Вентилятор газотурбинного двигателя
Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности конструкции за счет исключения попадания элементов крепежа в газовоздушный тракт двигателя, а также упрощения процесса сборки. Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе газотурбинного двигателя с рабочими лопатками вентилятора и диском, на Г-образном выступе которого установлен опорный кольцевой фланец, на котором осевыми болтами закреплен входной обтекатель компрессора с конусным кольцевым выступом, согласно изобретению между фланцем и хвостовиком лопатки установлено С-образное уплотнительное кольцо с внутренним и внешним осевыми выступами, контактирующими с хвостовиком и нижней полкой лопатки соответственно, и в осевых отверстиях уплотнительного кольца размещены полые головки осевых болтов, а между уплотнительным кольцом и выступом входного обтекателя выполнен кольцевой целевой зазор, при этом d/d1=1,01...1,1; d1/d2=1,1...2; d1/h=1,5...3; L/h=2...5, где d – диаметр осевого отверстия в уплотнительном кольце; d1 - диаметр описанной вокруг головки болта окружности; d2 - диаметр внутренней полости головки болта; h – осевая длина радиального щелевого зазора; L – осевая длина головки болта. 3 ил.
Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.
Известен вентилятор газотурбинного двигателя, обтекатель которого, установленный на рабочем колесе вентилятора, служит для осевой фиксации рабочих лопаток [1].
Недостатком такой конструкции является ее низкая ремонтопригодность, так как в случае износа опорного торца замене подлежит основная часть обтекателя.
Наиболее близким к заявляемому является вентилятор газотурбинного двигателя, в котором осевая фиксация рабочих лопаток вентилятора производится с помощью опорного кольцевого фланца, установленного на Г-образном выступе диска вентилятора.
Обтекатель вентилятора установлен также на опорном кольцевом фланце с помощью осевых болтов, закручивание которых при сборке производится через кольцевой щелевой зазор между нижней полкой рабочей лопатки вентилятора и конусным кольцевым выступом обтекателя вентилятора [2].
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за возможности попадания головок болтов в газовоздушный тракт двигателя в случае их обрыва, а также сложность процесса сборки.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности конструкции за счет исключения попадания элементов крепежа в газовоздушный тракт двигателя, а также упрощения процесса сборки.
Сущность изобретения заключается в том, что в вентиляторе газотурбинного двигателя с рабочими лопатками вентилятора и диском, на Г-образном выступе которого установлен опорный кольцевой фланец, на котором осевыми болтами закреплен входной обтекатель компрессора с конусным кольцевым выступом, согласно изобретению между фланцем и хвостовиком лопатки установлено С-образное уплотнительное кольцо с внутренним и внешним осевыми выступами, контактирующими с хвостовиком и нижней полкой лопатки соответственно, и в осевых отверстиях уплотнительного кольца размещены полые головки осевых болтов, а между уплотнительным кольцом и выступом входного обтекателя выполнен кольцевой щелевой зазор, при этом
d/d1=1,01...1,1; d1/d2=1,1...2; d1/h=1,5...3; L/h=2...5,
где d - диаметр осевого отверстия в уплотнительном кольце;
d1 - диаметр описанной вокруг головки болта окружности;
d2 - диаметр внутренней полости головки болта;
h - осевая длина радиального щелевого зазора;
L - осевая длина головки болта.
При работе вентилятора газотурбинного двигателя на его рабочие лопатки действуют значительные газовые силы, направленные в сторону входа в вентилятор, которые воспринимаются внутренним осевым кольцевым выступом С-образного уплотнительного кольца и далее через опорный кольцевой фланец и крепежные элементы передаются на Г-образный выступ диска. Обтекатель вентилятора установлен на кольцевом фланце с помощью осевых болтов, а для уменьшения величины центробежной силы, действующей на головку болта, последняя выполнена полой, что повышает надежность конструкции.
С-образное уплотнительное кольцо выполнено с внутреннем и внешним осевыми выступами, контактирующими с хвостовиком и нижней полкой лопаток, что необходимо для уменьшения перетекания воздуха от выходных кромок рабочих лопаток к входным и повышения экономичности двигателя.
В случае поломки или самопроизвольного выкручивания болта, последний не должен попасть в газовоздушный тракт двигателя, так как это привело бы к повреждению рабочих лопаток вентилятора и поломке газотурбинного двигателя. Поэтому головки болтов под ключ размещены в кольцевой полости между опорным кольцевым фланцем и конусным выступом обтекателя с одной стороны и уплотнительным С-образным кольцом - с другой стороны. Кольцевая полость сообщается с газовоздушным трактом двигателя через кольцевой щелевой зазор, через который и производится закручивание болтов, при этом осевая длина этой щели выполнена достаточной для прохода ключа, но меньшей габаритов головки болта.
В случае d1/h<1,5 увеличивается вероятность попадания фрагментов головок болтов в газовоздушный тракт двигателя.
В случае d1/h>3 снижается надежность из-за осложнения условий сборки.
Одновременно кольцевой щелевой зазор будет создавать минимальное гидравлическое сопротивление воздуху на входе в вентилятор.
При L/h<2 увеличивается вероятность попадания фрагментов головок болтов в газовоздушный тракт двигателя, а при L/h>5 снижается надежность из-за осложнения условий сборки.
При d/d1<1,01 затрудняется сборка вентилятора из-за несовпадения головок болтов отверстий по допускам на изготовление. При d/d1>1,1 уменьшается кпд вентилятора вследствие увеличенного перетекания воздуха и снижается надежность из-за увеличения деформации головок болтов.
При d1/d2<1,1 снижается надежность головок болтов, как результат излишнего утонения их стенок. При d1/d2>2 снижается надежность болтов из-за увеличения веса их головок и центробежных сил, действующих на эти головки.
На фиг.1 показан продольный разрез вентилятора; на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.
Вентилятор 1 состоит из статора 2 и ротора 3 с рабочим колесом 4 вентилятора, состоящим из рабочих лопаток 5 и диска 6. На Г-образном выступе 7 со стороны входа в вентилятор 1 установлены С-образное уплотнительное кольцо 9 и опорный кольцевой фланец 10, с помощью внутреннего кольцевого радиального ребра 11 закрепленный болтами 12 с гайками 13 на выступе 7 диска 6. На внешнем кольцевом ребре 14 фланца 10 установлен входной обтекатель 15 вентилятора, зафиксированный осевыми болтами 16 с головками 17 под ключ, частично размещенными в осевых отверстиях 18 уплотнительного кольца 9.
Головка 17 болта 16 выполнена с внутренней полостью в виде канала 19. Для исключения попадания головок 17 болтов 16 в газовоздушный тракт 20 двигателя последние размещены в кольцевой полости 21 между уплотнительным кольцом 9, кольцевым фланцем 10 и обтекателем 15 с конусным ребром 22, образующим с уплотнительным кольцом 9 кольцевой щелевой зазор 23, обеспечивающий доступ ключа к головкам 17 болтов 16. Гайки 24 болтов 16 выполнены самоконтрящимися и размещены в замкнутой полости 25 входного обтекателя 15.
Осевое усилие от хвостовиков 26 лопаток 5 вентилятора 1 воспринимается осевым кольцевым ребром 27 фланца 10 через кольцевое внутреннее ребро 28 уплотнительного кольца 9, своим внешним ребром 29 контактирующим с нижними полками 30 со стороны входных кромок 31 рабочих лопаток 5 вентилятора 1, тем самым уменьшая перетекание воздуха от выходных кромок 32 к входным 31.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе вентилятора газотурбинного двигателя сжимаемый воздух стремится перетекать через осевой зазор между хвостовиками 26 рабочих лопаток 5 вентилятора от выходной кромки 32 к входной 31, однако этому препятствует уплотнительное С-образное кольцо 9, что повышает экономичность газотурбинного двигателя.
Головки 17 под ключ болтов 16 частично размещены в осевых отверстиях 18 уплотнительного кольца 9, что препятствует деформации болтов 16 под действием центробежных сил, что повышает надежность вентилятора 1. Одновременно головки болтов уменьшают перетекание воздуха через отверстия 18. В случае поломки головки болта 16 ее попадание в газовоздушный тракт 20 двигателя исключается, так как кольцевой щелевой зазор 23 для прохода ключа существенно меньше габаритных размеров головок 17.
Источники информации
1. Патент РФ №716328, 1978 г.
2. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, Машиностроение, 1981, стр. 92, рис.3.30.
Формула изобретения
Вентилятор газотурбинного двигателя с рабочими лопатками вентилятора и диском, на Г-образном выступе которого установлен опорный кольцевой фланец, на котором осевыми болтами закреплен входной обтекатель компрессора с конусным кольцевым выступом, отличающийся тем, что между фланцем и хвостовиком лопатки установлено С-образное уплотнительное кольцо с внутренним и внешним осевыми выступами, контактирующими с хвостовиком и нижней полкой лопатки соответственно, и в осевых отверстиях уплотнительного кольца размещены полые головки осевых болтов, а между уплотнительным кольцом и выступом входного обтекателя выполнен кольцевой целевой зазор, при этом
d/d1=1,01...1,1; d1/d2=1,1...2; d1/h=1,5...3; L/h=2...5,
где d - диаметр осевого отверстия в уплотнительном кольце;
d1 - диаметр описанной вокруг головки болта окружности;
d2 - диаметр внутренней полости головки болта;
h - осевая длина радиального щелевого зазора;
L - осевая длина головки болта.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
QZ4A Государственная регистрация изменений в зарегистрированный договор
Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 07.10.2010 № РД0070892
Вид договора: лицензионный
Лицо(а), передающее(ие) исключительное право: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" (RU)
Лицо, которому предоставлено право использования: Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" (RU)
Дата и номер государственной регистрации изменений, внесенных в зарегистрированный договор: 26.08.2011 РД0086062
Изменения:Из предмета договора исключены патенты 
2255234 и 2250416. Изменения условий договора, не отраженных в Государственном реестре.
Дата публикации: 10.10.2011
