КОЛЬЦЕВОЙ УЗЕЛ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ANNULAR ASSEMBLY OF GAS TURBINE ENGINE BLADES

Описание
Настоящее изобретение относится к кольцевому узлу лопаток газотурбинного двигателя.
В частности, изобретение относится к кольцевому узлу лопаток газотурбинного двигателя, при этом узел имеет лопаточный сегмент, содержащий дуговую направляющую и, по меньшей мере, одну лопатку, которая проходит в радиальном направлении внутрь от дуговой направляющей, при этом узел имеет также полый цилиндрический корпус, во внутренней изогнутой поверхности которого выполнена кольцевая канавка для размещения дуговой направляющей лопаточного сегмента.
Известный лопаточный сегмент 1 показан на фиг.1а и содержит в радиальном направлении внутреннюю дуговую направляющую 3, в радиальном направлении наружную дуговую направляющую 5 и лопатки 7, которые проходят в радиальном направлении между внутренней и наружной направляющими. Наружная направляющая 5 имеет фланцы 9, которые проходят вдоль каждой стороны направляющей. Известный полый цилиндрический корпус 11 показан на фиг.1b и имеет на своей внутренней изогнутой поверхности 13 множество кольцевых канавок 15. Каждая кольцевая канавка 15 имеет углубления 17, которые проходят по обеим сторонам канавки.
Лопаточный сегмент 1 согласно фиг.1а вставлен в корпус 11 согласно фиг.1b посредством выравнивания концов фланцев 9 наружной направляющей 5 лопаточного сегмента с концами углублений 17 кольцевой канавки 15 корпуса и скольжения фланцев по окружности в углублениях, так что наружная направляющая скользит по окружности вокруг кольцевой канавки. На фиг.1с показано сцепленное состояние между наружной направляющей 5 и кольцевой канавкой 15, когда лопаточный сегмент 1 вставлен в корпус 11.
Известный кольцевой узел лопаток, показанный на фиг.1а-1с, является узлом компрессора газотурбинного двигателя.
Имеется множество механизмов, с помощью которых лопаточный сегмент 1 после установки в корпусе 11 можно фиксировать на месте.
Один такой механизм показан на фиг.1с. Фланцы 9 плотно входят внутрь углублений 17, т.е. имеется минимальный зазор между в радиальном направлении внутренней и наружной поверхностями фланцев и углублений, за счет чего лопаточный сегмент 1 удерживается в заданном положении в радиальном направлении. Этот механизм, хотя и дешевый, приводит к проблемам при сборке, если имеется небольшое искажение физической формы лопаточного сегмента во время его изготовления. Кроме того, если требуется удалить лопаточный сегмент из корпуса после использования в газотурбинном двигателе, то это может быть весьма затруднительным из-за коррозии и деформации лопаточного сегмента во время использования.
Другой механизм показан на фиг.2. Кольцевые канавки 15 образованы зажимными кольцами 19, закрепленными на внутренней изогнутой поверхности 13 полого цилиндрического корпуса 11 с помощью болтов (не изображены), которые проходят через отверстия 21 снаружи корпуса к зажимным кольцам. Удаление лопаточных сегментов облегчается посредством удаления зажимных колец. Этот механизм, хотя и решает проблемы механизма, показанного на фиг.1с, является дорогим.
Другой механизм показан на фиг.3. Поперечное сечение кольцевой канавки 15 обеспечивает свободное введение в радиальном направлении наружной направляющей 5 лопаточного сегмента 1, и пружинный блок 23 используется для прижимания фланцев 9 направляющей 5 к обращенным в радиальном направлении наружу поверхностям 25 углублений 17 канавки 15. Пружинный блок 23 содержит пружину 27, держатель 29 пружины и зажимной винт 31. Затягивание винта 31 приводит к упиранию держателя 29 пружины во фланцы 9, прижиманию фланцев 9 к поверхности 25 с помощью управляемой пружинной нагрузки. Лопаточный сегмент 1 фиксируется по положению. При использовании изменение температуры может вызывать относительное перемещение между составляющими частями. Управляемая пружинная нагрузка допускает небольшое такое перемещение. Отпускание зажимного винта отпускает фланцы 9, освобождая лопаточный сегмент 1 для удаления из кольцевой канавки 15. Обычно используют два или три пружинных блока 23 на один лопаточный сегмент. Показанный на фиг.3 механизм имеет недостаток, заключающийся в его сложности.
Согласно данному изобретению предлагается кольцевой узел лопаток газотурбинного двигателя, при этом узел имеет лопаточный сегмент, содержащий дуговую направляющую и, по меньшей мере, одну лопатку, которая проходит в радиальном направлении внутрь от дуговой направляющей, при этом узел имеет также полый цилиндрический корпус, во внутренней изогнутой поверхности которого выполнена кольцевая канавка для размещения дуговой направляющей лопаточного сегмента, при этом дуговая направляющая закреплена в кольцевой канавке с помощью одной или более упругих прокладок, расположенных между направляющей и канавкой, при этом каждая упругая прокладка содержит плоское основное тело и распорные крылья, которые проходят по обе стороны основного тела, при этом крылья находятся под углом к плоскости основного тела, при этом каждая упругая прокладка предназначена для перемещения по окружности между i) первым положением, в котором прокладка прикладывает усилие в радиальном направлении к дуговой направляющей для фиксации направляющей в кольцевой канавке, и ii) вторым положением, в котором крылья прокладки занимают углубления в узле для снятия радиального усилия и освобождения направляющей в канавке.
В узле согласно предыдущему абзацу предпочтительно, что имеется одна упругая прокладка и в первом положении она прикладывает направленное радиально внутрь усилие к дуговой направляющей.
В узле согласно предыдущему абзацу предпочтительно, что направляющая имеет фланцы, которые проходят вдоль каждой стороны направляющей, и канавка имеет углубления, которые проходят вдоль каждой стороны канавки, при этом первые поверхности, содержащие обращенные радиально внутрь поверхности фланцев, входят в соприкосновение со вторыми поверхностями, содержащими обращенные радиально наружу поверхности углублений, и упругая прокладка расположена между третьими поверхностями, содержащими обращенные радиально наружу поверхности фланцев, и четвертыми поверхностями, содержащими обращенные радиально внутрь поверхности углублений, в первом положении (i) крылья прокладки прикладывают направленное радиально внутрь усилие к третьим поверхностям, и во втором положении (ii) основное тело прокладки прикладывает направленное радиально наружу усилие к четвертой поверхности.
Предпочтительно, что узел согласно предыдущему абзацу дополнительно содержит другую прокладку, расположенную между упругой прокладкой и третьей поверхностью, в первом положении крылья упругой прокладки прикладывают направленное радиально внутрь усилие к третьим поверхностям через дополнительную прокладку, при этом углубления в узле содержат углубления в каждой стороне дополнительной прокладки, окружное перемещение упругой прокладки между первым и вторым положениями является окружным перемещением относительно дополнительной прокладки.
В узле согласно предыдущему абзацу предпочтительно, что углубления дополнительной прокладки имеют стыковые стороны, которые приходят в столкновение с крыльями упругой прокладки, когда упругая прокладка перемещается по окружности относительно дополнительной прокладки из второго в первое положение, и при этом стыковые стороны расположены под углом, значительно меньшим 90°, к окружному направлению.
В узле согласно любому из предыдущих двух абзацев предпочтительно, что дуговая направляющая и дуговая канавка имеют дополняющие друг друга выступ и выемку для расположения направляющей в окружном направлении внутри канавки.
В узле согласно любому из предыдущих семи абзацев предпочтительно, что каждая лопатка лопаточного сегмента проходит радиально внутрь к другой дуговой направляющей лопаточного сегмента.
Узел согласно любому из предыдущих восьми абзацев может быть узлом компрессора.
Ниже приводится в качестве примера описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1а - как указывалось выше, известный лопаточный сегмент в изометрической проекции;
фиг.1b - как указывалось выше, известный полый цилиндрический корпус, в который вставляется известный лопаточный сегмент согласно фиг.1а в изометрической проекции;
фиг.1с - как указывалось выше, сопряжение между наружной направляющей лопаточного сегмента согласно фиг.1а и кольцевой канавкой корпуса согласно фиг.1b;
фиг.2 - как указывалось выше, механизм, с помощью которого лопаточный сегмент после введения в корпус можно фиксировать на месте;
фиг.3 - как указывалось выше, другой механизм, с помощью которого лопаточный сегмент после введения в корпус можно фиксировать на месте;
фиг.4 - механизм согласно данному изобретению с помощью которого лопаточный сегмент согласно фиг.1а после введения в корпус согласно фиг.1b можно фиксировать на месте;
фиг.5 - часть упругой и дополнительной прокладок согласно фиг.4 лежащих поверх направляющей согласно фиг.4 в изометрической проекции;
фиг.6 - упругая и дополнительная прокладки в первом положении, в изометрической проекции;
фиг.7 - упругая и дополнительная прокладки во втором положении в изометрической проекции; и
фиг.8 и 9 - дополняющие друг друга выступ и выемка, включенные в направляющую и канавку согласно фиг.4.
Как показано на фиг.4, лопаточный сегмент 1 согласно фиг.1а вставлен в полый цилиндрический корпус 11 согласно фиг.1b точно в соответствии с указанным выше образом (концы фланцев 9 выровнены с концами углублений 17, и фланцы введены со скольжением в окружном направлении вокруг углублений 17). Как указывается более подробно ниже, упругая и дополнительная прокладки 33, 35 вводятся между обращенными радиально наружу поверхностями 37 фланцев 9 и обращенными радиально внутрь поверхностями 39 углублений 17. На фиг.5 показаны прокладки 33, 35, лежащие поверх фланцев 9. На фиг.5 не изображен корпус 11, расположенный поверх прокладок 33, 35. Упругая прокладка 33 лежит в радиальном направлении снаружи дополнительной прокладки 35 и прилегает к поверхностям 39. Дополнительная прокладка 35 лежит в радиальном направлении внутрь от упругой прокладки 33 и прилегает к поверхностям 37.
Упругая прокладка 33 содержит плоское основное тело 41 и распорные крылья 43, которые проходят по обе стороны основного тела 41. Крылья 43 расположены под углом относительно плоского основного тела 41 так, что (i) основное тело 41 прикладывает направленное радиально наружу усилие к поверхностям 39, и (ii) крылья 43 прикладывают направленное радиально внутрь усилие к дополнительной прокладке 35. Дополнительная прокладка 35 прикладывает в свою очередь направленное радиально усилие к поверхностям 37. Это вызывает смещение обращенных радиально наружу поверхностей 45 фланцев 9 к направленным радиально наружу поверхностям 47 углублений 17 с прижиманием фланцев 9 к поверхностям 47. Таким образом, лопаточный сегмент надежно удерживается на месте в кольцевой канавке 15 корпуса 11.
Как показано на фиг.6 и 7, дополнительная прокладка 35 имеет углубления 49 в каждой стороне. Углубления 49 приводятся в действие, когда прокладки 33, 35 вводятся между поверхностями 37 фланцев 9 и поверхностями 39 углублений 17 или удаляются из них.
Когда осуществляется введение, то прокладки 33, 35 позиционированы относительно друг друга, как показано на фиг.6. Прокладка 33 лежит поверх прокладки 35 (радиально снаружи от прокладки 35), но смещена относительно прокладки 35 в направлении длины прокладок 33, 35 на такое расстояние, что крылья 43 прокладки 33 занимают углубления 49 прокладки 35 (или смещены за конец прокладки 35). Расположение согласно фиг.6 отличается от расположения, согласно фиг.7, где нет смещения прокладки 33 в направлении длины прокладок 33, 35 (и концы прокладок 33, 35 совпадают). Показанное на фиг.7 расположение прокладок 33, 35 соответствует расположению, когда прокладки 33, 35 находятся в положении их использования между лопаточным сегментом 1 и кольцевой канавкой 15 корпуса 11.
В показанном на фиг.6 положении, когда крылья 43 занимают углубления 49 (или смещены за конец прокладки 35), крылья 43 не соприкасаются с прокладкой 35 и поэтому не поднимают прокладку 33 с прокладки 35 (в радиально наружном направлении). Таким образом, в показанном на фиг.6 положении размер сопряженных прокладок 33, 35 в радиальном направлении уменьшен (по сравнению с тем же размером при расположении, согласно фиг.7). Этот уменьшенный размер позволяет вводить прокладки 33, 35 относительно легко между поверхностями 37 фланцев 9 и поверхностями 39 углублений 17.
При введении прокладок 33, 35, прокладка 33 скользит в окружном направлении относительно прокладки 35 для приведения прокладок 33, 35 в положение, показанное на фиг.7. Это приводит к соприкосновению крыльев 43 с прокладкой 35, за счет чего прокладка 33 поднимается с прокладки 35 (в радиально наружном направлении). В результате лопаточный сегмент 1 зажимается на месте в кольцевой канавке 15, как указывалось выше применительно к фиг.4 и 5.
Удаление прокладок 33, 35 осуществляется в обратном порядке относительно введения. Таким образом, прокладка 33 скользит в окружном направлении относительно прокладки 35 для приведения прокладок 33, 35 в положение, показанное на фиг.6. Затем прокладки 33, 35 можно сравнительно просто удалять из промежутка между поверхностями 37 фланцев 9 и поверхностями 39 углублений 17 (затем можно легко удалять лопаточный сегмент 1).
Во время введения прокладок 33, 35 прокладка 33 скользит в окружном направлении относительно прокладки 35 для приведения крыльев 43 прокладки 33 в соприкосновение с прокладкой 35. Во время удаления прокладок 33, 35 происходит обратное. Для облегчения этого скольжения предусмотрены инструментальные отверстия 51 в концах прокладок 33, 35, с помощью которых можно прикреплять соответствующий инструмент к прокладкам 33, 35 для облегчения скольжения. Отверстия 51 двух прокладок 33, 35 имеют одинаковый размер и в показанном на фиг.7 положении концентричны. Для облегчения сцепления инструмента с выбранной одной из прокладок 33, 35 (i) относительное положение отверстий 51 в двух прокладках можно изменять так, что отверстия не концентричны, а сдвинуты при расположении, согласно фиг.7, или (ii) размер отверстий в радиально внутренней прокладке 35 может быть больше, или (iii) отверстия в радиально наружной прокладке 33 отсутствуют.
Углубления 49 прокладки 35 имеют стороны 53, которые сталкиваются с крыльями 43 прокладки 33 во время перехода из положения, согласно фиг.6, в положение, согласно фиг.7. Для облегчения перемещения крыльев 43 по прокладке 43, стороны 53 образуют с окружным направлением угол, значительно меньше 90°.
Как показано на фиг.8 и 9, дуговая направляющая 5 лопаточного сегмента 1 и кольцевая канавка 15 корпуса 11 имеют дополняющие друг друга выступ 55 и выемку 57 для расположения в окружном направлении направляющей 5 внутри канавки 15 перед введением прокладок 33, 35.
В приведенном выше описании используются две прокладки 33, 35. Понятно, что от дополнительной прокладки 35 можно отказаться, и углубления 49 дополнительной прокладки 35 могут быть образованы вместо этого в обращенных радиально наружу поверхностях 37 фланцев 9 направляющей 5. Упругую прокладку 33 можно вдвигать в канавку 15 одновременно с направляющей 5, при этом крылья 43 прокладки 33 занимают углубления в поверхностях 37. После приведения направляющей 5 в правильное окружное положение, полосу 33 сдвигают со скольжением в окружном направлении относительно направляющей 5 для выведения крыльев из углублений в поверхностях 37 в положение, в котором они прижимаются к остающимся поднятым частям поверхностей 37. Удаление лопаточного сегмента 1 осуществляется в обратном порядке.
В приведенном выше описании используется одна прокладка 33 или две прокладки 33, 35 между обращенными радиально наружу поверхностями 37 фланцев 9 и обращенными радиально внутрь поверхностями 39 углублений 17. Понятно, что вместо одной или двух пар прокладок можно использовать между обращенными радиально наружу поверхностями 47 углублений 17 и обращенными радиально внутрь поверхностями 45 фланцев 9 одну прокладку каждой пары, расположенной на каждой стороне направляющей 5. Эта одна прокладка или эти две прокладки на каждой стороне направляющей 5 работают аналогично одной прокладке 33 или двум прокладкам 33, 35.