Осевой компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к осевым компрессорам, а именно к системам защиты от разного рода внешних воздействий на лопатки компрессора, находит наибольшее применение в газотурбинных двигателях и обеспечивает повышение надежности работы компрессора с одновременным уменьшением вероятности обнаружения радиолокаторами со стороны передней полусферы двигателя. Этот результат достигается тем, что в осевом компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем ротор с рабочими лопатками и статор с лопатками направляющих аппаратов, в неподвижной части профиля каждой лопатки по всей ее высоте выполнены сквозные отверстия в каждом ребре, внутри которых закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечайках стержень. Стержень в носовой неподвижной части профиля каждой лопатки входного направляющего аппарата выполнен пустотелым, вход в полость которого соединен с полостью пустотелого входного обтекателя компрессора, а выход соединен с проточной частью компрессора. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к осевым компрессорам, а именно к системам защиты от разного рода внешних воздействий на лопатки компрессора, и находит наибольшее применение в газотурбинных двигателях.

Известен компрессор, описанный в патенте РФ №2196925, по классу МПК 7 F 04 D 29/66, F 02 С 7/047, 21.06.2001 г., который является наиболее близким к предложенному и содержит ротор с рабочими лопатками и статор с лопатками направляющих аппаратов, аэродинамический профиль каждой лопатки входного направляющего аппарата образован неподвижной входной частью, во внутреннюю полость которой поступает подогретый воздух от одной из ступеней компрессора, и поворотной хвостовой частью, причем входная и хвостовая части лопатки шарнирно соединены между собой.

Данный компрессор позволяет обеспечить подогрев лопаток направляющих аппаратов и защитить их от обледенения, но не защищает лопатки от механических повреждений посторонними предметами, попадающими на вход в компрессор, и не обеспечивает поглощение электромагнитного излучения в передней полусфере двигателя, а следовательно, и не уменьшает радиолокационную видимость объекта.

Задачей изобретения является повышение надежной работы компрессора с одновременным уменьшением вероятности обнаружения радиолокаторами со стороны передней полусферы двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что осевой компрессор газотурбинного двигателя, содержащий ротор с рабочими лопатками и статор с лопатками направляющих аппаратов, аэродинамический профиль каждой лопатки входного направляющего аппарата образован неподвижной входной и поворотной хвостовой частями, которые шарнирно соединены между собой, входная неподвижная часть профиля лопатки соединена с наружной и внутренней кольцевыми обечайками статора, которые соответственно соединены своими задними фланцами с наружным и внутренним корпусами механизма поворота хвостовых частей лопаток, снабженных выступающими из торцов цапфами, которые кинематически с помощью рычагов связаны с синхронизирующим кольцом, размещенным внутри корпуса пустотелого входного обтекателя компрессора, и приводом механизма поворота лопаток, при этом внутренняя кольцевая обечайка своим передним фланцем соединена с корпусом пустотелого входного обтекателем компрессора, а на наружной поверхности неподвижной входной части профиля лопатки через равные расстояния по ее высоте образованы углубления перпендикулярными ее наружной поверхности ребрами, расположенными параллельно оси компрессора и опоясывающими в поперечном сечении весь профиль данной части, кроме области шарнирного соединения с поворотной хвостовой частью, при этом на наружной поверхности поворотной хвостовой части со стороны корыта лопатки выполнены углубления, кроме области шарнирного соединения частей и ее выходной кромки, отделенные друг от друга образующимися при этом ребрами, причем между ребрами неподвижной и поворотной частей профиля, например, методом вулканизации нанесен слой армированной резины, равный высоте ребер, кроме того, на наружной поверхности входного обтекателя компрессора также нанесен слой резины переменной величины с уменьшением толщины от центра к периферии, а в неподвижной части профиля каждой лопатки по всей ее высоте выполнены сквозные отверстия в каждом ребре, внутри которых закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечайках стержень.

При этом стержень в носовой неподвижной части профиля каждой лопатки входного направляющего аппарата выполнен пустотелым, вход в полость которого соединен с полостью пустотелого входного обтекателя компрессора, а выход соединен с проточной частью компрессора.

Размещение синхронизирующего кольца внутри корпуса пустотелого входного обтекателя компрессора, кинематически с помощью рычагов связанного с цапфами хвостовых частей поворотных лопаток и с приводом механизма поворота лопаток компрессора, предохраняет синхронизирующее кольцо от механических повреждений и тем самым повышает надежность его работы во время эксплуатации двигателя.

Наличие на наружной поверхности входной неподвижной части профиля лопатки выполненных углублений, опоясывающих в поперечном сечении весь профиль данной части, кроме области шарнирного соединения с поворотной хвостовой частью, отделенных друг от друга образующими при этом ребрами, расположенными параллельно оси компрессора через равные расстояния по высоте лопатки, наличие на наружной поверхности поворотной хвостовой части со стороны корыта лопатки также выполненных углублений, кроме области шарнирного соединения частей и ее выходной кромки, аналогично отделенных друг от друга образующимися при этом ребрами, и нанесение между ребрами неподвижной и поворотной частей профиля, например, методом вулканизации слоя армированной резины, равного высоте ребер, кроме того, наличие на наружной поверхности входного обтекателя компрессора, также нанесенного слоя резины переменной величины с уменьшением толщины от центра к периферии, препятствует образованию на этих поверхностях льда, защищает эти поверхности от повреждения при попадании механических предметов на вход компрессора, обеспечивает поглощение электромагнитного излучения в передней полусфере двигателя, а следовательно, и уменьшает радиолокационную видимость объекта.

Наличие в неподвижной части профиля каждой лопатки по всей ее высоте сквозных отверстий в каждом ребре, внутри которых закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечайках статора компрессора стержень, обеспечивает армирующую жесткость носовой части неподвижного профиля, по существу, выполненного из эластичного материала, обеспечивая тем самым надежность работы лопаток в набегающем потоке воздуха, а в случае выполнения стержня пустотелым вход, во внутреннюю полость которого соединен с внутренней полостью пустотелого входного обтекателя компрессора, а выход соединен с проточной частью компрессора, позволяет пропускать через его внутреннюю полость подогретый воздух из-за ступеней компрессора и усиливает антиобледенительную защиту от обмерзания льдом и тем самым повышает надежность работы компрессора в любых эксплуатационных условиях.

На фиг.1 представлен продольный разрез многоступенчатого компрессора.

На фиг.2 в увеличенном масштабе представлен фрагмент продольного разреза входной части многоступенчатого компрессора с необходимыми сечениями, поясняющими конструкцию направляющего аппарата.

На фиг.3 показано продольное сечение носовой неподвижной части аэродинамического профиля лопатки направляющего аппарата по осевой линии сквозного отверстия со стержнем внутри.

На фиг.4 показано продольное сечение носовой части неподвижной части аэродинамического профиля лопатки по осевой линии сквозных отверстий с пустотелой трубкой внутри.

На фиг.5 показано поперечное сечение аэродинамического профиля неподвижной и поворотной частей лопатки направляющего аппарата компрессора со стержнем внутри сквозных отверстий в носовой неподвижной ее части.

На фиг.6 показан фрагмент поперечного сечения неподвижной части профиля лопатки направляющего аппарата компрессора с пустотелой трубкой внутри сквозных отверстий в носовой ее части.

На фиг.7 дано продольное сечение носовой неподвижной части аэродинамического профиля лопатки по осевой линии цапфы.

На фиг.8 дано продольное сечение подвижной части аэродинамического профиля лопатки.

На фиг.9 дано поперечное сечение неподвижной и поворотной частей профиля лопатки направляющего аппарата компрессора по ребрам, расположенным параллельно оси компрессора через равные расстояния по высоте лопатки направляющего аппарата компрессора.

На фиг.10 представлено одно из ребер, расположенных по высоте неподвижной входной части аэродинамического профиля лопатки направляющего аппарата.

На фиг.11 представлена неподвижная входная часть аэродинамического профиля лопатки до нанесения на нее резины методом вулканизации.

Осевой компрессор газотурбинного двигателя содержит ротор 1 с рабочими лопатками 2, статор 3 с лопатками направляющих аппаратов 4, аэродинамический профиль 5 лопаток входного направляющего аппарата 6 образован входной неподвижной и поворотной хвостовой частями 7 и 8, при помощи шарнира 9 соединенные между собой, входная неподвижная часть 7 профиля лопатки соединена с наружной и внутренней кольцевыми обечайками 10 и 11 статора, которые соответственно соединены своими задними фланцами 12 и 13 с наружным и внутренним корпусами 14 и 15 механизма поворота хвостовых частей 8 профиля лопаток, снабженных выступающими из торцов 16 цапфами 17, кинематически с помощью рычагов 18 соединенных с синхронизирующим кольцом 19, размещенным внутри корпуса пустотелого входного обтекателя 20, и приводом механизма поворота 21 лопаток. Внутренняя кольцевая обечайка 11 своим передним фланцем 22 соединена с корпусом пустотелого входного обтекателя 20. На наружной поверхности неподвижной части 7 профиля 5 каждой лопатки через равные расстояния по ее высоте образованы углубления 23 перпендикулярными ее наружной поверхности ребрами 24, расположенными параллельно оси компрессора и опоясывающими в поперечном сечении весь профиль данной части. На наружной поверхности поворотной хвостовой части 8 со стороны корыта 25 профиля 5 каждой лопатки выполнены углубления 26, отделенные друг от друга ребрами 27, между ребрами 24 и 27 в углублениях 23 и 26 размещены слои армированной резины 28 и 29 соответственно. На корпусе обтекателя 20 нанесены слои резины 30 с уменьшением толщины от центра к периферии корпуса. В неподвижной части 7 профиля 5 каждой лопатки по всей ее высоте выполнены сквозные отверстия 31, внутри которых закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечаек 10 и 11 стержень 32, который может быть выполнен и пустотелой трубкой 33, один конец 34 которой соединен с внутренней полостью пустотелого входного обтекателя 20, а другой конец 35 соединен с проточной частью компрессора.

Осевой компрессор газотурбинного двигателя работает следующим образом.

При работе двигателя на режимах малой заметности, когда требуется снижение уровня радиолокационного отраженного излучения в передней полусфере двигателя, например при преодолении полосы противовоздушной обороны противника, из системы управления (на чертеже условно не показано) на привод механизма поворота 21 лопаток входного направляющего аппарата 6 поступает сигнал на поворот лопаток в сторону их прикрытия. Механизм поворота 21 через цапфы 17 на торцах 16 поворотной хвостовой части 8 профиля 5, кинематически связанные через рычаги 18 с синхронизирующим кольцом 19, осуществляет поворот хвостовой части 8 всех лопаток направляющего аппарата в сторону прикрытия. В этом случае со стороны передней полусферы двигателя образуется комбинация поверхностей, сплошь покрытых резиной, которая частично поглощает сигнал локатора, а из-за криволинейных поверхностей входного обтекателя 20 и профиля 5 лопаток направляющего аппарата 6 частично и рассеивает поступивший сигнал от локатора и уменьшает в целом отраженный сигнал, возвращающийся на локатор.

При этом габаритные размеры ребер 24 и 27 между углублениями 23 и 26 на профиле 5 определяются расчетным или экспериментальным путем из условия максимального поглощения электромагнитного излучения и должны быть в несколько раз меньше длины волны радиоизлучения.

При работе двигателя на обычных эксплуатационных режимах, когда снижение радиолокационного излучения не требуется, привод 21 приводит в действие шарнирно-рычажные системы с синхронизирующим кольцом 20 и поворотная хвостовая часть 8 становится в исходное положение или на угол, который предусмотрен автоматикой двигателя.

Выполнение на неподвижной части 7 профиля 5 каждой лопатки входного направляющего аппарата 6 по всей ее высоте сквозных отверстий 31 в каждом ребре, внутри которого закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечайках 10 и 11 статора компрессора стержень 32, обеспечивает армирующую жесткость носовой части неподвижного профиля 5. При выполнении стержня 32 пустотелой трубкой 33 через входной конец 34 во внутреннюю полость трубки 33 поступает подогретый воздух из-за ступеней компрессора, который проходит по всей высоте лопатки профиля 5, подогревает и слои резины 28 и металлические ребра 24 и выходит в район расположения цапф 17 и далее попадает в проточную часть компрессора, усиливая при этом тепловую защиту от обмерзания льдом входных кромок лопаток 6 входного направляющего аппарата компрессора и попадания кусочков льда в проточную часть, предохраняя лопатки 2 и 4 компрессора от механических повреждений. На режимах, на которых обледенение отсутствует, подогретый воздух, пройдя по трубкам 33, практически без каких-либо утечек возвращается в проточную часть компрессора, не ухудшая параметры двигателя.

Такая конструкция осевого компрессора газотурбинного двигателя улучшает эксплуатационные свойства двигателя, обеспечивая при этом высокую надежность, уменьшает вероятность обнаружения объекта локатором с передней полусферы двигателя, не ухудшая основных параметров двигателя.

1. Осевой компрессор газотурбинного двигателя, содержащий ротор с рабочими лопатками и статор с лопатками направляющих аппаратов, аэродинамический профиль каждой лопатки входного направляющего аппарата образован неподвижной входной и поворотной хвостовой частями, которые шарнирно соединены между собой, входная неподвижная часть профиля лопатки соединена с наружной и внутренней кольцевыми обечайками статора, которые соответственно соединены своими задними фланцами с наружным и внутренним корпусами механизма поворота хвостовых частей лопаток, снабженных выступающими из торцов цапфами, которые кинематически с помощью рычагов связаны с синхронизирующим кольцом, размещенным внутри корпуса пустотелого входного обтекателя компрессора, и приводом механизма поворота лопаток, при этом внутренняя кольцевая обечайка своим передним фланцем соединена с корпусом пустотелого входного обтекателя компрессора, а на наружной поверхности неподвижной входной части профиля лопатки через равные расстояния по ее высоте образованы углубления перпендикулярными ее наружной поверхности ребрами, расположенными параллельно оси компрессора и опоясывающими в поперечном сечении весь профиль данной части, кроме области шарнирного соединения с поворотной хвостовой частью, при этом на наружной поверхности поворотной хвостовой части со стороны корыта лопатки также выполнены углубления, кроме области шарнирного соединения частей и ее выходной кромки, отделенные друг от друга образующимися при этом ребрами, причем между ребрами неподвижной и поворотной частей профиля, например, методом вулканизации нанесен слой армированной резины, равный высоте ребер, кроме того, на наружной поверхности входного обтекателя компрессора также нанесен слой резины переменной величины с уменьшением толщины от центра к периферии, а в неподвижной части профиля каждой лопатки по всей ее высоте выполнены сквозные отверстия в каждом ребре, внутри которых закреплен на наружной и внутренней кольцевых обечайках армирующий стержень.

2. Осевой компрессор газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что стержень в носовой неподвижной части профиля каждой лопатки входного направляющего аппарата выполнен пустотелым, вход во внутреннюю полость которого соединен с внутренней полостью пустотелого входного обтекателя компрессора, а выход соединен с проточной частью компрессора.