СРЕДСТВО СТОПОРЕНИЯ СЕКТОРОВ КОЛЬЦА НА КОРПУСЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ОСЕВЫЕ КАНАЛЫ ДЛЯ ЕГО ЗАХВАТА
MEANS WITH AXIAL RING GRIPPERS FOR LOCKING GAS TURBINE ENGINE CASE RING SECTORS

Область техники, к которой относится изобретение::
Изобретение относится к средству стопорения устройства крепления секторов кольца на корпусе газотурбинного двигателя летательного аппарата, например, на корпусе турбины. Изобретение также относится к газотурбинному двигателю летательного аппарата, содержащему такие средства стопорения, причем этот газотурбинный двигатель может быть турбовинтовым или турбореактивным двигателем.
Уровень техники Известны сектора кольца, закрепленные в окружном направлении на корпусе турбореактивного двигателя вокруг рабочих лопаток турбины, при этом сектора совместно образуют сплошной цилиндрический кожух, ограничивающий снаружи проточный тракт турбины. Сектора кольца устанавливают на внутреннем корпусе турбины при помощи элементов корпуса, называемых промежуточными элементами или распорками, на которых их крепят передним концом и удерживают задним концом при помощи С- или U-образных средств стопорения в горизонтальном положении. Эти средства стопорения сажают в осевом продольном направлении сзади на окружные бортики задних концов секторов кольца и промежуточных элементов корпуса, удерживая: их прижатыми друг к другу в радиальном направлении.
Такое крепление секторов кольца на промежуточных элементах корпуса позволяет им повторять тепловые расширения и сжатия корпуса турбины, в который подают горячие и холодные газы для управления его тепловым расширением и сжатием с целью сохранения минимально допустимого радиального зазора между внутренними поверхностями секторов кольца и концами рабочих лопаток турбины, чтобы повысить производительность турбины.
Как известно, средства стопорения совместно образуют кольцевое устройство стопорения с центром на оси газотурбинного двигателя, при этом каждое Средство образует только один угловой сектор этого устройства. Каждое средство содержит две продольные зажимные ветви, выполненные в осевом продольном направлении назад и сопрягающиеся на своих задних концах через соединительную часть, тогда как их передние концы предназначены для прижатия между ними по меньшей мере одного сектора кольца к по меньшей мере одному элементу корпуса. Эти два последних элемента, прижимаемые друг к другу в радиальном направлении, выполнены с возможностью захождения в пространство, образованное между двумя продольными ветвями и открытое в продольном направлении вперед.
Средства стопорения выполнены так, чтобы обеспечивать эффективное радиальное стягивание с учетом упругости и раздвигания двух продольных ветвей. Однако в этом случае извлечение этих средств стопорения, необходимое, например, во время технического обслуживания турбины, оказывается исключительно трудоемким по причине большого радиального усилия стягивания, создаваемого продольными ветвями на окружных бортиках. В результате извлечение обычно требует использования оператором инструмента, который, как правило, не имеет соответствующей формы и который может повредить средства стопорения и находящиеся вблизи них элементы. Такая ситуация возникает, например, при использовании отвертки, которую оператор пытается вставить между одной из продольных ветвей средства и окружным бортиком, входящим в контакт с этой ветвью. В этом случае отвертку применяют в качестве рычага, который может одновременно повредить продольную ветвь и соответствующий окружной бортик или нанести травму оператору.
Таким образом, конструкция известных средств стопорения не позволяет производить быстрое и легкое извлечение и создает при этом опасность повреждения зажимных ветвей при таком извлечении.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является устранение, по меньшей мере частичное, вышеупомянутых недостатков известных устройств.
Поставленная задача решена в средстве стопорения устройства крепления секторов кольца на корпусе газотурбинного двигателя летательного аппарата, выполненном в окружном направлении от первого окружного конца до второго окружного конца, при этом в разрезе по плоскости, перпендикулярной к указанному окружному направлению,. указанное средство содержит две зажимные ветви, сопрягающиеся между собой на своем заднем конце через соединительную часть, проходящую по существу параллельно общему направлению промежутка между двумя зажимными ветвями, при этом передние концы двух зажимных ветвей выполнены с возможностью прижатия между ними по меньшей мере одного конца сектора к по меньшей мере одному элементу корпуса.
Согласно изобретению, по обе стороны от воображаемой центральной плоскости, перпендикулярной к указанному окружному направлению, средство стопорения содержит канал для захвата этого средства, при этом каждый канал выполнен сквозным в указанной соединительной части и выходит в промежуточное пространство, образованное между указанными зажимными ветвями.
Таким образом, согласно изобретению средство содержит оригинальные средства для своего захвата, предназначенные для облегчения его извлечения после его установки на сектора кольца, например, при помощи соответствующего инструмента.:
Кроме того, особое расположение сквозных каналов в соединительной ветви, т.е. на расстоянии от передних концов зажимных ветвей, обеспечивающих прижатие секторов кольца, предполагает, что они могут легко взаимодействовать с инструментом для демонтажа без риска повреждения функциональных элементов этого средства стопорения, в частности, благодаря отсутствию контакта между инструментом и вышеуказанными передними концами. Иными словами, захват этих каналов при помощи инструмента не приводит к прямому механическому воздействию на зажимные ветви, которые, следовательно, не могут быть повреждены в результате давления на них инструмента, поскольку усилия оказываются сконцентрированными на соединительной -части, находящейся сзади чувствительной зоны. Это преимущество проявляется также в предпочтительном случае, когда инструмент должен проходить через каналы и проникать в промежуточное пространство таким образом, чтобы концы этого инструмента приходили в положение опоры на внутреннюю поверхность соединительной части вблизи этих каналов.
Таким образом, согласно изобретению инструмент взаимодействует со стенками каналов и/или с внутренней поверхностью соединительной части.
Предпочтительно каждый канал проходит вдоль направляющей линии, по существу перпендикулярной к окружному направлению и к направлению промежутка. Предпочтительно эта линия является прямой, например, проходящей по существу в осевом направлении, при этом вышеуказанное направление промежутка соответствует в: этом случае радиальному направлению.
Иными словами, каждая прямая линия предпочтительно параллельна оси турбины, оборудованной множеством этих средств для обеспечения прижатия секторов кольца к элементам корпуса. Разумеется, направление направляющих линий каналов может отличаться от осевого/продольного направления, не выходя за рамки настоящего изобретения.
Предпочтительно оба канала выполнены, соответственно, на первом окружном конце и на втором окружном конце или вблизи их. Эти концы соответствуют участкам средства, менее всего подверженным напряжениям, когда оно находится в положении стягивания секторов кольца, поэтому наличие каналов в этих местах приводит лишь к несущественному механическому ослаблению средства и не требует усиления окружающих зон.
Предпочтительно каждый канал является по существу цилиндрическим с осью, соответствующей указанной направляющей линии.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, каждый канал выполнен в виде канавки, проходящей вдоль направляющей линии, т.е. дно этой канавки проходит по существу параллельно радиальному направлению. Предпочтительно каждая канавка выполнена так, чтобы она была открытой в указанном окружном направлении.
Предпочтительно каждая канавка, если смотреть снаружи средства стопорения вдоль указанной направляющей линии, имеет по существу полукруглую или по существу полуовальную форму.
Независимо от варианта выполнения, каждая канавка позволяет проходить через соединительную ветвь инструменту, концы которого могут взаимодействовать с.внутренней поверхностью этой ветви вблизи канавок. Таким образом, вышеуказанная внутренняя поверхность образует упорную поверхность для инструмента, по существу направленную в сторону образованного ею промежуточного пространства. Эта поверхность может служить при демонтаже упорной поверхностью для инструмента, на который можно затем воздействовать в продольном направлении назад, чтобы добиться: требуемого извлечения.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения каждый канал, если смотреть снаружи средства стопорения вдоль указанной направляющей линии, имеет замкнутую линию контура. В данном случае имеется в виду линия, ограничивающая контур, в основном в виде овала или окружности, типа отверстия.
Предпочтительно средство стопорения образует угловой сектор кольцевого; устройства стопорения, центр которого должен находиться на оси турбины,. оборудованной таким устройством.
Поставленная задача решена также в устройстве крепления секторов кольца на корпусе газотурбинного двигателя летательного аппарата, содержащем элементы корпуса, выполненные с первыми задними окружными бортиками, к которым прижаты вторые задние окружные бортики секторов кольца, при этом устройство крепления: дополнительно содержит множество средств стопорения, заходящих на указанные первые: и вторые окружные бортики и удерживающих их в прижатом друг к другу состоянии. В этом случае первые и вторые окружные бортики, направленные назад в продольном направлении, проходят через передний проем средств стопорения, образованный между зажимными ветвями, и удерживаются в нем в прижатыми друг к другу в радиальном направлении.
Поставленная задача решена также в турбине газотурбинного двигателя: летательного аппарата, содержащей описанное выше устройство крепления секторов кольца и/или по меньшей мере одно описанное выше средство стопорения. В альтернативном варианте поставленная задача может решаться и в компрессоре газотурбинного двигателя, что не выходит за рамки изобретения.
Наконец, поставленная задача решена в газотурбинном двигателе летательного аппарата, содержащем описанную выше турбину и/или описанное выше устройство крепления, и/или по меньшей мер, одно описанное выше средство стопорения, причем этот газотурбинный двигатель может быть как турбовинтовым, так и турбореактивным двигателем.
Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего подробного описания, представленного в качестве неограничивающего примера со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана часть устройства крепления секторов кольца на корпусе; турбины газотурбинного двигателя летательного аппарата согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, вид в разрезе по плоскости Р1 на фиг.3, перпендикулярной к окружному направлению и проходящей через один из каналов для: захвата средства стопорения;
на фиг.2 - вид, аналогичный фиг.1, причем этот вид соответствует разрезу по плоскости Р2 на фиг.3, являющейся воображаемой центральной плоскостью,: перпендикулярной к окружному направлению;
на фиг.3 - средство стопорения, являющееся частью устройства крепления секторов кольца, изображенного на фиг.1 и 2, вид в перспективе;
на фиг.4 - средство стопорения, изображенное на фиг.1, вид в увеличенном: масштабе;
на фиг.5 - средство стопорения, изображенное на фиг.3 и 4, в разрезе по двум; зажимным ветвям перпендикулярно к направляющим линиям двух каналов;
на фиг.6а-6с представлена схема извлечения средства стопорения, показанного на фиг.1-5, при этом фиг.6b соответствует виду в разрезе вдоль линии VIb-VIb на фиг.6а;
на фиг.7 - вид, аналогичный фиг.3, при этом средство стопорения выполнено согласно альтернативному варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 и 2 показано устройство крепления секторов кольца на корпусе турбины газотурбинного двигателя летательного аппарата согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.
На этих фигурах направление А соответствует продольному или осевому направлению, параллельному продольной оси 2 турбины и газотурбинного двигателя, направление В соответствует радиальному направлению турбины, а направление С - окружному направлению. Кроме того, стрелкой 4 схематично показано главное направление потока газов в проточном тракте газотурбинного двигателя, параллельное • направлению А, при этом используемые в дальнейшем термины «передний», «входной», задний», «выходной» следует рассматривать по отношению к направлению движения летательного аппарата под действием тяги газотурбинного двигателя. Это направление движения противоположно направлению стрелки 4.
На фиг.1 позицией 10 обозначены рабочие лопатки ступени высокого давления турбины турбореактивного двигателя, которые вращаются в корпусе 12 турбины, внутри которого закреплены элементы 14 корпуса, называемые распорками или промежуточными элементами корпуса. На элементах 14 установлены сектора 16 кольца, расположенные по окружности вокруг оси 2 вращения турбины в направлении С, при этом внутренние: поверхности этих секторов кольца образуют сплошную цилиндрическую поверхность, ограничивающую проточный тракт турбины.
Сектора 16 кольца имеют угловой размер вокруг оси турбины в направлении С примерно от 10 до 20° и выполнены, например, в количестве тридцати.
На своем входном или переднем конце каждый сектор 16 кольца содержит окружной бортик 18 в виде участка цилиндра, которым он соединен или закреплен на распорке 14, и содержит также на своем заднем или выходном конце окружной бортик 20 в виде участка цилиндра, который прижимается к соответствующему окружному бортику 22 в виде участка цилиндра распорки 14. В дальнейшем окружной бортик 22 будет называться первым окружным бортиком, а окружной бортик 20 - вторым окружным бортиком.
Оба окружных бортика 20 и 22, проходящие в направлении А, удерживаются: прижатыми друг к другу в направлении В, в котором они установлены друг на друга, при помощи средства 24 стопорения С-образной или U-образной формы в горизонтальном положении, который сажают сзади на окружные бортики 20 и 22 и который удерживает их прижатыми друг к другу в радиальном направлении.
Средства 24 стопорения совместно образуют кольцевое устройство стопорения с центром на оси 2, которое является неотъемлемой частью устройства крепления секторов кольца. Таким образом, каждое средство 24 имеет форму углового сектора кольцевого устройства стопорения, проходящего, например, по угловому расстоянию примерно от 10 до 20° в направлении С.Чтобы образовать полное, предпочтительно сплошное кольцо, их выполняют смежными в направлении С, например, в количестве тридцати, с центром на оси 2.
Следует отметить, что угловой размер средств 24 вокруг оси 2 турбины может соответствовать угловому размеру секторов 16 кольца, вместе с тем в альтернативном варианте осуществления изобретения этот размер может быть и более значительным. Таким образом, в зависимости от случая можно предусмотреть как по одному средству 24 стопорения на каждый сектор 16 кольца, так и одно средство 24 стопорения для нескольких секторов 16 кольца.
Сектора 16 кольца, распорки и средства 24 стопорения могут быть выполнены из металла, из композитного материала с металлической матрицей или из других материалов. Средства 24 стопорения устанавливают упруго с усилием на окружных бортиках 20 и 22, чтобы прижимать их друг к другу с некоторым предварительным напряжением в. радиальном направлении В, что будет подробнее описано ниже. Как схематично показано на фиг.2, второй окружной бортик 20 сектора 16 кольца заканчивается на своем заднем конце радиальными зубцами 26, направленными наружу и находящими в соответствующие вырезы первого окружного бортика 22 распорки 14, блокируя тем самым каждый сектор 16 кольца от вращения вокруг оси 2 турбины на распорке 14.
Как правило, если смотреть в разрезе по плоскости, перпендикулярной к направлению С, как показано на фиг.2, каждое средство 24 стопорения содержит две зажимные ветви 28 и 30, названные радиально наружной и радиально внутренней; продольными ветвями, соответственно, которые жестко соединены между собой на своем; заднем конце при помощи соединительной части 32, а их передние концы прижимаются, соответственно, к наружной цилиндрической стороне первого окружного бортика 22 распорки 14 и к внутренней цилиндрической стороне второго окружного бортика 20: сектора 16 кольца. В целом окружные ветви 28 и 30 проходят продольно в направлении А и отстоят друг от друга в направлении зазора между ними, которое в данном случае соответствует радиальному направлению В. Окружная часть 32 проходит по существу в указанном направлении зазора, т.е. в радиальном направлении В, соединяя задние концы ветвей 28 и 30. Таким образом, две ветви 28 и 30 образуют промежуточное пространство 40, в направлении А спереди открытое для прохождения бортиков 20, 22, а сзади - закрытое соединительной частью 32, в частности, ее внутренней поверхностью 33. Если на фиг.2 показано, что в разрезе перпендикулярно направлению С средство 24 имеет форму символа С или горизонтально расположенного символа U, то понятно, что это средство имеет такую форму по данному угловому сектору в направлении С между первым окружным концом 24а и вторым окружным концом 24b, как показано на фиг.3.
В частности, как показано на этой фиг.3, одной из особенностей настоящего изобретения является выполнение предпочтительно на окружных концах 24а, 24b или вблизи них средств, позволяющих удерживать средство 24 стопорения и направленных по существу в заднем направлении этого средства, т.е. выполненных в соединительной части 32.
Эти средства выполнены в виде двух каналов, каждый из которых имеет форму канавки и которые образованы по обе стороны от плоскости Р, образующей воображаемую центральную плоскость, перпендикулярную к направлению С. В частности, как было указано выше, обе канавки 42 выполнены на концах 24а и 24b и каждая из них проходит вдоль направляющей прямой линии 44 перпендикулярно к соединительной части 32. Например, две прямые линии 44 параллельны между собой и отстоят друг от друга в окружном направлении.
Как показано на фиг.3-5, каждая канавка имеет цилиндрическую поверхность с.образующей, расположенной вдоль направляющей прямой линии 44, и проходит насквозь через часть 32, выходя в промежуточное пространство 40 на внутренней поверхности 33.; В представленном предпочтительном варианте осуществления изобретения каждая канавка 42 выполнена только в части 32, не затрагивая обе ветви 28 и 30. Однако каждая канавка может продолжаться дальше в радиальном направлении В, например, доходить до двух зажимных ветвей 28 и 30.
Каждая канавка 42 открыта в окружном направлении С, т.е. ее дно 46 направлено наружу средства стопорения. Если смотреть снаружи по отношению к средству и вдоль направляющей линии 44, предпочтительно канавка имеет по существу полуовальную; форму с полуокружностью, соответствующей дну 46 канавки.
Дно 46 образует поверхность захвата для инструмента для демонтажа. Однако предпочтительно захват инструментом средства стопорения производят за внутреннюю поверхность 33 части 32, образующей упорную поверхность для концов инструмента,: которые проходят через часть 32 по канавкам 42. Указанная упорная поверхность 33. может служить опорой инструменту для извлечения средства 24 стопорения, к которому можно приложить усилие в продольном направлении назад для требуемого извлечения. Указанное расположение канавок, выполненных в задней части средства 32, предполагает, что инструмент для демонтажа может легко взаимодействовать со средством стопорения без риска повреждения его функциональных элементов, в частности, благодаря отсутствию прямого контакта инструмента с передним концом ветвей 28 и 30.
Далее со ссылками на фиг.6а-6с будет описан способ извлечения средства 24 стопорения, в исходном состоянии находящегося в положении стягивания секторов 16 кольца, показанном на предыдущих фигурах. Для этого используется инструмент 50 подходящей формы. Такой инструмент в основном содержит головку в виде скобы с двумя плечами, концы 52 которых расположены напротив друг друга и выполнены с возможностью перемещения в направлении С. Оба находящихся друг против друга конца 52 вставляют, соответственно, в две канавки 42 и вводят в промежуточное пространство 40, например, путем перемещения инструмента относительно средства 24 стопорения в направлении А. После этого, как схематично показано на фиг.6b, оба конца 52 сдвигают в направлении С, приводя их в положение напротив внутренней поверхности 33 части 32 вблизи двух канавок 42, соответственно. В этот момент оба плеча головки скобы проходят через две канавки 42, соответственно. Затем к инструменту 50 вручную или автоматически прикладывают усилие в продольном направлении А назад, в результате чего концы 52 входят в контакт с внутренней упорной поверхностью 33, как показано на фиг.6а. Продолжение этого действия на инструмент 50, схематично показанное стрелкой 56 на фиг.6с, приводит к постепенному перемещению средства 24 стопорения в направлении А путем скольжения назад ветвей 28 и 30 по бортикам 20 и 22 и к полному извлечению средства 24 стопорения, освобождая секторы кольца.
Средство стопорения в соответствии с настоящим изобретением может иметь другую конструкцию, показанную на фиг.7. В этой конструкции каналы 42 по существу сдвинуты к центру, т.е. выполнены дальше от окружных концов 24а, 24b, оставаясь при этом по обе стороны от воображаемой центральной плоскости Р2.
Показанный в данном случае вариант осуществления изобретения отличается от предыдущего также тем, что оба канала 42 выполнены не виде канавок, а в виде отверстий. Действительно, если смотреть снаружи (на фигуре не показано) средства стопорения вдоль направляющей линии 44, каждый канал 42 содержит замкнутую линию 60 контура, например, в виде окружности или овала. Естественно, каналы 42, выполненные в части 32, являются сквозными, в частности, чтобы обеспечить возможность, как и в первом предпочтительном варианте осуществления изобретения, введения концов инструмента для демонтажа в промежуточное пространство между ветвями для их взаимодействия с внутренней упорной поверхностью зажимной ветви 32.
Разумеется, специалистом могут быть внесены различные изменения в описанную выше конструкцию, представленную исключительно в качестве неограничивающего примера.