Компрессор газотурбинного двигателя

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям статора компрессора газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД многоступенчатого компрессора и технологичности сборки за счет обеспечения управляемости радиальными зазорами между статором и ротором. В компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем статор с наружным корпусом и внутренним корпусом, в котором установлены кольца с помощью соединения выступ - паз, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором, согласно изобретению внутренний корпус выполнен неразъемным, а наружный корпус - с осевым разъемом, при этом кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца выполнены сегментными, а между соседними сегментами в пазах расположены уплотнительные пластины, причем I < L , где I - осевая длина соединения выступ - паз, L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромкой соседней рабочей лопатки. Выполнение внутреннего корпуса компрессора, на котором крепятся рабочие кольца и кольца направляющих аппаратов, неразъемным, т.е. без горизонтального разъема, позволяет обеспечить минимальные зазоры между статором и ротором. 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям статора компрессора газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, статор которого выполнен с неразъемным наружным корпусом, а рабочие колеса и кольца направляющих аппаратов установлены на центрирующих оболочках, закрепленных на наружном корпусе [1].

Недостатком такой конструкции является отсутствие системы управления радиальными зазорами между статором и ротором и низкий КПД компрессора.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является компрессор газотурбинного двигателя, статор которого имеет наружный корпус и внутренний корпус, в котором установлены кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором [2].

Недостатком такой конструкции является низкий КПД компрессора, вызванный недостаточной управляемостью радиальными зазорами между статором и ротором, меняющимися в результате тепловой инерции рабочих колец и колец направляющих аппаратов.

Кроме того, такая конструкция не обеспечивает предварительную сборку неразборного ротора многоступенчатого компрессора с неразъемным внутренним корпусом.

Современные высоконапорные компрессоры выполняются многоступенчатыми (например, трехступенчатыми в двигателях ПС-90А) и требуют тщательной балансировки при сборке. Собранный и отбаллансированный ротор не подлежит разборке во избежание появления дисбаланса. Поступенчатая сборка компрессора (направляющий аппарат - рабочее колесо - направляющий аппарат и т.д.) исключается, т.к. такая сборка требует разборки ротора компрессора. Одновременно для обеспечения минимальных зазоров между статором и ротором внутренний корпус компрессора, на котором крепятся рабочие кольца и кольца направляющих аппаратов, должен выполняться неразъемным.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД многоступенчатого компрессора и технологичности сборки за счет обеспечения управляемости радиальными зазорами между статором и ротором.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем статор с наружным корпусом и внутренним корпусом, в котором установлены кольца с помощью соединения выступ - паз, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором, согласно изобретению внутренний корпус выполнен неразъемным, а наружный корпус - с осевым разъемом, при этом кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца выполнены сегментными, а между соседними сегментами в пазах расположены уплотнительные пластины, причем I < L, где I - осевая длина соединения выступ - паз; L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромкой соседней рабочей лопатки.

Выполнение внутреннего корпуса компрессора, на котором крепятся рабочие кольца и кольца направляющих аппаратов, неразъемным, т.е. без горизонтального разъема, позволяет обеспечить минимальные зазоры между статором и ротором.

Сборку неразъемного ротора с неразъемным внутренним корпусом возможно осуществить, лишь используя "чулочную" сборку компрессора, которая обеспечена осевым разъемом наружного корпуса и выполнением колец направляющих аппаратов и рабочих колец сегментными. При этом сегменты рабочих колец и направляющих аппаратов устанавливают по окружности в роторе компрессора и удерживаются за счет сил трения по уплотняющим пластинкам.

Неразъемный внутренний корпус путем осевой сдвижки надвигают на полученный "пакет", после чего кольца направляющих аппаратов крепят к внутреннему кольцу, который присоединяют к фланцу наружного корпуса.

Уплотнительные пластины между соседними сегментами выполняют технологическую функцию при сборке компрессора, фиксируя между собой сегменты направляющих аппаратов и рабочих колец, а также уплотняя осевые стыки между сегментами при работе двигателя.

Сборка компрессора осуществима лишь в случае выполнения условий L > I, где L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромки соседней рабочей лопатки; I - осевая длина соединения выступ - паз между кольцами направляющих аппаратов и рабочими кольцами.

В заявляемой конструкции сегменты колец направляющих аппаратов и сегменты рабочих колец имеют возможность перемещаться совместно с внутренним корпусом и при этом не оказывают сопротивления изменению диаметра корпуса, т. к. сегменты устанавливают с окружными зазорами δ между собой, что обеспечивает управляемость радиальными зазорами между статором и ротором, повышая КПД компрессора.

На фиг. 1 представлен продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя; на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг. 2; фиг. 4 иллюстрирует порядок сборки компрессора.

Высоконапорный многоступенчатый компрессор 1 состоит из статора 2 и ротора 3. Статор 2 содержит разъемный вдоль оси по условиям сборки наружный корпус 4 и неразъемный внутренний корпус 5, к которому изнутри с помощью радиальных винтов 6 крепят сегментные кольца направляющих аппаратов 7 с направляющими лопатками 8. Кольца 7 с помощью соединения выступ - паз 9, а также с помощью осевых штифтов 10 фиксируют сегментные рабочие кольца 11. Отдельные сегменты колец направляющих аппаратов 7 и рабочих колец 11 выполнены с окружными зазорами между собой δ, которые уплотняются с помощью осевых пластин 12, вставленных в пазы 13.

Внутренний корпус 5 с помощью болтов 14 крепится к фланцу 15, который в свою очередь крепится к наружному корпусу 4.

Для управления радиальными зазорами между статором 2 и ротором 3 выполнена система обдува внутреннего корпуса 5, состоящая из полости подвода воздуха 16, перфорированного дефлектора 17, полости обдува 18 и отверстий отвода воздуха 19.

Ротор 3 компрессора 1, состоящий из дисков 20, рабочих лопаток 21 и промежуточных колец 22, выполнен неразборным при общей сборке компрессора.

Собирается и работает заявляемое устройство следующим образом.

Сегментные кольца направляющих аппаратов 7 и сегментные кольца рабочих колец 11 устанавливаются в ротор 3 между и над рабочими лопатками 21, фиксируясь между собой за счет сил трения по осевым уплотняющим пластинкам 12 и соединениям выступ - паз 9.

На полученную конструкцию надвигается неразъемный внутренний корпус 5 ("чулочная" сборка), который фиксируется болтами 14 к фланцу 15, который в свою очередь фиксируется болтами относительно наружного корпуса 4. Кольца направляющих аппаратов 7 фиксируется относительно корпуса 5 с помощью радиальных винтов 6.

При запуске двигателя в полость подвода воздуха 16 подается холодный воздух, который через перфорированный дефлектор 17 обдувает снаружи внутренний корпус 5, за счет тепловой деформации которого и осуществляется регулирование радиального зазора Δ. Сегменты колец направляющих аппаратов 7 и сегменты рабочих колец 11 при этом перемещаются совместно с корпусом 5 и не оказывают сопротивления изменению диаметра корпуса 5, т.к. сегменты установлены с окружными зазорами δ между собой.

Пластинки 12 уплотняют окружные зазоры шириной δ от перетекания воздуха между ступенями. Пластинки 12 выполняют технологическую функцию при сборке компрессора, фиксируя между собой сегменты направляющих аппаратов 7 и рабочих колец 5, а также уплотняют осевые стыки между сегментами при работе двигателя.

Источники информации 1. Вьюнов. С.А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Машиностроение, 1989, стр. 106, рис. 3.43.

2. Патент РФ N 2121082, МКИ F 04 D 29/56, F 02 C 7/20.

Формула изобретения

Компрессор газотурбинного двигателя, содержащий статор с наружным корпусом и внутренним корпусом, в котором установлены кольца с помощью соединения выступ - паз, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором, отличающийся тем, что внутренний корпус выполнен неразъемным, а наружный корпус - с осевым разъемом, при этом кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца выполнены сегментными, а между соседними сегментами в пазах расположены уплотнительные пластины, причем I<L, где I - осевая длина соединения выступ - паз; L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромкой соседней рабочей лопатки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4