Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора

Авторы патента:

F02K3/077 - установка многоконтурного типа, т.е. с тремя и более потоками

F01D5/14 - форма и конструкция (выбор материалов, меры против эрозии или коррозии F01D 5/28)

Владельцы патента RU 2634509:

Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" (RU)

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора содержит последовательно расположенные от корпуса турбовентилятора к диску ротора рабочую лопатку вентилятора и рабочую лопатку турбины, соединенные между собой посредством промежуточного элемента с образованием трех проточных газовых каналов. Промежуточный элемент выполнен в виде рабочей лопатки турбодетандера с образованием плавного перехода от профиля к профилю всех трех рабочих лопаток. Проточная часть газового канала рабочей лопатки турбодетандера ограничена полками. Рабочая лопатка вентилятора соединена с рабочей лопаткой турбодетандера посредством разъемного шарнирного соединения. Достигается интенсивное охлаждение двигателя, повышение тяги двигателя, снижение массы и увеличение прочностных показателей трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора, а также её надежности в целом. 1 ил.

Изобретение относится к области создания лопаточных машин и может быть использовано, в частности, в области авиадвигателестроения для создания совмещенной рабочей лопатки компрессора и турбины, размещенной на едином диске ротора.

В качестве прототипа изобретения выбрана трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора, содержащая последовательно расположенные от корпуса турбовентилятора к диску ротора рабочую лопатку вентилятора и рабочую лопатку турбины, соединенные между собой посредством промежуточного элемента с образованием трех проточных газовых каналов (см. US 2011268563 (A1), F01D5/08, опубл. 03.11.2011).

Недостатком известной трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора является отсутствие промежуточного элемента, выполненного в виде рабочей лопатки турбодетандера, что препятствует возможности дополнительного охлаждения газа (воздуха) при прохождении через канал, также снижает суммарную энергию турбин, приводящих вентилятор во вращение, а также жесткое соединение рабочей лопатки вентилятора с промежуточным элементом посредством неподвижного неразъемного соединения, что увеличивает изгибные напряжения в корневом сечении рабочей лопатки вентилятора, вызывая снижение запасов прочности и увеличение массы конструкции.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является возможность интенсивного охлаждения двигателя, повышение тяги двигателя, снижение массы и увеличение прочностных показателей трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора, а также надежности ее работы в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной трехъярусной рабочей лопатке турбовентилятора, содержащей последовательно расположенные от корпуса турбовентилятора к диску ротора рабочую лопатку вентилятора и рабочую лопатку турбины, соединенные между собой посредством промежуточного элемента с образованием трех проточных газовых каналов, промежуточный элемент выполнен в виде рабочей лопатки турбодетандера с образованием плавного перехода от профиля к профилю всех трех рабочих лопаток, при этом проточная часть газового канала рабочей лопатки турбодетандера ограничена полками, кроме того, рабочая лопатка вентилятора соединена с рабочей лопаткой турбодетандера посредством разъемного шарнирного соединения.

Наличие в конструкции трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора промежуточного элемента в виде рабочей лопатки турбодетандера позволяет сработать имеющийся перепад давления газового (воздушного) потока, создаваемого в газовом (воздушном) канале турбодетандера, сопровождаемый при этом снижением температуры газа (воздуха) в потоке, за счет превращения потенциальной энергий газового (воздушного) потока в кинетическую энергию вращения рабочей лопатки турбодетандера с выработкой дополнительной энергии для привода рабочей лопатки вентилятора, что приводит к повышению тяги двигателя. Снижение температуры газового (воздушного) потока за рабочей лопаткой турбодетандера позволяет интенсивнее охлаждать элементы двигателя, например затурбинный кок и реактивное сопло.

При этом наличие рабочей лопатки турбодетандера позволяет осуществить плавный переход от профиля к профилю всех трех рабочих лопаток, а именно от периферийного торца рабочей лопатки турбины к корневому торцу рабочей лопатки вентилятора, что позволяет избежать резкого ступенчатого перехода между соответствующими элементами, что позволяет снизить концентрацию напряжений в сечениях рабочей лопатки турбодетандера с экономией ее массы, увеличивая прочностные показатели трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора и, как следствие, повышая надежность ее работы в целом.

Проточная часть газового (воздушного) канала, ограниченная полками, препятствует утечкам газа (воздуха) между потоками, что приводит к сохранению тяги двигателя, и при сборке ротора турбовентилятора полки соседних рабочих лопаток турбовентилятора контактируют друг с другом, уменьшая вибрацию всех рабочих лопаток ротора турбовентилятора, повышая прочность и увеличивая надежность работы конструкции.

Рабочая лопатка вентилятора, соединенная с рабочей лопаткой турбодетандера посредством разъемного шарнирного соединения, позволяет создать ремонтопригодное разборное соединение, снижающее время и стоимость замены рабочей лопатки вентилятора; позволяет использовать материал рабочей лопатки вентилятора, например титановый, алюминиевый сплав или композит, отличный от материала рабочей лопатки турбины и турбодетандера, например никелевый, стальной сплав или металлокерамический композиционный материал, что снижает массу рабочей лопатки турбовентилятора; шарнирное соединение позволяет рабочей лопатке вентилятора при работе двигателя занять отклоненное положение, при котором изгибные напряжения в корневом сечении рабочей лопатки вентилятора минимальны, увеличивая прочность и надежность рабочей лопатки вентилятора и снижая ее массу.

На чертеже представлена трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора, вид сбоку.

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора содержит рабочую лопатку вентилятора 1, снабженную полкой 2, рабочую лопатку турбодетандера 3, снабженную полками 4 и 5, рабочую лопатку турбины 6, снабженную полками 7 и 8.

Проточная часть воздушного канала вентилятора 9 ограничена полкой 2 и корпусом турбовентилятора (на чертеже не показан), проточная часть газового (воздушного) канала турбодетандера 10 ограничена полками 4 и 5, проточная часть газового канала турбины 11 ограничена полками 7 и 8.

Рабочая лопатка вентилятора 1 по корневому торцу соединена с периферийным торцом рабочей лопатки турбодетандера 3 посредством разъемного соединения, например, шарнирным замком 12.

Рабочая лопатка турбины 6 по периферийному торцу жестко соединена с корневым торцом рабочей лопатки турбодетандера 3, например методом литья зацело, методом сварки из частей и т.п.

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора жестко фиксируется на диске ротора посредством разъемного замкового соединения, например, типа «елочный замок» (на чертежах не показан).

При работе газовые (воздушные) потоки турбодетандера и турбины, проходя через каналы, образованные рабочими лопатками турбодетандера 10 и турбины 11, срабатывают имеющийся у них (потоков) перепад давления, вырабатывая при этом механическую энергию. Полученная механическая энергия посредством рабочей лопатки вентилятора 1 сжимает воздушный поток вентилятора, формирующего тягу двигателя. Срабатывание перепада давления газового (воздушного) потока в канале турбодетандера 10 сопровождается снижением температуры потока в нем.

В совокупности это приводит к интенсивному охлаждению двигателя, повышению тяги двигателя, снижению массы и увеличению прочностных показателей трехъярусной рабочей лопатки турбовентилятора, а также ее надежности в целом.

Трехъярусная рабочая лопатка турбовентилятора, содержащая последовательно расположенные от корпуса турбовентилятора к диску ротора рабочую лопатку вентилятора и рабочую лопатку турбины, соединенные между собой посредством промежуточного элемента с образованием трех проточных газовых каналов, отличающаяся тем, что промежуточный элемент выполнен в виде рабочей лопатки турбодетандера с образованием плавного перехода от профиля к профилю всех трех рабочих лопаток, при этом проточная часть газового канала рабочей лопатки турбодетандера ограничена полками, кроме того, рабочая лопатка вентилятора соединена с рабочей лопаткой турбодетандера посредством разъемного шарнирного соединения.

Изобретение относится к энергетике. Предлагается камера смешения форсажной камеры, которая включает внешний кольцевой корпус, кок-стекатель и оболочку, на которой расположены радиально направленные пилоны-воздуховоды, закрепленные с противоположной стороны на общем разделителе, который делит внутренний контур на центральную и вешнюю части, а также обеспечивает подачу воздуха наружного контура, через полости пилонов, непосредственно в центральную часть внутреннего контура, тем самым обеспечивая равномерное распределение кислорода по радиусу камеры смешения, однородное температурное поле на выходе из камеры смешения и эффективное охлаждение узлов форсунок и стабилизаторов форсажной камеры.

Турбореактивный двигатель // 2592937

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям, включая двигатели для сверхзвуковых многорежимных самолетов. В турбореактивном двигателе с внешней стороны от канала наружного контура выполнен канал третьего контура, образованный на входе в двигатель промежуточными полками входного направляющего аппарата вентилятора и внешним корпусом двигателя и далее ниже по потоку - разделительными полками рабочих и спрямляющих лопаток вентилятора совместно с внешним корпусом двигателя.

Турбовентиляторный двигатель с двойным обтеканием // 2472961

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и, в частности, к двигателю с изменяемым циклом для энергоснабжения сверхзвуковых самолетов в полете. .

Трехконтурный турбоэжекторный двигатель // 2392475

Изобретение относится к авиадвигателестроению. .

Трехкаскадный двухконтурный турбореактивный двигатель с высокой степенью двухконтурности // 2364740

Летательный аппарат // 2289714

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам, имеющим на борту емкость для жидкости, предназначенной, например, для тушения пожаров.

Трехконтурный газотурбинный двигатель // 2253745

Изобретение относится к авиадвигателестроению. .

Трехконтурный турбореактивный двигатель // 2213876

Реактивный двигатель // 2086794

Трехконтурный парогазовый реактивный двигатель // 2067683

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к авиационному двигателестроению. .

Центробежная турбина // 2633974

Изобретение относится к области ракетного двигателестроения и может быть использовано в турбонасосных агрегатах (ТНА) жидкостных ракетных двигателей с продолжительным временем работы при использовании любых компонентов топлива, как высококипящих, так и низкокипящих.

Выпрямитель газотурбинного двигателя с лопатками улучшенного профиля // 2632350

Изобретение относится к энергетике. Выпрямитель газотурбинного двигателя, содержащий множество лопаток, расположенных вокруг кольца с центром на оси газотурбинного двигателя, при этом каждая лопатка имеет переднюю кромку и проходит между концом ножки и концом головки.

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя // 2631850

Изобретение относится к области турбо-машиностроения, в частности к авиационному моторостроению, и может быть использовано в рабочих колесах осевых компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД).

Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением // 2631231

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой.

Способ изготовления металлического элемента усиления лопатки турбомашины // 2631218

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано при изготовлении металлических элементов усиления, предназначенных для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины.

Двухъярусная ступень двухъярусного цилиндра низкого давления // 2630817

Двухъярусная ступень паровой турбины содержит двухъярусный сопловой аппарат и двухъярусное рабочее колесо. Сопловой аппарат ступени выполнен в виде единой неразборной конструкции с конической перегородкой, разделяющей сопловые лопатки верхнего яруса от сопловых лопаток нижнего яруса.

Электрически проводящая структура для реактивного двигателя // 2630646

Электрически проводящая структура для пропускания и отвода электрического тока от основного тела выходной направляющей лопасти в наружную опорную структуру содержит обшивку из металла, покрывающую переднюю кромку основного тела лопасти, и электрически проводящую прокладку из металла, содержащую контактную часть, имеющую такой размер, чтобы перекрывать одним концом обшивку, и часть в виде шайбы, предназначенную для ввода болта для затягивания в опорную структуру, при этом одно или больше соединений, выбранных из группы, содержащей сварку, точечную сварку, пайку, соединение с помощью электрически проводящей пасты и зажим, создают соединение между концом обшивки и контактной частью.

Способ профилирования заменяющей лопатки в качестве заменяющей части для старой лопатки для турбомашины с осевым направлением потока // 2629110

Изобретение относится к способу изготовления заменяющей лопатки для турбомашины. Согласно указанному способу определяют геометрические характеристики контура ступицы и корпуса снабженного старой лопаткой проточного канала, а также осевое положение центра тяжести пера старой лопатки, которая с одной стороны зажата в ступице или в корпусе.

Газотурбинный двигатель // 2628135

Изобретение относится к газотурбинному двигателю. Газотурбинный двигатель включает в себя множество лопаток, собранных в кольцеобразный ряд лопаток и частично образующих путь горячего газа и путь охлаждающей текучей среды, узел с ответвлениями, расположенный на стороне основания ряда лопаток, и нагнетающие элементы (130), распределенные вокруг узла с ответвлениями, выполненного с возможностью придавать в наиболее узком зазоре пути охлаждающей текучей среды движение потоку охлаждающей текучей среды, текущей через него.

Узел пера лопатки и полки для сверхзвукового потока // 2627621

Узел пера лопатки и полки включает перо и полку, на поверхности которой установлено перо, причем поверхность полки имеет углубление между передней кромкой и задней кромкой пера лопатки.

Способ повышения жесткости металлической усиливающей детали и металическая усиливающая деталь турбомашины // 2634657

Металлическая усиливающая деталь турбомашины для установки на переднюю кромку или заднюю кромку композитной лопатки турбомашины, такой как лопатка вентилятора турбореактивного или турбовинтового двигателя самолета, содержит усилительные средства, расположенные на сердцевине металлической усиливающей детали в полостях соединительных поверхностей двух металлических усилительных листов. Усилительные средства содержат пучок усилительных волокон, помещенный в оболочку удлиненной формы для удержания и защиты волокон. При изготовлении металлической усиливающей детали формируют первый и второй металлические усилительные листы, каждый из которых содержит первую часть, соответствующую первой массивной части металлической усиливающей детали, и вторую часть, соответствующую губке металлической усиливающей детали, причем указанная первая часть содержит соединительную поверхность. Выполняют полость в каждой соединительной поверхности первого и второго листов металлической усиливающей детали. Укладывают в полость усилительные средства, выполненные в виде пучка усилительных волокон, помещенного в оболочку удлиненной формы для удержания и защиты волокон. Соединяют первый и второй листы диффузионной сваркой. Группа изобретений позволяет повысить прочность металлической усиливающей детали турбомашины без существенного увеличения ее веса. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.