Результат интеллектуальной деятельности: ОБОГРЕВАЕМЫЙ ПОВОРОТНЫЙ НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ КОМПРЕССОРА

Изобретение относится к обогреваемым поворотным направляющим аппаратам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен обогреваемый поворотный направляющий аппарат, в корпусе которого выполнена полость подвода теплого воздуха, который отводится через отверстия в корыте или в спинке лопатки в проточную часть компрессора [1].

Недостатком такой конструкции является пониженный КПД компрессора из-за гидравлических потерь в зоне выпускных отверстий.

Наиболее близким к заявляемому является обогреваемый входной направляющий аппарат, в котором для подвода обогревающего воздуха в наружном кольце, промежуточной втулке и периферийной цапфе лопатки выполнены каналы, которые соединены со щелью внутри пера лопатки, имеющей свободный выход со стороны внутреннего торца пера лопатки в проточную часть компрессора [2].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за прекращения подачи теплового воздуха в направляющие лопатки в случае произвольного проворота промежуточной втулки или перекрытия выходной щели на внутреннем торце пера лопатки внутренним кольцом обогреваемого поворотного направляющего аппарата, что является причиной образования льда на поверхности лопатки.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности компрессора путем равномерной подачи теплого воздуха в направляющую лопатку и его выхода в проточную часть с минимальными гидравлическими потерями, а также предотвращения образования льда на поверхности лопатки.

Сущность технического решения заключается в том, что в обогреваемом поворотном направляющем аппарате компрессора, включающем наружное кольцо с промежуточной втулкой, в которой внешними цапфами установлена поворотная направляющая лопатка, каналы подвода теплого воздуха к наружному кольцу, промежуточной втулке и внешней цапфе лопатки, сообщающиеся со щелью внутри пера лопатки, внутренний торец которого и внутреннее кольцо разделены радиальным зазором, согласно изобретению промежуточная втулка установлена в наружном кольце с натягом, а каналы подвода воздуха выполнены кольцевыми, снаружи и внутри охватывающими промежуточную втулку, причем отношение ширины щели внутри пера лопатки к величине радиального зазора между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом составляет 0,5-4.

В обогреваемом поворотном направляющем аппарате из-за вибрации и при большой наработке возможен износ подшипника скольжения, образованного внешней цапфой поворотной лопатки и наружным кольцом. Для сохранения дорогостоящего наружного кольца в последнее с натягом устанавливают износостойкую втулку, которая и заменяется при ремонте в случае ее износа.

Выполнение кольцевых каналов воздуха, охватывающих снаружи и изнутри промежуточную втулку, обеспечивает подачу обогревающего воздуха в направляющую лопатку при любом угловом положении каналов подвода теплого воздуха во втулке, т.е. равномерный обогрев лопатки.

В случае подачи теплого воздуха на обогрев поворотных направляющих лопаток происходит их нагрев и радиальная тепловая деформация, в результате которой радиальный зазор между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом направляющего аппарата стремится сократиться до околонулевых величин, а это может привести к перекрытию щели для выхода обогревающего воздуха и образованию льда на поверхности лопатки и, как следствие, - к поломке компрессора. Величина радиального зазора h зависит от размерности компрессора, в том числе от ширины щели t внутри торца пера поворотной направляющей лопатки.

Оптимальное соотношение ширины t щели внутри пера лопатки к радиальному зазору h между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом, равное 0,5-4, обеспечивает выход обогревающего воздуха в проточную часть с минимальными гидравлическими потерями.

При t/h<0,5 снижается к.п.д. компрессора из-за излишнего увеличения радиального зазора, а при t/h>4 возможно прекращение поступления обогревающего воздуха в направляющую лопатку из-за перекрытия щели внутренним кольцом направляющего аппарата.

На фиг.1 изображен обогреваемый поворотный направляющий аппарат компрессора заявляемой конструкции, на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1, а на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1.

Обогреваемый поворотный направляющий аппарат 1 включает наружное кольцо 2 с установленными в нем с натягом промежуточными втулками 3, в которых внешними цапфами 4 зафиксированы обогреваемые поворотные направляющие лопатки 5. Внутренними цапфами 6 лопатки 5 установлены во внутреннем кольце 7 направляющего аппарата 1. Поворот лопаток 5 осуществляется с помощью рычагов 8 и приводного механизма 9.

Для подвода теплого обогревающего воздуха в наружном кольце 2 выполнены кольцевые каналы 10, снаружи и изнутри охватывающие втулку 3, в которой выполнены радиальные по отношению к оси 11 внешней цапфы 4 отверстия 12, соединяющие кольцевые каналы 10 с кольцевой полостью 13 во внешней цапфе 4 лопатки 5, которая в свою очередь радиальными отверстиями 14 соединена с каналом 15 по оси цапфы 4.

Канал 15 с помощью канала 16 соединен со щелью 17, выполненной внутри пера 18 лопатки 5 со стороны входной кромки 19. Щель 17 шириной t имеет выход в проточную часть 20 направляющего аппарата 1 через внутренний торец 21 лопатки 5, который установлен с радиальным зазором 22 величиной h относительно внутреннего кольца 7 направляющего аппарата 1.

Кольцевая полость 10 через управляющую заслонку (не показана) соединена с промежуточной ступенью компрессора (не показана) с помощью канала 23.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя в случае понижения температуры окружающего воздуха и наступления обледенения из-за промежуточной ступени компрессора (не показана) по каналу 23 в кольцевой канал 10 поступает теплый воздух, который по отверстиям 12 в промежуточной втулке 3, кольцевую полость13 и радиальные отверстия 14 поступает в канал 15 наружной цапфы лопатки 5, откуда по каналу 16 поступает в щель 17 для обогрева пера 18 лопатки 5, что обеспечивает поступление теплого воздуха в щель 17 независимо от углового положения втулки 3, т.е. равномерность подачи теплового воздуха в лопатку и выход обогревающего воздуха в проточную часть 20 с минимальными гидравлическими потерями.

Данное устройство надежно работает на газотурбинных установках ГТУ-12П и ГТУ-16П до 30000 часов без ремонта.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.116, рис.3.55.а.

2. Патент РФ №2173410, F 04 D 29/56, 2001 г.