы, прикладываемые от упомянутого кольца жесткости к упомянутой внешней поверхности корпуса вентилятора, и в котором упомянутое кольцо жесткости выполнено из материала, имеющего прочность, которая выше, чем прочность первого материала, и

термостойкое кольцо, приспособленное для размещения в упомянутой выемке для термостойкого кольца, чтобы обеспечивать радиально сжимающие силы, прикладываемые от упомянутой внутренней поверхности середины корпуса вентилятора к упомянутому термостойкому кольцу, и в котором упомянутое термостойкое кольцо выполнено из третьего материала, имеющего вторую термическую стойкость, которая выше, чем термическая стойкость первого материала.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутый первый материал представляет собой алюминий, упомянутый второй материал представляет собой суперсплав на основе никеля, упомянутый материал кольца жесткости представляет собой суперсплав на основе никеля, а упомянутый третий материал представляет собой титан.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схематический чертеж общей конструкции обычного газотурбинного реактивного двигателя с корпусом вентилятора согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.2 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.3 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для защиты корпуса вентилятора в варианте осуществления настоящего описания.

Фиг.4 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора, имеющего два кольца элементов жесткости (фиг.5А, 5В и 6А, 6В) и защитное кольцо (фиг.7А, 7В), которые были подвергнуты горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.5А изображает поперечное сечение кованой заготовки для первого кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.5В изображает первое кольцо жесткости по фиг.5А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.6А изображает поперечное сечение кованой заготовки для второго кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.6В изображает второе кольцо жесткости по фиг.6А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.7А изображает поперечное сечение кованой заготовки для защитного кольца для корпуса вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.7В изображает защитное кольцо по фиг.7А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в описанном варианте осуществления.

Фиг.8 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель.

Фиг.9 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель, способный к обратному выхлопу.

Фиг.10 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для улучшенной термической стойкости в варианте осуществления.

Фиг.11 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора, имеющего кольцо из термостойкого материала, которое было установлено по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.10 в варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора, имеющего внутреннее защитное кольцо, в варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора, имеющего внешнее защитное кольцо, в варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора в альтернативном варианте осуществления, имеющего два кольца элементов жесткости и защитное кольцо, которые были установлены по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, а корпус вентилятора расположен между ними.

Фиг.15 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора по фиг.14, имеющего внутреннее защитное кольцо напротив внешних колец жесткости.

Обращаясь к чертежам, на которых подобные ссылочные позиции и названия относятся к его конструктивно и/или функционально подобным элементам, отметим, что фиг.1 изображает схематический чертеж общей конструкции обычного газотурбинного реактивного двигателя с корпусом вентилятора, обычным для предшествующего уровня техники. Рассмотрим теперь фиг.1, на которой газотурбинный реактивный двигатель 100 имеет вентилятор 102 со множеством лопастей 104 вентилятора, размещенных внутри корпуса 106 вентилятора. Вентилятор 104 вращается вокруг оси вращения и осевой линии 107, чтобы обеспечивать приток воздуха в поднимающий компрессор 108, представляющий собой компрессор низкого давления, который подает приточный воздух на ротор 110 компрессора высокого давления, прикрепленные лопасти и статоры которого вынуждают воздух проходить в камеру 112 сгорания, увеличивая давление и температуру приточного воздуха. Ротор 114 турбины высокого давления и его соответствующие лопасти и статоры размещены внутри корпуса 116 турбины высокого давления. Ротор 118 турбины низкого давления и его соответствующие лопасти и статоры размещены внутри корпуса 120 турбины низкого давления. Ротор 118 турбины низкого давления и его соответствующие лопасти и статоры получают энергию от высокоскоростного газа с высоким давлением, текущего из камеры 112 сгорания, и передают энергию валу 122 турбины низкого давления, который в свою очередь приводит в действие вентилятор 102, обеспечивая большую часть осевого давления для газотурбинного реактивного двигателя 100.

Фиг.2 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора, обычной для предшествующего уровня техники. Обращаясь к фиг.2, отметим, что кованая заготовка 200 корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 202 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией. В этом примере кованая заготовка 200 корпуса вентилятора выкована из титанового цилиндра в виде одной детали. Из-за рабочих температур и нагрузочных характеристик конкретного газотурбинного реактивного двигателя, для которого предназначен корпус 202 вентилятора, может потребоваться, чтобы корпус 202 вентилятора был изготовлен из титана. Вес кованой заготовки для этой конкретной кованой заготовки 200 корпуса вентилятора составляет приблизительно 3347 фунтов. После машинной обработки корпус 202 вентилятора имеет полетный вес, составляющий приблизительно 975,2 фунта. На газотурбинных реактивных двигателях корпус вентилятора также может быть выполнен из алюминия, стали или изготовлен из композиционных материалов. Композиционные материалы обычно включают в себя материал сердцевины, упрочняющий материал и смоляной связующий компонент. Материалами сердцевины обычно являются древесина, пенопласт и сотовый заполнитель. Упрочняющие материалы включают в себя стекловолокно, углеродное волокно и Kevlar® (кевлар). Смоляной компонент обычно включает в себя полиэфиры, сложные эфиры винила и эпоксиды. Поскольку технология улучшается и температуры в газотурбинных реактивных двигателях повышаются, алюминиевые корпуса часто покрывают материалом Kevlar®, чтобы придать дополнительную прочность с целью защиты корпуса вентилятора. Для еще более высоких рабочих температур, для которых алюминий или сталь не подходят, используется титан, который также можно покрывать материалом Kevlar®, если это необходимо для получения дополнительной прочности.

Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 202 вентилятора включают в себя первое кольцо 204 жесткости и второе кольцо 206 жесткости. Эта два кольца жесткости помогают предотвращать приобретение корпусом 202 вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы двигателя. Вспомогательный фланец 208 будет иметь отверстия, проходящие через него, и различные компоненты двигателя, подвешенные от него, такие как редукторы, трубы, электропроводка и так далее. Первое защитное кольцо 210 окружает внешнюю сторону корпуса 202 вентилятора и обеспечивает дополнительную прочность и защиту корпуса вентилятора. Второе защитное кольцо 212 окружает внутреннюю часть корпуса 202 вентилятора и также обеспечивает дополнительную прочность и защиту корпуса вентилятора. Секция корпуса 202 вентилятора между первым защитным кольцом 210 и вторым зашитным кольцом 212 представляет собой область, где лопасть вентилятора, такая как лопасть 104 вентилятора (фиг.1), может ударить при отрыве от своей втулки. Из-за размеров лопастей 104 вентилятора, которые обычно являются самыми большими лопастями в газотурбинном реактивном двигателе, эту секцию корпуса 202 вентилятора часто конструируют так, чтобы она была исключительно прочной. Таким образом, первое и второе защитные кольца 210, 212 обеспечивают дополнительную прочность.

Фиг.3 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.3, отметим, что можно обеспечить замену корпуса вентилятора по настоящему изобретению корпуса 202 вентилятора для использования в таком же газотурбинном реактивном двигателе, для которого был сконструирован корпус 202 вентилятора, либо в модернизации существующего двигателя, либо во вновь изготовленном двигателе. Признаки по настоящему описанию применимы к корпусу вентилятора газотурбинного реактивного двигателя, используемому в разнообразных применениях, в которых вентилятор обеспечивает приток воздуха для создания тяги. Такие применения включают в себя авиацию, амфибийные и другие применения. Кованая заготовка 300 для корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 302 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией. В этом примере кованая заготовка 300 корпуса вентилятора также выкована из титанового цилиндра в виде одной детали. В этом примере кованая заготовка 300 имеет более простую форму, которая упрощает ковочный процесс, но должно быть понятно, что форму можно изменять в зависимости от конкретного применения. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 300 корпуса вентилятора в этом варианте осуществления составляет приблизительно 2595 фунтов, что на 752 фунта легче, чем у кованой заготовки 200 для корпуса вентилятора. После машинной обработки корпус 302 вентилятора имеет полетный вес, составляющий приблизительно 751,3 фунта, что на 223,9 фунта легче, чем у корпуса 202 вентилятора. Должно быть понятно, что материалы, вес и характерные особенности кованой заготовки 300 можно изменять в зависимости от конкретного применения.

Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 302 вентилятора содержат первую выемку 304 кольца жесткости и вторую выемку 306 кольца жесткости, расположенные в средней части корпуса 302 вентилятора. Два кольца жесткости из двух дополнительных кованых заготовок (см. фиг.5А, 5В, 6А и 6В) размещены соответственно в первой выемке 304 кольца жесткости и второй выемке 306 кольца жесткости (см. фиг.4), чтобы предотвращать приобретение корпусом 302 вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий во время работы двигателя. В зависимости от конструкции конкретного корпуса вентилятора можно использовать больше или меньше выемок для колец жесткости, и они могут быть расположены в различных положениях на поверхности корпуса вентилятора. Хотя кольца 502, 602 жесткости изображены как размещенные на внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, должно быть понятно, что одно или больше колец жесткости могут быть установлены на внутренней поверхности корпуса вентилятора в зависимости от конкретного применения. Вспомогательный фланец 308, направленный к задней части корпуса 302 вентилятора, может иметь отверстия, проходящие через него, или другие поверхности крепления, сформированные на нем, и поддерживаемые с его помощью различные компоненты двигателя, такие как редукторы, трубы, электропроводка и так далее.

Выемка 310 защитного кольца окружает внутреннюю часть корпуса 302 вентилятора по окружности на переднем конце. В выемке 310 будет размещено защитное кольцо из дополнительной кованой заготовки (см. фиг.7А и 7В). Фиг.12 изображает схематический чертеж в поперечном разрезе корпуса 302 вентилятора, снабженного защитным кольцом 702, размещенным во внутренней выемке 310. Секция корпуса 302 вентилятора, охватывающая выемку 310 для защитного кольца, представляет собой область, где лопасть вентилятора, такая как лопасть 104 вентилятора (фиг.1), может ударить при отрыве от своей втулки. Эта секция корпуса 302 вентилятора в этом варианте осуществления является относительно прочной, и защитное кольцо из дополнительной кованой заготовки, доведенное с помощью машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с выемкой 310 защитного кольца, обеспечивает дополнительную прочность и удерживающую функцию. Корпус 302 вентилятора не имеет никакой конструкции, сравнимой с первым защитным кольцом 210, которая исключена из корпуса 302 вентилятора по настоящему изобретению благодаря дополнительной прочности, обеспечиваемой защитным кольцом 702. Должно быть понятно, что в других вариантах осуществления могут быть добавлены второе или дополнительные защитные кольца в зависимости от конкретного применения.

Фиг.5А изображает поперечное сечение кованой заготовки для первого кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения, а фиг.5В изображает первое кольцо жесткости по фиг.5 у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.5А и 5В, отметим, что кованая заготовка 500 для первого кольца жесткости после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с первой выемкой 304 для кольца жесткости, обеспечивает первое кольцо 502 жесткости, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.5А. В этом примере кованая заготовка 500 первого кольца жесткости выкована из алюминиевого кольца в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 500 первого кольца жесткости составляет приблизительно 154 фунта. После машинной обработки первое кольцо 502 жесткости имеет полетный вес, составляющий приблизительно 41 фунт.

В этом примере первое кольцо 502 жесткости, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливается по горячей посадке с натягом в первую выемку 304 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды внутренний диаметр первого кольца 502 жесткости будет слегка меньше, чем наружный диаметр первой выемки 304 для кольца жесткости. Первое кольцо 502 жесткости нагревают, что заставляет первое кольцо 502 жесткости расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который превышает наружный диаметр первой выемки 304 для кольца жесткости, и создавая зазор 504 первого кольца, обеспечивающий возможность располагать первое кольцо 502 жесткости, как показано, в первой выемке 304 для кольца жесткости. В этом положении первому кольцу 502 жесткости дают возможность охлаждаться, в результате чего оно сокращается в диаметре и само размещается по окружности в первой выемке 304 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды благодаря тому, что первое кольцо 502 жесткости стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, это предотвращается из-за большего наружного диаметра первой выемки 304 для кольца жесткости, это приводит к образованию посадки с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора первым кольцом 502 жесткости, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к первому кольцу 502 жесткости корпусом 302 вентилятора. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определенной осевой линией 107. Также радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются по всей окружности первого кольца 502 жесткости без прерывания.

Фиг.6А изображает поперечное сечение кованой заготовки для второго кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения, а фиг.6В изображает второе кольцо жесткости по фиг.6А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.6А и 6В, отметим, что кованая заготовка 600 второго кольца жесткости после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования со второй выемкой 306 для кольца жесткости обеспечивает второе кольцо 602 жесткости, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.6А. В этом примере кованая заготовка 600 второго кольца жесткости выкована из алюминиевого кольца в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 600 второго кольца жесткости составляет приблизительно 148 фунтов. После машинной обработки второе кольцо 602 жесткости имеет полетный вес, составляющий приблизительно 40,6 фунта.

В этом примере второе кольцо 602 жесткости, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливают по горячей посадке с натягом во вторую выемку 306 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды внутренний диаметр второго кольца 602 жесткости будет слегка меньше, чем наружный диаметр второй выемки 306 для кольца жесткости. Второе кольцо 602 жесткости нагревают, что заставляет его расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который превышает наружный диаметр второй выемки 306 для кольца жесткости, и создавая зазор 604 второго кольца, дающий возможность располагать второе кольцо 602 жесткости, как показано, во второй выемке 306 для кольца жесткости. В этом положении второму кольцу 602 жесткости дают возможность охлаждаться, в результате чего оно сокращается в диаметре и само размещается по окружности во второй выемке 306 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды благодаря тому, что второе кольцо 602 жесткости стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, но это предотвращается из-за большего наружного диаметра второй выемки 306 для кольца жесткости, это приводит к горячей посадке с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора вторым кольцом 602 жесткости, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой ко второму кольцу 602 жесткости корпусом 302 вентилятора. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определенной осевой линией 107.

Также радиально сжимающие силы прикладываются непрерывно по всей окружности второго кольца 602 жесткости без прерывания. Также каждое кольцо жесткости в одном варианте осуществления изготовлено в виде твердого, унитарного или цельного непрерывного или бесшовного элемента, выкованного или произведенного посредством машинной обработки в форме замкнутой петли. В другом варианте осуществления кольцо элемента жесткости может быть изготовлено с использованием элемента, имеющего форму разомкнутой петли и соединенных вместе концов, например, с помощью сварки для образования замкнутой петли.

Должно быть понятно, что кольца жесткости могут быть расположены в других положениях корпуса вентилятора в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться в зависимости от конкретного применения. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, кольцо жесткости, такое как первое кольцо 502 жесткости, не может входить в контакт со 100% окружности внешней поверхности корпуса 302 вентилятора. Например, первое кольцо 502 жесткости может входить в контакт с 70% окружности внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, но величина контакта может изменяться в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что первое кольцо 502 жесткости прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности первого кольца 502 жесткости, когда первое кольцо 502 жесткости установлено по горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора.

Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть возможно обеспечение материала вкладыша между кольцом элемента жесткости, подвергнутым горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, так, чтобы сжимающие силы между кольцом элемента жесткости и корпусом вентилятора передавались через этот материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что в других вариантах осуществления материал вкладыша может быть относительно жестким или может иметь другие свойства.

Фиг.7А изображает поперечное сечение кованой заготовки для защитного кольца для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения, а фиг.7В изображает защитное кольцо по фиг.7А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.7А и 7В, отметим, что кованая заготовка 700 у защитного кольца после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с выемкой 310 для защитного кольца обеспечивает защитное кольцо 702, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.7А. В этом примере кованая заготовка 700 защитного кольца выкована из кольца из жаропрочного сплава на основе никеля, такого как Inconel 718 (инконель), в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 700 защитного кольца составляет приблизительно 467 фунтов. После машинной обработки до предварительно определенной формы защитное кольцо 702 имеет полетный вес, составляющий приблизительно 138,1 фунта. Должно быть понятно, что защитное кольцо может быть расположено в других положениях корпуса вентилятора в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться в зависимости от конкретного применения. Например, защитное кольцо 702 может быть изготовлено из других супесплавов, стали, титана или других соответствующих материалов, чтобы удерживать лопасть. Также защитное кольцо в одном варианте осуществления изготовлено в виде твердого, унитарного или цельного непрерывного или бесшовного элемента, выкованного или полученного посредством машинной обработки в форме замкнутой петли. В другом варианте осуществления защитное кольцо может быть изготовлено с использованием имеющего форму разомкнутой петли элемента и соединенных вместе концов, например, с помощью сварки, чтобы образовать форму замкнутой петли.

В этом примере защитное кольцо 702, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливаемое по горячей посадке с натягом в выемку 310 для защитного кольца. При температуре окружающего воздуха наружный диаметр защитного кольца 702 будет слегка больше, чем внутренний диаметр выемки 310 защитного кольца. Корпус 302 вентилятора нагревают, что заставляет корпус 302 вентилятора расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который больше, чем наружный диаметр защитного кольца 702, и приводит к зазору 704, обеспечивая возможность расположения защитного кольца 702, как показано, в выемке 310 для защитного кольца. В этом положении корпусу 302 вентилятора дают возможность охлаждаться, в результате чего он сокращается в диаметре и позволяет защитному кольцу 702 разместиться по окружности в выемке 310 для защитного кольца. При температуре окружающей среды из-за того, что корпус 302 вентилятора стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, но этому препятствует больший наружный диаметр защитного кольца 702, который сокращается, это приводит в результате к посадке с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к защитному кольцу 702 корпусом 302 вентилятора, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора защитным кольцом 702. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определяемой осевой линией 107, как схематично представлено стрелками на фиг.12. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются вокруг полной окружности выемки 310 защитного кольца корпуса 202 вентилятора без прерывания. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, защитное кольцо, такое как защитное кольцо 702, не может входить в контакт со 100% окружности внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора. Например, защитное кольцо 702 может входить в контакт с 70% окружности внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора, но величина контакта может изменяться в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что корпус 302 вентилятора прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности выемки 310 для защитного кольца, когда корпус 302 вентилятора установлен по горячей посадке с натягом на защитном кольце 702. Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть подходящим обеспечивать материал вкладыша между защитным кольцом, подвергнутым горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, такой, чтобы сжимающие силы между защитным кольцом и корпусом вентилятора передавались через материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что материал вкладыша в других вариантах осуществления может быть относительно жестким или может иметь другие свойства.

Для корпуса вентилятора, изготовленного из композиционного материала, защитное кольцо 702 может быть охлаждено с помощью жидкого азота, чтобы понизить его наружный диаметр, приводя к образованию зазора 704, обеспечивающего возможность располагать защитное кольцо 702, как показано, в выемке 310 для защитного кольца. В этом положении защитному кольцу 702 дают возможность нагреваться до температуры окружающей среды, увеличиваясь в диаметре, и размещаться по окружности в выемке 310 для защитного кольца. При температуре окружающей среды из-за того, что защитное кольцо 702 стремится возвратиться к своему большему наружному диаметру, но этому препятствует меньший внутренний диаметр выемки 310 защитного кольца, это приводит в результате к посадке с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к защитному кольцу 702 корпусом 302 вентилятора, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора защитным кольцом 702. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в некоторых ситуациях, чтобы произвести горячую посадку, также можно использовать комбинацию нагревания корпуса 302 вентилятора наряду с охлаждением защитного кольца 702.

В одном варианте осуществления выемку 310 для защитного кольца производят машинной обработкой по окружности с обратной конусностью так, что внутренний диаметр корпуса 302 вентилятора в точке А меньше, чем внутренний диаметр корпуса 302 вентилятора в точке В. Конусность может изменяться от одного корпуса вентилятора к другому корпусу вентилятора, изменяясь в пределах от величины, которая только чуть больше чем 0° для цилиндрического случая, до соответствующей величины, которая может зависеть от конкретной геометрии конического корпуса вентилятора. Защитное кольцо 702 подвергают машинной обработке по окружности на его внешней поверхности для ее согласования упомянутой обратной конусностью. Даже при том, что защитное кольцо 702 устанавливают по горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, конусность может прибавлять дополнительную надежность, чтобы задерживать скольжение в осевом направлении защитного кольца 702 и корпуса 302 вентилятора.

Кроме того, машинная обработка для корпуса 302 вентилятора может быть выполнена в первом направлении, таком как радиальное направление, а машинная обработка для защитного кольца 702 может быть выполнена во втором направлении, таком как направление по оси, которое является более или менее перпендикулярным первому направлению. Поскольку машинная обработка формирует спиральное, или выписанное непрерывное углубление на подвергнутых машинной обработке поверхностях, углубления на каждой поверхности можно выравнивать способом перекрестной штриховки относительно друг друга, увеличивая силы трения между двумя поверхностями и снижая потенциальную возможность вращения защитного кольца 702 внутри выемки 310 для защитного кольца. Множество углублений на защитном кольце 702, которое может быть выполнено, например, из суперсплава на основе никеля, могут быть тверже, чем множество углублений на выемке 310 для защитного кольца корпуса 302 вентилятора, который может быть выполнен из титана, или в других корпусах вентиляторов, возможно, например, из стали или алюминия. Углубления в суперсплаве на основе никеля могут вдавливаться в более мягкие углубления в титане, стали или алюминии. В качестве альтернативы защитное кольцо 702 может быть просто приварено с помощью точечной сварки в одном или больше мест на выемке 310 для защитного кольца или присоединено болтами к одному или больше фланцам, прикрепленным к выемке 310 для защитного кольца, для предотвращения поворота защитного кольца 702 относительно выемки 310 для защитного кольца. Машинную обработку в перекрестных направлениях (перекрестную штриховку) также можно применять или опускать, по обстановке, в зависимости от применения.

На фиг.4 показано поперечное сечение подвергнутого чистовой машинной обработке корпуса вентилятора, имеющего два кольца жесткости (фиг.5А, 5В, 6А и 6В) и защитное кольцо (фиг.7А и 7В), которые были установлены по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.3, в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.4, отметим, что защитное кольцо 702 может повторять часть конструкции, аналогичной второму защитному кольцу 212, и может полностью или частично избегать использования первого защитного кольца 210 в зависимости от применения. Посредством горячей посадки с натягом защитного кольца 702 на внутреннем диаметре корпуса 302 вентилятора в противоположность внешней стороне более твердый жаропрочный сплав защитного кольца 702 может обеспечивать поверхность, в которую первоначально должна ударять лопасть при отрыве. Более мягкий титан, сталь или алюминий корпуса 302 вентилятора на внешней стороне защитного кольца 702 могут действовать как амортизатор благодаря различным степеням расширения между этими двумя материалами. Когда суперсплав защитного кольца 702 начинает двигаться, он может нажимать на титан, сталь или алюминий корпуса 302 вентилятора, имеющие отличающийся коэффициент расширения. Это подобно наличию двух сетей близко к друг другу. Жаропрочный сплав защитного кольца 702 может принимать начальный удар, и часть силы может передаваться к титановому, стальному или алюминиевому корпусу 302 вентилятора, подобно амортизатору.

Первое кольцо 502 жесткости и второе кольцо 602 жесткости показаны размещенными в первой выемке 304 кольца жесткости и второй выемке 306 кольца жесткости соответственно. Первое кольцо 502 жесткости и второе кольцо 602 жесткости обеспечивают придание жесткости для предотвращения эксцентрической деформации корпуса 302 вентилятора, или приобретения овальной формы, во время работы двигателя при условиях нагрузки и рабочих температурных условиях.

В этом конкретном примере приведенная ниже таблица 1 показывает сравнение весов кованой заготовки и полетных весов и стоимости корпуса 202 вентилятора по предшествующему уровню техники в сравнении с корпусом 302 вентилятора по настоящему описанию.

Таким образом, в этом примере, хотя вес кованой заготовки на 17 фунтов больше, полетный вес составляет на 4,7 фунта меньше. Кроме того, средняя стоимость на фунт материалов для корпуса 302 вентилятора 0,72 $ на фунт меньше, чем таковая для корпуса 202 вентилятора, приводя к полным сбережениям, составляющим 2294,00 долларов США. Также в этом примере, как полагают, корпус 302 вентилятора является значительно более прочным, чем корпус 202 вентилятора.

В других применениях сбережения могут быть более существенными. Например, для корпуса вентилятора, которому требуется упрочнение из Kevlar®, корпус вентилятора по настоящему описанию может быть настолько более прочным, чтобы исключить потребность в упрочнении из Kevlar®, что может дать существенные сбережения как в стоимости материалов, так и в рабочей силе. Настоящее описание также можно использовать с упрочнением из Kevlar®, чтобы достигать более высокой прочности корпуса вентилятора. Для газотурбинных реактивных двигателей, в которых в настоящее время используют сталь или титан для корпусов вентиляторов, согласно настоящему изобретению можно сталь или титан заменять алюминием, а необходимую прочность обеспечивать защитным кольцом из суперсплава на основе никеля или другого соответствующего материала. Поскольку такой же объем алюминия или титана составляет приблизительно 30-55% по весу от такого же объема стали, можно получить в результате существенную экономию веса. Эта экономия веса может перейти в увеличенную способность грузоперевозки, или сниженный расход топлива, или комбинацию и того, и другого.

При изготовлении газотурбинных реактивных двигателей общее направление состоит в изготовлении более длинных лопастей вентиляторов, чтобы увеличивать осевое давление. Кончики лопастей вентиляторов могут вращаться на сверхзвуковых скоростях, в то время как основание лопастей вентиляторов вращается на дозвуковых скоростях. Это может вызывать гармонические колебания в лопастях, приводящие к отламыванию кончиков лопастей. Чтобы противостоять этой проблеме, вместо изготовления прямых лопастей вентиляторов лопастям придают форму, более напоминающую широкие весла. Эти более широкие и более длинные лопасти приводят к большей массе, которая должна содержаться внутри корпуса вентилятора. Также, поскольку двигатели становятся более эффективными, они имеют тенденцию работать при более высоких температурах, потенциально добавляя больше трудности к проблеме удерживания. Предполагается, что настоящее описание может сильно помочь в удовлетворении этих требований относительно большей прочности корпуса вентилятора и потенциально меньшего полного веса и более низкой стоимости, также как в обеспечении других характерных особенностей в дополнение к ним или вместо них в зависимости от конкретного применения.

Фиг.8 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель. Обращаясь к фиг.8, отметим, что для газотурбинного реактивного двигателя, способного к обратному выхлопу, воздушный поток 824 протекает в корпус вентилятора 806 и в поджимающий компрессор 808. Ротор 810 компрессора высокого давления сжимает воздушный поток 824, когда он входит в камеру 812 сгорания. После прохождения через турбины высокого давления и низкого давления воздушный поток 824 вытекает из задней части газотурбинного реактивного двигателя 800. Нагретый воздушный поток 824 в камере 812 сгорания проходит ее и выходит из задней части газотурбинного реактивного двигателя 800.

Фиг.9 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель, способный к обратному выхлопу. Обращаясь к фиг.9, отметим, что в отличие от фиг.8 газотурбинный реактивный двигатель 900 является способным к обратному выхлопу, который заставляет часть воздушного потока 924, нагретый воздух 926, представленный пунктирными линиями, течь назад через газотурбинный реактивный двигатель 900 и в область вентилятора 902. Нагретый воздух 926 ведет к повышению температуры внутри корпуса 906 вентилятора, что также повышает температуру корпуса 906 вентилятора непосредственно в области, обозначенной как область 928. Температура представляет собой, конечно, один из основных факторов в определении материала для конструирования корпуса 906 вентилятора. Когда температура корпуса вентилятора повышается более чем до 800 градусов, алюминий больше не подходит. Подходящими могут быть более дорогостоящие приемлемые для такой температуры материалы, такие как сталь, титан или суперсплавы.

Фиг.10 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для улучшенной термической стойкости в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.10, отметим, что для газотурбинных реактивных двигателей, способных к обратному выхлопу, предполагается, что корпус вентилятора по настоящему описанию может использоваться для противодействия тепловым проблемам и улучшения термической стойкости корпуса 1002 вентилятора. Кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора подобна кованой заготовке 300 корпуса вентилятора, показанной на фиг.3. Кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 1002 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией, который подобен корпусу 302 вентилятора. В этом примере кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора выкована из алюминия в виде одной детали.

Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 1002 вентилятора подобны деталям, показанным на фиг.3 и 4, но также включают в себя выемку 1012 для термостойкого кольца, которая окружает внутреннюю часть корпуса 1002 вентилятора по периферии в местоположении, определяемом в общем областью 928 на фиг.9. Кольцо из термостойкого материала будет размещено в выемке 1012 для термостойкого кольца, в данном примере с помощью горячей посадки с натягом. Секция корпуса 1002 вентилятора, которая охватывает выемку 1012 термостойкого кольца, представляет собой область, где нагретый воздух от обратного выхлопа может приводить к повышенным температурам корпуса вентилятора.

Должно быть понятно, что термостойкое кольцо может быть расположено в других положениях корпуса вентилятора в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться в зависимости от конкретного применения.

Как описано выше, машинная обработка для корпуса 1002 вентилятора может быть выполнена в первом направлении, например в радиальном направлении, а машинная обработка для термостойкого кольца 1112 может быть выполнена во втором направлении, например в осевом направлении, которое является более или менее перпендикулярным первому направлению. Поскольку машинная обработка может обеспечивать спиральное, или выписанное непрерывное углубление на подвергаемых машинной обработке поверхностях, углубления на каждой поверхности можно выравнивать способом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между двумя поверхностями и снижая потенциальную возможность вращения термостойкого кольца 1112 внутри выемки 1012 для термостойкого кольца. Множество углублений на термостойком кольце 1112, которое выполнено из титана, могут быть более жесткими, чем множество углублений на выемке 1012 для термостойкого кольца в корпусе 1002 вентилятора, который выполнен из алюминия. Титановые углубления могут вдавливаться в более мягкие алюминиевые углубления. В качестве альтернативы термостойкое кольцо 1112 может быть просто приварено с помощью точечной сварки в одном или больше мест к выемке 1012 для термостойкого кольца или присоединено болтами к одному или больше фланцам, прикрепленным к выемке 1012 для термостойкого кольца, чтобы удерживать термостойкое кольцо 1112 от вращения относительно выемки 1012 для термостойкого кольца. Машинная обработка в перекрестных направлениях в этом случае может не требоваться или может применяться дополнительно к этому.

Фиг.11 изображает поперечное сечение подвергнутого чистовой машинной обработке корпуса вентилятора, имеющего кольцо из термостойкого материала, которое было установлено по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.10 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг.11, отметим, что там показано термостойкое кольцо 1112, установленное по горячей посадке с натягом на внутренний диаметр корпуса 1002 вентилятора в выемке 1012 для термостойкого кольца. В этом примере термостойкое кольцо 1112 выполнено из титана, но также может быть выполнено из других материалов, которые имеют сочетание свойств термической стойкости и прочностных свойств, чтобы сохранять конструктивную целостность, требуемую для корпуса 1002 вентилятора, таких как сталь, легированная сталь или любое количество обычно используемых авиационно-космических жаропрочных сплавов. Термостойкое кольцо 1112 может быть изготовлено из титанового листового материала, который разрезают, сгибают в цилиндрическую форму, сваривают по шву и формируют для согласования с внутренним диаметром выемки 1012 термостойкого кольца. Термостойкое кольцо 1112 также может быть выковано, как описано выше.

Горячую посадку с натягом можно выполнять, как описано выше, нагревая корпус 1002 вентилятора, вызывая его расширение в диаметре и обеспечивая возможность термостойкому кольцу 1112 скользить в место, где после охлаждения корпус 1002 вентилятора и термостойкое кольцо 1112 прикладывают силу друг к другу, образуя посадку с натягом. В качестве альтернативы термостойкое кольцо 1112 можно охладить с помощью жидкого азота, понижая его наружный диаметр и обеспечивая возможность термостойкому кольцу 1112 скользить в выемку 1012 для термостойкого кольца. Также можно использовать комбинацию нагревания корпуса 1002 вентилятора и охлаждения термостойкого кольца 1112, чтобы гарантировать горячую посадку с натягом. Титан термостойкого кольца 1112 конструктивно не ослабляется из-за температур корпуса вентилятора и служит в качестве буфера для алюминиевого корпуса 1002 вентилятора благодаря разным степеням расширения между этими двумя материалами. Титан термостойкого кольца 1112 подвергается воздействию внутренних температур корпуса вентилятора, и некоторая часть тепла переносится к алюминиевому корпусу 1002 вентилятора. Титан обеспечивает необходимую прочность, которая отсутствует у алюминия при более высоких температурах. Защитное кольцо 1102 может быть выполнено из суперсплава. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, термостойкое кольцо, такое как термостойкое кольцо 1112, не может входить в контакт со 100% окружности внешней поверхности корпуса 1002 вентилятора. Например, термостойкое кольцо 1112 может входить в контакт с 70% окружности внутренней поверхности корпуса 1002 вентилятора, но величина контакта может изменяться в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что корпус 1002 вентилятора прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности выемки 1012 для термостойкого кольца, когда корпус 1002 вентилятора подвергают горячей посадке с натягом на термостойкое кольцо 1112. Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть подходящим обеспечивать материал вкладыша между термостойким кольцом, подвергнутым горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, таким образом, чтобы сжимающие силы между термостойким кольцом и корпусом вентилятора передавались через материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что материал вкладыша в других вариантах осуществления может быть относительно жестким или может иметь другие свойства, такие как свойства улучшенной теплоизоляции, чтобы дополнительно предохранять корпус вентилятора.

Первую выемку 1104 кольца жесткости и вторую выемку 1106 кольца жесткости можно выполнять, например, из алюминия, титана или стали. В зависимости от конкретного рассматриваемого газотурбинного реактивного двигателя защитное кольцо и одно или больше колец жесткости не обязательно могут быть с термостойким кольцом и термостойкое кольцо не обязательно может применяться с защитным кольцом и с одним или больше кольцами жесткости. Настоящее описание обеспечивает для разработчика двигателей много вариантов относительно материалов, весов, прочностей и термической стойкости, которые могут быть объединены так, чтобы создавать оптимальную конструкцию для целей и требований конкретного двигателя. Например, корпус 302 вентилятора может быть выполнен из относительно легкого, но относительно недорогого материала, такого как алюминий, а защитное кольцо 702 может быть выполнено из материала, имеющего относительно более высокую прочность (такого как суперсплав Inco 718) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку защитное кольцо 702 может быть выполнено существенно меньшим по массе, чем масса корпуса 302 вентилятора, материал защитного кольца 702 может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 302 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или расходе или и в том, и в другом в зависимости от конкретного применения. Точно так же корпус 1002 вентилятора может быть выполнен из материала относительно низкой термической стойкости, такого как алюминий, а термостойкое кольцо 1102 может быть выполнено из материала, имеющего более высокую термическую стойкость (например, такого как титан) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку термостойкое кольцо 1112 может быть выполнено существенно меньшим по массе, чем масса корпуса 1002 вентилятора, материал термостойкого кольца может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 1002 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или в затратах или и в том, и в другом в зависимости от конкретного применения.

Как было упомянуто, фиг.12 схематично иллюстрирует защитное кольцо 702, размещенное в выемке 310 для защитного кольца, образованной во внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора. Со ссылкой на фиг.13 должно быть понятно, что защитное кольцо 702а может быть размещено в выемке 310 защитного кольца, образованной во внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, как показано на фиг.13. В этом примере защитное кольцо 702а прикладывает радиально сжимающие силы, направленные к оси вращения, определяемой центральной линией 107, как схематично представлено стрелками на фиг.13. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются вокруг полной окружности защитного кольца 702а без прерывания.

Как было упомянуто, кольца жесткости могут быть размещены во множестве местоположений вдоль корпуса 302 вентилятора. Фиг.14 изображает пример, в котором пара колец 502, 602 жесткости размещена напротив защитного кольца 702b. Как показано на виде в поперечном разрезе на фиг.15, каждое из кольца 502 жесткости и защитного кольца 702b подвергли горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, причем корпус 302 вентилятора расположен между кольцом 502 жесткости и защитным кольцом 702b. Кольцо 602 жесткости аналогичным образом подвергли горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, при этом корпус 302 вентилятора расположен между кольцом 602 жесткости и защитным кольцом 702b. Кольца 502, 602 жесткости в дополнение к их функциям придания жесткости в этом варианте осуществления могут обеспечивать дополнительную прочность удерживания, чтобы дополнить прочность, обеспечиваемую защитным кольцом 702b.

Корпус 302 вентилятора может быть выполнен из относительно легкого, но относительно недорогого материала, такого как алюминий, а кольца 502, 602 жесткости могут быть выполнены из материала, имеющего относительно более высокую силу удерживания или жесткость (такого, как суперсплав Inco 718, или другого жаропрочного сплава, стали, титана или других соответствующих материалов) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку кольца 502, 602 жесткости могут быть выполнены существенно меньшей массы, чем масса корпуса 302 вентилятора, материал колец 502, 602 жесткости может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 302 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или расходе или и в том, и в другом в зависимости от конкретного применения.

В описанных вариантах осуществления каждое из колец, таких как кольца 702, 702а, 702b, 502, 602, 1112, описано как размещенное в связанной с ним выемке. Должно быть понятно, что одно или больше колец, изготовленных отдельно от корпуса 302 вентилятора, могут быть прикреплены к корпусу вентилятора для усиления корпуса вентилятора без использования выемки.

В описанных вариантах осуществления каждое из колец, таких как кольца 702, 702а, 702b, 502, 602, 1112, описано как размещенное посредством горячей посадки с натягом с корпусом 302, 302а вентилятора. Должно быть понятно, что одно или больше колец, изготовленных отдельно от корпуса 302 вентилятора, могут быть прикреплены к корпусу вентилятора для усиления корпуса вентилятора так, чтобы радиально сжимающие силы прикладывались между кольцом и корпусом вентилятора без использования горячей посадки с натягом.

Из настоящего описания специалистам в данной области техники будут понятны многие видоизменения в конструкции, и они сами смогут предложить различающиеся варианты осуществления и применения изобретения, не выходя при этом за рамки объема настоящего изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к вентиляторостроению, а точнее, к способам и устройствам для улучшения защиты и термической стойкости корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе (ГТД) при ударе лопаток вентилятора при их разрушении и при своем использовании обеспечивает повышение прочности и термической стойкости корпуса вентилятора в ГТД. Указанный технический результат достигается в вариантах исполнения корпуса вентилятора ГТД. В одном варианте осуществления защитное кольцо и термостойкое кольцо подвергают горячей посадке с натягом на внутренний диаметр корпуса вентилятора, защитное кольцо там, где вращаются большие лопасти вентилятора, а термостойкое кольцо там, где нагретый воздух обратного выхлопа нагревает корпус вентилятора. В одном примере защитное кольцо выполнено из жаропрочного сплава, чтобы обеспечивать дополнительную прочность корпусу вентилятора там, где лопасти вентилятора могут отрываться, удерживая лопасть вентилятора внутри корпуса вентилятора. Термостойкое кольцо выполнено из титана или другого соответствующего материала. Дополнительно одно или больше колец жесткости могут быть подвергнуты горячей посадке с натягом на наружный диаметр корпуса вентилятора, защитное кольцо и кольца элементов жесткости могут понижать полетный вес корпуса вентилятора и снижать стоимость материалов, в то же время увеличивая прочность корпуса вентилятора. Также описаны и заявлены другие варианты осуществления. 8 н. и 81 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Формула