Статор компрессора высокого давления

 

Использование: в области двигателестроения, а именно к конструкции статора компрессора высокого давления, например газотурбинного двигателя с системой активного регулирования радиальных зазоров между ротором и статором. Сущность изобретения: статор компрессора высокого давления содержит корпус 7 и расположенные в нем направляющие аппараты со статорными лопатками 9, закрепленные в корпусе и чередующиеся с ними промежуточные кольца 10, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ-паз. Направляющие аппараты разрезаны по окружности на сектора, промежуточные кольца 10 разрезаны по окружности на сектора, число которых равно секторам направляющих аппаратов. При этом сектора направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе 7 винтами, а стыки секторов соседних элементов размещены в шахматном порядке. Стыки секторов сбоку полностью перекрыты торцами секторов соседних колец и направляющих аппаратов. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно, к конструкции статора компрессора высокого давления с системой активного регулирования радиальных зазоров между ротором и статором.

Известен статор компрессора высокого давления турбореактивного двигателя, содержащий внутренний корпус, жестко закрепленные в нем направляющие аппараты со статорными лопатками и промежуточные кольца, а также наружный корпус, охватывающий внутренний корпус с образованием кольцевой полости между ними [1] Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность регулирования радиальных зазоров между статором и ротором компрессора.

Известен также статор многоступенчатого осевого компрессора авиационного турбореактивного двигателя, включающий направляющие аппараты, состоящие из отдельных, установленных в этом статоре лопаток, и промежуточных колец, выполненных зацело с элементами статора [2] Однако данная конструкция имеет следующие недостатки: узкий диапазон регулирования радиальных зазоров, не позволяющий обеспечивать достаточно высокие параметры двигателя; неустраненные механические и термические напряжения между внутренними и наружными слоями конструкции, которые приводят к уменьшению ресурса статора; низкая надежность и технологичность из-за наличия малонадежных уплотнительных элементов и наличия сложных деталей.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в одновременном повышении ресурса, надежности и технологичности статора в результате устранения механических и термических напряжений между внутренними и наружными слоями конструкции, увеличения диапазона регулирования радиальных зазоров между ротором и статором, а также отсутствия многочисленных уплотнительных элементов и элементов крепления лопаток.

Данная техническая задача решается за счет того, что в статоре компрессора высокого давления, содержащем корпус и расположенные в нем направляющие аппараты, закрепленные в корпусе, и чередующиеся в ними промежуточные кольца, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ-паз, а направляющие аппараты разрезаны по окружности на сектора, согласно изобретению промежуточные кольца разрезаны по окружности на число секторов, равное числу секторов направляющего аппарата, при этом сектора направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе винтами, а стыки секторов соседних колец и направляющих аппаратов размещены в шахматном порядке.

Кроме того, стыки секторов сбоку полностью перекрыты торцами секторов соседних направляющих аппаратов.

На фиг. 1 изображена схема турбореактивного двухконтурного двигателя; на фиг. 2 узел I на фиг.1 (в увеличенном виде для статора с радиальной деформацией корпуса при помощи разности давлений); на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг. 4 узел I на фиг.1 (для статора с обдувом внутреннего корпуса воздухом); на фиг. 5 узел II на фиг.4 в увеличенном виде; на фиг.6 и 7 частичное окружное сечение по кольцу направляющего аппарата; на фиг. 8 схема расположения секторов колец в статоре компрессора; на фиг. 9 разрез Б-Б на фиг.6 (по стыку между секторами промежуточного кольца).

Турбореактивный двухконтурный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор 2 низкого давления, компрессор 3 высокого давления, камеру 4 сгорания, турбину 5 высокого давления и турбину 6 низкого давления.

Статор компрессора 3 высокого давления 3 содержит внутренний корпус 7, в котором жестко закреплены сектора 8 направляющих аппаратов со статорными лопатками 9 и чередующиеся с ними промежуточные кольца 10. Наружный корпус 11 охватывает внутренний корпус 7, снабжен патрубками 12 и жестко связан с внутренним корпусом радиальными фланцами 13 и 14. Кольцевая полость 15 между этими корпусами выполнена герметичной и сообщена с проточной частью 16 компрессора жиклерными отверстиями 17. Патрубки 12 снабжены заслонками 18 и сообщены с каналом 19 наружного контура двигателя (фиг. 2 и 3).

Ротор компрессора высокого давления включает роторные лопатки 20, закрепленные на барабане ротора.

Сектора 8 направляющих аппаратов жестко закреплены на внутреннем корпусе винтами 22. Промежуточные кольца 10 жестко соединены с секторами 8 боковыми кольцевыми буртиками 23, выполненными на секторах 8 и расположенными в ответных кольцевых канавках соседних промежуточных колец 10.

Сектора 8 направляющих аппаратов и промежуточные кольца 10 разрезаны по окружности на равное число секторов 24 и 25 соответственно. Каждый сектор закреплен на внутреннем корпусе 7 одним винтом 22. Концы каждого из секторов 25 и 24 жестко зафиксированы между средними частями секторов соседних колец. Стыки секторов 24 и 25 соседних секторов 8 и 10 размещены в шахматном порядке.

По краям секторов 8 направляющих аппаратов радиально наружу от боковых буртиков 23 выполнены буртики 26 до контакта с внутренним корпусом 7, которые своими торцами полностью закрывают сбоку стыки между соседними секторами 25, что предотвращает утечку воздуха через эти стыки от последующих ступеней компрессора к предыдущим (фиг.9).

При сборке компрессора на ротор, расположенный вертикально, устанавливают последовательно секторы 24 в сборе с направляющими лопатками 9 и секторы 25 колец 10. При этом кольцевые буртики 23 секторов 24 входят в кольцевые канавки секторов 25 соседних колец 10. Такая двойная центровка (по внутренней цилиндрической и наружной цилиндрической поверхностям) совместно с шахматным расположением стыков соседних секторов 24 и 25 обеспечивает фиксацию секторов в радиальном направлении относительно ротора. После установки секторов всех колец на них надвигают внутренний корпус 7 и закрепляют каждый сектор одним винтом 22 на внутреннем корпусе.

После запуска двигателя при переходе с режима малого газа на взлетный режим радиальные зазоры между ротором и статором уменьшаются. Так как заслонки 18 находятся в открытом положении, то давление в кольцевой полости 15 будет примерно равно давлению в канале 19 наружного контура двигателя. Поэтому под давлением все увеличивающегося перепада по обе стороны внутреннего корпуса 7, а также все увеличивающейся температуры воздуха в проточной части 16 компрессора внутренний корпус 7 расширяется быстрее, чем ротор. Ввиду этого радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются, что предотвращает задевание концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10.

При переходе двигателя на длительный крейсерский режим все заслонки 18 закрываются, и полость 15 становится герметичной. Поскольку она сообщена с проточной частью 16 жиклерными отверстиями 17, давление в ней становится равным статическому давлению в том месте проточной части 16, где расположены отверстия 17. Внутренний корпус 7 разгружается от действия силы перепада давления по обе его стороны. Корпус 7 при этом сжимается и радиальные зазоры становятся минимальными. Температура корпуса и ротора выравнивается.

При переходе двигателя на режим малого газа температура воздуха в проточной части 16 резко уменьшается. При этом тонкостенный внутренний корпус 7 охлаждается быстрее, чем массивный ротор, поэтому возникает опасность врезания концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10 статора.

Для увеличения радиальных зазоров открываются заслонки 18, после чего давление в кольцевой полости 15 быстро падает до давления в канале 19 наружного контура. Внутренний корпус 7 под давлением разности давлений по обе стороны расширяется и радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются.

При работе двигателя множество секторов 24 и 25, на которые разрезаны элементы 8 и 10, закрепленные на внутреннем корпусе 7 только одним винтом каждый, не ограничивают свободную радиальную деформацию корпуса 7 при температурах и силовых воздействиях на него. Крепежные винты 22 при этом не подвергаются дополнительным напряжениям.

Формула изобретения

1. СТАТОР КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус и расположенные в нем направляющие аппараты, закрепленные на корпусе, и чередующиеся с ними промежуточные кольца, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ - паз, а направляющие аппараты разрезаны по окружности на число секторов, равное числу секторов направляющего аппарата, при этом сектора колец направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе винтами, а стыки секторов соседних колец и направляющих аппаратов размещены в шахматном порядке.

2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что стыки секторов полностью перекрыты торцами секторов соседних направляющих аппаратов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9