УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕГО СОПЛОВОГО АППАРАТА ТУРБИНЫ, ТУРБИНА И ДВИГАТЕЛЬ САМОЛЕТА С ТАКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
DEVICE FOR ATTACHMENT OF GUIDE VANES OF TURBINE, TURBINE AND AIRCRAFT ENGINE WITH SUCH EQUIPMENT

Настоящее изобретение относится к турбинам турбореактивных двигателей. Точнее, оно касается крепления направляющего соплового аппарата турбины турбореактивного двигателя.
Согласно изобретению предлагается устройство для крепления направляющего соплового аппарата на неподвижных элементах самой турбины. Оно касается также турбины, содержащей устройство для крепления. Оно, наконец, относится к турбореактивным двигателям, снабженным, по меньшей мере, одним таким устройством для крепления и/или такой турбины.
Турбина может быть турбиной высокого давления.
Турбина турбореактивного двигателя содержит неподвижные элементы (статор) и подвижные элементы (ротор). Подвижными элементами являются колеса, несущие лопасти, вставленные между решетками неподвижных лопастей, называемых также направляющим сопловым аппаратом турбины. Комплекс «направляющий сопловый аппарат/колесо» образует ступень турбины. Для облегчения монтажа турбины направляющие сопловые аппараты иногда изготавливают путем соединения, по меньшей мере, двух секторов направляющего соплового аппарата. Каждый сектор направляющего соплового аппарата содержит определенное количество неподвижных лопаток, распределенных между внешним кольцом, называемым внешней платформой, и внутренним кольцом, называемым внутренней платформой. Обычно внутренняя платформа проходит радиально внутрь соединительным фланцем, служащим для крепления направляющего соплового аппарата или его сектора на крепежной детали. Для упрощения нижеследующего описания термин «направляющий сопловый аппарат» будет использован как для обозначения целого соплового аппарата, так и для его сектора.
Известная концепция устройства крепления показана на фиг.7, которое представляет собой часть турбореактивного двигателя и содержит вал 102, камеру 104 сгорания и ступень турбины высокого давления, колесо которой образовано диском 106 и подвижными лопатками 108 и направляющий сопловый аппарат которой содержит неподвижные лопатки 110, внутреннюю платформу 112 и соединительный фланец 114.
В известных устройствах (фиг.7) соединение направляющего соплового аппарата используется в качестве элемента крепления картера 122 инжекторов 116. Этот элемент крепления стабилизирован путем фиксации на неподвижной детали структуры, которая является продолжением 124 суппорта 118 из сходного материала. Соединение образовано путем блокировки соединительного фланца 114 относительно картера и/или упомянутого продолжения суппорта посредством болтового соединения между указанным продолжением 124 суппорта и картером 122.
В известном устройстве (ЕР 789133) блокирование соединительного фланца 114 выполнено средствами блокирования, которые содержат первый блокирующий стержень, размещенный в радиальном направлении и опирающийся на кольцевой выступ указанного продолжения, при этом первый блокирующий стержень предназначен для прижатия соединительного фланца к картеру в осевом направлении. В этом устройстве средства блокирования содержат также второй блокирующий стержень, проходящий одновременно через картер и соединительный фланец для блокирования соединительного фланца в радиальном и кольцевом направлениях.
В другом известном устройстве (US 5143512) каждое соединительное устройство содержит канавку для блокирования картера, причем эта канавка открывается радиально наружу и размещена на расстоянии для того, чтобы в нее входил соединительный фланец, и его блокирования радиально наружу. В соответствии с этой концепцией устройство для соединения содержит также блокирующий стержень, расположенный в осевом направлении радиально и предназначенный для блокирования соединительного фланца в радиальном и кольцевом направлениях, проходящий одновременно через соединительный фланец и картер и аксиально упирающийся в продолжение суппорта.
И в той и другой существующих концепциях устройства для соединения картер инжекторов и продолжение суппорта из истираемого материала скреплены между собой болтовым соединением.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение соединения и, в частности, исключение болтового соединения путем создания устройства для крепления направляющего соплового аппарата турбины, при этом направляющий сопловый аппарат закреплен на суппорте, который, в свою очередь, установлен на стабилизирующей детали.
Изобретение относится к устройству для крепления, которое содержит
средства соединения в паз края суппорта детали суппорта и стабилизирующего края стабилизирующей детали, и
удерживающую деталь для удержания соединенных в паз края суппорта и стабилизирующего края,
при этом устройство для крепления характеризуется тем, что оно содержит средства удержания для противодействия относительному вращению края суппорта и стабилизирующего края.
Последние содержат, по меньшей мере, одну канавку с полым полукруглым сечением на срезе края суппорта и, по меньшей мере, одну канавку полукруглого сечения на срезе стабилизирующего края, при этом, когда обе канавки при работе наложены одна на другую, они вместе образуют отверстие.
Средства соединения в паз содержат, кроме того, средства соединения края суппорта, а также шаблон и средства дополнительной установки размеров стабилизирующего края.
Указанные средства соединения содержат, кроме того, по меньшей мере, один блокирующий стержень для введения в упомянутое отверстие, когда оба края соединены в паз.
Удерживающая деталь имеет кольцевую форму и в сечении практически имеет форму "J". Она содержит центральный каркас, который на одном конце продолжается радиальной частью, продолжающуюся оконечной частью, параллельной центральному каркасу, при этом центральный каркас, радиальная часть и оконечная часть образуют удерживающую канавку, а центральный каркас на другом конце продолжается фланцем, плоскость которого перпендикулярна каркасу и возвышается над радиальной частью и конечной частью.
Устройство для крепления содержит также механизм стопорения края суппорта и удерживающей детали.
Указанный механизм стопорения содержит зубья на конце суппорта и дополнительные зубья на удерживающей детали. Зубья на конце суппорта находятся на реборде конца суппорта. Дополнительные зубья удерживающей детали находятся на конечной части удерживающей детали.
Устройство для крепления содержит также средства стопорения для предотвращения вращения удерживающей детали относительно края суппорта. Средства стопорения выполнены в виде выпуклости на удерживающей детали. Они содержат также отверстие для стопорения конца суппорта и отверстие для стопорения удерживающей детали, при этом оба отверстия для стопорения выполнены практически одного диаметра, как и блокирующий стержень, предназначенный для прохода в оба отверстия для стопорения. Отверстие для стопорения удерживающей детали находится на одном из дополнительных зубьев удерживающей детали, а отверстие для стопорения конца суппорта находится на одном из зубьев на конце суппорта.
Устройство для крепления содержит, кроме того, средства блокирования направляющего соплового аппарата относительно конца суппорта, при этом направляющий сопловый аппарат содержит неподвижные лопатки, распределенные через определенный угол между двумя практически кольцевыми концентрическими платформами через равные угловые промежутки. Средства блокирования содержат:
крепежный фланец направляющего соплового аппарата, который проходит за платформой наименьшего радиуса кривизны относительно лопаток,
отверстия, пересекающие крепежный фланец и размещенные по его окружности,
канавка для блокирования края суппорта, которая открывается радиально наружу,
отверстия, проходящие через стенки канавки для блокирования, и
блокирующий стержень, проходящий одновременно через отверстия крепежного фланца и отверстия в стенках блокирующей канавки.
Предпочтительно блокирующий стержень выполнен с заплечиком. Блокирующий стержень при работе удерживается между краем суппорта и удерживающей деталью.
В соответствии с вариантом реализации изобретения деталь суппорта образована картером инжекторов, а стабилизирующая деталь образована продолжением суппорта из истираемого материала.
В соответствии со вторым аспектом изобретение относится к турбине, содержащей, по меньшей мере, одно устройство для крепления направляющего соплового аппарата.
В соответствии с третьим аспектом изобретение относится к двигателю самолета, содержащего турбину и/или по меньшей мере одно устройство для крепления.
Технический эффект заявленного изобретения заключается в том, что уменьшается общая масса двигателя самолета, так как крепление направляющего соплового аппарата больше не содержит болтовых соединений. Отсюда следует уменьшение стоимости эксплуатации двигателя самолета, выражающееся в экономии топлива на разных стадиях полета самолета.
Другое преимущество изобретения заключается в том, что уменьшается время монтажа благодаря отсутствию болтовых соединений. Отсюда вытекает уменьшение стоимости обслуживания.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 представляет схематичный осевой разрез турбореактивного двигателя с турбиной, снабженной устройством крепления, согласно изобретению;
фиг.2 - осевой разрез устройства крепления согласно изобретению;
фиг.3 - общий вид края суппорта, а также средства соединения в паз и средства стопорения согласно изобретению;
фиг.4 - общий вид соединения в паз края суппорта со стабилизирующим краем, а также средства для удержания согласно изобретению;
фиг.5 - общий вид удерживающей детали, а также средства заклинивания и средства стопорения согласно изобретению;
фиг.6 - пазовое соединение края суппорта со стабилизирующим краем (радиальный разрез), а также их скрепление с помощью удерживающей детали согласно изобретению;
фиг.7 - осевой разрез части турбореактивного двигателя с устройством для крепления согласно известному уровню техники.
На фиг.1 схематично представлен турбореактивный двигатель 1, содержащий турбину 2 высокого давления, турбину 3 низкого давления, камеру 4 сгорания, компрессор 5 высокого давления, вентилятор 6. Турбина 2 высокого давления снабжена направляющим сопловым аппаратом 8.
На фиг.2 представлено устройство 20 крепления направляющего соплового аппарата 8 турбины, содержащего неподвижные лопатки 10, распределенные между внешней платформой (не показана) и внутренней платформой 12. Соединительный фланец 14 проходит от внутренней платформы 12 перпендикулярно неподвижным лопастям 10 относительно платформы 12.
Аналогично известным устройствам крепления направляющий сопловый аппарат 8 турбины прикреплен к удерживающей детали, закрепленной на стабилизирующей детали. Согласно описываемому варианту воплощения изобретения, представленному на чертежах, картер 22 инжекторов образует удерживающую деталь, а стабилизирующая деталь является продолжением 30 суппорта 18 из истираемого материала.
Устройство 20 крепления согласно изобретению содержит удерживающую деталь 60, которая служит для фиксации стабилизирующей детали 30 и детали 22 суппорта и которая предназначена для крепления направляющего соплового аппарата 8 на детали 22 суппорта.
Аналогично известному устройству для крепления блокирование направляющего соплового аппарата 8 относительно детали 22 суппорта осуществляется с помощью соединительного фланца 14, который закреплен в блокирующей канавке 16 края 26 картера 22 инжекторов с помощью блокирующего стержня 28. В этом случае размеры блокирующей канавки 16 соответствуют размерам соединительного фланца 14, при этом соединительный фланец 14 имеет соединительное отверстие (не показано), а стенки блокирующей канавки 16 имеют соответствующие отверстия в стенках 160 (фиг.4). Блокирующий стержень 28 проходит через отверстие в соединительном фланце и отверстия в стенках. Блокирующий стержень 28 выполнен с заплечиком так, что он упирается в одну из стенок блокирующей канавки 16 в самом низу стенки (фиг.2).
Соединительный фланец 14, блокирующая канавка 16, блокирующий стержень 28 и соответствующие отверстия образуют средства блокирования устройства крепления 20 согласно изобретению.
Помимо средств 14, 16, 28 блокирования устройство крепления согласно изобретению содержит средства 44 соединения в паз края 26 картера 22 инжекторов с краем 30 удлинения 24 суппорта 18 из истираемого материала, средства 46, 48, 50, 52 удержания для предотвращения относительного вращения картера 22 и удлинения 24, удерживающую деталь 60 для удержания картера 22 и удлинения 24, средства 34, 72 стопорения (фиг.5) удерживающей детали 60 на картере 22 и средства 76, 78, 80, 82 стопорения для предотвращения вращения удерживающей детали 60 относительно картера 22. Все эти средства описаны ниже.
Для облегчения описания край 26 картера 22 будет называться «край 26 суппорта», а край 30 удлинения 24 будет называться «стабилизирующий край 30».
Как показано на фиг.3, край 26 суппорта представляет собой деталь вращения вокруг осевого направления, которая содержит корпус 36 края, от которого радиально наружу расположены две стенки, ограничивающие описанную выше блокирующую канавку 16. Корпус 36 края имеет в осевом направлении практически прямоугольное сечение. Корпус 36 края имеет внутреннюю плоскость 38, расположенную рядом с задней поверхностью 40, радиально направленной, с другой стороны блокирующей канавки 16 и верхнюю поверхность 39.
Задняя стенка канавки 16 содержит реборду 32 (фиг.6), которая продолжает эту стенку назад по отношению к задней стенке 40 корпуса 36 края. Эта реборда 32 направлена радиально и параллельно в направлении, противоположном направлению входа в канавку. Между ребордой 32 и задней плоскостью 40 сформирована задняя канавка 42. На свободном конце этой реборды 32 выполнены зубцы 34, которые размещены по всей периферии реборды 32. Эти зубцы радиально направлены внутрь.
На соединении внутренней плоскости 38 и задней поверхности 40 корпус 36 края имеет паз края суппорта, образованный средством 44 расцепки, имеющий первую грань 442, практически параллельную задней плоскости 40, и вторую грань 444, перпендикулярную указанной первой грани 442. Во второй грани 444 выполнены канавки 46, ориентированные в осевом направлении и имеющие полукруглый профиль.
На фиг.4 показано соединение в паз края 26 суппорта и стабилизирующего края 30. Для этого торец стабилизирующего края 30 выполнен по форме и размерам, соответствующим пазу края 26 суппорта. В частности, стабилизирующий край 30 содержит первую плоскость и вторую плоскость, предназначенные для контакта соответственно с указанными первой гранью 442 и второй гранью 444 края 26 суппорта. Канавки 48 выполнены во второй плоскости, ориентированы в осевом направлении и имеют полукруглый профиль.
При сборке край 26 суппорта и стабилизирующий край 30 соединяются один с другим в паз, образующий гнездо. Это соединение в паз выполнено соединением первой грани 442 и второй грани 444 соответственно, края 26 суппорта с первой плоскостью и второй плоскостью стабилизирующего края 30 соответственно. Соединение в паз выполнено таким образом, что канавки 46 второй грани 444 края 26 суппорта совмещаются с канавками 48 второй плоскости стабилизирующего края 30, образуя комплекс удерживающих отверстий 50. Блокирующие стержни 52 вводятся в указанные отверстия, чтобы предотвратить аксиальное вращение края 26 суппорта и стабилизирующего края 30 одного относительно другого.
Средства соединения в паз устройства 20 крепления содержат указанную выемку 44 в крае 26 суппорта, так же, как формы и соответствующие размеры стабилизирующего края 30.
Средства удержания устройства 20 крепления содержат упомянутые канавки 46 в крае 26 суппорта, канавки 48 в стабилизирующем крае 30 и удерживающие отверстия 50, а также блокирующие стержни 52.
Соединение в паз между краем 26 суппорта и удерживающим 30 осуществляется посредством соединительной детали 60 (фиг.5).
Удерживающая деталь 60 выполнена в виде тела вращения вокруг осевого направления. Она содержит центральный прямолинейный каркас 62. Последний продолжен с одной стороны лучевой частью 64, которая переходит в оконечную часть 66, возвращающуюся к центральному каркасу 62 и проходящую параллельно ему. Центральный каркас 62, лучевая часть 64 и оконечная часть 66 образуют удерживающую канавку 68, а указанный центральный каркас 62 с другой стороны продолжен перпендикулярным ему прямолинейным выступом 70, который нависает над лучевой частью 64 и оконечной частью 66. В осевом разрезе удерживающая деталь 60 имеет сечение в форме «J» и вертикальная полоса соответствует центральному каркасу 62, а горизонтальная полоса соответствует выступу 70.
Центральный каркас 62 образует эластично деформируемую зону удерживающей детали 60, позволяющую оператору установить ее на место, как будет описано ниже.
На свободном конце оконечной части 66 выполнены зубья 72, которые следуют один за другим по всей периферии оконечной части 66. Форма и размеры зубьев 72 взаимодополняют форму и размеры зубьев 34 реборды 32 края 26 суппорта.
Удерживающая деталь 60 содержит также бортик 74 для захватывания, который проходит от центрального каркаса 62 со стороны, противоположной удерживающей канавке 68 относительно центрального каркаса 62, и слегка смещен относительно выступа 70. Бортик 74 для захватывания содержит две последовательно размещенных зоны, которые смещены по окружности одна относительно другой и которые облегчают ручное обращение с этим бортиком 74 для захватывания, а также деформацию центрального каркаса 62 оператором.
Фиг.6 иллюстрирует в радиальном разрезе вид в сборе двух краев 26, 30 с помощью удерживающей детали 60. Удерживающая деталь 60 закреплена на крае 26 суппорта, который показан только частично.
Операция закрепления осуществляется следующим образом. Оператор берет удерживающую деталь 60 за бортик 74 для захватывания. Он вводит свободный конец оконечной части 66 удерживающей детали 60 в заднюю канавку 42 корпуса 36 края 26, вставляя зубья 72 удерживающей детали 60 между зубьями 34 реборды 32. Одновременно реборда 32 края 26 суппорта вводится в удерживающую канавку 68 удерживающей детали 60. Это введение облегчается наличием эластичной зоны в удерживающей детали 60. Оператор отпускает затем бортик 74 для захватывания. Центральный каркас 62 удерживающей детали 60 накладывается, таким образом, на реборду 32 удерживающей детали 26, и выступ 70 удерживающей детали 60 накладывается на верхнюю часть 39 края 26 суппорта. Затем оператор поворачивает удерживающую деталь 60 относительно края 26 суппорта. Зубья 34 реборды 32 входят во впадины между соответствующими зубьями 72 удерживающей детали 60 и препятствуют разъединению края 26 суппорта и удерживающей детали 60. Таким образом, получается защелкивание типа байонетного соединения.
В результате защелкивания стабилизирующий край 30 аксиально прижат к первой грани 442 края 26 суппорта оконечной частью 66 удерживающей детали 60.
Средства защелкивания устройства крепления 20 содержат зубья 34 реборды 32 края 26 суппорта, а также взаимодополняющие зубья 72 удерживающей детали 60.
Средства крепления 20 содержат также средства стопорения для предотвращения проворота удерживающей детали 60 относительно края 26 суппорта, что могло бы привести к нежелательным последствиям.
Упомянутые средства стопорения имеют слегка выпуклый профиль 76 центрального каркаса 62, выпуклость которого размещена со стороны удерживающей канавки 68 (фиг.5). Этот слегка выпуклый профиль 76 вызывает осевое напряжение в удерживающей детали 60, что вызывает трение между удерживающей деталью 60 и задней поверхностью 40 края 26 суппорта и мешает относительному вращению этих двух деталей (фиг.6).
Дополнительные средства стопорения показаны на фиг.3 и 5. Они содержат стопорящее отверстие 78 края 26 суппорта, выполненное в одном из зубьев 34 реборды 32. Они содержат также стопорящее отверстие 80 в удерживающей детали 60, выполненное в одном из взаимодополняющих зубьев 72. Они содержат, наконец, блокирующий стержень 82, предназначенный для введения в эти оба стопорящие отверстия 78, 80, которые имеют для этого одинаковый диаметр. Предпочтительно блокирующий стержень 82 выполнен с заплечиком (фиг.3). Во время операции защелкивания оператор выставляет зубья со стопорящими отверстиями 78, 80 один против другого и стопорит обе защелкнутые детали, вводя блокирующий стержень 82 в оба стопорящих размещенных одно напротив другого отверстия 78, 80.
Изобретение не ограничивается представленным выше особым вариантом воплощения. Оно касается также эквивалентных форм воплощения, известных специалистам в этой области.