Результат интеллектуальной деятельности: Направляющий аппарат осевого компрессора

Изобретение относится к области конструирования газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора.

Известна конструкция направляющего аппарата (НА) осевого компрессора, содержащего корпус компрессора, выполненный с продольным разъемом, поворотные лопатки, нижние цапфы которых установлены во внутреннем кольце НА, также имеющем продольный разъем (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др., «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 65 рис. 3.9, стр. 114-115).

Недостатком известной конструкции является возможность перемещения полуколец, из которых состоит внутреннее кольцо НА, друг относительно друга вследствие отсутствия их жесткого соединения и наличия зазоров по цапфам лопаток, необходимых для обеспечения их вращения. Это приводит к повышенному износу контактных поверхностей внутренних цапф лопаток и ответных втулок, а также увеличению зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является повышение надежности компрессора двигателя за счет жесткого соединения внутренних полуколец и уменьшение износа контактных поверхностей внутренних цапф поворотных направляющих лопаток и ответных втулок вследствие уменьшения перекосов, возникающих при перемещении полуколец НА друг относительно друга, а также повышение эффективности работы ГТД вследствие постоянства зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном направляющем аппарате осевого компрессора, содержащем корпус, выполненный с продольным разъемом, внутренние полукольца и поворотные лопатки, установленные своими внутренними цапфами в полукольца, согласно изобретению взаимная фиксация полуколец выполнена при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом и паза с отверстием под штифт.

Целесообразно шип и штифт выполнить из материала, имеющего коэффициент термического линейного расширения больший, чем у материала полуколец.

Выполнение взаимной фиксации полуколец при помощи шипа с установленным на нем подпружиненным штифтом и паза с отверстием под штифт обеспечивает неподвижное соединение внутренних полуколец НА и повышает жесткость их закрепления на внутренних цапфах лопаток, что приводит к уменьшению взаимных перемещений и перекосов полуколец и лопаток НА под действием газовых сил и, как следствие, к снижению износа контактных поверхностей. Также повышение жесткости направляющего аппарата в сборе снижает величину перемещений внутреннего кольца НА в радиальном направлении, что обеспечивает постоянство зазора и снижение перетечек воздуха в лабиринтном уплотнении между ротором и кольцом НА и тем самым повышает эффективность работы газотурбинного двигателя.

Выполнение шипа и штифта из материала (например, стали), имеющего коэффициент термического линейного расширения (КТР) больший, чем у материала полуколец (например, титан) обеспечивает уменьшение монтажных зазоров между шипом и пазом внутренних полуколец НА, а также между штифтом и отверстием под штифт при разогреве деталей в процессе работы газотурбинного двигателя, что приводит к дополнительному повышению жесткости соединения внутренних полуколец НА, тем самым обеспечивая уменьшение взаимных перемещений и перекосов полуколец и лопаток НА, снижение износа контактных поверхностей и повышение эффективности работы газотурбинного двигателя за счет постоянства зазора в лабиринтном уплотнении между ротором и внутренним кольцом НА.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг. 1-3.

Фиг. 1 - поперечный разрез статора компрессора с продольным разъемом.

Фиг. 2 - стык внутренних полуколец НА в месте А.

Фиг. 3 - продольный разрез внутреннего кольца НА в месте установки штифта.

Направляющий аппарат осевого компрессора содержит поворотные направляющие лопатки 1, установленные в корпусе 2 компрессора, имеющего продольный разъем, и внутреннее кольцо, состоящее из полуколец 3 и 4, установленных на внутренних цапфах 5 лопаток 1. На каждом из внутренних полуколец 3 и 4, в местах их соединения друг с другом, с одной стороны выполнен шип 6 с установленным на нем подпружиненным штифтом 7, а с другой стороны выполнен паз 8 и отверстие 9 под штифт внутри паза. Также на внутренних полукольцах 3 и 4 установлена крышка 10 лабиринтного уплотнения.

Возможно также выполнение шипа 6 со штифтом 7 по обеим сторонам одного из полуколец, а паза 8 с отверстием 9 под штифт - по обеим сторонам другого полукольца (на чертеже не показано).

Сборка направляющего аппарата осуществляется следующим образом.

Половины корпуса 2 компрессора вместе с установленными на них лопатками 1 и полукольцами 3 и 4 сдвигаются навстречу друг другу, при этом шип 6 на полукольце 4 частично входит в ответный паз 8 на полукольце 3 (и наоборот). Затем подпружиненные штифты 7 утапливаются внутрь специальной полости на шипе 6, после чего половины корпуса 2 окончательно сдвигаются, торцы полуколец 3 и 4 соединяются и пружина выталкивает штифт 7 в отверстие 9. Доступ к подпружиненному штифту 7 осуществляется с входа компрессора через зазор между рабочими лопатками первой ступени.

При разборке подпружиненный штифт 7 утапливается внутрь специальной полости на шипе 6, выходя из зацепления с отверстием 9, после чего половины корпуса 2 компрессора разъединяются.

Предлагаемое изобретение позволяет жестко соединить внутренние полукольца направляющего аппарата первой ступени статора компрессора ГТД, имеющего продольный разъем, и при этом обеспечить удобную сборку и разборку.