Направляющий аппарат статора компрессора газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения и газотурбинным установкам (ГТУ) наземного применения, в частности, к статорам компрессоров газотурбинных двигателей.
Известна конструкция секторов направляющих аппаратов статора компрессора, в которых имеются наружное и внутреннее кольцо в виде дуги, соединенные лопатками направляющего аппарата посредством пайки.
Недостатками такой конструкции являются:
- низкая точность позиционирования лопатки в радиальном направлении, связанная с отсутствием достаточного количества базовых поверхностей, что в совокупности с современной сложноориентированной в пространстве геометрией пера лопатки приводит к нестабильности лопаточной решетки в направляющем аппарате компрессора и влияет на параметры двигателя в целом;
- существенные ограничения по форме кривизны пера лопатки исходя из условий собираемости;
- наличие в наиболее напряженных местах - соединениях пера с наружным и внутренним кольцом, материала со сниженным уровнем механических свойств, характерного для паяных либо сварных соединений.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается только при осуществлении предлагаемого технического решения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является низкая конструкционная прочность с возможным появлением дефектов в паяном соединении из-за значительной статической и динамической нагрузки от пера лопаток.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемой полезной модели является направляющий аппарат статора компрессора ГТД (Патент RU №2282756, МПК F04D 29/52, опубл. 27.08.2006), принятый за прототип, состоящий из секторов, включающих лопатки из перьев и наружных полок, соединенных между собой посредством паяного соединения, перья выполнены заодно с наружными полками. При этом для усиления конструкции на торцах полок со стороны входной и выходной кромок впаяны усиливающие кольца.
Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются низкая конструкционная прочность, вызванная значительной статической и динамической нагрузкой от пера лопаток. Вследствие этого наружная полка выполнена с увеличенной толщиной, вставлены усиливающие кольца, что приводит к увеличению массы.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение конструкционной прочности соединения лопаток в направляющем аппарате с исключением дефектов в паяном соединении при значительной статической и динамической нагрузках от пера лопаток.
Техническая проблема решается тем, что в направляющем аппарате статора компрессора газотурбинного двигателя, состоящем из секторов, включающих лопатки из перьев и наружных полок, соединенных между собой посредством паяного соединения, перья выполнены зацело с наружными полками, согласно полезной модели, дополнительно лопатки содержат внутренние полки, причем перо, внутренняя полка и наружная полка каждой лопатки выполнены зацело, а лопатки соединены между собой паяным соединением по боковым поверхностям наружных полок и внутренних полок, при этом сектора выполнены с углом α, равным 30…45° относительно оси компрессора по боковым поверхностям наружных и внутренних полок.
Кроме того, согласно полезной модели, в каждом секторе размещены не менее 6 лопаток.
Кроме того, согласно полезной модели, направляющий аппарат содержит не менее 8 секторов.
Как и в прототипе, в направляющем аппарате статора компрессора газотурбинного двигателя, состоящем из секторов, включающих лопатки из перьев и наружных полок, соединенных между собой посредством паяного соединения, перья выполнены заодно с наружными полками.
В предлагаемой полезной модели, в отличии от прототипа, дополнительно лопатки содержат внутренние полки, причем перо, внутренняя полка и наружная полка каждой лопатки выполнены зацело, а лопатки соединены между собой паяным соединением по боковым поверхностям наружных полок и внутренних полок, при этом сектора выполнены с углом γ, равным 30°…45° относительно оси компрессора по боковым поверхностям наружных и внутренних полок.
Кроме того, в отличие от прототипа, в каждом секторе размещены не менее 6 лопаток, направляющий аппарат содержит не менее 8 секторов.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить вероятность появления дефектов в паяном соединении, повышая конструкционную прочность соединения лопаток в паяном соединении сектора направляющего аппарата компрессора.
На фиг. 1 представлен сектор направляющего аппарата статора компрессора газотурбинного двигателя.
На фиг. 2 представлена лопатка направляющего аппарата статора компрессора.
На фиг. 3 представлен сектор направляющего аппарата статора компрессора (изометрия).
На фиг. 4 представлено соединение секторов направляющего аппарата статора компрессора.
Направляющий аппарат статора компрессора газотурбинного двигателя содержит сектора 1, 6 (например, рядом расположенные), из лопаток (без позиции). Лопатки выполнены зацело из наружной полки 2, внутренней полки 3, пера 4. Лопатка из пера 4, выполненная зацело с наружной 2 и внутренней 3 полками может быть произведена, например, посредством механической обработки заготовки. Лопатки скреплены между собой по боковым поверхностям полок 5 с помощью паяного соединения. Угол α каждого из секторов выполнен относительно оси компрессора 8.
Приведены примеры осуществления полезной модели.
Пример 1. При угле α, равном 30°, содержится 12 секторов.
Пример 2. При угле α, равном 36°, содержится 10 секторов.
Пример 3. При угле α, равном 40°, содержится 9 секторов.
Сборку сектора 1 направляющего аппарата производят следующим образом: на боковые поверхности 5 полок 2, 3 лопаток (без позиции) наносится слой припоя. В специальном приспособлении лопатки в секторе выравнивают по базовым поверхностям в продольном и окружном направлениях, закрепляют и выполняют пайку собранного сектора в печи. Сборку направляющего аппарата производят следующим образом: сектора собираются в направляющий аппарат по замкнутой окружности. Сектора 1, 6, например, рядом расположенные собираются с зазором 7, необходимым для теплового расширения деталей.
Более нагруженные ступени компрессора, которые характеризуются повышенной густотой лопаточной решетки, имеют в каждом секторе большее количество лопаток. Количество секторов в направляющем аппарате определяется конструкцией и условиями сборки, для чего выполняются аэродинамические расчеты компрессора и прочностные расчеты.
По заявляемому техническому решению успешно проведены экспериментальные работы и в настоящее время техническое решение реализовано в статорах осевых компрессоров газотурбинных двигателей.
Таким образом, выполнение предлагаемой полезной модели с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет снизить вероятность появления дефектов в паяном соединении, повышая конструкционную прочность соединения лопаток в паяном соединении сектора направляющего аппарата компрессора.