Вентилятор газотурбинного двигателя, содержащий балансировочную систему с глухими отверстиями для размещения грузов - RU2511767C2

Чертежи

Описание

Область техники

Изобретение в целом относится к вентилятору газотурбинного двигателя. Более конкретно, оно относится к балансировочной системе, которой оснащен вентилятор, обеспечивающей окончательную балансировку газотурбинного двигателя.

Изобретение предпочтительно относится к реактивному газотурбинному двигателю самолета.

Состояние известного уровня техники

В технике известного уровня в настоящее время известно, каким образом оснастить вентилятор реактивного газотурбинного двигателя балансировочным кольцевым фланцем, несущим на себе тщательно расположенные грузы, для обеспечения окончательной балансировки реактивного газотурбинного двигателя.

Со ссылкой на фиг.1 и 2 проиллюстрирован обычный вариант осуществления изобретения, известного в технике известного уровня.

На этих фигурах, следовательно, можно видеть вентилятор 1 с продольной осью или осью 2 вращения, также соответствующей продольной оси соответствующего реактивного газотурбинного двигателя. Этот вентилятор содержит диск 4 вентилятора, помещенный в центре на оси 2, лопасти 6 вентилятора, насаженные на диск 4 и расположенные на расстоянии друг от друга по окружности или по тангенциальному направлению, отмеченному на схеме двойной стрелкой 8.

Таким образом, лопатки 6 приводятся во вращение диском 4вокруг оси 2 вращения. Кроме того, он содержит, в известном варианте, секторы, образующие площадку (не показана), неподвижно насаженную на диск 4 между двумя лопатками 6, расположенными непосредственно одна за другой в направлении 8 по окружности, эти секторы частично образуют поверхность между лопатками, предназначенную для прохождения кольцеобразного потока воздуха, проходящего через вентилятор, также называемую трактом реактивного газотурбинного двигателя. Направление этого потока или этого тракта 22, в целом соответствующего основному направлению потока газов в пределах реактивного газотурбинного двигателя, отображено стрелкой 14 и также может быть соответствующим осевому направлению вентилятора 1.

Кроме того, вентилятор 1 также оборудован кольцевым устройством 16 для удерживания лопаток, посредством которого лопатки 6 могут удерживаться выше по потоку в осевом направлении 14. В этом отношении известно, что во всем описании термины "выше по потоку" и "ниже по потоку" должны рассматриваться согласно основному направлению потока 14 газов в пределах реактивного газотурбинного двигателя.

Вентилятор 1 содержит выше по потоку от лопаток вентилятора 6 входной конус 20, центрированный на оси 2, по существу, коническая внешняя поверхность 19 которого предназначена для продолжения вышеупомянутым трактом 22. Этот конус 20, приводимый во вращение вокруг оси 2 диском 4 вентилятора, может быть выполнен в одной или нескольких соседних частях, например части 20a, расположенной выше по потоку и проходящей от самой верхней части конуса, и части 20b, расположенной ниже по потоку рядом с лопастями вентилятора, как это видно на фиг.1 и 2.

Расположенная ниже по потоку часть 20b, также называемая задней частью кожуха обтекателя, может в дополнение к ее функции определения части наружной поверхности 19 для установления границ тракта 22 также иметь дополнительную функцию системы для обеспечения балансировки реактивного газотурбинного двигателя.

Действительно, эта расположенная ниже по потоку часть 20b образует кольцевой балансировочный фланец, связанный с возможностью вращения с диском 4 вентилятора относительно оси 2 вращения, оборудованный множеством отверстий 24 для размещения грузов, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга. В качестве показательного примера, например, есть тридцать шесть сквозных отверстий, которые выполнены на внешнем радиальном конце балансировочного фланца 20b. Как это видно на фиг.1 и 2, в вариантах осуществления известного уровня техники, отверстия 24 для размещения грузов, следовательно, открыты в тракт 22 на их внешнем радиальном конце.

Отверстия 24 в процессе функционирования каждое вмещает балансировочный груз в виде винта 26, размеры которого удерживаются такими, чтобы соответствующие грузы обеспечивали возможность оптимальной балансировки реактивного газотурбинного двигателя, компенсируя остаточное нарушение балансировки. Таким образом, в способе, известном специалисту в этой области техники, это касается длины стержня винтов, которую регулируют в соответствии с заданным весом, эти винты размещены в их соответствующих отверстиях, с головкой винта, ориентированной радиально в направлении наружу.

Однако если эта конфигурация обеспечивает возможность получения оптимальной балансировки реактивного газотурбинного двигателя, то это не означает отсутствие каких-либо недостатков. Во-первых, показано, что сквозной характер отверстий 24, означающий, что они являются открытыми в тракт 22, требует, чтобы каждое из этих отверстий было закрыто балансировочным винтом 26 для исключения утечек из тракта в направлении внутренней части входного конуса 20. Поэтому большое количество балансировочных винтов 26, что является следствием ограничений, например тридцать шесть, является большой проблемой в плане веса.

Кроме того, даже когда винты 26 установлены на место, наружная поверхность 19, определяющая тракт 22, не имеет идеального аэродинамического профиля при условии, что выемки 28 существуют на внешнем радиальном конце отверстий для размещения грузов, что ясно видно на фиг.1 и 2. Эти выемки 28, нижние части которых образованы соответствующими головками винтов, проходят, по существу, от расположения винтов в радиальном направлении, в сочетании с конической по сути поверхностью 19. С этим аэродинамическим профилем, на который негативным образом действуют выемки 28, поток воздуха на входном конусе явно не является оптимизированным. Результатом этого является лобовое сопротивление и, следовательно, потери в эффективности работы реактивного газотурбинного двигателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения, следовательно, состоит в том, чтобы, по меньшей мере, отчасти найти средство для устранения вышеупомянутых недостатков, относящихся к вариантам осуществления известного уровня техники.

Для осуществления этого объектом изобретения, прежде всего, является вентилятор для газотурбинного двигателя летательного аппарата, содержащий входной конус газотурбинного двигателя, имеющий наружную поверхность, предназначенную для продолжения трактом газотурбинного двигателя, диск вентилятора, а также лопатки вентилятора, установленные на упомянутом диске, с которым они вращаются относительно оси вращения вентилятора, упомянутый вентилятор содержит, кроме того, балансировочную систему, связанную с диском вентилятора с возможностью вращения относительно упомянутой оси вращения, упомянутая балансировочная система оборудована множеством отверстий для размещения грузов, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности, а также содержит по меньшей мере один балансировочный груз, установленный в одном из упомянутых отверстий для размещения груза. Согласно изобретению упомянутая балансировочная система, кроме того, включает в себя крепежное средство, оказывающее нажим для прижиманияупомянутого балансировочного груза относительно нижней части отверстия для размещения груза, причем последнее выполнено глухим во входном конусе с тем, чтобы быть открытым внутрь последнего.

Вентилятор согласно изобретению отличается тем, чтоотверстия для балансировочных грузов больше не открыты в тракт газотурбинного двигателя, от которого они остаются фактически изолированными посредством самого входного конуса. Другими словами, аэродинамическая наружная поверхность конуса, следовательно, расположена радиально снаружи относительно нижних частей отверстий для размещения грузов, эти отверстия, следовательно, скрыты относительно тракта этой наружной поверхностью конуса.

Таким образом, тот факт, что отверстия для размещения грузов скрыты входным конусом, и уже не выполнены как сквозные отверстия в последнем, предпочтительно предполагает, что наружная поверхность для определения тракта уже не содержит выемок для размещения грузов, как описано выше в связи с вариантами осуществления известного уровня техники. Обтекание входного конуса воздушным потоком воздуха, следовательно, является оптимизированным, что в целом приводит к уменьшению лобового сопротивления и, следовательно, к повышению характеристик газотурбинного двигателя.

Кроме того, выполнение глухих отверстий для размещения грузов, которые не открываются в тракт, означает, что больше нет необходимости размещать груз в каждом отверстии, в отличие от известных вариантов осуществления. Поэтому является возможным, даже предпочтительным, выполнить балансировку, обеспечивая размещение грузов только в определенных отверстиях, предусмотренных для этой цели, что, таким образом, преимущественно приводит к существенному уменьшению массы балансировочной системы и вентилятора, включающего в себя эту систему. При определенных условиях балансировка может выполняться даже с единственным грузом, размещенным в одном из отверстий.

Предпочтительно предусмотрено, что во время эксплуатации по меньшей мере одно из упомянутых отверстий для размещения груза и еще более предпочтительно множество таких же отверстий остаются свободными.

Кроме того, другая новизна настоящего изобретения заключается в том, каким образом каждый балансировочный груз удерживается в соответствующем ему отверстии. В действительности он прижат к нижней части его глухого отверстия посредством нажима, выполняемого с этой целью крепежным средством, которое может быть любой формы, которую специалист в этой области техники считает подходящей. Предпочтительно, эти крепежные средства установлены на входном конусе.

В связи с этим установлено, что упомянутые крепежные средства и балансировочный груз, с которым они взаимодействуют, образуют узел балансировочного груза. Каждый из элементов, образующих узел, следовательно, оказывает влияние на всю массу этого узла. Однако даже если это может быть иначе, предпочтительно обеспечить, чтобы масса крепежного средства была одинаковой для всех узлов груза балансировочной системы, при этом предполагается, что только балансировочные грузы имеют воздействие на полную массу этих узлов.

Предпочтительно упомянутые крепежные средства содержат часть, образующую гайку, и нажимной винт, ввернутый в упомянутую часть, упомянутая гайка удерживается в упомянутом конусе в направлении нажимного винта. В таком случае, следовательно, именно винт оказывает нажим на балансировочный груз для прижатия его к нижней части глухого отверстия для его размещения.

Предпочтительно упомянутые отверстия для размещения груза открываются в нижнюю часть углубления, центрированного на оси вращения, и упомянутое углубление содержит с обеих сторон на его нижней части, соответственно, две боковые стенки, выполненные для создания средства для того, чтобы удерживать гайку в упомянутом углублении.

Предпочтительно упомянутое углубление открывается радиально внутрь, но альтернативно может открываться в осевом направлении или в любом другом направлении.

Предпочтительно упомянутый балансировочный груз содержит конец в форме сферической части, сопряженной с формой нижней части отверстия для размещения, к которому он прижат. Таким образом, является возможным обеспечить надежное удерживание балансировочного груза, второй конец которого затем взаимодействует с крепежными средствами, то есть предпочтительно с нажимным винтом. Также возможен конец груза в форме конической части, тоже выполненной для сопряжения с формой нижней части отверстия для размещения, к которой он прижат.

Предпочтительно упомянутый конус выполнен из алюминия или из одного из его сплавов. В таком варианте известно, что нажимные винты непосредственно не находятся в контакте с конусом, но оказывают нажим посредством соответствующего балансировочного груза, что уменьшает риски повреждения конуса.

Предпочтительно упомянутый входной конус выполнен от расположенной выше по потоку части, жестко установленной на расположенной ниже по потоку части, образующей кожух, а упомянутая балансировочная система встроена в упомянутую расположенную ниже по потоку часть, образующую кожух.

Предпочтительно упомянутый входной конус содержит кольцевой крепежный фланец, жестко насаженный на упомянутый диск вентилятора, хотя он может быть жестко насажен на любой другой элемент блока вращения вентилятора, без выхода из объема изобретения.

Предпочтительно вентилятор, кроме того, содержит кольцо для удерживания лопаток вентилятора, с которыми эти лопатки могут удерживаться аксиально относительно упомянутого диска вентилятора, упомянутое удерживающее кольцо связано с упомянутым диском вентилятора с возможностью вращения, а также предпочтительно с упомянутым кольцевым крепежным фланцем конуса.

Предпочтительно упомянутый входной конус проходит вниз по потоку до упомянутых лопаток вентилятора в одной или нескольких частях. Как упомянуто выше, является возможным выполнить входной конус в расположенной выше по потоку части, проходящей от вершины конуса, и расположенной ниже по потоку части рядом с лопатками вентилятора, при этом преимущество состоит в возможности независимой оптимизации этих частей, например, в зависимости от уровней механических/тепловых нагрузок, с которыми может столкнуться последний.

В заключение, объектом изобретения также является газотурбинный двигатель летательного аппарата, содержащий вентилятор, как описано выше, упомянутый газотурбинный двигатель предпочтительно является реактивным газотурбинным двигателем.

Другие преимущества и особенности изобретения являются очевидными в нижеследующем неограниченном подробном описании.

Краткое описание чертежей

Это описание выполнено со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1, уже описанная, иллюстрирует вид в продольном разрезе части вентилятора реактивного газотурбинного двигателя в соответствии с обычным вариантом осуществления, известным по предшествующему уровню техники;

фиг.2, уже описанная, иллюстрирует частичный вид в перспективе вентилятора, показанного на фиг.1;

фиг.3 иллюстрирует перспективное изображение задней части кожуха обтекателя, предназначенного для оборудования вентилятора реактивного газотурбинного двигателя, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 иллюстрирует вид задней части кожуха обтекателя в продольном разрезе, показанного на фиг.3, выполненном по линии IV-IV;

фиг.5 - вид в перспективе, отображающий элемент внутренней части заднего кожуха обтекателя согласно фиг.3; и

фиг.6 - увеличенный частичный вид показанного на фиг.5 изображения, показывающего, по существу, узел балансировочного груза, взаимодействующий с одним из отверстий для размещения балансировочной системы, которой оборудован задний кожух обтекателя.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Со ссылкой на фиг.3-6 можно видеть часть вентилятора 1 для реактивного газотурбинного двигателя летательного аппарата в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Более конкретно, эта расположенная ниже по потоку часть 20b входного конуса, также называемая задним кожухом обтекателя, не только выполняет функцию определения части наружной поверхности 19 для образования границ тракта 22, но также предназначена для того, чтобы нести балансировочную систему реактивного газотурбинного двигателя.

Другие элементы вентилятора 1 не были иллюстрированы, так как некоторые из них или только часть из них должны рассматриваться для этого предпочтительного варианта осуществления как являющиеся идентичными или подобными тем, которые описаны со ссылкой на фиг.1 и 2 и иллюстрируют известный уровень техники. Кроме того, элементы, имеющие одинаковые ссылочные позиции на этих фигурах, соответствуют идентичным или аналогичным элементам.

Этот задний кожух 20b обтекателя, предпочтительно изготовленный как цельная деталь из алюминия или одного из его сплавов, следовательно, содержит расположенный выше по потоку конец, предназначенный для прикрепления на расположенной ниже по потоку части входного конуса, в то время как его расположенный ниже по потоку конец предназначен находиться вровень с лопатками вентилятора, до которых он проходит. Кроме того, так же как в известном уровне техники, описанном ранее, кожух 20b имеет кольцевой крепежный фланец со ссылочной позицией 40 на фигурах. Этот фланец 40, проходящий радиально внутрь, жестко установлен на диске 4 вентилятора для надежного скрепления с последним при вращении относительно продольной оси 2. Это выполнено стандартным способом, например болтами, проходящими через оба фланца. В этом отношении, как в известном уровне техники, проиллюстрированном на фиг.1 и 2, оба из этих фланцев могут быть расположены с обеих сторон кольца 16 для удерживания лопаток вентилятора, которыми эти лопатки могут удерживаться аксиально относительно диска 4 вентилятора. Так, кольцо 16, прикрепленное к фланцу 40 конуса и к диску 4, обеспечивающее его взаимозависимость во вращении от двух этих элементов, поэтому расположено внутри кожуха 20b, который изолирует его от тракта 22.

Таким образом, оба из этих элементов 16, 34 могут совместно использовать одно и то же крепежное средство 38 на вращающемся блоке вентилятора.

Как показано на фиг.3, является возможным обеспечить, чтобы конус 20 также скрывал кольцо 16 для удерживания лопаток вентилятора, эта возможность может быть осуществлена независимо от того, изготовлено кольцо 16 за одно целое с фланцем 34 или нет.

Одна из особенностей изобретения заключается в том, что балансировочная система, которой оборудован вентилятор, предназначена для обеспечения окончательной балансировки реактивного газотурбинного двигателя и расположена внутри конуса, а более конкретно во внутреннем пространстве 41 в его расположенной ниже по потоку части 20b для того, чтобы быть скрытой от тракта 22.

Более конкретно, система имеет множество отверстий 42 для размещения грузов, выполненных в кожухе 20b, эти отверстия 42 выполнены глухими и открыты во внутреннее пространство, определенное этим кожухом, при этом предпочтительно ориентированы по радиальному направлению вентилятора.

Данная конкретная схема размещения выполнена так, чтобы отверстия 42 для размещения грузов были изолированы от тракта 22 после кожуха 20b, то есть они не являются открытыми в последний или, более того, скрытыми от последнего.

В дополнение к отверстиям 42, расположенным на расстоянии друг от друга по окружности в глубину кожуха 20b, балансировочная система также содержит по меньшей мере один узел балансировочного груза, взаимодействующий с одним из отверстий 42. Один или несколько из этих узлов груза, следовательно, установлены на заднем кожухе 20b обтекателя, соответственно связаны с отверстиями 42 для размещения, причем их количество зависит от требуемой балансировки. Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в возможности, которая, кроме того, предпочтительно сохраняется, обеспечения окончательной балансировки реактивного газотурбинного двигателя, причем при сохранении свободным одного или нескольких отверстий 42 для того, чтобы получить выигрыш в массе. В таком случае отсутствие закрытия отверстий, в которых не размещен какой-либо груз, не создает проблемы с утечкой в тракте 22, учитывая, что эти отверстия остаются изолированными от последнего в особенности посредством наружной поверхности 19, радиально смещенной в наружном направлении.

Каждый узел груза содержит балансировочный груз 44, размещенный в отверстии 42, связанном с этим узлом, а также крепежное средство, взаимодействующее с кожухом и оказывающее нажим на груз 44 для того, чтобы прижать его к нижней части его отверстия 42.

В этом предпочтительном варианте осуществления крепежные средства содержат пластину 46, образующую гайку, а также нажимной винт 48, ввернутый в гайку, предпочтительно так, чтобы быть соосным с отверстием 42, в котором помещен груз 44, на который он оказывает нажим.

Для удерживания пластины 46 относительно кожуха 20b в радиальном направлении нажима, этот кожух выполнен с выемкой 50, центрированной на оси 2, при этом отверстия 42 для размещения открыты к нижней части 52 этой выемки. Последняя является открытой радиально в направлении внутрь, ее нижняя часть 52, следовательно, ориентирована в том же самом направлении. Она не только ограничена его нижней частью 52, но также и двумя боковыми стенками 54, расположенными с обеих сторон последней. Эти стенки 54 выполнены с тем, чтобы быть средствами для удерживания пластины 46, образуя выступающие части, которые уменьшают отверстие выемки, например, в виде выступов 56.

Таким образом, как показано на фиг.6, каждая пластина 46 может быть вставлена в выемку 50 в вырезе 58, предусмотренном с этой целью в боковых стенках 54, предпочтительно посредством перемещения в радиальном направлении к внешней стороне этой пластины. Затем ее перемещают по окружности в выемке, со скольжением в кольцевом пазе, ограниченном между нижней частью 52 и удерживающими выступами 56, это перемещение прекращается, когда пластина 46 расположена перед ее соответствующим отверстием 42 для размещения.

Посредством затягивания винта 48 сквозь пластину 46 можно прижать балансировочный груз, установленный заранее, к нижней части отверстия 42, внешним радиальным концом этого винта оказывая нажим на этот груз, причем предпочтительно находящийся в прямом контакте с последним. Посредством ответного действия пластина 46 сама будет прижата к удерживающим выступам 56, обеспечивая отсутствие ослабления узла во время работы реактивного газотурбинного двигателя.

Как упомянуто выше, только в определенные отверстия 42 может быть установлен узел балансировочного груза, другие отверстия при этом остаются свободными. Предпочтительно для всех используемых узлов груза пластины 46 и винты 48 имеют идентичную форму и массу, только грузы 44, следовательно, имеют воздействие на полную массу узлов груза. В качестве показательного примера можно отметить, что груз 44 узла, показанного на фиг.4 и 5, меньше, чем груз 44 узла, показанного на фиг.6.

Какой бы ни был вариант, предпочтительно обеспечивать, чтобы внешний радиальный конец каждого груза 44 представлял собой сферическую часть 44a в контакте с сопряженной формой, предназначенной для нижней части отверстия 42. В предпочтительном описанном варианте осуществления каждое отверстие фактически содержит нижнюю часть, имеющую сферическую часть, которой соответствует сферическая часть 44a груза, но не составляет полностью эту нижнюю часть. Фактически, нижняя часть выполнена здесь с мертвым пространством 60, например, конической формы, образуя продолженную сферическую часть, при этом не заполненную грузом 44, когда последний прижат к нижней части отверстия 42.

Форма каждого балансировочного груза 44 сохраняется в зависимости от заданной массы в данном местоположении для оптимизированной окончательной балансировки. Предпочтительно, каждый груз 44 содержит, по меньшей мере, сферическую часть 44a, как в варианте для груза 44, проиллюстрированном на фиг.4 и 5, и может произвольно быть удлинен радиально к внутренней части посредством цилиндрической части 44b, как в варианте для груза 44, проиллюстрированном на фиг.6. В этой последней конфигурации цилиндрическая часть 44b, предпочтительно круглого сечения, максимально проходит до проема отверстия, соответствующего выемке 50 для размещения пластин 46.

Конечно, различные изменения относительно изобретения, которое описано выше только в качестве неограничительных примеров, могут быть исполнены специалистом в этой области техники.

Реферат

Вентилятор для газотурбинного двигателя летательного аппарата содержит входной конус газотурбинного двигателя, диск вентилятора, а также лопатки вентилятора, установленные на упомянутом диске, с которым они вращаются относительно оси вращения вентилятора. Конус имеет наружную поверхность, предназначеннуюбытьпродолженной трактомгазотурбинного двигателя. Также вентилятор содержит балансировочную систему, связанную с возможностью вращения с диском вентилятора относительно упомянутой оси вращения. Балансировочная система оборудована множеством отверстий для размещения грузов, расположенных на расстоянии друг от друга по окружности, и также содержит по меньшей мере один балансировочный груз, установленный в одном из упомянутых отверстий для размещения. Балансировочная система включает в себя крепежные средства, оказывающие нажим, прижимая упомянутый балансировочный груз к нижней части его отверстия для размещения груза. Отверстие выполнено глухим во входном конусе, с тем чтобы быть открытым внутрь последнего. Изобретение позволяет оптимизировать аэродинамический профиль наружной поверхности вентилятора. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула