БЛОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, МОДУЛЬ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
UNIT OF GAS TURBINE ENGINE, MODULE OF GAS TURBINE ENGINE AND GAS TURBINE ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение касается устройства соединения двух узлов, содержащего вилку, предназначенную для соединения с первым узлом, и соединительный элемент, предназначенный для соединения со вторым узлом.
В частности, но не ограничительно, изобретение применяется в области газотурбинных двигателей, предпочтительно для турбореактивного двигателя летательного аппарата, например, для обеспечения соединения между двумя кольцевыми и концентричными узлами статора турбины или компрессора.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из предшествующего уровня техники известен ряд устройств соединения вышеупомянутого типа (см., например, патент США 4684280, F16G 15/06, 04.08.1987).
Прежде всего, следует упомянуть классическое устройство, называемое вильчатым устройством с двумя проушинами, внутри которого между двумя проушинами зажимают соединительный элемент при помощи соединения типа винт/гайка, проходящего через устройство. В этом случае усилия передаются в основном за счет трения между двумя противоположными сторонами соединительного элемента и соответственно внутренними сторонами двух проушин, охватывающих этот соединительный элемент.
Недостатком такого типа монтажа является то, что его можно осуществлять только с очень небольшим зазором между различными деталями до затягивания соединения винт/гайка. Действительно, слишком большой первоначальный зазор между проушинами вилки во время затягивания приведет к сжатию этих проушин и к возникновению напряжения между ними, которое может привести к их поломке.
С другой стороны, при таком соединении соединительный элемент можно подводить только параллельно проушинам вилки во время его введения между ними, то есть перпендикулярно к осям отверстий вилки, осуществляя поступательное движение, параллельное так называемому направлению вилки. Это неизбежно усложняет и даже в некоторых обстоятельствах делает невозможным монтаж для техника, что поясняется на нижеприводимом примере, и обязательно требует высокой точности позиционирования деталей относительно друг друга, чтобы произвести вышеуказанное введение.
Действительно, можно предположить случай, когда первый кольцевой узел расположен радиально внутри относительно второго кольцевого узла, при этом вилка каждого соединительного устройства, которой оборудован этот первый кольцевой узел, выполнена таким образом, что в проекции этой вилки сверху направление вилки имеет наклон под одинаковым углом установки относительно первого и второго кольцевых узлов. При такой конфигурации совершенно невозможно добиться одновременного введения каждого из соединительных элементов, распределенных равномерно по окружности на втором узле, в соответствующую вилку, причем при любом виде относительного движения, сообщаемого первому и второму узлам.
Кроме того, из предшествующего уровня техники известно классическое устройство, тоже называемое вильчатое устройство с двумя проушинами, но внутри которого соединительный элемент не зажимают между двумя проушинами, а вставляют с зазором. В этом случае усилия проходят за счет сдвига и изгиба осевой системы, проходящей через различные детали соединительного устройства. Вместе с тем, основным недостатком этого типа монтажа является определенная степень свободы соединительного элемента, который отстоит от обеих проушин вилки, что позволяет этому элементу перемещаться вдоль осевой системы. С учетом того, что этот соединительный элемент не прижимается к проушинам вилки, невозможно гарантировать точное позиционирование второго узла относительно первого узла.
Кроме того, если между осевой системой и сквозным отверстием, выполненным в соединительном элементе, предусмотрен зазор, в частности, для компенсации погрешности позиционирования перед введением осевой системы в это отверстие, полученное механическое соединение будет иметь высокую чувствительность к вибрациям.
Наконец, из предшествующего уровня техники известно другое классическое устройство, называемое вильчатым устройством с одной проушиной, в котором соединительный элемент зажимают на одной проушине вилки. Очевидно, что такая конструкция представляет определенное преимущество для техника, поскольку не создает ему никаких помех для заведения элемента на единственную проушину. Иначе говоря, в отличие от предыдущих решений установку элемента на вилку не обязательно осуществлять поступательным движением, параллельным направлению вилки, что обеспечивает большую свободу действия для техника.
Однако проушина и элемент подвергаются значительному изгибу из-за асимметричности крепления, который создает большой момент. Кроме того, для передачи усилий одинакового уровня интенсивности такой тип крепления требует увеличения размера деталей по сравнению с деталями, входящими в состав вышеупомянутого вильчатого устройства с двумя проушинами, что, следовательно, приводит к увеличению габаритов.
Задача изобретения состоит в устранении недостатков, присущих известным устройствам.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения поставленной задачи предлагается устройство соединения двух узлов, содержащее вилку, предназначенную для соединения с первым узлом, и соединительный элемент, предназначенный для соединения со вторым узлом, при этом соединительный элемент содержит сквозное отверстие, которое располагают между первой и второй проушинами вилки, которые содержат соответственно первое отверстие вилки и второе отверстие вилки, при этом устройство дополнительно содержит осевую систему сдвига, проходящую последовательно через первое отверстие вилки, второе отверстие вилки и сквозное отверстие и содержащую резьбовой конец, взаимодействующий с системой гайки, опирающуюся на вторую проушину вилки.
Согласно изобретению, со стороны, противоположной резьбовому концу, осевая система содержит расширенный участок, проходящий через первое отверстие вилки и образующий заплечик, расположенный между первой и второй проушинами вилки, при этом соединительный элемент, находящийся на расстоянии от первой проушины вилки зажимается с двух сторон соответственно между заплечиком и второй проушиной вилки.
Особенностью устройства соединения в соответствии с настоящим изобретением является то, что оно использует все преимущества известных технических решений, будучи лишенным их недостатков.
Действительно, прежде всего следует уточнить, что устройство соединения имеет конструкцию, при которой оно может состоять из элементов небольших размеров в том смысле, что наличие вилки с двумя проушинами не приводит к негативным последствиям крепления, которые были характерны для решений с одной проушиной из предшествующего уровня техники.
Кроме того, можно достигать точного конечного позиционирования соединительного элемента относительно вилки, учитывая, что этот элемент неподвижно удерживается в контакте с одной из ее проушин. Следовательно, это позволяет также получить очень точное относительное позиционирование между первым и вторым узлами, содержащими это устройство соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Кроме того, даже если между осевой системой и сквозным отверстием, выполненным в соединительном элементе, предпочтительно предусмотрен зазор, в частности, с целью компенсации погрешности позиционирования перед введением осевой системы в это отверстие, механическое соединение остается не чувствительным к вибрациям, поскольку соединительный элемент неподвижно удерживается за счет трения между заплечиком осевой системы и одной из двух проушин.
Наконец, следует отметить, что расстояние между двумя проушинами значительно превышает толщину соединительного элемента, так как он находится на расстоянии от первой проушины вилки в собранном положении. Таким образом, преимуществом этого отличительного признака является большая свобода действия техника при введении элемента в вилку, которая более не ограничена обязательным приложением поступательного движения, параллельного направлению вилки, как это имело место в известных технических решениях.
Например, изобретение может применяться в случае, когда первый кольцевой узел расположен радиально внутри по отношению к второму кольцевому узлу, с которым его неподвижно соединяют при помощи нескольких устройств соединения, распределенных в окружном направлении, при этом вилка каждого из этих устройств, которой оборудован первый кольцевой узел, выполнена таким образом, что в проекции этой вилки сверху направление вилки имеет наклон под одинаковым углом установки относительно оси первого и второго кольцевых узлов. При такой конфигурации, применяемой, например, для статора газотурбинного двигателя, становится возможным одновременное введение каждого из соединительных элементов в соответствующую вилку за счет простого относительного движения типа спиралевидного между первым и вторым узлами вокруг оси этих узлов.
Например, толщина (е) соединительного элемента в направлении осевой системы сдвига соответствует условию 1,3<Е/е<2,5, где (Е) соответствует расстоянию между первой и второй проушинами вилки в этом же направлении. Естественно, специалист может изменять это соотношение в зависимости от возникающих потребностей. В частности, в вышеуказанном предпочтительном случае, когда необходимо произвести одновременное введение каждого из соединительных элементов в соответствующую вилку путем сообщения относительного движения типа спиралевидного между первым и вторым узлами вокруг их оси, соотношение Е/е, позволяющее произвести такой монтаж «завинчиванием», может быть установлено в зависимости от различных параметров, таких как значение угла установки, высота и толщина проушин, радиус первого узла, содержащего вилки и т.д.
Иначе говоря, настоящее изобретение можно применять, когда монтажное движение требует наличия зазора, превышающего, хотя и ненамного, единственный зазор, связанный с производственным допуском. Например, если угол установки является очень малым, порядка 5°, соотношение Е/е может быть меньше 1,3, но монтажное движение должно быть все равно спиралевидным, типа вышеуказанного движения.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, осевая система содержит головку и втулку, опирающуюся одним из концов на головку, при этом втулка имеет расширенный участок, проходящий через первое отверстие вилки и образующий заплечик на другом ее конце. В этом случае предусматривают, чтобы диаметр головки винта был меньше или равен наружному диаметру втулки, который, в свою очередь, по существу соответствует диаметру первого отверстия вилки. Вместе с тем, в случае, когда головка винта полностью выступает наружу относительно вилки, то есть не имеет с ней никакого контакта, она может иметь диаметр, превышающий наружный диаметр втулки, то есть превышающий диаметр первого отверстия вилки, оставаясь при этом в рамках настоящего изобретения.
Согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, осевая система имеет форму оси, выполненной в виде единой детали, содержащей головку, образующую расширенный участок, проходящий через первое отверстие вилки. В этом втором варианте именно головка проходит с двух сторон через первое отверстие вилки и образует заплечик для затягивания соединительного элемента на уровне своего конца, содержащего резьбовую часть.
В двух вышерассмотренных вариантах осуществления изобретения предпочтительно предусмотреть, чтобы осевая система сдвига не находилась в положении упора в первую проушину вилки, что обеспечивает уверенное получение контакта между заплечиком и соединительным элементом.
Предпочтительно, чтобы обеспечить легкий монтаж, первое отверстие вилки выполнять большим размером, чем второе отверстие вилки.
Наконец, необходимо отметить, что соединительный элемент может быть выполнен в виде стойки.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является блок газотурбинного двигателя, содержащий первый и второй узлы, неподвижно соединенные друг с другом при помощи, по меньшей мере, одного описанного выше устройства соединения. Предпочтительно, чтобы первый и второй узлы являлись кольцевыми и концентричными и были неподвижно соединены между собой при помощи множества описанных выше устройств соединения, установленных в окружном направлении предпочтительно через равномерные промежутки.
Как было указано выше, в этом случае можно предусмотреть, чтобы первый кольцевой узел находился радиально внутри по отношению к второму кольцевому узлу и чтобы вилка каждого из соединительных устройств, которой оборудован первый узел, в проекции сверху относительно этой вилки имела направление вилки с наклоном под одинаковым углом установки относительно оси первого и второго кольцевых узлов. Таким образом, можно предусмотреть одновременное введение каждого из соединительных элементов в соответствующую вилку при помощи относительного движения типа спиралевидного между первым и вторым узлами вокруг их оси, как было указано выше.
Предпочтительно, чтобы первый и второй узлы ограничивали между собой кольцевое пространство, образующее участок первичного канала для прохождения газов в газотурбинном двигателе.
Предпочтительно, чтобы блок представлял собой участок статора газотурбинного двигателя.
Объектом настоящего изобретения является также модуль газотурбинного двигателя, содержащий, по меньшей мере, один описанный выше блок.
Предпочтительно, чтобы модуль являлся турбиной или компрессором высокого давления или низкого давления газотурбинного двигателя.
Наконец, объектом настоящего изобретения является газотурбинный двигатель, такой как турбореактивный двигатель летательного аппарата, содержащий, по меньшей мере, один описанный выше модуль.
Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания, представленного в качестве неограничительного примера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описание представлено со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей.
Фиг.1 - частичный вид в разрезе газотурбинного двигателя согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - частичный вид спереди блок статора газотурбинного двигателя, показанного на фиг.1, причем этот блок представляет собой участок статора.
Фиг.2а - частичный схематичный вид сверху первого кольцевого узла, входящего в состав блока статора, показанного на фиг.2.
Фиг.3 - вид в разрезе по линии III-III фиг.2 устройства соединения согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - вид, аналогичный фиг.3, устройства соединения согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показана часть газотурбинного двигателя 1 согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, в частности модуль 2 газотурбинного двигателя, который в данном случае является турбиной высокого давления, называемой турбиной ВД газотурбинного двигателя, который выполнен в виде турбореактивного двигателя летательного аппарата.
Модуль 2 содержит статор, частично состоящий из блока 4, также являющегося объектом настоящего изобретения, причем блок 4 в основном содержит первый 6 и второй 8 узлы, являющиеся кольцевыми и концентричными вокруг оси (не показана) газотурбинного двигателя, которая соответствует оси этих узлов 6, 8. Как более подробно будет описано ниже, узлы 6, 8 неподвижно соединены друг с другом при помощи множества устройств 10 соединения, установленных в окружном направлении через равномерные промежутки, называемые также «цикличными» промежутками.
Как показано на фиг.1, первый и второй узлы 6, 8 ограничивают между собой кольцевое пространство 12, образующее поперечный участок первичного канала 14 для прохождения газов в газотурбинном двигателе. Иначе говоря, газы, выходящие из камеры сгорания (не показана) газотурбинного двигателя, проходят через первичный кольцевой газовый канал 14, частично ограниченный между кольцевыми узлами 6 и 8, что заставляет их проходить через кольцевое пространство 12 блока 4 статора в направлении выхода газотурбинного двигателя. Кольцевое пространство 12, образующее поперечный участок первичного газового канала 14, может быть ограничено не непосредственно обоими узлами 6, 8, а внутренним и наружным капотами 16, 18, неподвижно закрепленными на этих узлах и установленными между этими узлами.
В частности, на фиг.2 показана часть блока 4 статора с множеством устройств 10 соединения, отстоящих друг от друга в окружном направлении вокруг оси 20 газотурбинного двигателя и узлов 6, 8.
Необходимо отметить, что одной из особенностей устройств 10 соединения, более детально описанных ниже, является то, что для каждого из них предусмотрена вилка 22, имеющая угол установки, не равный нулю, относительно оси 20, причем этот угол установки является одинаковым для каждой из выполненных вилок 22. Иначе говоря, как показано на фиг.2а, представляющей собой вид сверху любой вилки 22, направление 24 вилки имеет наклон под углом установки относительно оси 20, значение которого может находится в пределах от 0 до 90°. Например, это направление 24 вилки соответствует оси, параллельной каждой из проушин 26а, 26b вилки, и расположено в промежуточном пространстве между проушинами. Как было указано выше, схема, показанная на фиг.2а, относится также ко всем вилкам 22, неподвижно соединенным с первым узлом 6, с которым они могут быть выполнены также в виде единой детали. Таким образом, угол А установки имеет одинаковую величину и одинаковое направление для каждой из вилок 22, которые, в случае необходимости, могут также иметь наклон в радиальном направлении, как показано, в частности, на фиг.2 и 2а.
Как будет подробнее описано ниже, вилка 22 устройства 10 соединения выполнена с возможностью введения между ее проушинами внутреннего радиального конца соединительного элемента 28, выполненного в виде стойки, проходящей через кольцевое пространство 12, причем этот элемент 28 содержит наружный радиальный конец, неподвижно соединенный с вторым узлом 8, например, при помощи завинчивающихся металлических крепежных элементов.
Одной из особенностей настоящего изобретения является конструкция, позволяющая производить одновременное введение каждого из соединительных элементов 28 в соответствующую вилку 22 путем приложения простого относительного движения типа спиралевидного или винтового вокруг оси 10. Для этого, в частности, предусмотрено большое расстояние между проушинами 26а, 26b вилки, что будет далее описано со ссылками на фиг.3.
На этой фигуре показано устройство 10 в собранном положении, причем соединительный элемент, содержащий сквозное отверстие 30 на внутреннем радиальном конце, установлен между первой проушиной 26а вилки и второй проушиной 26b вилки, которые содержат соответственно первое отверстие 32а вилки и второе отверстие 32b вилки.
Кроме того, устройство 10 содержит осевую систему 34 сдвига, проходящую последовательно через первое отверстие 32а вилки, сквозное отверстие 30 и второе отверстие 32b вилки. В целом эта система 34 содержит осевую систему 36, содержащую головку 38, предпочтительно оборудованную системой восприятия момента, обеспечивающую функцию предупреждения проворачивания для затягивания соответствующей системы гайки, и стержень 40, содержащий резьбу на своем свободном конце. Система 34 содержит также затяжную втулку 42, посаженную на стержень 40 и опирающуюся на головку 38 винта. Наконец, устройство содержит также систему 44 гайки, которая может быть выполнена в виде простой гайки, завинчивающейся на резьбовом конце 46 стержня винта и опирающейся на наружную сторону второй проушины 26b вилки.
В этой конфигурации со стороны, противоположной резьбовому концу 46, затяжная втулка 42 осевой системы 36 образует расширенный участок, проходящий насквозь через первое отверстие 32а вилки, в результате чего головка 38 винта находится снаружи и на расстоянии от вилки 32, в которую она не упирается. Для этого предпочтительно предусматривают, чтобы диаметр головки 38 винта был меньше или равен наружному диаметру втулки, который, в свою очередь, соответствует диаметру первого отверстия 32а вилки.
Таким образом, втулка 42, образующая расширенный участок, заходит внутрь промежуточного пространства 48 между проушинами, образуя на своем конце, находящемся в этом пространстве 48, заплечик 50, который таким образом тоже находится между первой и второй проушинами 26а, 26b вилки.
Этот заплечик 50 приходит в положение упора в одну из сторон соединительного элемента 28, при этом вторая его сторона, противоположная первой, опирается на внутреннюю сторону второй проушины 26b.
Следовательно, соединительный элемент 28 неподвижно удерживается за счет зажатия/трения на расстоянии от первой проушины 26а благодаря прижатию со стороны заплечика 50.
Например, предусматривают по существу идентичный диаметр для стержня 40 винта, второго отверстия 32b вилки и внутренней поверхности затяжной втулки 42, при этом, что касается диаметра сквозного отверстия 30, то он может его слегка превышать, чтобы компенсировать погрешность позиционирования перед введением осевой системы в отверстие 30. Вместе с тем, отмечается, что осевая система 36 предпочтительно выполняется с возможностью работы на сдвиг при взаимодействии со сквозным отверстием 30 и затем на трение за счет контакта между противоположными сторонами элемента 28 и внутренней стороной проушины 26b, а также заплечиком 50 соответственно.
В случае, показанном на фиг.3, поскольку стержень 40 винта имеет постоянный диаметр между своим свободным концом и концом, неподвижно соединенным с головкой 38 винта, то представляется очевидным, что диаметр второго отверстия 32b вилки меньше диаметра первого отверстия 32а вилки, через которое осевая система 36 может свободно проходить скольжением во время монтажа вдоль оси 52 отверстий 32а, 32b вилки.
Очевидно, что для обеспечения соединения простым спиралевидным относительным движением между первым узлом 6 и вторым узлом 8 вокруг оси 20 специалист может адаптировать соответствующим образом отношение Е/е расстояния Е между первой и второй проушинами 26а, 26b вилки в направлении осевой системы 36 сдвига, совпадающем с осью 52 отверстий вилки, к толщине соединительного элемента 28 в этом же направлении 52. Например, это соотношение может быть таким, чтобы удовлетворять условию 1,3<Е/е<2,5.
На фиг.4 показано устройство соединения согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Он во многом аналогичен первому варианту осуществления, поэтому уточняется, что одинаковые цифровые позиции на фигурах соответствуют идентичным или аналогичным элементам.
Как можно увидеть из фигуры, единственным отличием является то, что осевая система 36 выполнена в виде единой детали, в которой головка 38, с которой соединен стержень 40 винта, совпадает с расширенным участком 42, образующим заплечик 50 и проходящим через первое отверстие 32а вилки. И в этом случае в показанном на фигуре собранном состоянии абсолютно нет упора меду первой проушиной 26а и проходящей через нее головкой 38 винта.
Очевидно, что специалист может вносить различные изменения в описанное выше изобретение, представленное исключительно в виде неограничительных примеров. Например, можно предусмотреть выполнение вилок на втором узле и выполнение соединительных элементов на первом узле, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.