Устройство контуров отбора воздуха, ступень компрессора, содержащая такое устройство, компрессор, содержащий такую ступень, и турбореактивный двигатель, содержащий такой компрессор - RU2467209C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области компрессоров для турбореактивных двигателей.

Изобретение более конкретно относится к устройству контуров отбора воздуха из ступеней компрессора турбореактивного двигателя, причем упомянутая ступень компрессора содержит снабженное системой лопаток неподвижное колесо, имеющее неподвижные лопатки, и снабженное системой лопаток подвижное колесо, имеющее подвижные лопатки, в которой упомянутое устройство контуров отбора воздуха содержит коллектор подвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на подвижных лопатках, и коллектор неподвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на неподвижных лопатках.

Предлагаемое изобретение относится также к ступени компрессора, предназначенного, в частности, для турбореактивного двигателя, и оснащенной таким устройством контуров отбора воздуха.

Предлагаемое изобретение относится также к компрессору для турбореактивного двигателя, оснащенному таким устройством контуров отбора воздуха и/или такой ступенью компрессора. Компрессор может представлять собой компрессор высокого давления или компрессор низкого давления.

И наконец, предлагаемое изобретение относится к турбореактивному двигателю, оборудованному таким устройством контуров отбора воздуха, и/или такой ступенью компрессора, и/или таким компрессором.

В последующем термины "осевой" и "радиальный" относятся соответственно к осевому направлению и к радиальному направлению турбореактивного двигателя.

Известно, что ступень компрессора газотурбинного двигателя содержит снабженное системой лопаток подвижное колесо и снабженное системой лопаток неподвижное колесо, лопатки которых проходят соответственно между внутренним кожухом и наружным кожухом компрессора, которые ограничивают главный канал, в котором движется главный поток воздуха.

Хорошо известно, что факт отсасывания пограничного слоя главного потока воздуха в одном или в нескольких подходящих для этого местах профиля подвижных лопаток и/или профиля неподвижных лопаток позволяет улучшить аэродинамическую ситуацию в той или иной ступени компрессора, создавая более благоприятное отношение давлений в этой ступени компрессора, не ухудшая при этом ни ее коэффициент полезного действия, ни ее критический предел срыва потока. Это позволяет, для данной степени сжатия, уменьшить количество ступеней компрессора по сравнению с компрессором, в котором воздух с профилей лопаток не отсасывается.

Специалисту в данной области техники известно, что отсасывание, которое осуществляется только на подвижных лопатках, представляет опасность создания значительного отклонения потока воздуха, протекающего в главном канале, и что, таким образом, предпочтительным является отсасывание воздуха одновременно на подвижных лопатках и на неподвижных лопатках.

Компрессор с отсосом воздуха известен, например, из патента ЕР 1643136 - А1, в котором описано некоторое количество различных конструкций компрессора, в которых рассматривается отсасывание воздуха на профиле подвижных лопаток компрессора, а также на профиле неподвижных лопаток компрессора.

Отсасываемый таким образом в компрессоре воздух отбирается затем для использования в другой части турбореактивного двигателя с целью охлаждения его горячих деталей. Отбор воздуха осуществляется через наружный кожух компрессора посредством коллекторов, которые располагаются на наружной части кожуха главного канала. В патенте ЕР 1643136 - А1 представлены коллекторы, располагающиеся против снабженных системой лопаток неподвижных колес ступеней компрессора.

Каждая ступень компрессора высокого давления связана с двумя коллекторами, располагающимися вокруг наружного кожуха главного канала, причем один из этих коллекторов принимает воздух, отобранный на подвижных лопатках, а другой коллектор принимает воздух, отобранный на неподвижных лопатках. Каждый из этих коллекторов связан также с трубопроводами, которые отводят отобранный воздух к нужным местам в данном турбореактивном двигателе.

Для некоторых вариантов конструкции турбореактивного двигателя периферийная часть компрессора высокого давления также представляет собой весьма важный участок, который может быть использован для размещения различного вспомогательного оборудования и/или оборудования самого турбореактивного двигателя. Например, в некоторых конфигурациях неподвижные лопатки фиксируются в положении, которое является регулируемым при помощи системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток. Обычно такая система обеспечения изменяемого угла установки лопаток содержит поворотный вал, связанный с каждой неподвижной лопаткой одной ступени компрессора, причем каждый такой поворотный вал располагается проходящим сквозь наружный кожух и каждый из них приводится во вращательное движение при помощи рычага. Все эти рычаги связаны с общим механизмом управления, таким, например, как кольцо управления, перемещение которого вызывает синхронный поворот всех этих рычагов. В случае наличия такой системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток на наружном кожухе, против снабженного системой лопаток неподвижного колеса, не всегда имеется возможность дополнительно разместить коллектор, предназначенный для отбора воздуха.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеуказанные недостатки и предложить адаптированную структуру, которая позволяет одновременно разместить оборудование, обеспечивающее функционирование двигателя, например, системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток, и средства отбора воздуха, такие, например, как соответствующие коллекторы и связанные с ними трубопроводы, при сохранении относительно небольших габаритных размеров.

В соответствии с первым аспектом предлагаемое изобретение относится к устройству контуров отбора воздуха из той или иной ступени компрессора турбореактивного двигателя, причем упомянутая ступень компрессора содержит снабженное системой лопаток неподвижное колесо, имеющее неподвижные лопатки, и снабженное системой лопаток подвижное колесо, имеющее подвижные лопатки, отличающемуся тем, что упомянутое устройство контуров отбора воздуха содержит коллектор подвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на подвижных лопатках, и коллектор неподвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на неподвижных лопатках, причем упомянутый коллектор подвижного колеса располагается на периферийной части упомянутой ступени компрессора против упомянутого подвижного колеса и упомянутый коллектор неподвижного колеса располагается поверх этого коллектора подвижного колеса.

Целесообразно, чтобы упомянутое устройство контуров отбора воздуха содержало соединительные трубки, каждая из которых связывала периферийную часть ступени компрессора, располагающуюся против неподвижного колеса, с коллектором неподвижного колеса. Кроме того, упомянутый коллектор неподвижного колеса содержит соединительные отверстия, к которым присоединяются упомянутые соединительные трубки.

Целесообразно также, чтобы упомянутое устройство контуров отбора воздуха имело в своем составе по меньшей мере одну согласующую деталь, которая содержит первый канал течения воздуха, отобранного на подвижных лопатках, и второй канал течения воздуха, отобранного на неподвижных лопатках, причем упомянутые первый и второй каналы течения располагаются таким образом, чтобы обеспечить возможность для двух этих течений воздуха циркулировать при уменьшенных габаритных размерах упомянутой согласующей детали. Предпочтительно, чтобы упомянутый первый канал течения воздуха содержал первый участок трубопровода упомянутой согласующей детали и упомянутый второй канал течения воздуха содержал второй участок трубопровода этой согласующей детали.

Предпочтительно также, чтобы упомянутый первый участок трубопровода и упомянутый второй участок трубопровода имели соответственно пересекающиеся направления. В частности, упомянутый первый участок трубопровода и упомянутый второй участок трубопровода должны иметь направления, которые пересекаются по существу перпендикулярно. Например, упомянутый первый участок трубопровода имеет направление, параллельное направлению коллектора подвижного колеса, и упомянутый второй участок трубопровода имеет по существу радиальное направление.

Предпочтительно также, чтобы первый участок трубопровода проходил сквозь упомянутый второй участок трубопровода.

Предпочтительно, чтобы первый участок трубопровода имел направление, параллельное направлению коллектора подвижного колеса, и второй участок трубопровода имеет по существу радиальное направление.

Предпочтительно также, чтобы упомянутые первый участок трубопровода, второй участок трубопровода и третий участок трубопровода проходили вдоль направлений, которые являются попарно взаимно перпендикулярными.

Предпочтительно также, чтобы упомянутый участок трубопровода дополнительно содержал третий участок трубопровода упомянутой согласующей детали.

Предпочтительно, чтобы первый участок трубопровода, второй участок трубопровода и третий участок трубопровода проходили вдоль направлений, которые являются попарно взаимно перпендикулярными.

Целесообразно, чтобы упомянутая согласующая деталь дополнительно содержала средства соединения, предназначенные для ее присоединения к другим элементам упомянутого устройства контуров отбора воздуха, в частности резьбу на конце первого участка трубопровода, либо опорную пластину крепления конца первого участка трубопровода. Предпочтительно также, чтобы средства соединения имели специфические размеры концов второго участка трубопровода, которые обеспечивали бы возможность вставления с натягом каждого из упомянутых концов в коллектор неподвижного колеса. Указанные средства соединения содержат третий участок трубопровода.

Изобретение относится также к ступени компрессора, предназначенной для использования, в частности, в компрессоре высокого давления турбореактивного двигателя, которая имеет в своем составе устройство контуров отбора воздуха в соответствии с первым аспектом этого изобретения.

В соответствии со своим третьим аспектом предлагаемое изобретение относится к компрессору, в частности, к компрессору для турбореактивного двигателя, который содержит по меньшей мере одну ступень компрессора в соответствии со вторым аспектом этого изобретения и/или по меньшей мере одно устройство контуров отбора воздуха в соответствии с первым аспектом этого изобретения.

В соответствии со своим четвертым аспектом предлагаемое изобретение относится к турбореактивному двигателю, который имеет в своем составе компрессор в соответствии с третьим аспектом этого изобретения, и/или по меньшей мере одну ступень компрессора в соответствии с вторым аспектом этого изобретения, и/или по меньшей мере одно устройство контуров отбора воздуха в соответствии с первым аспектом этого изобретения.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием не являющегося ограничительным варианта его осуществления, приводимого со ссылками на фигуры, в числе которых:

Фиг.1 изображает вид в осевом разрезе турбореактивного двигателя, имеющего в своем составе компрессор высокого давления, оснащенный устройством контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематический вид в осевом разрезе ступени компрессора высокого давления, а также согласующей детали устройства контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.3 представляет собой схематический вид в изометрии в увеличенном масштабе согласующей детали устройства контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.4 представляет собой схематический вид в изометрии периферийной части компрессора высокого давления, показывающий устройство контуров отбора воздуха одной ступени этого компрессора;

Фиг.5 представляет собой другой схематический вид в изометрии в увеличенном масштабе части вида, показанного на фиг.4, причем согласующая деталь представлена с частичным вырывом.

На фиг.1 представлен схематический вид турбореактивного двигателя 1, имеющего в своем составе турбину 2 высокого давления, турбину 3 низкого давления, камеру 4 сгорания, компрессор 5 высокого давления и вентилятор 6. Компрессор 5 высокого давления образован некоторым числом ступеней 7 компрессора, каждая из которых содержит подвижные лопатки 8 и неподвижные лопатки 9.

На фиг.2 представлен схематический вид в увеличенном масштабе ступени 7 компрессора, содержащей подвижное колесо 10, оборудованное подвижными лопатками 8, и неподвижное колесо 12, оборудованное неподвижными лопатками 9. Подвижные лопатки 8 и неподвижные лопатки 9 проходят чередующимся образом в главном канале 14, ограниченном внутренним кожухом (на фиг.2 не показан) и наружным кожухом 16. Неподвижные лопатки 9 закреплены на наружном кожухе 16, тогда как подвижные лопатки 8 установлены на дисках 18 подвижных колес 10, причем эти диски 18 связаны между собой при помощи обечаек 20.

Компрессор 5 высокого давления представляет собой компрессор с отсасыванием воздуха. Воздух отсасывается на профиле подвижных лопаток 8 и на профиле неподвижных лопаток 9 для каждой ступени 7 этого компрессора. Для этого сквозь каждую подвижную лопатку 8 и сквозь каждую неподвижную лопатку 9 проходят каналы, которые отсасывают воздух на поверхности лопатки и направляют этот воздух в направлении одного из концов этой лопатки 8, 9, причем упомянутый конец представляет собой головку лопатки для подвижной лопатки 8 и вершину лопатки для неподвижной лопатки 9.

Наружный кожух 16 оснащен первыми отверстиями 22 отбора воздуха, располагающимися против подвижного колеса 10. На наружной периферийной части компрессора 5 и против подвижного колеса 10 наружный кожух 16 содержит размещенный на нем коллектор 24 подвижного колеса, в который открываются упомянутые выше первые отверстия 22 отбора воздуха. Воздух, отсасываемый на подвижных лопатках 8, непосредственно отбирается в коллектор 24 подвижного колеса через эти отверстия 22 отбора воздуха, как это схематически показано стрелкой 100.

Против неподвижного колеса 12 наружный кожух 16 содержит вторые отверстия 26 отбора воздуха. Воздух, отсасываемый на неподвижных лопатках 9, отбирается в коллектор 28 неподвижного колеса, который не показан на фиг.2, через эти вторые отверстия 26 отбора воздуха, как это схематически показано стрелкой 150.

На фиг.4 проиллюстрирован вид в изометрии наружной периферийной части наружного кожуха 16 ступени 7 компрессора.

На этой наружной периферийной части наружного кожуха 16 можно видеть системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток, связанные с каждой из неподвижных лопаток 9. Каждая система обеспечения изменения угла установки лопаток содержит поворотный вал 40, закрепленный на корневой части упомянутой неподвижной лопатки 9 и располагающийся в отверстии, проходящем сквозь наружный кожух 16. Система обеспечения изменения угла установки лопаток, связанная с данной неподвижной лопаткой 9, содержит также рычаг 42, один конец которого связан с поворотным валом 40, а другой его конец шарнирно закреплен на общем приводном кольце 44. Приводное кольцо 44 располагается на наружной периферийной части наружного кожуха 16 и в непосредственной близости от поворотных валов 40, связанных с неподвижными лопатками 9. Это общее приводное кольцо 44 имеет возможность перемещаться по вращательному движению на наружном кожухе 16 между двумя предельными положениями. Вращательное перемещение этого общего приводного кольца 44 приводит в движение все рычаги 42, которые, в свою очередь, воздействуют на поворотные валы 40 таким образом, чтобы обеспечить ориентирование совокупности неподвижных лопаток 9 одним и тем же образом.

Поворотные валы 40 представляют собой полые детали, сквозь которые проходит канал, обеспечивающий сообщение внутренней полости каждой неподвижной лопатки 9 с наружной стороной наружного кожуха 16.

На периферийной части наружного кожуха 16 можно видеть коллектор 24 подвижного колеса, располагающийся против подвижного колеса 10. Как это можно видеть на фиг.4, коллектор 28 неподвижного колеса наложен сверху на коллектор 24 подвижного колеса, причем оба упомянутых коллектора 24 и 28 располагаются по существу на одной линии вдоль радиального направления.

Устройство содержит соединительные трубки (32), каждая из которых связывает периферийную часть ступени (7) компрессора, располагающуюся против неподвижного колеса (12), с коллектором (28) неподвижного колеса.

Коллектор 28 неподвижного колеса оснащен соединительными отверстиями 30, в каждом из которых герметичным образом размещается конец соединительной трубки 32. Другой конец этой соединительной трубки 32 присоединяется герметичным образом к расположенному в периферийной части ступени (7) компрессора поворотному валу 40 системы обеспечения изменения угла установки одной неподвижной лопатки 9. Таким образом, воздух, отбираемый в неподвижных лопатках 9, собирается в коллекторе 28 неподвижного колеса посредством упомянутых соединительных трубок 32.

Устройство контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением содержит коллектор 24 подвижного колеса и коллектор 28 неподвижного колеса, причем коллекторы 24 и 28 уложены один на другой. Каждый из этих коллекторов 24 и 28 по существу представляет форму кольцевой трубки, располагающейся концентрическим образом на наружном кожухе 16.

Вследствие наличия коллектора 28 неподвижного колеса, наложенного на коллектор 24 подвижного колеса, оказывается неудобным и затруднительным присоединение к коллектору 24 подвижного колеса трубопроводов транспортировки отобранного воздуха в направлении других частей данного турбореактивного двигателя. Поэтому предлагаемое устройство контуров отбора воздуха содержит одну или несколько согласующих деталей 50, которые позволяют преодолеть это неудобство.

Такая согласующая деталь 50 схематически представлена изолированным образом на виде спереди, показанном на фиг.2, и в изометрической проекции, показанной на фиг.3, а также представлена в изометрии установленной в устройство контуров отбора воздуха, показанного на фиг.5. Эта согласующая деталь содержит первый участок трубопровода 52, второй участок трубопровода 54 и третий участок трубопровода 56. Первый участок трубопровода 52 и второй участок трубопровода 54 проходят соответственно вдоль направлений, которые пересекаются между собой. В примере, схематически проиллюстрированном на приведенных в приложении фигурах, упомянутые направления пересекаются перпендикулярным образом.

Первый участок трубопровода 52 образует первый канал течения воздуха, отобранного на подвижных лопатках 8. Второй участок трубопровода 54 и третий участок трубопровода 56 образуют канал течения потока воздуха, отобранного на неподвижных лопатках 9. Два эти канала течения обеспечивают возможность продвижения внутри согласующей детали 50 двух потоков воздуха, отобранных соответственно на подвижных лопатках 8 и на неподвижных лопатках 9, без смешивания двух этих потоков и таким образом, чтобы эта согласующая деталь 50 имела возможно меньшие габаритные размеры.

Особенности конструкции этой согласующей детали 50 более подробно проиллюстрированы на фиг.3 и 5. На фиг.5 показана внутренняя полость согласующей детали 50, причем часть этой детали здесь удалена. Особенность предлагаемой согласующей детали заключается в том, что первый участок трубопровода 52 проходит сквозь второй участок трубопровода 54. Для этого наружный диаметр этого первого участка трубопровода 52 имеет величину, меньшую, чем внутренний диаметр второго участка трубопровода 54. Таким образом, поток воздуха, отобранный в коллектор 28 неподвижного колеса, который движется во втором участке трубопровода 54 согласующей детали 50, обтекает в ней первый участок трубопровода 52, который проходит сквозь упомянутый второй участок трубопровода 54.

Более конкретно, согласующая деталь 50 содержит, как это можно видеть на фиг.3, закрытый и по существу цилиндрический корпус 58, проходящий вокруг первого участка трубопровода 52. Второй участок трубопровода 54 распределяется на две половины 542 и 542 второго участка трубопровода 54, которые присоединяются с одной и с другой стороны упомянутого корпуса 58. Третий участок трубопровода 56 также присоединяется к упомянутому корпусу 58, на том же уровне, или на другом уровне, что и две половины 542 и 542 второго участка трубопровода 54.

Кроме того, согласующая деталь 50 содержит средства соединения 62, 64, 68, 56, предназначенные для присоединения этой согласующей детали к другим элементам устройства контуров отбора воздуха. Согласующая деталь 50 содержит:

- первые средства соединения 62, 64, предназначенные для присоединения первого участка трубопровода 52 к коллектору 24 подвижного колеса и к первому транспортировочному трубопроводу 82, предназначенному для передачи потока воздуха, отобранного на подвижных лопатках 8, в направлении других частей данного турбореактивного двигателя 1;

- вторые средства соединения 68, 56, предназначенные для присоединения второго участка трубопровода 54 к коллектору 28 неподвижного колеса и к второму транспортировочному трубопроводу 84, предназначенному для передачи потока воздуха, отобранного на неподвижных лопатках 9, в направлении других частей данного турбореактивного двигателя 1.

Первые средства соединения 62, 64 содержат наружную резьбовую часть 62 на одном из концов первого участка трубопровода 52, имеющую возможность взаимодействовать с внутренней резьбовой частью 70 отверстия 72 коллектора 24 подвижного колеса. Эти первые средства соединения содержат также пластину 64 крепления другого конца первого участка трубопровода 52, имеющую возможность взаимодействовать с пластиной 74 крепления конца первого транспортировочного трубопровода 82. Например, две эти пластины 64, 74 крепления присоединяются друг к другу при помощи болтового соединения, как это демонстрируют отверстия 66, 76, выполненные в двух пластинах 64, 74 крепления и показанные соответственно на фиг.2 и на фиг.3.

Вторые средства соединения 68, 56 имеют размеры двух концов второго участка трубопровода 54, обеспечивающие вставление с натягом каждого из двух этих концов в поперечное сечение коллектора 28 неподвижного колеса. Эти средства соединения содержат также третий участок трубопровода 56, предназначенный для присоединения второго участка трубопровода 54 к второму воздушному транспортировочному трубопроводу 64. Для этого третий участок трубопровода 56 оснащен, например, резьбовой гайкой (на приведенных в приложении фигурах не показана).

При использовании устройства контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением воздух, отсасываемый на подвижных лопатках 8, непосредственно отбирается в коллектор 24 подвижного колеса и протекает через первый участок трубопровода 52 перед тем, как быть отведенным в направлении первого транспортировочного трубопровода 82, и далее к другим частям турбореактивного двигателя 1. В то же время, воздух, отсасываемый на неподвижных лопатках 9, отбирается в коллектор 28 неподвижного колеса посредством соединительных трубок 32 и протекает через две половины 544 второго участка трубопровода 54 перед тем, как быть отведенным при помощи третьего участка трубопровода 56 в направлении второго трубопровода 84 транспортировки воздуха, и далее к другим частям турбореактивного двигателя 1.

При использовании такого устройства контуров отбора воздуха, в котором коллектор 24 подвижного колеса и коллектор 28 неподвижного колеса располагаются один над другим, и благодаря использованию согласующей детали 50, два потока воздуха, отобранного соответственно на подвижных лопатках 8 и на неподвижных лопатках 9, имеют возможность двигаться, не смешиваясь друг с другом и в относительно небольших габаритных размерах.

Следовательно, периферийная часть наружного кожуха 16, располагающаяся против неподвижного колеса 12, остается свободной и пригодной для размещения на ней элементов 40, 42, 44 систем с изменяемым углом установки неподвижных лопаток 9.

В турбореактивном двигателе 1, в котором неподвижные лопатки не будут оснащены системой обеспечения изменяемого угла установки лопаток, устройство контуров отбора воздуха в соответствии с предлагаемым изобретением также создает определенные преимущества, поскольку оно оставляет свободное место, которое может быть использовано для размещения другого оборудования, отличного от системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток, поскольку наружная периферийная часть наружного кожуха 16 является весьма востребованной для размещения любых других типов двигательного или вспомогательного оборудования. В этом случае соединительные трубки 32 присоединяются непосредственно к отверстиям, проходящим сквозь наружный кожух 16, причем каждое из этих сквозных отверстий непосредственно связано с внутренней полостью одной неподвижной лопатки 9.

В зависимости от величины потребностей в отборе воздуха на подвижных лопатках 8 и на неподвижных лопатках 9, предлагаемое устройство контуров отбора воздуха может содержать одну или несколько согласующих деталей 50, вставленных в коллектор 28 неподвижного колеса.

Предлагаемое изобретение не ограничивается описанным выше вариантом его осуществления. Так, например, может быть рассмотрено использование согласующей детали 50, в которой первый участок трубопровода 52 и второй участок трубопровода 54 пересекаются не перпендикулярным образом.

Реферат

Устройство контуров отбора воздуха из ступени компрессора турбореактивного двигателя содержит снабженное системой лопаток подвижное колесо, имеющее подвижные лопатки, и снабженное системой лопаток неподвижное колесо, имеющее неподвижные лопатки. Устройство содержит коллектор подвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на подвижных лопатках, и коллектор неподвижного колеса, предназначенный для сбора потока воздуха, отсасываемого на неподвижных лопатках. Коллектор подвижного колеса располагается на периферийной части кожуха ступени компрессора напротив подвижного колеса. Коллектор неподвижного колеса располагается поверх коллектора подвижного колеса. Позволяет одновременно разместить системы обеспечения изменяемого угла установки лопаток и средства отбора воздуха при сохранении небольших габаритных размеров. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула