Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ЛОПАТОК С Т-ОБРАЗНЫМ КРЕПЛЕНИЕМ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ДИСК КОМПРЕССОРА, КОМПРЕССОР И ТУРБОМАШИНА

Областью настоящего изобретения является область турбомашин, в частности устройств удержания лопаток компрессора для данных турбомашин.

Турбомашины, как правило, содержат один или несколько компрессоров, предназначенных для сжатия воздуха, засасываемого в воздухозаборник, перед его подачей в камеру сгорания, в которой он будет использован для сжигания впрыскиваемого топлива и обеспечения нужной тяги. Лопатки компрессора, с точки зрения их способа крепления на соответствующем диске, в основном бывают двух типов. Некоторые лопатки содержат так называемое стержневое крепление, т.е. они удерживаются на диске посредством детали, которая вводиться в предусмотренную для этого полость; другие имеют Т-образное крепление, т.е. форма ножки лопатки расширена, образуя утолщение, которое путем скольжения устанавливается в периферийной канавке, расположенной по окружности, выполненной во внешней стороне обода диска. Для этих последних данный обод в поперечном сечении выглядит как полая полуокружность с возвышающимися двумя буртиками, внутренняя сторона которого представляет собой опорную поверхность, называемую обычно опорной частью, служащей для удержания лопатки при действии центробежной силы.

Лопатки вставляются одна за другой своими ножками в эту периферийную канавку или место крепления до ее полного заполнения. Для введения лопаток в периферийную канавку в боковых буртиках выполняется выемка для ввода, через которую могут проходить утолщения ножек лопаток. Для удержания одной или нескольких последних вставленных лопаток, которые расположены против этой выемки, и препятствования их выходу предусмотрено фиксирующее устройство. Это устройство, как правило, также имеет функцию удержания набора лопаток во время кругового вращения и препятствования приведение их в движение воздействием действующих на них аэродинамических сил. Рядом с этими выемками для ввода лопаток можно увидеть, как правило, одну или две выемки для ввода фиксаторов, которые позволяют ввести один или несколько фиксаторов в периферийную канавку для блокирования по кругу лопаток.

Как это описано в патенте FR 2810366 заявителя, данные фиксаторы содержат, как правило, деталь, опирающуюся на дно периферийной канавки и на рабочие площадки последних введенных лопаток, для обеспечения их блокирования при круговом поступательном движении, и одно средство затягивания, такое как винт, которое доступно с внешней стороны канавки. Для этого, как правило, в рабочей площадке последних введенных лопаток выполняется вырез для обеспечения доступа инструменту затягивания. Из этого следует, что, по меньшей мере, две лопатки компрессора и, как правило, четыре, если один фиксатор расположен с каждой стороны выемки для ввода лопаток, отличаются от других лопаток ступени компрессора.

К недостаткам, связанным с данным техническим решением, относятся, прежде всего, нарушение взаимозаменяемости между лопатками и, как следствие, необходимость управления двумя номерами деталей, и во-вторых, необходимость выполнения, по меньшей мере, двух выемок в буртиках периферийной канавки, одной для выемки для ввода лопаток и одной, если даже не двух, для одной или нескольких выемок для ввода фиксаторов. Таким образом, следует произвести большее количество операций фрезерования, в связи с чем возникает дополнительная опасность производства деталей с браком в случае плохой реализации операций фрезерования, которые особенно сложно выполнять.

Кроме того, известна заявка на патент EP 1650405, в которой приводится описание системы стопорения лопаток при перемещении в канавке диска посредством системы болтов, проходящих сквозь канавку и крепящихся на радиальных расширениях буртиков диска. Количество болтов, необходимых в данном техническом решении, в частности, очень большое, а система стопорения удерживается посредством выполненных в буртиках диска отверстий.

Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков путем предложения системы крепления лопаток, которая не содержит некоторых из недостатков, присущих существующему уровню техники, и позволяет, в частности, обеспечить фиксацию лопаток с Т-образным креплением одной ступени компрессора без приведения к нарушению взаимозаменяемости между этими лопатками. Она также позволяет производить только одно фрезерование на буртиках диска компрессора для введения лопаток и устранить операции фрезерования, которые были необходимы для обеспечения введения одного или нескольких соответствующих фиксаторов.

В связи с этим объектом изобретения является блокировочное устройство, предназначенное для обеспечения круговой блокировки набора лопаток, снабженных ножкой Т-образного типа, на ободе диска компрессора турбомашины; причем упомянутый обод содержит периферийную канавку на своей внешней стороне, предназначенную для установки в ней ножек лопаток упомянутого набора, и два буртика, обрамляющих упомянутую канавку, стороны которых образуют опорные части удерживания упомянутых лопаток; причем упомянутый обод содержит, кроме того, вырез, выполненный, по меньшей мере, в одном из упомянутых буртиков, для обеспечения введения ножек лопаток в упомянутую канавку; причем упомянутое устройство, содержащее средство стопорения перемещения лопаток в упомянутой канавке, может быть размещено в упомянутой канавке между двумя следующими одна за другой лопатками и само удерживаться при перемещении в упомянутой канавке посредством кронштейна, к которому оно должно быть присоединено при помощи средства фиксации. Оно отличается тем, что упомянутый кронштейн устроен таким образом, чтобы он мог интегрироваться в упомянутый вырез и опираться по окружности, по меньшей мере, на одну поверхность, взаимодействующую с упомянутым буртиком.

При помощи такого технического решения производится стопорение лопаток при перемещении в канавке посредством простого устройства, которое содержит только три элемента и нуждается только в одном вырезе в одном из буртиков диска без выполнения отверстия для прохода средств стопорения лопаток. Предпочтительно, упомянутое средство стопорения устроено таким образом, чтобы во время его установки оно не взаимодействовало с лопатками, а набор лопаток мог состоять из одинаковых лопаток.

Отсутствие необходимости взаимодействовать с площадками лопаток позволяет не дифференцировать лопатки и иметь единую модель для всех лопаток одного и того же набора.

Предпочтительно, кронштейн устроен для введения в вырез в направлении, по существу параллельном оси турбомашины.

Согласно частному варианту реализации, кронштейн имеет, полностью, форму выреза, выполненного в открытом буртике. Таким образом, обеспечивается хорошая центровка диска компрессора.

Предпочтительно, упомянутое средство стопорения перемещения содержит верхний блок, который может размещаться между ножками двух следующих друг за другом лопаток для их удерживания при перемещении в канавке, и основание, которое может располагаться на дне канавки под ножками упомянутых лопаток. Таким образом, посредством своего верхнего блока оно обеспечивает функцию стопорения лопаток при круговом перемещении, удерживаясь при этом в условиях воздействия центробежной силы посредством ножек лопаток, которые удерживают в неподвижном состоянии основание.

Предпочтительно, верхний блок имеет по существу форму параллелепипеда, содержащего две стенки, ориентированные параллельно оси турбомашины, которые способны взаимодействовать с соответствующими сторонами ножки удерживаемых лопаток.

Согласно частному варианту реализации, основание содержит, по меньшей мере, два сегмента, проходящие по касательной к канавке с одной и другой стороны нижней части верхнего блока.

Предпочтительно, верхний блок содержит первое отверстие, а кронштейн - второе отверстие, причем оба отверстия ориентированы таким образом, чтобы располагаться на одной линии, когда блокирующее устройство находится в положении на диске.

Предпочтительно, средством фиксации является стыковой болт, проходящий через оба отверстия, в котором опора содержит опорную поверхность, перпендикулярную оси упомянутого стыкового болта.

Изобретение также относится к диску компрессора для турбомашины, предназначенному для удерживания набора лопаток, снабженных ножкой Т-образного типа; причем обод упомянутого диска на своей внешней стороне содержит периферийную канавку, которая предназначена для установки в ней ножек лопаток упомянутого набора, и два буртика, обрамляющие упомянутую канавку, стороны которых образуют опорные части для удерживания упомянутых лопаток; причем упомянутый обод, кроме того, содержит вырез, выполненный, по меньшей мере, в одном из упомянутых буртиков, для обеспечения введения ножек лопаток в упомянутую канавку, отличающийся тем, что упомянутый вырез устроен под установку кронштейна для удерживания средства стопорения лопаток блокирующего устройства, как это описано выше, а также тем, что упомянутый буртик содержит поверхность, взаимодействующую для опоры, по окружности, упомянутого кронштейна.

Оно также относится к компрессору турбомашины, содержащему, по меньшей мере, один диск, как это описано выше, а также к компрессору турбомашины, оснащенному набором лопаток, снабженных ножкой Т-образного типа и блокирующим устройством, как это описано выше. Оно, наконец, относится к турбомашине, содержащей такой компрессор.

Изобретение станет лучше понятно, а его другие цели, детали, отличительные признаки и преимущества проявятся более отчетливо в процессе изучения нижеследующего детального пояснительного описания варианта реализации изобретения, представленного в качестве исключительно иллюстративного примера и не носящего ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые схематичные фигуры чертежа.

На данных фигурах чертежа:

- фиг.1 представляет собой вид в продольном разрезе компрессора турбомашины, содержащего лопатки со стержневым креплением и лопатки с Т-образным креплением;

- фиг.2 представляет собой вид в перспективе сечения одного выреза буртика, снабженного блокирующим устройством при круговом перемещении лопаток, согласно варианту реализации изобретения, причем на диске удерживается одна лопатка;

- фиг.3 представляет собой вид сбоку диска компрессора, в котором может быть установлено блокирующее устройство, согласно одному варианту реализации изобретения, причем лопатка находится в периферийной канавке диска;

- фиг.4 представляет собой вид в перспективе фиксатора перемещения для лопаток, установленных в периферийной канавке, согласно варианту реализации изобретения;

- фиг.5 представляет собой вид в перспективе кронштейна средства фиксации фиксатора, согласно варианту реализации изобретения;

- фиг.6 представляет собой вид в перспективе фиксатора и кронштейна его средства фиксации, согласно варианту реализации изобретения, в их соответствующих относительных положениях;

- фиг.7 представляет собой вид в перспективе фиксатора, согласно варианту реализации изобретения, в положении под лопаткой в периферийной канавке диска компрессора.

На фиг.1 можно увидеть в разрезе компрессор турбомашины, содержащий ряд ступеней, образованных чередующимися подвижными 1 и неподвижно установленными 2 лопатками. Подвижные лопатки 1 удерживаются на ободах дисков компрессора 3. Лопатки двух первых ступеней, изображенных на фигуре чертежа слева, фиксируются посредством стержней, в то время как лопатки последующих ступеней вставляются путем скольжения, благодаря системе Т-образного крепления, в периферийную канавку 4, выполненную во внешней стороне 5 обода. (К сведению: Во всем описании под ссылкой «внешний» понимается часть, радиально наиболее удаленная от оси вращения турбомашины).

На фиг.2 изображена внешняя сторона обода диска компрессора 3 с выполненной периферийной канавкой 4, в которую путем скольжения введена ножка 5 лопатки 1. Периферийная канавка 4 на уровне лопатки полностью покрыта ее рабочей площадкой 6. Обод диска 3 содержит два буртика, один из которых - открытый буртик 7 - содержит вырез 8, выходящий на внешнюю сторону обода, через который может проходить ножка 5 лопатки. Этот вырез образует проем для введения лопаток, через который проходят все лопатки 1 в процессе их установки в канавку 4. Вырез 8 ограничен по окружности диска двумя параллельными сторонами 9а и 9b, которые проходят параллельно оси вращения диска 3; радиально он ограничен плоскостью, также параллельной данной оси вращения, но перпендикулярной плоскости сторон 9a и 9b, которая образует площадку 9c выреза. Согласно представленному варианту реализации, вырез 8 радиально выходит за буртик 7 обода.

На фиг.3 изображена лопатка 1 с ее ножкой 5, расположенной в периферийной канавке 4, выполненной во внешней стороне диска 3. Площадка 6 лопатки опирается на оба буртика 7 и 7' внешней стороны диска, которую она полностью накрывает. На фигуре чертежа также показан проход А, в котором перемещается ножка 5 лопатки при ее введении в периферийную канавку 4. Между ножкой 5 лопатки, расположенной в канавке 4, и дном канавки имеется зазор, который позволяет ввести в него часть фиксатора лопаток, как это будет объяснено в дальнейшем.

На фиг.4 изображен фиксатор 10, образующий средство стопорения при перемещении лопаток 1, которое имеет функцией блокирование лопаток в периферийной канавке 4 после того, как они будут в нее введены. Этот фиксатор 10 содержит верхний блок 11, имеющий по существу форму параллелепипеда (при этом данная форма не является обязательной) с двумя боковыми стенками 11а и 1lb, которые предназначены для взаимодействия с боковыми сторонами ножек лопаток для обеспечения их опоры. Он также содержит основание 12, на котором располагается верхний блок 11, нижняя форма которого адаптирована к форме дна периферийной канавки 4. Это основание (при этом данная форма не является обязательной) представлено в виде кронштейна верхнего блока, боковым продолжением которого являются четыре сегмента 12a-12d, разделенные между собой и присоединенные к четырем нижним углам верхнего блока 11.

Эти сегменты плоские на своей верхней стороне, а на своей нижней стороне воспроизводят форму периферийной канавки, с которой они взаимодействуют, когда фиксатор размещен в глубине периферийной канавки. Толщина этих сегментов меньше зазора, существующего между ножкой 5 лопатки 1 и канавкой 4, когда лопатки установлены в канавке, как это представлено на фиг.3, таким образом, что они могут лежать на дне периферийной канавки 4 и проходить под ножками 5 лопаток 1 в круговом направлении, не взаимодействуя друг с другом.

Сквозь верхний блок 11 в направлении, перпендикулярном основному направлению сегментов 12a - 12d, проходит первое отверстие 13, расположенное выше уровня основания 12 и расположенное таким образом, что оно находится против выреза 8, когда фиксатор 10 установлен в периферийной канавке 4.

На фиг.5 изображен кронштейн 20, образующий кронштейн для средства фиксации (не показано) фиксатора 10 и обеспечивающий блокирование при его перемещении, когда он расположен в периферийной канавке 4. Как это показано, он полностью имеет такую же форму (при этом данная форма не является обязательной), что и вырез 8 открытого буртика 7 диска 3. Кроме выполнения функции блокирования перемещения фиксатора, он предназначен и для заполнения пустого пространства, оставленного этим вырезом после введения набора лопаток 1 в периферийную канавку 4. Он содержит две плоские стороны 21a и 21b, которые параллельны друг другу и после установки в открытом буртике 7 параллельны сторонам 9a и 9b выреза 8. Сквозь него также проходит второе отверстие 23, ось которого после установки устройства 20 в вырезе 8 и фиксатора 10 против этого выреза совпадает с осью первого отверстия 13, выполненного в фиксаторе 10. С учетом данного относительного расположения средство фиксации, предпочтительно, может быть болтом, который проходит сквозь кронштейн 20 и фиксатор 10. Второе отверстие 23 выходит, на внешней стороне кронштейна 20, на опорную сторону 22, которая образует вокруг второго отверстия 23 плоскую поверхность, на которую опирается рассматриваемый болт.

На фиг.6 изображено относительное положение фиксатора 10 и кронштейна 20, когда они оба расположены на ободе диска 3. Два отверстия 13 и 23 в данном положении имеют коллинеарные оси. Средство фиксации, такое как болт (не показан), может проходить сквозь два отверстия для обеспечения блокирования фиксатора 10 посредством кронштейна 20, причем возможность перемещения фиксатора по окружности с этого момента запрещена в результате взаимодействия сторон 21a и 21b кронштейна 20 со сторонами 9a и 9b выреза 8.

На фиг.7 изображены фиксатор 10, занимающий положение на дне периферийной канавки 4, и лопатка 1, расположенная в упомянутой периферийной канавке. На данной фигуре чертежа показано положение, в котором оказывается фиксатор, когда все лопатки 1 введены в периферийную канавку 4, вместе с тем лопатка, симметричная изображенной лопатке, не показана для удобства чтения фигуры чертежа. Фиксатор 10 был расположен против выреза 8 путем скользящего перемещения узла, состоящего из лопаток и фиксатора, в периферийную канавку 4. Ножка 5 лопатки 1 расположена упирающейся в боковую стенку 11b верхнего блока 11 и накрывает сегменты 12c и 12d основания 12 фиксатора 10. Площадка 6 лопатки накрывает узел и располагается опирающейся на внешнюю сторону диска 3.

Теперь будет приведено описание монтажа набора лопаток на диске компрессора, содержащего вырез, посредством устройства блокирования перемещения лопаток согласно варианту реализации изобретения.

Каждая лопатка 1 прежде всего изображена наклоненной против выреза 8, выполненного в открытом буртике 7, с краем своей площадки 6, противоположной вырезу, которая расположена опирающейся на неоткрытый буртик 7'. Сохраняя контакт данного края на буртике 7', лопатка 1 отклоняется в направлении, указанном стрелкой A на фиг.3, для обеспечения прохождения ножки 5 между двумя сторонами 9a и 9b выреза 8 до тех пор, пока другой край площадки 6, в свою очередь, не будет опираться на внешнюю сторону диска 3 на уровне в этот раз открытого буртика 7.

После введения ножки 5 лопатки и расположения площадки 6 на двух буртиках внешней стороны диска 3 лопатка 1 способна свободно перемещаться в периферийной канавке 4 и может быть смещена в правую или левую сторону от выреза для высвобождения последнего и создания возможности для установки другой лопатки 1. После установки всех лопаток 1, кроме двух, набора лопаток рассматриваемой ступени оператор смещает последнюю, например, влево, не допуская при этом, чтобы первая установленная лопатка, которая в настоящий момент расположена справа от выреза 8, не расположилась против выреза 8. Для этого достаточно, чтобы лопатки были уплотнены друг против друга, а между всеми площадками 6 был установлен контакт. Оставленное, таким образом, пространство перед вырезом 8 позволяет разместить фиксатор 10 в периферийной канавке 4 между первой и последней установленными лопатками. С учетом кругового зазора, обычно существующего между площадками лопаток и габаритной длины фиксатора, которая меньше длины двух площадок, существующая в периферийной канавке длина является достаточной для того, чтобы фиксатор 10 мог бы быть установлен без труда.

Затем оператор поворачивает узел, состоящий из лопаток 1 и фиксатора 10, или в одном направлении, или в другом направлении для смещения верхнего блока 11 фиксатора и делает так, чтобы он не был расположен против выреза 8. Далее он вставляет предпоследнюю лопатку 1 набора в периферийную канавку 4 аналогичным, как и для предыдущих лопаток, образом. Данная операция становится возможной ввиду того, что радиальный зазор между ножкой 5 лопатки 1 и дном периферийной канавки 4 больше толщины сегментов 12a-12d; причем ножка лопатки может быть, таким образом, введена в периферийную канавку 4 без взаимодействия с данными сегментами. Затем оператор вновь поворачивает набор лопаток и фиксатор 10, причем в данном случае в направлении, противоположном предшествующему направлению, до тех пор пока верхний блок 11 не пройдет перед вырезом 8 и не высвободит вновь часть периферийной канавки 4, расположенной против выреза 8. Затем производится введение последней лопатки 1 набора, как это выполнялось с предпоследней лопаткой.

Остается обеспечить фиксирование набора относительно круговых перемещений в периферийной канавке 4. Для этого оператор отводит набор назад до расположения верхнего блока 11 фиксатора 10 против выреза 8. Он вставляет кронштейн 20 между двумя сторонами 9a и 9b выреза 8, в продолжении по окружности открытого буртика 7, затем фиксирует упомянутый кронштейн 20 на фиксаторе 10 посредством предусмотренного для этих целей средства фиксации типа болта.

Таким образом, узел блокируется во вращении в периферийной канавке посредством взаимодействия сторон 21a и 21b устройства 20 со сторонами 9a и 9b выреза 8. Во-вторых, фиксатор 10 и его кронштейн 20, которые жестко соединены при помощи средства фиксации типа болта, удерживаются, один в периферийной канавке 4, а другой в вырезе 8, противодействуя центробежной силе, посредством ножек 5 двух последних вставленных лопаток 1: сегменты 12a-12d фиксатора под воздействием данной силы приводятся в положение упора в ножки 5 этих двух лопаток, которые, в свою очередь, удерживаются опорными частями буртиков 7 и 7' обода диска 3.

Описание изобретения приведено с кронштейном 20 фиксатора 10, выполненного из детали, отсоединяемой от открытого буртика 7, ввиду того что этот кронштейн расположен на уровне проема для ввода лопаток. Изобретение относится в основном к факту существования блокировочного устройства перемещения, которое опирается на кронштейн, соединенный с одним из буртиков диска; при этом может быть рассмотрено разделение двух функций блокирования перемещения и проема для ввода лопаток, которые обеспечиваются кронштейном 20 и вырезом 8 согласно варианту, описание которого приведено выше. Таким образом, блокирование может быть осуществлено посредством простого отверстия, через которое проходит средство фиксации, проходящего сквозь открытый буртик 7 сверху площадок лопаток; таким образом, проем для ввода лопаток расположен в каком-либо другом месте на окружности обода диска 3.

Хотя описание изобретения было приведено применительно ко многим частным вариантам реализации, вполне очевидно, что оно содержит все технологические эквиваленты описанных средств, а также их комбинаций, если они не выходят за рамки настоящего изобретения.