Результат интеллектуальной деятельности: Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины

Изобретение относится к конструированию узлов компрессора с регулируемым направляющим аппаратом (НА), преимущественно для газотурбинного двигателя (ГТД).

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины, содержащий двухопорные поворотные лопатки, размещенные между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, причем внутренние цилиндрические цапфы поворотных лопаток размещены в ответных радиальных отверстиях внутреннего разъемного кольца, фторопластовые втулки, установленные по наружному диаметру внутренней цилиндрической цапфы каждой двухопорной поворотной лопатки (патент на ПМ №38861).

Основными недостатками такого технического решения являются значительные монтажные напряжения во фторопластовой втулке после сборки, возникающие в результате отклонений формы деталей направляющего аппарата и приводящие к ее повышенному износу в процессе работы газотурбинного двигателя.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является повышение износостойкости фторопластовой втулки и, как следствие, увеличение ресурса и надежности узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого НА в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что известный регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины, содержащий двухопорные поворотные лопатки, размещенные между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, причем внутренние цилиндрические цапфы поворотных лопаток размещены в ответных радиальных отверстиях внутреннего разъемного кольца, зафиксированного относительно них, фторопластовые втулки, установленные по наружному диаметру внутренней цилиндрической цапфы каждой двухопорной поворотной лопатки, согласно настоящему изобретению, снабжен наружной и внутренней втулками, вставленными одна в другую, которые установлены в радиальном отверстии внутреннего разъемного кольца между фторопластовой втулкой и соответствующей внутренней поверхностью внутреннего разъемного кольца, образованной радиальным отверстием, при этом наружная поверхность внутренней втулки выполнена выпуклой сферической, часть внутренней поверхности наружной втулки со стороны продольной оси регулируемого направляющего аппарата осевого компрессора турбомашины выполнена в виде вогнутой полусферы, а участок внутренней поверхности наружной втулки со стороны двухопорных поворотных лопаток выполнен цилиндрическим.

Наличие сферического соединения позволяет исключить монтажные напряжения во фторопластовой втулке от изгибающего момента, возникающего в случае отклонения оси поворотной лопатки НА или оси радиального отверстия внутреннего кольца от радиального направления осевого компрессора при отклонении геометрии деталей в производстве, что приводит к повышению износостойкости фторопластовой втулки и, как следствие, увеличение ресурса и надежности узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого НА в целом.

Реализация внутренней поверхности наружной втулки в виде сопрягаемых цилиндра и полусферы обеспечивает собираемость сферического соединения, обеспечивая минимальный износ трущихся поверхностей, в том числе и внутренней цапфы поворотной лопатки НА и фторопластовой втулки. В случае стандартного сферического соединения, для возможности сборки заявленного устройства его необходимо снабдить разрезными элементами, в частности разрезными внутренней и наружной втулками, части которых могут быть выполнены с отклонениями и установлены с перекосами друг относительно друга, при этом позволяя абразивным частицам из проточной части проникать через разрезы к поверхностям трения, что увеличивает их износ и, как следствие, снижает ресурс и надежность узла соединения каждой поворотной лопатки с внутренним кольцом и регулируемого НА в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный вид регулируемого направляющего аппарата осевого компрессора турбомашины.

Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины содержит двухопорные поворотные лопатки 1, размещенные между наружным корпусом 2 и внутренним разъемным кольцом 3, причем внутренние цилиндрические цапфы 4 двухопорных поворотных лопаток 1 размещены в ответных радиальных отверстиях 5 во внутреннем разъемном кольце 3, фторопластовые втулки 6, установленные по наружному диаметру каждой из внутренней цилиндрической цапфы 4 двухопорной поворотной лопатки 1.

Кроме того, регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора турбомашины снабжен сферическими подшипниками, каждый из которых включает в себя вставленные одна в другую две втулки, а именно наружную и внутреннюю втулки 7, 8, при этом наружная боковая поверхность внутренней втулки 8 выполнена выпуклой, сферической, а часть внутренней поверхности наружной втулки 7 со стороны продольной оси регулируемого направляющего аппарата осевого компрессора турбомашины выполнена в виде вогнутой полусферы (части сферы), при этом участок внутренней поверхности наружной втулки 7 со стороны двухопорных поворотных лопаток 1 выполнен цилиндрическим.

Каждый из сферических подшипников установлен в радиальном отверстии внутреннего разъемного кольца 3, между фторопластовой втулкой 6 и соответствующей внутренней поверхностью внутреннего разъемного кольца 3, образованной соответствующим радиальным отверстием 5.

При этом на наружной боковой поверхности каждой из фторопластовых и наружных втулок 6 и 7, со стороны двухопорных поворотных лопаток 1 выполнены по кольцевому буртику 9 и 10 соответственно, контактирующих с торцами внутреннего разъемного кольца 3 и внутренней втулки 8 соответственно, при этом каждая из фторопластовых втулок 6 ограничена в радиальном направлении поворотными направляющими лопатками 1, что позволяет зафиксировать внутреннее разъемное кольцо 3 на соответствующей внутренней цилиндрической цапфе 4 двухопорной поворотной лопатки 1.

Сборка узла осуществляется следующим образом: на внутренние цилиндрические цапфы 4 поворотных направляющих лопаток 1, установленных в наружном корпусе 2, надевают фторопластовые втулки 6, после чего на них устанавливают сферический подшипник, состоящий из наружной и внутренней втулок 7, 8, последним собираются в единое целое части внутреннего разъемного кольца 3, которое охватывает сферические подшипники соответствующими радиальными отверстиями 5.

Сферические подшипники в соединении позволяют исключить монтажные изгибные нагрузки на внутренних цилиндрических цапфах 4 и фторопластовых втулках 6, возникающие из-за отклонений соосности с радиальными отверстиями 5 при изготовлении.

В процессе эксплуатации поворотная направляющая лопатка 1 поворачивается в зависимости от режима работы турбомашины на тот или иной угол. В наружной опоре поворотные направляющие лопатки 1 закреплены с фиксированным зазором, необходимым для ее поворота без заедания. Между близлежащими торцами поворотных направляющих лопаток 1 и кольцевых буртиков 9 фторопластовых втулок 6 имеется плавающий технический зазор. Он необходим для компенсации набегания допусков и взаимных температурных расширений деталей при эксплуатации. Соединение поворотной направляющей лопатки 1 с внутренним разъемным кольцом 3, по существу, выполнено в виде подшипника скольжения сухого трения, реализованного между внутренней цилиндрической цапфой 4 и фторопластовой втулкой 6, работающего в запыленной среде и при больших температурах. Также данное соединение подвержено влиянию нагрузок с поворотной направляющей лопатки 1, возникающих от воздействия на нее горячего пульсирующего воздуха. Пульсация и влияние внутренних цилиндрических цапф 4 при их повороте на более мягкие фторопластовые втулки 6 вызывает износ последних. Разрушение фторопластовых втулок 6 может привести к последующему износу других деталей описанного соединения. Реализация в нем сферического подшипника практически исключает монтажные нагрузки на фторопластовую втулку 6 при сборке внутреннего разъемного кольца 3, что снижает нагрузки со стороны внутренней цилиндрической цапфы 4 на последнюю и в процессе работы. Добиваясь меньшего износа фторопластовой втулки 6, мы увеличиваем ресурс работы данного соединения, от качества работы которого зависит точность поворота поворотных направляющих лопаток 1, КПД осевого компрессора и ресурс всего узла в целом.