Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток



Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток
Узел неподвижных лопаток для облегченного газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один такой узел неподвижных лопаток

 


Владельцы патента RU 2515694:

СНЕКМА (FR)

Узел неподвижных лопаток газотурбинного двигателя содержит кожух, оснащенные лопатками угловые секторы, неподвижно закрепленные в кожухе, кольцо из изнашиваемого материала, опирающееся на опору, неподвижно закрепленную в кожухе при помощи множества резьбовых соединений, а также шпильки для радиальной фиксации угловых секторов. Каждый из угловых секторов содержит полку и крепежное ребро, выступающее от полки радиально внутрь для крепления углового сектора в кожухе. Резьбовые соединения проходят через опору кольца из изнашиваемого материала. Шпильки для радиальной фиксации угловых секторов вставлены в отверстия, образованные в крепежных ребрах и крепежном зажиме, расположенном напротив кольца из изнашиваемого материала относительно кожуха. Крепежный зажим образует совместно с кожухом канавку, в которой расположены крепежные ребра, и неподвижно закреплен в кожухе с помощью тех же резьбовых соединений, которыми опора кольца из изнашиваемого материала закреплена в кожухе. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанный выше узел неподвижных лопаток. Группа изобретений позволяет снизить массу и длину газотурбинного двигателя. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение и предшествующий уровень техники

Изобретение относится к узлу неподвижных лопаток газотурбинного двигателя, содержащему кольцо из изнашиваемого материала, а газотурбинный двигатель содержит, по меньшей мере, один подобный узел лопаток.

Авиационные турбореактивные двигатели традиционно содержат компрессор высокого давления, компрессор низкого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и турбину низкого давления.

Компрессор предназначен для увеличения давления атмосферного воздуха, в камере сгорания происходит смешивание воздуха, сжатого компрессором, с топливом и сгорание полученной смеси, затем турбина, расположенная в выходящем потоке, приводится в действие подобным газовым потоком, имеющим высокую температуру. Турбина служит, в частности, для приведения в действие компрессоров.

Компрессоры содержат лопатки ротора и неподвижные направляющие лопатки для направления потока между ступенями сжатия.

На выходе из камеры сгорания находится узел неподвижных направляющих лопаток турбины высокого давления, предназначенный для выравнивания потока горячих газов, выходящего из камеры сгорания, перед тем как он попадет в турбину высокого давления. Узел направляющих лопаток турбины высокого давления содержит кольцо, неподвижно закрепленное на кожухе, именуемом внутренний кожух, а также лопатки, проходящие радиально наружу. Внутренний кожух обеспечивает соединение между компрессором и турбиной.

Узел направляющих лопаток состоит из нескольких секторов, каждый из которых неподвижно закреплен на внутреннем кожухе.

Каждый сектор обычно содержит полку, от которой лопатки отходят радиально наружу, а также крепежное ребро для крепления к корпусу, которое проходит радиально внутрь. Ребро содержит два отверстия, которые предназначены для выравнивания с двумя отверстиями на внутреннем кожухе со стороны турбины высокого давления, в подобные отверстия для выравнивания вставляются шпильки, по ходу сзади за шпильками находится фланец, предназначенный для удерживания их в осевом направлении.

Подобный тип турбореактивного двигателя, например, известен из FR 2907499.

Подобный тип крепежа не вызывает нареканий. Однако в области авиации идет непрерывный поиск с целью снижения массы различных компонентов.

Кроме этого, мощность авиационных двигателей во многом зависит от управления газовым потоком между неподвижными частями, такими как узел направляющих лопаток, и частями ротора, такими как турбина высокого давления. Для сведения к минимуму зазора на статоре неподвижно устанавливается диск, изготовленный из изнашиваемого материала. Подобное кольцо сконструировано таким образом, чтобы оно обеспечивало уплотнение с турбиной, а также изнашивалось и защищало лопатки турбины в случае нештатного соприкосновения со статором. Изнашиваемый материал, например, имеет ячеистую структуру.

В FR 2907499 изнашиваемый материал опирается на опорное кольцо из изнашиваемого материала, неподвижно закрепленное на корпусе при помощи винта.

Таким образом, одна из задач, на решение которых направлено настоящее изобретение, заключается в том, чтобы предложить узел неподвижных лопаток для газотурбинного двигателя, позволяющий уменьшить общую длину газотурбинного двигателя. Еще одна задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в том, чтобы предложить узел неподвижных лопаток для газотурбинного двигателя с уменьшенной массой.

Краткое описание изобретения

Ранее указанная цель достигается посредством узла неподвижных лопаток для газотурбинного двигателя, содержащего неподвижные лопатки, кожух, на котором закреплены неподвижные лопатки, кольцо, изготовленное из изнашиваемого материала, закрепленного на кожухе со стороны лопаток ротора, причем неподвижные лопатки закреплены в кожухе при помощи неподвижного соединения в виде кольца из изнашиваемого материала. Количество деталей, необходимых для крепления подобного узла неподвижных лопаток, уменьшено, соответственно уменьшена его масса, а также масса газотурбинного двигателя, в котором он установлен.

Кроме этого, упрощается его изготовление за счет того, что уменьшено количество деталей узла. Соответственно уменьшается также и его себестоимость.

Другими словами для крепления на кожухе кольца из изнашиваемого материала и неподвижных лопаток используется единственное соединение. В случае узла направляющих лопаток турбины высокого давления для крепления на внутреннем кожухе кольца из изнашиваемого материала и лопаток узла направляющих лопаток используется такое же механическое соединение.

Настоящее изобретение, таким образом, преимущественно относится к узлу неподвижных лопаток для газотурбинного двигателя, вдоль продольной оси которого расположены кожух и, по меньшей мере, два угловых сектора с лопатками, упомянутые угловые секторы неподвижно закреплены на кожухе, каждый угловой сектор содержит полку, от которой, по меньшей мере, одна лопатка проходит радиально наружу, и крепежное ребро для крепления углового сектора в кожухе, упомянутое крепежное ребро проходит от полки радиально внутрь, узел неподвижных лопаток содержит кольцо из изнашиваемого материала, опирающееся на опору, неподвижно закрепленную в кожухе со стороны узла лопаток ротора при помощи множества резьбовых соединений, узел неподвижных лопаток также содержит шпильки для радиального удержания угловых секторов, вставленные в первые отверстия, образованные в крепежных ребрах и крепежном зажиме; оси упомянутых отверстий проходят, по существу, параллельно продольной оси, крепежный зажим неподвижно закреплен в кожухе при помощи тех же самых резьбовых соединений, которыми опора кольца из изнашиваемого материала закреплена в кожухе.

По одному из вариантов осуществления каждая шпилька содержит юбку, проходящую ортогонально к оси шпильки радиально наружу, упомянутая юбка аксиально разграничивает головку и хвостовик, головка вставляется в первое отверстие крепежного зажима, а юбка опирается несущей поверхностью одной из ее сторон на зажим таким образом, чтобы ориентировать ось шпильки ортогонально крепежному зажиму.

По другому варианту осуществления каждая шпилька содержит участок с меньшим сечением и участок с большим сечением, соединенные заплечиком, каждое первое отверстие содержит кольцевой уступ, на который опирается упомянутый заплечик таким образом, чтобы не допускать аксиального перемещения радиально удерживающих шпилек относительно кожуха.

По другому варианту осуществления каждая радиально удерживающая шпилька содержит первый участок с меньшим сечением и второй участок с большим сечением, соединенные заплечиком, упомянутый заплечик опирается на края первого отверстия крепежного зажима таким образом, чтобы не допускать аксиального перемещения шпилек относительно кожуха.

Первый продольный конец каждой шпильки может быть зажат в первых отверстиях крепежного зажима.

Предпочтительно второй продольный конец радиально удерживающих шпилек вставляется в первые отверстия кожуха, подобные отверстия предпочтительно являются несквозными. Как один из вариантов шпильки могут быть зажаты в первых отверстиях кожуха.

По одному предпочтительному варианту осуществления крепежный зажим содержит вторые отверстия, через которые проходят резьбовые соединения, гайки зажимаются во вторых отверстиях крепежного зажима. Предпочтительно в этом случае используется средство для законтривания гаек при вращении. В этом случае вероятность потери гаек очень мала.

Законтривание при вращении, например, достигается за счет того, что на краях каждой гайки имеется, по меньшей мере, один плоский участок, а на зажиме имеется ребро, граничащее с каждым из вторых отверстий, плоские участки взаимодействуют с ребром, предотвращая поворачивание гаек.

По одному из альтернативных вариантов осуществления гайки образованы крепежным зажимом, например, за счет нарезания резьбы во вторых отверстиях зажима.

Предпочтительно головки крепежных винтов кольца изнашиваемого материала закрыты защитными кольцами.

Кожух может быть внутренним кожухом, а угловые секторы могут образовывать узел направляющих лопаток турбины высокого давления, крепежный зажим расположен со стороны камеры сгорания.

Настоящее изобретение также относится к газотурбинному двигателю, содержащему, по меньшей мере, один узел неподвижных лопаток по настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение станет более понятно после ознакомления со следующим описанием и чертежами, где

- на фиг.1А показан вид в продольном сечении части газотурбинного двигателя по настоящему изобретению в области камеры сгорания и турбины высокого давления,

- на фиг.1В показан вид спереди углового сектора узла направляющих лопаток газотурбинного двигателя по фиг.1А,

- на фиг.2 показан вид с увеличением по фиг.1 в месте крепления узла направляющих лопаток турбины высокого давления на внутреннем кожухе,

- на фиг.3 показан вид в перспективе внутреннего кожуха со стороны камеры сгорания,

- на фигурах 4А и 4В показаны детализированные виды по фиг.2 двух альтернативных вариантов осуществления соединения между радиально удерживающими шпильками угловых секторов и крепежным зажимом,

- на фигурах 4С и 4D показаны детализированные виды по фиг.2 по двум альтернативным вариантам осуществления соединения между радиально удерживающими шпильками и внутренним кожухом,

- на фигурах с 5А по 5С показаны виды, идентичные виду по фиг.2, в различных положениях сборки.

Подробное описание изобретения

В следующем описании будет дано подробное описание узла направляющих лопаток турбины высокого давления, однако изобретение не ограничено узлом направляющих лопаток турбины высокого давления и относится к любым узлам из неподвижных лопаток для газотурбинных двигателей, например узлам направляющих лопаток компрессора.

В описании будем исходить из того, что по направлению слева направо на фиг.1, соответствующему направлению газового потока, левая сторона будет именоваться стороной по ходу спереди, а правая стона будет именоваться стороной по ходу сзади.

Для упрощения восприятия в различных вариантах осуществления будут использоваться одинаковые ссылочные позиции для обозначения элементов, выполняющих одинаковые функции и по существу имеющих одинаковую конструкцию. Помимо этого, будем называть кольцо, изготовленное из изнашиваемого материала, «кольцом из изнашиваемого материала».

На фиг.1А показан детализированный вид газотурбинного двигателя по настоящему изобретению с осью вращения X. Подобный газотурбинный двигатель, в частности, содержит камеру 2 сгорания, расположенную по ходу спереди, с впускным отверстием 4 для воздуха, поступающего из компрессора (не показан), а также выпускным отверстием 6 для продуктов сгорания. Газотурбинный двигатель также содержит узел 8 направляющих лопаток турбины высокого давления, расположенный по ходу сзади от выпускного отверстия 6, турбину 10 высокого давления, расположенную по ходу сзади от узла 8 направляющих лопаток, турбина 10 приводит в действие компрессор.

Камера 2 сгорания состоит из радиально внешней рубашки 14, неподвижно закрепленной на внешнем кожухе и радиально внутренней рубашки 16, неподвижно закрепленной на внутреннем кожухе 18, именуемой «внутренним кожухом».

Узел 8 направляющих лопаток неподвижно закреплен на внутреннем кожухе 18. Как показано на детализированном виде по фиг.1В, узел 8 направляющих лопаток содержит перья лопаток 12, расположенные между радиально внешним кольцом 9 и радиально внутренним кольцом 11. Перья лопаток 12 расположены по ходу после выпускного отверстия 6 на траектории продуктов сгорания и предназначены для направления потока газов, выходящего из камеры 2 сгорания, перед их попаданием в турбину 10 высокого давления.

Узел 8 направляющих лопаток состоит, по меньшей мере, из двух угловых секторов 8.1, неподвижно закрепленных на внутреннем кожухе 18. Например, узел 8 направляющих лопаток содержит шестнадцать угловых секторов 8.1, по два пера лопаток в каждом.

Перья 12 лопаток проходят радиально наружу от полки 20, образуя часть внутреннего венца 11 узла 8 направляющих лопаток. Крепежное ребро 22 для крепления полки 20 на внутреннем кожухе 18 выступает радиально в направлении внутренней части полки 20 с внешней стороны полки, на которой закреплены перья 12 лопаток.

После того как все угловые секторы 8.1 неподвижно закреплены на внутреннем кожухе, полки, установленные встык, образуют непрерывное кольцо.

Угловые секторы 8.1 неподвижно закреплены на торцевой части 24, расположенной по ходу сзади, внутреннего кожуха 18. На изображенном примере торцевая часть 24 внутреннего кожуха 18, расположенная по ходу сзади, содержит, в направлении по ходу спереди назад, коническую поворотную часть 24.1, торец которой большего диаметра ориентирован в направлении по ходу назад, трубчатую часть 24.2, соединенную с конической частью, а также кольцевую часть 24.3, соединенную с трубчатой частью 24.2. Кольцевая часть 24.3 расположена в плоскости, ортогональной продольной оси X.

Кожух также содержит, между трубчатой частью 24.2 и кольцевой частью 24.3, кольцевой выступ 24.4, проходящий радиально наружу, упомянутый выступ 24.4 расположен на расстоянии от кольцевой части 24.3, упомянутое расстояние, по существу, равно толщине крепежных ребер 22.

Кольцо 26 из изнашиваемого материала неподвижно закреплено на опоре 28, посредством которой кольцо крепится к внутреннему кожуху 18.

Опора 28 содержит трубчатую часть 28.1, на внутренней окружности которой закреплено кольцо 26 из изнашиваемого материала, а также коническую часть 28.2, расположенную по ходу сзади трубчатой части 28.2, конусность которой позволяет ей помещаться в конической части 24.1 торцевой части 24 внутреннего кожуха 18.

Опора 28 неподвижно закреплена на внутреннем кожухе 18 при помощи резьбового соединения 30, проходящего через конические части 24.2 и 28.2 внутреннего кожуха и опоры 28, соответственно. Как показано на фиг.3, резьбовые соединения распределены через равные промежутки по всей окружности кожуха.

На изображенном примере головки 30.1 винтов расположены с радиально внутренней стороны, т.е. со стороны конической части 28.2 опоры 28, а гайки расположены на радиально внешней части.

Предпочтительно головки 30.1 винтов закрыты защитным кольцом 32, уменьшающим аэродинамические завихрения, создаваемые головками винтов, и защищающим головки винтов от воздействия высоких температур.

По настоящему изобретению кольцевые секторы 8.1 узла направляющих лопаток неподвижно закреплены на внутреннем кожухе при помощи резьбовых соединений 30, предназначенных для крепления кольца 26 из изнашиваемого материала на внутреннем кожухе 18.

А именно, угловые секторы 8.1 неподвижно закреплены на внутреннем кожухе 18 между деталью 34 и внутренним кожухом 18.

Деталь 34 образует крепежный зажим, форма которого соответствует по форме торцевой части 24 внутреннего кожуха 18, а его размеры позволяют зажиму охватывать торцевую часть 24.

В этой связи крепежный зажим 34 содержит, по ходу спереди назад, коническую часть 34.1, трубчатую часть 34.2 и кольцевую часть 34.3, расположенные в плоскости, ортогональной продольной оси X. Коническая часть 34.1 снаружи закрывает коническую часть 24.1 и пересекается насквозь винтами 30.1, трубчатая часть 34.2 снаружи закрывает трубчатую часть 24.2, а кольцевая часть 34.3 соприкасается с поверхностью крепежных ребер 22, расположенной по ходу спереди.

Кольцевая часть 34.3 содержит, на ее расположенной по ходу сзади поверхности, с ее радиально внешнего торца, кольцо 34.4, выступающее в направлении по ходу назад.

Крепежные ребра расположены между поверхностью, расположенной по ходу спереди, кольцевой части 24.3 и кольцом 34.4 крепежного зажима 34. Эти две поверхности ограничивают осевое перемещение угловых секторов 8.1. Осевой зазор оставлен для того, чтобы при использовании узел направляющих лопаток турбины высокого давления мог наклоняться; во время использования давление газов прижимает узел направляющих лопаток турбины высокого давления в направлении по ходу назад.

Кроме этого, согласно изобретению угловые секторы 8.1 радиально удерживаются при помощи шпилек 36, которые расположены параллельно продольной оси, между кольцевой частью 24.3 кожуха 18 и кольцевой частью 34.3 крепежного зажима и проходят сквозь крепежные ребра 22.

В свою очередь каждое крепежное ребро 22 содержит два сквозных отверстия 38, 40, показанных на фиг. 1В, образованных на дуге закругленной части, центрированных по оси X. Одно из отверстий 38 имеет круглое сечение с диаметром, по существу, равным диаметру радиально удерживающих шпилек 36, для того, чтобы они могли входить в отверстия 38, а другое отверстие 40 имеет продолговатое сечение, большая часть которого ориентирована вдоль дуги круга, центрированное по оси X, а меньшая часть, по существу, равна диаметру радиально удерживающих шпилек 36. Использование круглого отверстия и продолговатого отверстия позволяет осуществлять сборку даже при отклонении размеров.

На изображенном примере шпильки 36 вставляются их торцами, расположенными по ходу сзади, в несквозные отверстия 41, образованные в поверхности, расположенной по ходу спереди, конической части 24.1 внутреннего кожуха 18. Подобный вариант осуществления позволяет не только не нарушить герметичность уплотнения между двумя зонами с каждой стороны внутреннего кожуха 18, давление в которых отличается, но и обеспечивает высокую прочность соединения между угловым сектором и внутренним кожухом.

На фигурах 4С и 4D показаны альтернативные варианты соединения между внутренним кожухом 18 и шпильками 36.

На фиг.4С кольцевая часть 24.3 содержит плоскую поверхность, расположенную по ходу спереди, свободный конец хвостовика 36.1 шпильки 36 опирается на упомянутую поверхность. Данный вариант осуществления очень прост и не нарушает уплотнение.

На фиг.4D кольцевая часть 24.3 содержит множество пар сквозных отверстий 41', в которые вставляется свободный конец хвостовика 36.1 каждой шпильки 36, количество пар отверстий 41' равно количеству закрепляемых угловых секторов узла направляющих лопаток. Данный вариант осуществления прост в изготовлении и обеспечивает высокую прочность соединения между угловым сектором и внутренним кожухом.

В примере, изображенном на фиг.2, кольцевая часть 34.3 содержит сквозные отверстия 42, ось которых проходит параллельно продольной оси X, через каждое из которых проходит шпилька 36. Число пар шпилек соответствует числу соединений между угловыми секторами 8.1 и внутренним кожухом 18.

В примере, изображенном на фиг.2, первый продольный конец каждой шпильки 36 зажат в отверстии 42. Предпочтительно каждая шпилька 36 содержит юбку 44, разграничивающую головку 36.1, расположенную по ходу спереди, и хвостовик 36.2, расположенный по ходу сзади, головка 36.1 зажимается в отверстии 42.

Юбка 44 позволяет ориентировать ось шпильки 36 ортогонально к кольцевой части 34.3. Кроме этого, она является аксиальным ограничителем для шпильки и фиксирует длину части шпильки 36 или хвостовика 36.2, выступающего в направлении по ходу назад.

В случае если длина головки и толщина крепежного зажима позволяют обеспечивать перпендикулярное расположение шпильки относительно зажима, а также образовывать аксиальный ограничитель для шпилек, то подобная юбка может не использоваться.

Вместо зажимания головок 36.1 в отверстиях 42 можно использовать резьбовые головки 36.1 достаточной длины, таким образом, чтобы они выступали из отверстий 42 в направлении по ходу вперед, и навинчивать гайки на каждую головку, после этого подобные гайки предпочтительно зажимаются в отверстиях 42.

Также можно зажимать шпильки в кольцевых частях 24.3 кожуха, а не в зажиме 24. Преимущество подобного варианта заключается в том, что он упрощает проведение последующего ремонта, поскольку при снятии зажима угловые секторы 8.1 остаются на кожухе, поддерживаемые шпильками.

Также можно предусмотреть использование шпилек, каждая из которых имеет юбку, которые устанавливаются с зазором в кожухе и в зажиме.

На фигурах 4А и 4В показаны другие варианты осуществления для ограничения аксиального перемещения шпилек.

На фиг.4А отверстия 44' содержат две части разного диаметра, соединенные кольцевым уступом 44.1', ориентированные в направлении по ходу назад, а торец шпильки 36', расположенный по ходу спереди, содержит часть с меньшим диаметром 36.1' и часть с большим диаметром 36.2', соединенные заплечиком 36.3', заплечик прижимается к кольцевому уступу и ограничивает шпильки аксиально.

На фиг.4В шпильки 36" со держат часть 36.1" с меньшим диаметром и часть 36.2" с большим диаметром, соединенные заплечиком 36.3", аксиально ограничивающим шпильки, заплечик прижимается к поверхности, расположенной по ходу сзади, кольцевой части 34.3, диаметр отверстий 44", по существу, равен диаметру части с меньшим диаметром 36.1".

Гайки 30.2 предпочтительно зажимаются в крепежном зажиме. На изображенном примере коническая часть 34.1 зажима 34 содержит отверстия 43, через которые проходят винты. Отверстия 43 имеют больший диаметр, чем у винтов 30.1, а гайки содержат обжимную юбку 46 по краю торцов гаек, расположенных со стороны отверстий 43. Каждая обжимная юбка 46 заходит в отверстие между кромкой очка и винтом, подобные юбки 46 при обжимании деформируются.

Также предпочтительно используется поворотный ограничитель гаек 30.2. Для этого на внешней окружности гаек имеется, по меньшей мере, один плоский участок 48, предпочтительно два, для упрощения ориентации гаек, коническая часть 34.1 с ребрами 50, граничащими с каждым отверстием, взаимодействует с плоскими участками для предотвращения вращения гаек.

Таким образом, за счет зажимания и поворотного ограничителя гайки не могут произвольно откручиваться от болтов. Поэтому вероятность случайного разъединения резьбового соединения очень мала. Разумеется, объем настоящего изобретения охватывает соединение из обычных гаек.

На фиг.3 показан вид зажима со стороны по ходу спереди, предпочтительно коническая часть 34.1 имеет дугообразные вырезы, в которых имеются отверстия 42, через которые проходят винты 30.1. Эти дугообразные вырезы позволяют уменьшить массу зажима. Аналогичным образом, в кольцевой части 34.1 также имеются дугообразные вырезы между парами отверстий, в которые вставляются шпильки, проходящие через угловые секторы.

Кроме этого, подобная открытая форма обеспечивает большую упругость при установке и позволяет оставлять определенный зазор, как это будет рассмотрено ниже.

Далее будет рассмотрена установка угловых секторов узла направляющих лопаток на внутреннем кожухе 18.

Угловые секторы одеваются на шпильки 36, неподвижно установленные в крепежном зажиме 34.

Крепежный зажим 34, таким образом, аксиально приближается к внутреннему кожуху до тех пор, пока шпильки входят в несквозные отверстия 41.

Гайки 30.2 одеты на коническую часть 34.1 у отверстий, плоский участок 48 соприкасается с ребром 50.

Затем кольцо из изнашиваемого материала устанавливается внутрь внутреннего кожуха 18 таким образом, чтобы коническая часть опиралась на внутреннюю поверхность конической части 24.1 внутреннего кожуха 18. Дополнительно можно использовать защитное кольцо.

После этого винты 30.1 вставляются во внутреннюю часть внутреннего кожуха 18 и проходят через опору из изнашиваемого материала, кожух 18 и крепежный зажим.

Затем винты 30.1 навинчиваются на гайки 30.2.

В результате единственное резьбовое соединение 30 используется одновременно для сборки кольца из изнашиваемого материала и угловых секторов. Таким образом, узел лопаток упрощается и облегчается, а сроки изготовления сокращаются.

Предпочтительно для увеличения давления зажима на крепежные ребра 22 могут использоваться рубашки зажима.

На фигурах с 5А по 5С показано образование зазора между различными элементами при затягивании винтов.

Во время сборки деталей центрирование крепежного зажима на кожухе 18 достигается при помощи шпилек 36. Затем трубчатая часть 34.2 крепежного зажима помещается встык на трубчатую часть 24.2 кожуха 18, а защитное кольцо - на трубчатую часть 24.2 кожуха 18.

Затем винты 30.1 навинчиваются на гайки 30.2, что приводит к наклону дугообразных вырезов зажима в направлении кожуха до тех пор, пока края дугообразных вырезов не соприкоснутся с кожухом, данное положение обозначено буквой А.

После этого затягивание винтов продолжается до достижения требуемого момента затяжки, что, в свою очередь, приводит поверхность, расположенную по ходу сзади, кольцевой части 34.3 зажима в соприкосновение с кольцевым выступом, обозначенным буквой В. Подобное восстановление зазора обеспечивается большей упругостью открытого крепежного зажима.

Можно не использовать гайки и завинчивать винты непосредственно в зажим, сделав резьбовые отверстия в зажиме, внутренняя резьба нарезается непосредственно в зажиме или прикрепляется в виде вставок.

Разумеется, конкретные формы кожуха и крепежного зажима ни в коей мере не являются ограничительными, можно также использовать профиль без конической части.

1. Узел неподвижных лопаток для газотурбинного двигателя с продольной осью (X), содержащий кожух (18) и, по меньшей мере, два угловых сектора (8.1), оснащенные лопатками (12), неподвижно закрепленные в кожухе (18), каждый из которых содержит полку (20), от которой радиально наружу отходит, по меньшей мере, одна лопатка (12), и крепежное ребро (22), выступающее от полки (20) радиально внутрь для крепления углового сектора (8.1) в кожухе (18), узел неподвижных лопаток содержит кольцо (26) из изнашиваемого материала, опирающееся на опору (28), неподвижно закрепленную в кожухе (18) со стороны узла лопаток ротора при помощи множества резьбовых соединений (30), проходящих через опору (28) кольца (26) из изнашиваемого материала, узел неподвижных лопаток также содержит шпильки (36, 36', 36") для радиальной фиксации угловых секторов (8.1), вставленные в первые отверстия, образованные в крепежных ребрах (22) и крепежном зажиме (34), расположенном напротив кольца из изнашиваемого материала (26) относительно кожуха (18), при этом крепежный зажим (34) образует совместно с кожухом (18) канавку, в которой расположены крепежные ребра (22), при этом оси упомянутых отверстий проходят параллельно продольной оси (X), крепежный зажим (34) неподвижно закреплен в кожухе (18) с помощью тех же резьбовых соединений (30), которыми опора кольца из изнашиваемого материала закреплена в кожухе (18).

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждая шпилька (36) содержит юбку (44), выступающую радиально наружу ортогонально к оси шпильки (36), упомянутая юбка (44) аксиально разграничивает головку (36.1) и хвостовик (36.2), при этом головка (36.1) вставляется в первое отверстие (42) крепежного зажима (34), а юбка (44) опирается несущей поверхностью одной из ее сторон на крепежный зажим (34) таким образом, чтобы направлять ось (36) шпильки ортогонально крепежному зажиму (34).

3. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждая шпилька (36') содержит участок с меньшим сечением (36.1') и участок с большим сечением (36.2'), соединенные заплечиком (36.3'), каждое первое отверстие содержит кольцевой уступ (44.1'), на который опирается упомянутый заплечик (36.3') таким образом, чтобы не допускать аксиального перемещения радиально удерживающих шпилек (36') относительно кожуха (18).

4. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждая радиально удерживающая шпилька (36") содержит первый участок с меньшим сечением (36.1") и второй участок с большим сечением (36.2"), соединенные заплечиком (36.3"), упомянутый заплечик (36.3") опирается на края первого отверстия крепежного зажима таким образом, чтобы не допустить аксиального перемещения шпилек (36") относительно кожуха.

5. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что каждая шпилька (36) имеет первый продольный конец, зажатый в первых отверстиях крепежного зажима (34).

6. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что радиально удерживающие шпильки (36) имеют второй продольный конец, который вставлен в первые отверстия кожуха, выполненные предпочтительно не сквозными.

7. Узел по п.6, отличающийся тем, что шпильки (36) зажаты в первых отверстиях кожуха (18).

8. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что крепежный зажим (34) содержит вторые отверстия (43), через которые проходят резьбовые соединения (30), при этом гайки (30.2) зажаты во вторых отверстиях (43) крепежного зажима (34).

9. Узел по п.8, отличающийся тем, что содержит средства для стопорения гаек от вращения.

10. Узел по п.9, отличающийся тем, что на окружности каждой из гаек имеется, по меньшей мере, один плоский участок (48), а в зажиме (34) имеется ребро (50), граничащее с каждым из вторых отверстий (43), при этом плоский участок (48) взаимодействуют с ребром (50), предотвращая поворот гайки (30.2).

11. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что гайки (30.2) резьбовых соединений (30) выполнены в крепежном зажиме (34), например, за счет нарезания резьбы во вторых отверстиях зажима.

12. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что крепежные винты (30.1) кольца из изнашиваемого материала содержат защитные кольца (32), закрывающие головки крепежных винтов (30.1).

13. Узел по одному из пп. с 1 по 4, отличающийся тем, что кожух (18) является внутренним кожухом, а угловые секторы (8.1) образуют узел направляющих лопаток турбины высокого давления, при этом крепежный зажим (34) расположен со стороны камеры сгорания.

14. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один узел неподвижных лопаток по одному из пп. с 1 по 4.



 

Похожие патенты:

Кольцевой неподвижный элемент для использования с паровой турбиной (100). Неподвижный элемент содержит радиально наружное первое кольцо (228), радиально внутреннее второе кольцо (226) и, по меньшей мере, одну аэродинамическую поверхность (212).

Неподвижный блок лопаток газотурбинного двигателя содержит внутренний корпус, угловые сектора, снабженные лопатками, а также штифты радиального удержания угловых секторов.

Кольцевой узел лопаток газотурбинного двигателя содержит лопаточный сегмент с дуговой направляющей и лопатками, проходящими от направляющей, а также полый цилиндрический корпус, имеющий кольцевую канавку для размещения направляющей.

Обойма направляющих лопаток газовой турбины содержит осевые сегменты, по меньшей мере, один из которых выполнен в виде решетчатой структуры из труб. Решетчатая структура соответствующего осевого сегмента с внутренней и/или наружной стороны снабжена облицовкой из листового металла, имеющей отверстия для охлаждающего воздуха.

Сектор лопаток направляющего соплового аппарата турбины содержит переднее и заднее средства зацепления, а также износостойкое устройство. Переднее средство зацепления опирается на опору, установленную на корпусе турбины.

Разделенный на сектора направляющий аппарат турбомашины содержит внутреннюю и внешнюю платформы, связанные между собой радиальными лопатками. Внутренняя платформа соединена с радиальной перегородкой, несущей элементы из истираемого материала.

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах. .

Турбомашина содержит корпус, колесо турбины, установленное с возможностью вращения внутри корпуса, кольцо, образованное из сегментов и установленное концентрично вокруг колеса турбины, а также установочный элемент. Установочный элемент включает крепежный участок, прикрепленный к корпусу, упругий участок, образующий пружину, и опорный участок, соединенный с упругим участком и упирающийся в осевом направлении в сегмент кольца. Установочный элемент прикреплен к корпусу, оказывая осевое усилие на, по меньшей мере, один из сегментов кольца таким образом, чтобы прижать его в осевом направлении к участку корпуса. В одном из вариантов выполнения турбомашины установочный элемент включает в себя консоль, содержащую крепежный участок. В другом варианте выполнения установочный элемент включает в себя упругую консоль, оказывающую осевое усилие на первый сегмент кольца, и упругую консоль, оказывающую осевое усилие на второй сегмент кольца, прижимая его тем самым к участку корпуса. Изобретения позволяют повысить герметичность корпуса турбомашины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Газотурбинный двигатель включает лопатку статора для направления горячих газов сжигания на роторные лопатки. Лопатка статора включает платформу, расположенную на радиально внутренней стороне лопатки относительно оси вращения двигателя. Платформа имеет часть задней кромки по потоку ниже относительно потока горячих газов сгорания после лопатки статора. Двигатель включает также опорную и охлаждающую систему для направления охлаждающей текучей среды на верхний по потоку конец стороны части задней кромки платформы. Сторона обращена радиально внутрь относительно оси вращения двигателя. Опорная и охлаждающая система также направляет охлаждающую текучую среду для прохождения по стороне в основном в осевом направлении к нижнему по потоку концу стороны. Охлаждающая текучая среда охлаждает часть задней кромки при прохождении по стороне. В сторону включены турболизаторы для увеличения переноса тепла с части задней кромки при прохождении потока охлаждающей текучей среды по стороне. Турболизаторы проходят поперек осевого направления оси вращения двигателя. Обращенная радиально внутрь сторона включает несколько проходящих в осевом направлении стенных перегородок, которые разделяют сторону на несколько раздельных, проходящих в осевом направлении охлаждающих каналов. Турболизаторы, включенные в сторону, расположены в охлаждающих каналах. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Турбина высокого давления газотурбинного двигателя содержит узел направляющих лопаток, включающий ряд неподвижных, выравнивающих поток лопаток, а также лопатки ротора. Внешний край направляющих лопаток в осевом направлении опирается на контур внешнего кожуха турбины. Внутренний край направляющих лопаток находится в аксиально скользящем соединении с контуром внутреннего кожуха, обеспечивающем свободное перемещение этого края вдоль оси двигателя, с ограничением аксиального смещения за счет аксиальной опоры внешним краем лопатки. Каждый внутренний край направляющей лопатки содержит выступы, проходящие в направлении контура внутреннего кожуха и имеющие форму скобы. Одна группа выступов ориентирована в направлении по ходу вперед турбины. Скобы соединены между собой в паре фланцев. Часть выступов направляющих лопаток, расположенных по ходу спереди, и фланцы, расположенные по ходу спереди, выполнены с возможностью образования прохода для подачи по ходу спереди воздуха в узел направляющих лопаток. Другие изобретения группы относятся к сектору узла указанных выше направляющих лопаток, кольцеобразному фланцу, соединяемому с одной из групп указанных выше скоб, а также авиационному двигателю, содержащему указанную выше турбину высокого давления. Группа изобретений позволяет обеспечить компенсацию разницы осевого расширения между внешним и внутренним кожухами. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Кольцо статора модуля турбинного двигателя летательного аппарата имеет множество сквозных отверстий, предназначенных для расположения лопатки статора. Каждое отверстие определяет среднюю линию, проходящую между первым краем, предназначенным для расположения задней кромки лопатки, и вторым краем, предназначенным для расположения передней кромки лопатки. С отверстием для расположения лопатки статора соотнесена прорезь снятия механической нагрузки, выполненная сквозной на кольце и расположенная против и на удалении от упомянутого первого края такого отверстия в направлении средней линии. Другие изобретения группы относятся к части статора, содержащей указанное выше кольцо и множество лопаток статора, к модулю турбинного двигателя летательного аппарата, содержащему указанную выше часть статора, и к турбинному двигателю, содержащему такой модуль. Группа изобретений позволяет снизить вероятность образования трещин на кольце статора в области задней кромки лопатки. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Направляющий аппарат турбины газотурбинного двигателя разделен на сектора, включающие внутреннюю и наружную платформы, связанные между собой радиальными лопатками. Каждый сектор внутренней платформы связан с сектором радиальной перегородки. Внутренняя периферийная часть каждого сектора перегородки снабжена зубцами и содержит сплошные части, чередующиеся с содержащими углубления частями. Элементы из изнашиваемого материала закрепляются на непрерывном кольцевом кронштейне, содержащем средства закрепления на секторах перегородки. Кронштейн выполнен с возможностью вращения и поворота в окружном направлении между положением монтажа и демонтажа и положением блокировки, в котором средства закрепления взаимодействуют со сплошными частями секторов перегородки для обеспечения удержания кронштейна на перегородке. Средства закрепления формируют участки кольцевой канавки, открывающейся в радиальном направлении наружу, в которых размещаются сплошные части секторов перегородки в положении блокировки. Другие изобретения группы относятся к сектору и непрерывному кольцевому кронштейну указанного выше направляющего аппарата, а также к турбине низкого давления и газотурбинному двигателю, включающим такой направляющий аппарат. Группа изобретений позволяет упростить изготовления секторов направляющего аппарата. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Сопловой элемент турбины из композиционного материала, содержащего волокнистое армирование, уплотненное керамической матрицей, включает участки внутреннего и внешнего оснований и, по меньшей мере, одну лопатку, присоединенную к ним обоим. Участки оснований простираются на каждой стороне их зон соединения с лопаткой, а волокнистое армирование содержит волокнистую структуру, сплетенную посредством трехмерного или многослойного плетения и обладающую непрерывностью во всем объеме соплового элемента и по всей периферии одной или каждой лопатки. При изготовлении соплового элемента турбины создают плетением цельную волокнистую заготовку, содержащую в продольном направлении, по меньшей мере, один шаблон, включающий в себя первый сегмент, образующий заготовку для преформы лопатки, второй сегмент, продолжающий первый сегмент на одном его продольном конце и образующий два крыла, обращенные друг к другу, и третий сегмент, продолжающий первый сегмент на другом его конце и образующий два крыла, обращенные друг к другу. Разворачивают заготовку таким образом, чтобы крылья второго и третьего сегментов простирались перпендикулярно первому сегменту. Придают форму развернутой заготовке для получения волокнистой преформы соплового элемента, при этом образующую преформу лопатки часть получают посредством придания формы первому сегменту, а части, образующие преформы участков оснований, получают из крыльев. Затем уплотняют преформы матрицей с образованием цельного соплового элемента турбины с волокнистым армированием, содержащим волокнистую преформу, которая обладает непрерывностью во всем объеме соплового элемента и по всей периферии одной или каждой лопатки. Другие изобретения группы относятся к соплу турбины, выполненному как указано выше, а также к газовой турбине, включающей такое сопло. Группа изобретений позволяет повысить механические характеристики соплового элемента турбины. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 30 ил.

Газовая турбина осевого типа содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток. Статор коаксиально охватывает снаружи ротор с образованием между ними тракта течения горячего газа так, что ряды рабочих лопаток и теплозащитные экраны статора и ряды направляющих лопаток и теплозащитные экраны ротора расположены напротив друг друга соответственно. Ряд направляющих лопаток и следующий ряд рабочих лопаток в направлении вниз по ходу течения потока образуют ступень турбины. Рабочие лопатки ступени турбины снабжены каждая на их концах венцом. Направляющие лопатки ступени турбины обеспечены каждая внешней платформой направляющей лопатки. Внешние платформы направляющих лопаток в ступени турбины и соседние теплозащитные экраны статора приспособлены друг к другу за счет выполнения каждой из внешних платформ направляющих лопаток с расположенным ниже по потоку выступом на ее задней стенке. Выступ проходит вниз по потоку к передней кромке венцов рабочей лопатки и в соответствующую выемку, выполненную в прилегающем теплозащитном экране статора. Теплозащитные экраны статора в ступени турбины охлаждаются посредством ввода охлаждающего воздуха в полость, находящуюся с задней стороны каждого теплозащитного экрана статора. Охлаждающий воздух выходит в тракт течения горячего газа через отверстия, имеющиеся в проходящей ниже и выше по потоку боковой поверхности теплозащитного экрана статора. Полость для введения охлаждающего воздуха через отверстие расположена с задней стороны внешней платформы каждой направляющей лопатки в ступени турбины. Струи охлаждающего воздуха направляются на венцы рабочих лопаток из полости с помощью отверстий, проходящих ниже по потоку через указанный выступ. Предусмотрены пазы, проходящие в направлении вниз по потоку через выступы для направления потока охлаждающего воздуха точно в промежуток между соседними, размещенными в окружном направлении теплозащитными экранами статора. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения, снижение массового расхода охлаждающего воздуха. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Газотурбинный двигатель включает устройство блокировки вращения сегмента направляющего соплового аппарата, установленного внутри кольцевого картера газотурбинного двигателя, и теплозащитный лист, установленный между внутренней стенкой картера и наружной стенкой сегмента направляющего аппарата. Устройство блокировки вращения содержит препятствующий вращению блокировочный штифт, установленный одновременно в выемке, выполненной в сегменте направляющего аппарата, и в гнезде, выполненном в картере. Теплозащитный лист содержит язычок, опирающийся на блокировочный штифт. Устройство блокировки содержит участок поверхности, расположенный радиально между язычком и упомянутой внутренней стенкой картера, образуя упор при возможном радиальном смещении теплозащитного листа во время работы газотурбинного двигателя. Другие изобретения группы относятся к вариантам блокировочного штифта, используемого в указанном выше газотурбинном двигателе. В одном варианте блокировочный штифт содержит прямой стержень и головку с первой стороной, параллельной оси стержня, и участком поверхности, перпендикулярным первой стороне, расположенным противоположно стержню. В другом варианте штифт дополнительно содержит лапку, перпендикулярную к оси прямого стержня, при этом участок поверхности, перпендикулярный первой стороне, образован лапкой. Группа изобретений позволяет снизить износ картера за счет исключения его контакта с теплозащитным листом. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство передачи газообразных продуктов сгорания к турбине содержит несколько направляющих лопаток сопла, пару боковых стенок кольцеобразной формы, между которыми расположены направляющие лопатки сопла, пару разнесенных между собой опор, а также средство фиксации боковых стенок и присоединенных направляющих лопаток сопла между опорами. Средство фиксации содержит несколько болтовых узлов в сборе, проходящих в аксиальном направлении через кольцевые опоры, отверстия в боковых стенках и прорези в направляющих лопатках сопла. Каждое отверстие и прорезь имеют внутренний размер в радиальном направлении больший, чем внешний размер болтового узла в сборе, причем внутренний размер имеет такую величину, которая соответствует перемещению боковых стенок и направляющих лопаток относительно опор в радиальном направлении при тепловом расширении и сжатии. Сборочный узел направляющих лопаток сопла содержит несколько направляющих лопаток сопла, пару боковых стенок сопла кольцеобразной формы, между которыми установлены направляющие лопатки, несколько полых вкладышей, а также несколько шпилек. Полые вкладыши жестко соединяют противолежащие аксиальные концы каждой направляющей лопатки к смежной боковой стенке. Шпильки соединяют один из аксиальных концов каждой направляющей лопатки к смежной боковой стенке. Через обе боковые стенки и направляющие лопатки в аксиальном направлении проходит несколько сквозных отверстий, образованных внутри вкладышей. Сквозные отверстия сконфигурированы для монтажа на двигателе сборочного узла направляющих лопаток сопла с возможностью замены, используя несколько болтовых узлов в сборе и обеспечения перемещения в радиальном направлении сборочного узла направляющих лопаток сопла, относительно болтовых узлов в сборе, при тепловом расширении и сжатии. При конфигурировании срединной секции газотурбинного двигателя жестко присоединяют один кольцевой опорный элемент к стационарному конструкционному элементу двигателя. Присоединяют с возможностью регулировки кожух турбины к другому опорному элементу, чтобы тем самым крепить его. Располагают и закрепляют кольцевой сборочный узел направляющих лопаток сопла между разнесенными на определенном расстоянии между собой опорными элементами. Группа изобретений позволяет снизить тепловую деформацию газотурбинного двигателя. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Статор компрессора осевой турбомашины содержит кольцевую группу лопаток, проходящих в радиальном направлении, внутренний корпус, сквозь который проходят внутренние концы лопаток, и по меньшей мере одну полосу. Внутренний корпус содержит кольцевые сегменты, расположенные торцом к торцу. Полоса проходит вдоль длины окружности вдоль внутренней поверхности корпуса и сопряжена со средствами сцепления на внутренних концах лопаток для их фиксации. Полоса проходит непрерывно вдоль по меньшей мере двух соседних кольцевых сегментов и расположена на расстоянии от внутренней поверхности корпуса. Внутренняя поверхность корпуса покрыта слоем истираемого материала, заключающего в себе указанную полосу. Другое изобретение группы относится к компрессору низкого давления осевой турбомашины, содержащему указанный выше статор, оснащенный лопатками. Группа изобретений позволяет повысить жесткость конструкции статора компрессора осевой турбомашины и предотвратить его низкочастотные вибрации. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх