Направляющий аппарат осевого компрессора

 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газотурбинного двигателя (ГТД). Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД и надежности в работе за счет уменьшения износа соприкасающихся поверхностей элементов направляющего аппарата в осевом и радиальном направлениях. В направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен поворотный входной направляющий аппарат (ВНА) осевого компрессора ГТД, в котором поворотные лопатки закреплены верхними цапфами в наружном корпусе, а внутренними цапфами через втулки - в разъемном внутреннем кольце [1].

Недостатком известной конструкции является интенсивный износ сопрягаемых поверхностей цапф поворотных лопаток и втулок, установленных во внутреннем кольце, обусловленный повышенным удельным давлением в связи с линейным контактом этих деталей.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция направляющего аппарата осевого компрессора ГТД с двухсторонним креплением поворотных лопаток, в котором внутреннее кольцо (бандаж) образовано двумя полукольцами, а нижние "бочкообразные" цапфы поворотных лопаток входят в цилиндрические гнезда, образованные полукольцами бандажа [2].

Однако воздействие вибрационных нагрузок и попадание абразивных частиц и грязи вместе с воздухом из проточной части двигателя в монтажный зазор приводит к износу соприкасающихся элементов. По мере наработки двигателя износ элементов внутренних опор поворотных лопаток увеличивается и приводит к снижению надежности и КПД из-за износа сопрягающихся поверхностей и увеличения утечек воздуха через зазоры.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД, и надежности в работе за счет уменьшения износа соприкасающихся поверхностей элементов внутренних опор поворотных лопаток направляющего аппарата в осевом и радиальном направлениях, а также улучшения динамической характеристики ступеней компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними - в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению, на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам.

Кроме того, под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцевой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом установлены упругие шайбы.

Закрепление сферических втулок на нижних цапфах поворотных лопаток позволяет исключить радиальные перемещения разъемных внутренних колец относительно цапф, уменьшая при этом износ сопрягающихся поверхностей и повышая надежность работы устройства.

При этом повышение КПД ступени компрессора вызвано стабилизацией зазоров в лабиринтном уплотнении и уменьшением количества перетекающего воздуха из области высокого давления за лабиринтным уплотнением в область низкого давления перед ним.

Установка вкладышей из антифрикционных материалов между наружными поверхностями сферической втулки и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец с возможностью поджатия вкладышей со сферической внутренней поверхностью к сферическим втулкам снижает коэффициент трения по соприкасаемым поверхностям, стабилизирует давление в контакте, одновременно обеспечивая при работе двигателя "беззазорность" соединения в осевом направлении за счет упругих и термических свойств материала вкладышей.

Установка упругих шайб под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцовой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом обеспечивает компенсацию износов (приработки) в соединениях сферических элементов, тем самым повышая долговечность работы элементов внутренних опор лопаток при сохранении рабочих параметров ступени.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фигурах 1 и 2 представлены продольные разрезы осевого компрессора с направляющим аппаратом заявляемой конструкции. На фиг. 3, 4 и 5 показаны элементы I и II на фиг. 1 и 2, иллюстрирующие возможные варианты исполнения заявляемой конструкции направляющего аппарата.

Направляющий аппарат содержит поворотные лопатки 1, установленные верхними цапфами с напрессованными на них втулками 2 во втулки 3 наружного кольца 4. Поворотные лопатки 1 нижними цапфами с напрессованными на них через проставные кольца 5 сферическими втулками 6 установлены в полукольцах 7 и 8 внутреннего кольца внутри сферических вкладышей 9. Сферические вкладыши 9 могут быть разрезаны вдоль оси (фиг. 3) и изготовлены из антифрикционного композиционного материала, например из фторопластовой композиции с наполнителем Ф4К15М5. Винты 10 поджимают полукольца разъемного внутреннего кольца через упругие шайбы 11.

Момент затяжки винтов 10 подбирают с расчетом обеспечения заданного усилия поворота лопаток 1 при сборке конструкции, при этом необходимый упругий натяг в сопряжении по поверхности Г и возможность компенсации износов при работе двигателя обеспечивает зазор "а".

Как показано на фиг. 4, возможен вариант, когда на поверхности Е закреплены (приклеены) накладки 12 из антифрикционного композиционного материала типа "Даклен".

Согласно одному из возможных вариантов вкладыши 9 могут быть выполнены разрезными перпендикулярно их оси (фиг. 5). В этом случае упругие шайбы 13 между торцовой поверхностью одной из частей вкладыша 9, изготовленного из антифрикционного материала типа графитофторопласта, и опорной поверхностью полуколец 7 и 8 в сочетании с зазором "в" между частями вкладыша 9 обеспечивают постоянное поджатие и компенсацию износов сферического сопряжения Г.

При работе двигателя поворотные лопатки 1 прогибаются под действием газовых сил, увлекая за собой подвешенные на внутренних цапфах полукольца 7 и 8, создавая при этом контактное давление по сопрягаемой поверхности Г сферических соединений. Наличие антифрикционных вкладышей 9 со сферической внутренней поверхностью и упругих шайб 11 и 13 обеспечивает отсутствие зазоров по поверхности Г, значительно уменьшая износ втулки 6 и вкладыша 9 под воздействием вибрации, и устраняет попадание посторонних частиц и грязи на контактные поверхности сопрягаемых элементов.

Источники информации 1. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30 III серии. Техническое описание. Пермь, 1986 г., стр. 45, рис. 2.10 на вклейке.

2. Г.С.Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели, М., 1974, стр. 57, рис. 3.07в.

Формула изобретения

1. Направляющий аппарат осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними в разъемном внутреннем кольце, отличающийся тем, что на нижних цапфах закреплены сферические втулки, причем между наружными поверхностями сферических втулок и внутренними поверхностями разъемных внутренних колец установлены вкладыши со сферической внутренней поверхностью из антифрикционных материалов с возможностью их поджатия к сферическим втулкам.

2. Направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что под головками винтов, поджимающих полукольца разъемного внутреннего кольца, или между торцовой поверхностью сферических втулок и разъемным внутренним кольцом установлены упругие шайбы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5