РОТОР ВЕНТИЛЯТОРА И ТУРБОМАШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ РОТОР
FAN ROTOR AND TURBOMACHINE CONTAINING SUCH ROTOR

Изобретение относится в общем к ротору турбомашины, а более конкретно к ротору вентилятора, содержащему диск с пазами по его периферии и соответствующие лопатки, прикрепленные к указанному ротору, причем каждая лопатка имеет хвостовик, установленный в соответствующий паз. Изобретение относится к усовершенствованию прокладки удлиненной формы, которая располагается между хвостовиком лопатки и дном паза. Изобретение применимо в частности для установки лопаток, изготовленных из композиционного материала трехмерного плетения, того типа, который все больше и больше используется в вентиляторах. Изобретение относится к прокладке, которая хорошо приспособлена для использования с лопаткой такого типа (хотя и не ограничиваясь этим), причем сама прокладка может быть выполнена из того же или подобного материала. Одной из целей изобретения является усовершенствование поведения лопаток ротора, в частности ротора вентилятора, в случае серьезных аварийных ситуаций, например возникающих в результате засасывания внутрь птиц.
Является известным размещение деформируемой прокладки в каждый паз диска ротора между дном паза и обращенной внутрь поверхностью хвостовика лопатки, удерживаемого в указанном пазу. Например, в документе FR 2841609 (В1) показана прокладка, содержащая металлические участки и участки, изготовленные из полужесткого эластомера. Форма такой прокладки служит для компенсации перемещений хвостовика лопатки при возникновении вышеуказанного критического события. В этом случае лопатка вентилятора поворачивается под воздействием удара, и вследствие этого хвостовик лопатки поворачивается в пазу в диске. В дополнение к тому, что лопатка подвергается поворотному перемещению, она также подвергается осевому перемещению внутрь в направлении вперед и затем, как реакция, назад. Передний, центральный и задний участки лопатки подвергаются скручивающим перемещениям и осевым перемещениям, имеющим различные амплитуды для каждого из участков.
Когда лопатка изготовлена из композиционного материала, содержащего тканую структуру, которая сплетена в трех пространственных направлениях (далее «трехмерное плетение»), такие удары ведут к риску образования трещин в хвостовике лопатки и могут привести к его разрушению и в результате к полной потере лопатки вентилятора.
Изобретение предлагает новый тип прокладки такой формы, которая предназначена для уменьшения удара в случае контакта между лопаткой и пазом, для поглощения части энергии, сгенерированной ударом, и для уменьшения риска повреждения лопатки.
Для этой цели согласно изобретению в первую очередь предлагается ротор вентилятора, содержащий диск с пазами по его периферии и соответствующие лопатки, прикрепленные к указанному ротору, причем каждая лопатка содержит хвостовик лопатки, установленный в соответствующий паз, и каждый паз содержит прокладку удлиненной формы, расположенную между хвостовиком лопатки и дном паза, отличающийся тем, что указанная прокладка выполнена из упругодеформируемого материала, причем по меньшей мере один продольный сегмент указанной прокладки имеет поперечный профиль дугообразной формы для образования двух боковых зон, соприкасающихся с соответствующими боковыми зонами хвостовика лопатки и расположенных на расстоянии от дна паза, а также центральной зоны, обращенной к соответствующей центральной зоны дна паза, при этом указанная прокладка имеет волнообразный профиль в ее продольном направлении, причем указанная прокладка имеет в продольном направлении центральный участок, соприкасающийся с дном паза, и два концевых участка, соприкасающихся с хвостовиком лопатки, однако расположенных на расстоянии от дня паза.
Согласно предпочтительному варианту центральная зона сегмента расположена на расстоянии от соответствующей центральной зоны хвостовика лопатки. Другими словами, между центральной зоной сегмента прокладки и обращенной к нему центральной зоной хвостовика лопатки остается небольшой зазор.
Согласно другому предпочтительному варианту прокладка состоит из ряда сегментов, соединенных друг с другом посредством более узких соединительных участков.
Согласно предпочтительному варианту каждый соединительный участок расположен по существу проходящим в непрерывности с центральными зонами двух сегментов, которые он объединяет.
Согласно другому предпочтительному варианту указанный соединительный участок имеет поперечный профиль, который по существу идентичен поперечному профилю центральной зоны указанного сегмента.
Точнее говоря, указанная прокладка может иметь в продольном направлении центральный участок, соприкасающийся с дном паза, и два концевых участка (расположенных в продольном направлении с обеих сторон центрального участка), которые соприкасаются с хвостовиком лопатки.
Дополнительно, при нормальной работе сечение прокладки соответствует форме окружающих ее частей (паза в диске вентилятора и лопатке вентилятора), и ее установка происходит с небольшим напряжением между хвостовиком лопатки и дном паза. Таким образом, хвостовик лопатки прижимается к ее опорным поверхностям, опираясь на дно паза (на центральном участке) и под хвостовиком лопатки на ее боковые опорные поверхности. Вышеупомянутый волнообразный профиль служит для оптимизации контактов между концами и центром прокладки, и также между лопаткой и диском.
Благодаря ее гибкости прокладка следует комбинированному скручивающему и осевому перемещению, которое встречается во время критического события. Она размещается между хвостовиком лопатки и пазом диска таким образом, чтобы ограничивать удар между ними. Дополнительно зона контакта между прокладкой и нижней стороной хвостовика лопатки имеет криволинейную форму, чтобы обеспечить возможность скольжения этих двух частей относительно друг друга в случае поворота лопатки.
Прокладка предпочтительно подразделяется на три секции, которые реагируют отдельно друг от друга на комбинированные перемещения хвостовика лопатки, обеспечивая таким образом возможность сопровождения перемещений и деформаций, специфичных для каждого участка хвостовика лопатки настолько хорошо, насколько это возможно.
Покрытие типа полиуретановой пленки или тому подобное размещается на и/или под прокладкой таким образом, чтобы рассеять часть энергии удара, и в результате ограничить любой риск разрушения прокладки и образования трещин в хвостовике лопатки.
Предпочтительно, лопатка выполнена из цельного эластичного композиционного материала и предпочтительно из композиционного материала трехмерного плетения.
Получаемый результат особенно эффективен, когда сами лопатки выполнены из композиционного материала того же типа.
Конечно, согласно изобретению предлагается также прокладка, предназначенная для вставки в паз в роторе вентилятора, отличающаяся тем, что она выполнена из упругодеформируемого материала, причем она содержит по меньшей мере один продольный сегмент, имеющий поперечный профиль дугообразной формы.
Изобретение может быть лучше понято, а другие его преимущества станут более очевидными в последующем описании, данном с целью примера и выполненном со ссылкой на прилагаемые чертежи,
где на фиг.1 дан общий вид в перспективе прокладки для вставки между хвостовиком лопатки и дном паза, выполненным в периферии диска ротора,
на фиг.2 показана та же прокладка в продольном сечении и в положении между хвостовиком лопатки и дном паза,
на фиг.3 дан схематический вид в поперечном разрезе, выполненном по линии III-III на фиг.1, показывающий относительные положения прокладки и хвостовика лопатки в пазу диска ротора,
на фиг.4 показан вид, аналогичный фиг.3, показывающий поведение указанных элементов во время критического события.
На чертежах показана прокладка 11 для вставки в паз 13 диска 15 ротора вентилятора. Этот диск показан частично только на фиг.2-4. Прокладка 11 состоит из цельного упругодеформируемого материала и более конкретно в данном примере из куска стандартного композитного материала трехмерного плетения. Трехмерное плетение, формирующее сердцевину прокладки, покрыто каучуком.
Как показано на чертеже, прокладка содержит по меньшей мере один продольный сегмент, имеющий поперечный профиль дугообразной формы. В показанном примере имеются три сегмента 17а, 17b и 17с этого типа (количество таких сегментов может быть различным), которые объединены посредством более узких соединительных участков 18 из того же материала, при этом сегменты и соединительные части вместе формируют единый элемент.
Такая прокладка выполнена с возможностью размещения в тангенциальный паз 13, выполненный в периферии диска 15 ротора. В данном примере диск представляет собой диск ротора вентилятора, имеющий лопатки 20, прикрепленные к нему. Каждая лопатка имеет хвостовик 21, установленный в соответствующий паз 13. Прокладка показанного на фиг.1-3 типа помещается в каждом пазу 13 путем ее размещения между хвостовиком 21 лопатки и дном 13а паза 13.
Как упомянуто выше, прокладка 11 предпочтительно выполнена из композиционного материала трехмерного плетения. В более общем смысле прокладка выполнена из материала, который является упругодеформируемым.
Согласно важному признаку изобретения каждый продольный сегмент 17а-17с прокладки имеет поперечный профиль дугообразной формы для формирования двух боковых зон 25а, 25b, соприкасающихся с соответствующими боковыми зонами 26а, 26b хвостовика лопатки 20, располагаясь при этом на расстоянии от дна паза. Далее, центральная зона 29 сегмента прокладки обращена к соответствующей центральной зоне 30 дна паза. Данная центральная зона сегмента прокладки может соприкасаться с дном паза, как можно увидеть на фиг.3.
Кроме того, центральная зона указанного сегмента может быть расположена на расстоянии от соответствующей центральной зоны хвостовика лопатки, оставляя между ними небольшой зазор 32.
Как можно увидеть на фиг.2, прокладка 11 имеет волнообразный профиль в ее продольном направлении. В приведенном примере прокладка имеет в продольном направлении центральный участок 11а, соприкасающийся с дном паза, и два концевых участка 11b, соприкасающихся с хвостовиком лопатки, но расположенных на расстоянии от дна паза. Как показано на фиг.2, прокладка устанавливается с напряжением между хвостовиком лопатки и дном паза таким образом, что ее кривизна в продольном направлении между центром и концами меньше, чем когда она находится в ненапряженном состоянии, перед установкой.
Покрытие типа полиуретановой пленки или тому подобное размещается на и/или под прокладкой. В случае аварийной ситуации это обеспечивает возможность рассеивания части энергии удара, и в результате обеспечивает возможность ограничения риска разрушения прокладки или образования трещин в хвостовике лопатки.
Как указано выше, данный тип прокладки хорошо приспособлен для поддержания лопатки из композиционного материала трехмерного плетения в ее пазу, в покое или при нормальной работе.
В центральных зонах по меньшей мере некоторых сегментов также сформированы продолговатые отверстия 35, чтобы еще более увеличить упругость и деформируемость различных участков прокладки. Как можно увидеть на фиг.3, прокладка имеет форму, соответствующую стандартной форме хвостовика лопатки, причем такая форма служит для оптимизации контактов между концами и центром лопатки и также служит для оптимизации контактов между хвостовиком лопатки и стенками паза. Необходимо отметить, что сегменты прокладки также имеют два узких участка 36 между боковыми участками, соприкасающиеся с хвостовиком лопатки, и средний участок, обращенный к дну паза.
Помимо этого, каждый соединительный участок 18, соединяющий друг с другом два смежных сегмента 17а-17с, располагается по существу на одной линии с центральными зонами двух сегментов, которые он объединяет, являясь продолжением указанных зон. Кроме того, указанный соединительный участок имеет поперечный профиль, который по существу идентичен поперечному профилю центральной зоны вышеупомянутого сегмента.
Таким образом, предлагаемое решение, которое состоит в придании прокладке соответствующей формы и, предпочтительно, в изготовлении прокладки из упругого материала, который идентичен материалу композиционной лопатки, служит для устранения любого риска образования трещин в хвостовике лопатки.
Предварительное напряжение при установке служит для прочного прижима хвостовика лопатки к ее опорным поверхностям путем опирания на дно паза в диске.
Волнообразная форма прокладки в осевом направлении служит для оптимизации контактов между концами и центром прокладки и также между лопаткой и диском.
Как показано на фиг.4, так как прокладка является упругой, она следует комбинированному скручивающему и осевому перемещению хвостовика лопатки в случае возникновения критического события. Прокладка расположена между хвостовиком лопатки и пазом диска таким образом, чтобы ограничить удар между ними. Далее, зона контакта между прокладкой и нижней стороной хвостовика лопатки имеет криволинейную форму, тем самым обеспечивая возможность скольжения этих двух частей относительно друг друга в случае значительного поворота.
Три сегмента прокладки реагируют отдельно друг от друга на перемещение лопатки, таким образом обеспечивая возможность сопровождения перемещения каждого из участков хвостовика лопатки по возможности наилучшим образом.