УПРОЧНЕНИЕ КОРПУСА ВЕНТИЛЯТОРА В ГАЗОТУРБИННОМ РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ
STRENGTHENING OF FAN HOUSING IN GAS-TURBINE JET ENGINE

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для упрочнению корпуса вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, соответственно выполненному газотурбинному реактивному двигателю, способу его модернизации и работы.
При полномасштабном испытании газотурбинного реактивного двигателя лопасть вентилятора преднамеренно отделяется от втулки на максимальном числе оборотов двигателя посредством разрывного болта, расположенного в основании лопасти вентилятора. Это испытание используют, чтобы демонстрировать способность каркаса двигателя удерживать удар лопасти вентилятора и выдерживать образующиеся в результате неуравновешенные силы. Этот удар поглощается через вибрацию, системы удерживания корпуса вентилятора, которая окружает двигатель. Корпус вентилятора представляет собой элемент в системе удерживания корпуса вентилятора и обычно является самым тяжелым компонентом газотурбинного реактивного двигателя из-за его размера и из-за требований к прочности, которые корпус вентилятора может иметь для целей удерживания. В газотурбинных реактивных двигателях, способных к обратному выхлопу, нагретый воздух проходит обратно из камеры сгорания в область вентилятора, увеличивая температуру внутри корпуса вентилятора и вызывая повышение температуры корпуса вентилятора. Такие высокие температуры могут быть фактором в определении того, из какого материала должен быть выполнен корпус вентилятора. Поддерживание или снижение веса корпуса вентилятора, при поддерживании или улучшении в то же самое время прочности корпуса вентилятора, и использование материалов корпуса вентилятора, которые могут противостоять повышенным температурам корпуса вентилятора, являются наглядно демонстрируемой потребностью в уровне технике. Решения подобного рода раскрыты в предшествующем урвоне техники в документах GB 2192238, US 5163809, ЕР 1087105, которые могут рассматриваться в качестве аналогов настоящего изобретения, а также в документах FR 2574476, US 4878821, ЕР 1197570, US 388602, EP 1406019 и US 3241813.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает схематический чертеж общей конструкции обычного газотурбинного реактивного двигателя с корпусом вентилятора, обычным для предшествующего уровня техники.
Фиг.2 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора, обычного для предшествующего уровня техники.
Фиг.3 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для защиты корпуса вентилятора в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора, имеющего два кольца жесткости (фиг.5А, 5В и 6А, 6В) и защитное кольцо (фиг.7А, 7В), которые были установлены по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5А изображает поперечное сечение кованой заготовки для первого кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5В изображает первое кольцо жесткости по фиг.5А относительно места, подлежащего горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6А изображает поперечное сечение кованой заготовки для второго кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6В изображает второе кольцо жесткости фиг.6А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7А изображает поперечное сечение кованой заготовки для защитного кольца для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7В изображает защитное кольцо фиг.7А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель.
Фиг.9 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель, способный к обратному выхлопу.
Фиг.10 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для улучшенной термической стойкости в варианте осуществления настоящего описания.
Фиг.11 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора, имеющего кольцо из термостойкого материала, которое было установлено по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора фиг.10 в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора, имеющего внутреннее защитное кольцо, в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.13 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора, имеющего внешнее защитное кольцо, в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.14 изображает поперечное сечение подвергнутого машинной чистовой обработке корпуса вентилятора в альтернативном варианте осуществления, имеющего два кольца жесткости и защитное кольцо, которые были установлены по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, а корпус вентилятора расположен между ними.
Фиг.15 изображает схематический вид в поперечном разрезе корпуса вентилятора по фиг.14, имеющего внутреннее защитное кольцо напротив внешних колец жесткости.
Фиг.16 изображает схематический чертеж, иллюстрирующий область удерживания удара лопасти корпуса вентилятора в варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.17 изображает схематический вид в поперечном разрезе лопасти вентилятора корпуса вентилятора фиг.16.
Подробное описание
Обращаясь теперь к чертежам, на которых подобные ссылочные позиции и названия относятся к конструктивно и/или функционально подобным элементам, отметим, что фиг.1 изображает схематический чертеж общей конструкции обычного газотурбинного реактивного двигателя с корпусом вентилятора, обычным для предшествующего уровня техники. Рассмотрим теперь фиг.1, на которой газотурбинный реактивный двигатель 100 показан с вентилятором 102, имеющим множество лопастей 104 вентилятора, размещенных внутри корпуса 106 вентилятора. Вентилятор 104 вращается на оси вращения по осевой линии 107, чтобы обеспечивать приток воздуха, а поджимающий компрессор 108 осевого давления представляет собой компрессор низкого давления, который подает приточный воздух к ротору 110 компрессора высокого давления, прикрепленные лопасти и статоры которого вынуждают воздух проходить в камеру 112 сгорания, увеличивая давление и температуру приточного воздуха. Ротор 114 турбины высокого давления и его соответствующие лопасти и статоры размещены внутри корпуса 116 турбины высокого давления. Ротор 118 турбины низкого давления и его соответствующие лопасти и статоры размещены внутри корпуса 120 турбины низкого давления. Ротор 118 турбины низкого давления и его соответствующие лопасти и статоры получают энергию от высокоскоростного газа высокого давления, текущего из камеры 112 сгорания, и передают энергию валу 122 турбины низкого давления, который в свою очередь приводит в действие вентилятор 102, обеспечивая большую часть осевого давления для газотурбинного реактивного двигателя 100.
Фиг.2 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора, обычного для предшествующего уровня техники. Обращаясь теперь к фиг.2, отметим, что кованая заготовка 200 корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 202 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией. В этом примере, кованая заготовка 200 корпуса вентилятора выкована из титанового цилиндра в виде одной детали. Из-за рабочих температур и нагрузочных характеристик конкретного газотурбинного реактивного двигателя, для которого предназначен корпус 202 вентилятора, может потребоваться, чтобы корпус 202 вентилятора был изготовлен из титана. Вес кованой заготовки для этой конкретной кованой заготовки 200 корпуса вентилятора составляет приблизительно 3347 фунтов. После машинной обработки корпус 202 вентилятора имеет полетный вес, составляющий приблизительно 975,2 фунта. На газотурбинных реактивных двигателях корпус вентилятора также может быть выполнен из алюминия, стали или изготовлен из композиционных материалов. Композиционные материалы обычно включают в себя материал сердцевины, материал упрочнения и связующий смоляной компонент. Материалами сердцевины обычно являются древесина, пенопласт и сотовый заполнитель. Упрочняющие материалы включают в себя стекловолокно, углеродное волокно и Kevlar (кевлар). Смоляной компонент обычно включает в себя полиэфиры, сложные эфиры винила и эпоксиды. Поскольку технология развивается и температуры в газотурбинных реактивных двигателях повышаются, алюминиевые корпуса часто покрывают материалом Kevlar, чтобы придать дополнительную прочность с целью защиты корпуса вентилятора. Для еще более высоких рабочих температур, для которых алюминий или сталь не подходят, используется титан, который также можно покрывать материалом Kevlar, если это необходимо для получения дополнительной прочности.
Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 202 вентилятора включают в себя первое кольцо 204 жесткости и второе кольцо 206 жесткости. Эта два кольца жесткости помогают предотвращать приобретение корпусом 202 вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы двигателя. Вспомогательный фланец 208 будет иметь отверстия, проходящие через него, и различные компоненты двигателя, подвешенные на него, такие как редукторы, трубы, электропроводка и подобное. Первое защитное кольцо 210 окружает внешнюю сторону корпуса 202 вентилятора и обеспечивает дополнительную прочность для корпуса вентилятора. Второе защитное кольцо 212 окружает внутреннюю часть корпуса 202 вентилятора и также обеспечивает дополнительную прочность для корпуса вентилятора. Секция корпуса 202 вентилятора между первым защитным кольцом 210 и вторым защитным кольцом 212 представляет собой область удерживания удара лопасти вентилятора, где лопасть вентилятора, такая как лопасть 104 вентилятора (фиг.1), может ударить, если она оторвется от втулки. Из-за размеров лопастей 104 вентилятора, которые обычно являются самыми большими лопастями вентилятора в газотурбинном реактивном двигателе, эту секцию корпуса 202 вентилятора часто конструируют так, чтобы она была исключительно прочной. Таким образом, первое и второе защитные кольца 210, 212 обеспечивают дополнительную прочность.
Фиг.3 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.3, отметим, что можно обеспечить замену корпуса вентилятора по настоящему описанию для корпуса 202 вентилятора для использования в таком же газотурбинном реактивном двигателе, для которого был сконструирован корпус 202 вентилятора, либо в модернизации существующего двигателя, либо во вновь изготовленном двигателе. Признаки настоящего изобретения применимы к корпусу вентилятора газотурбинного реактивного двигателя, используемому в разнообразных применениях, в которых вентилятор обеспечивает приток воздуха и создает осевое давление. Такие применения включают в себя авиацию, амфибийные и другие применения. Кованая заготовка 300 корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 302 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией. В этом примере кованая заготовка 300 корпуса вентилятора также выкована из титанового цилиндра в виде одной детали. В этом примере кованая заготовка 300 имеет более простую форму, которая упрощает ковочный процесс, но должно быть понятно, что форму можно изменять в зависимости от конкретного применения. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 300 корпуса вентилятора, в этом варианте осуществления, составляет приблизительно 2595 фунтов, что на 752 фунта легче, чем у кованой заготовки 200 корпуса вентилятора. После машинной обработки корпус 302 вентилятора имеет полетный вес, составляющий приблизительно 751,3 фунта, что на 223,9 фунта легче, чем у корпуса 202 вентилятора. Должно быть понятно, что материалы, вес и характерные особенности кованой заготовки 300 можно изменять в зависимости от конкретного применения.
Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 302 вентилятора включают в себя первую выемку 304 для кольца жесткости и вторую выемку 306 для кольца жесткости, расположенные в средней части корпуса 302 вентилятора. Два кольца жесткости из двух дополнительных кованых заготовок (см. фиг.5А, 5В, 6А и 6В) размещены соответственно в первой выемке 304 для кольца жесткости и второй выемке 306 для кольца жесткости (см. фиг.4), для предотвращения приобретения корпусом 302 вентилятора овальной формы под действием нагрузки и температурных условий, которым он подвергается во время работы двигателя. В зависимости от конструкции конкретного корпуса вентилятора можно предусмотреть больше или меньше выемок для колец жесткости, и они могут быть расположены в различных положениях на поверхности корпуса вентилятора. Хотя кольца 502, 602 жесткости изображены, как размещенные на внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, должно быть понятно, что одно или более колец жесткости могут быть установлены на внутренней поверхности корпуса вентилятора, в зависимости от конкретного применения. Вспомогательный фланец 308, направленный к задней части корпуса 302 вентилятора, может иметь отверстия, проходящие через него, или другие поверхности крепления, сформированные на нем, и для поддержания с его помощью различных компонентов двигателя, таких как редукторы, трубы, электропроводка и подобное.
Выемка 310 для защитного кольца окружает внутреннюю часть корпуса 302 вентилятора по окружности на переднем конце. В выемке 310 для защитного кольца будет размещено защитное кольцо из дополнительной кованой заготовки (см. фиг.7А и 7В). Фиг.12 изображает схематический чертеж в поперечном разрезе корпуса 302 вентилятора, оснащенного защитным кольцом 702, размещенным во внутренней выемке 310 для защитного кольца. Секция корпуса 302 вентилятора, охватывающая выемку 310 для защитного кольца, представляет собой область, где лопасть вентилятора, такая как лопасть 104 вентилятора (фиг.1), вероятно, может ударить, если она оторвется от своей втулки. Эта секция корпуса 302 вентилятора в этом варианте осуществления является относительно прочной, и защитное кольцо из дополнительной кованой заготовки, доведенное с помощью машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с выемкой 310 для защитного кольца, обеспечивает дополнительную прочность и защитную функцию. Корпус 302 вентилятора не имеет никакой конструкции, сравнимой с первым защитным кольцом 210, которую можно исключить из корпуса 302 вентилятора по настоящему описанию благодаря дополнительной прочности, обеспечиваемой защитным кольцом 702. Должно быть понятно, что в других вариантах осуществления могут быть добавлены второе или дополнительные защитные кольца, в зависимости от конкретного применения.
Фиг.5А изображает поперечное сечение кованой заготовки для первого кольца жесткости для корпуса вентилятора по фиг.3 в варианте осуществления настоящего описания, а фиг.5В изображает первое кольцо жесткости по фиг.5А у места осуществления горячей посадке с натягом на корпус вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.5А и 5В, отметим, что кованая заготовка 500 первого кольца жесткости, после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с первой выемкой 304 для кольца жесткости, обеспечивает первое кольцо 502 жесткости, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.5А. В этом примере кованая заготовка 500 первого кольца жесткости выкована из алюминиевого кольца в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 500 первого кольца жесткости составляет приблизительно 154 фунта. После машинной обработки первое кольцо 502 жесткости имеет полетный вес, составляющий приблизительно 41 фунт.
В этом примере первое кольцо 502 жесткости, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливают по горячей посадке с натягом в первую выемку 304 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды внутренний диаметр первого кольца 502 жесткости будет слегка меньше, чем наружный диаметр первой выемки 304 для кольца жесткости. Первое кольцо 502 жесткости нагревают, что заставляет первое кольцо 502 жесткости расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который превышает наружный диаметр первой выемки 304 для кольца жесткости, и создавая зазор 504 первого кольца, обеспечивающий возможность располагать первое кольцо 502 жесткости, как показано, в первой выемке 304 для кольца жесткости. В этом положении первому кольцу 502 жесткости дают возможность охлаждаться, в результате чего оно сокращается в диаметре и само размещается по окружности в первой выемке 304 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды, благодаря тому, что первое кольцо 502 жесткости стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, но это предотвращается из-за большего наружного диаметра первой выемки 304 для кольца жесткости, формируется горячая посадка с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора первым кольцом 502 жесткости, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к первому кольцу 502 жесткости корпусом 302 вентилятора. В одном варианте осуществления, радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определяемой осевой линией 107. Также радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются вокруг всей окружности первого кольца 502 жесткости без прерывания.
Фиг.6А изображает поперечное сечение кованой заготовки для второго кольца жесткости для корпуса вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения, а фиг.6В изображает второе кольцо жесткости фиг.6А у места осуществления горячей посадки с натягом на корпус вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.6А и 6В, отметим, что кованая заготовка 600 второго кольца жесткости, после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования со второй выемкой 306 для кольца жесткости, обеспечивает второе кольцо 602 жесткости, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.6А. В этом примере кованая заготовка 600 второго кольца жесткости выкована из алюминиевого кольца в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 600 второго кольца жесткости составляет приблизительно 148 фунтов. После машинной обработки второе кольцо 602 жесткости имеет полетный вес, составляющий приблизительно 40,6 фунта.
В этом примере второе кольцо 602 жесткости, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливают по горячей посадке с натягом во вторую выемку 306 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды внутренний диаметр второго кольца 602 жесткости будет несколько меньше, чем наружный диаметр второй выемки 306 для кольца жесткости. Второе кольцо 602 жесткости нагревают, что заставляет второе кольцо 602 жесткости расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который превышает наружный диаметр второй выемки 306 для кольца жесткости, и создавая зазор 604 второго кольца, обеспечивающий возможность располагать второе кольцо 602 жесткости, как показано, во второй выемке 306 для кольца жесткости. В этом положении второму кольцу 602 жесткости дают возможность охлаждаться, в результате чего оно сокращается в диаметре и само размещается по окружности во второй выемке 306 для кольца жесткости. При температуре окружающей среды, благодаря тому, что второе кольцо 502 жесткости стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, но это предотвращается из-за большего наружного диаметра второй выемки 306 для кольца жесткости, это приводит к образованию горячей посадки с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора вторым кольцом 602 жесткости, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой ко второму кольцу 602 жесткости корпусом 302 вентилятора. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определенной осевой линией 107. Также, радиально сжимающие силы прикладываются непрерывно вокруг всей окружности второго кольца 602 жесткости без прерывания. Также, каждое кольцо жесткости, в одном варианте осуществления, изготовлено в виде твердого, унитарного или цельного непрерывного или бесшовного элемента, выкованного или произведенного посредством машинной обработки в форме замкнутой петли. В другом варианте осуществления кольцо элемента жесткости может быть изготовлено с использованием элемента, имеющего форму разомкнутой петли, соединением концов вместе, например, с помощью сварки, для образования формы замкнутой петли.
Должно быть понятно, что кольца жесткости могут быть расположены в других положениях в корпусе вентилятора, в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться в зависимости от конкретного применения. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, кольцо жесткости, такое как первое кольцо 502 жесткости, не может входить в контакт со 100% окружности внешней поверхности корпуса 302 вентилятора. Например, первое кольцо 502 жесткости может входить в контакт с 70% окружности внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, но величина контакта может изменяться, в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что первое кольцо 502 жесткости прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности первого кольца 502 жесткости, когда первое кольцо 502 жесткости установлено по горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора. Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть подходящим обеспечивать материал вкладыша между кольцом жесткости, подвергнутым горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, такой, чтобы сжимающие силы между кольцом элемента жесткости и корпусом вентилятора передавались через этот материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что в других вариантах осуществления материал вкладыша может быть относительно жестким или может иметь другие свойства.
Фиг.7А изображает поперечное сечение кованой заготовки для защитного кольца для оболочки вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего описания, а фиг.7В изображает защитное кольцо фиг.7А у места осуществления горячей посадки с натягом на оболочку вентилятора фиг.3 в варианте осуществления настоящего описания. Обращаясь теперь к фиг.7А и 7В, отметим, что кованая заготовка 700 защитного кольца, после машинной обработки до предварительно определенной формы для согласования с выемкой 310 для защитного кольца, обеспечивает защитное кольцо 702, показанное контуром, выполненным пунктирной линией на фиг.7А. В этом примере кованая заготовка 700 защитного кольца выкована из кольца из суперсплава на основе никеля, такого как Inconel 718 (инконель), в виде одной детали. Вес кованой заготовки для кованой заготовки 700 защитного кольца составляет приблизительно 467 фунтов. После машинной обработки до предварительно определенной формы защитное кольцо 702 имеет полетный вес, составляющий приблизительно 138,1 фунта. Должно быть понятно, что защитное кольцо может быть расположено в других положениях корпуса вентилятора, в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться, в зависимости от конкретного применения. Например, защитное кольцо 702 может быть изготовлено из других жаропрочных сплавов, стали, титана или других соответствующих материалов, чтобы удерживать лопасть. Также, защитное кольцо, в одном варианте осуществления, изготовлено в виде твердого, унитарного или цельного непрерывного или бесшовного элемента, выкованного или полученного посредством машинной обработки в форме замкнутой петли. В другом варианте осуществления защитное кольцо может быть изготовлено с использованием имеющего форму разомкнутой петли элемента соединением концов вместе, например, с помощью сварки, чтобы образовать форму замкнутой петли.
В этом примере, защитное кольцо 702, изготовленное отдельно от корпуса 302 вентилятора, устанавливается с горячей посадкой с натягом в выемку 310 для защитного кольца. При температуре окружающего воздуха наружный диаметр защитного кольца 702 будет слегка больше, чем внутренний диаметр выемки 310 для защитного кольца. Корпус 302 вентилятора нагревают, что заставляет корпус 302 вентилятора расширяться, увеличивая внутренний диаметр до диаметра, который больше, чем наружный диаметр защитного кольца 702, и приводит к зазору 704 защитного кольца, обеспечивая возможность располагать защитное кольцо 702, как показано, в выемке 310 для защитного кольца. В этом положении корпусу 302 вентилятора дают возможность охлаждаться, в результате чего он сокращается в диаметре и позволяет защитному кольцу 702 разместиться по окружности в выемке 310 для защитного кольца. При температуре окружающей среды, из-за того, что корпус 302 вентилятора стремится возвратиться к своему меньшему внутреннему диаметру, но этому препятствует больший наружный диаметр защитного кольца 702, который сокращается, это приводит в результате к образованию посадки с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к защитному кольцу 702 корпусом 302 вентилятора, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора защитным кольцом 702. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы могут быть центрированы на оси вращения, определяемой осевой линией 107, как схематично представлено стрелками на фиг.12. В одном варианте осуществления радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются вокруг полной окружности выемки 310 для защитного кольца корпуса 202 вентилятора без прерывания. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, защитное кольцо, такое как защитное кольцо 702, не может входить в контакт со 100% окружности внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора. Например, защитное кольцо 702 может входить в контакт с 70% окружности внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора, но величина контакта может изменяться, в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что корпус 302 вентилятора прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности выемки 310 для защитного кольца, когда корпус 302 вентилятора установлен по горячей посадке с натягом на защитном кольце 702. Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть подходящим обеспечивать материал вкладыша между защитным кольцом, подвергнутым горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, такой, чтобы сжимающие силы между защитным кольцом и корпусом вентилятора передавались через материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что материал вкладыша в других вариантах осуществления может быть относительно жестким или может иметь другие свойства.
В случае корпуса вентилятора, изготовленного из композиционного материала, защитное кольцо 702 может быть охлаждено с помощью жидкого азота, чтобы понизить его наружный диаметр, приводя к образованию зазора 704 защитного кольца, обеспечивающего возможность располагать защитное кольцо 702, как показано, в выемке 310 для защитного кольца. В этом положении защитному кольцу 702 дают возможность нагреваться до температуры окружающей среды, увеличиваясь в диаметре, и размещаться по окружности в выемке 310 для защитного кольца. При температуре окружающей среды, из-за того, что защитное кольцо 702 стремится возвратиться к своему большему наружному диаметру, но этому препятствует меньший внутренний диаметр выемки 310 для защитного кольца, это приводит в результате к образованию посадки с натягом, с радиально сжимающей периферийной силой, прикладываемой к защитному кольцу 702 корпусом 302 вентилятора, и растягивающей периферийной силой, прикладываемой к корпусу 302 вентилятора защитным кольцом 702. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что в некоторых ситуациях, чтобы произвести горячую посадку, также можно использовать комбинацию нагревания корпуса 302 вентилятора наряду с охлаждением защитного кольца 702.
В одном варианте осуществления описания выемку 310 для защитного кольца выполняют машинной обработкой по окружности с обратной конусностью, так, что внутренний диаметр корпуса 302 вентилятора в точке А меньше, чем внутренний диаметр корпуса 302 вентилятора в точке В. Конусность может изменяться от одного корпуса вентилятора к другому корпусу вентилятора, изменяясь в пределах от величины, которая только чуть больше, чем 0° для цилиндрического случая, до соответствующей величины, которая может зависеть от конкретной геометрии конического корпуса вентилятора. Защитное кольцо 702 подвергают машинной обработке по окружности на его внешней поверхности для ее согласования с такой же обратной конусностью. Даже при том, что защитное кольцо 702 подвергается горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, конусность может прибавлять дополнительную прочность и предотвращать скольжение в осевом направлении защитного кольца 702 на корпусе 302 вентилятора.
Кроме того, машинная обработка для корпуса 302 вентилятора может быть выполнена в первом направлении, таком как радиальное направление, а машинная обработка для защитного кольца 702 может быть выполнена во втором направлении, таком как направление по оси, которое является более или менее перпендикулярным первому направлению. Поскольку машинная обработка оставляет спиральное, или выписанное непрерывное углубление на подвергнутых машинной обработке поверхностях, углубления на каждой поверхности можно выравнивать методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между двумя поверхностями и снижая потенциальную возможность вращения защитного кольца 702 внутри выемки 310 для защитного кольца. Множество углублений на защитном кольце 702, которое может быть выполнено, например, из суперсплава на основе никеля, могут быть тверже, чем множество углублений в выемке 310 для защитного кольца корпуса 302 вентилятора, который может быть выполнен из титана, или в других корпусах вентиляторов, возможно, например из стали или алюминия. Углубления в суперсплаве на основе никеля могут вдавливаться в более мягкие углубления в титане, стали или алюминии. В качестве альтернативы, защитное кольцо 702 может быть приварено с помощью точечной сварки в одном или больше мест на выемке 310 для защитного кольца или присоединено болтами к одному или больше фланцам, прикрепленным к выемке 310 для защитного кольца, чтобы предотвращать вращение защитного кольца 702 относительно выемки 310 для защитного кольца. Машинную обработку в перекрестных направлениях (перекрестную штриховку) также можно применять или опускать, по обстановке, в зависимости от применения.
Фиг.4 изображает поперечное сечение подвергнутого чистовой машинной обработке корпуса вентилятора, имеющего два кольца жесткости (фиг.5А, 5В, 6А и 6В) и защитное кольцо (фиг.7А и 7В), которые были подвергнуты горячей посадке с натягом на корпус вентилятора фиг.3, в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.4, отметим, что защитное кольцо 702 может повторять часть конструкции, аналогичной второму защитному кольцу 212, и может полностью или частично избегать использования первого защитного кольца 210, в зависимости от применения. Посредством горячей посадки с натягом защитного кольца 702 на внутреннем диаметре корпуса 302 вентилятора, в противоположность внешней стороне, более твердый жаропрочный сплав защитного кольца 702 может обеспечивать поверхность, в которую первоначально должна ударять лопасть при отрывании. Более мягкий титан, сталь или алюминий корпуса 302 вентилятора на внешней стороне защитного кольца 702 могут действовать как амортизатор благодаря различным степеням расширения между этими двумя материалами. Когда суперсплав защитного кольца 702 начинает двигаться, он может нажимать на титан, сталь или алюминий корпуса 302 вентилятора с отличающимся коэффициентом расширения. Это подобно наличию двух сетей близко к друг другу. Суперсплав защитного кольца 702 может принимать начальный удар, и часть силы может передаваться к титановому, стальному или алюминиевому корпусу 302 вентилятора подобно амортизатору.
Первое кольцо 502 жесткости и второе кольцо 602 жесткости показаны размещенными в первой выемке 304 кольца жесткости и второй выемке 306 кольца жесткости, соответственно. Первое кольцо 502 жесткости и второе кольцо 602 жесткости обеспечивают придание жесткости, чтобы предотвращать эксцентрическую деформацию корпуса 302 вентилятора, или приобретение овальной формы, во время работы двигателя при условиях нагрузки и температурных условиях.
В этом конкретном примере приведенная ниже таблица 1 показывает сравнение весов кованой заготовки и полетных весов, и стоимости, корпуса 202 вентилятора по предшествующему уровню техники в сравнении с корпусом 302 вентилятора по настоящему изобретению.
Таблица 1
Часть/материал
Вес кованой заготовки (фунты)
Полетный вес (фунты)
Стоимость/ фунт
Общая стоимость
Корпус 202 вентилятораТитан
3347,0
975,2
8,00 $
26776,00 $
Корпус 302 вентилятораТитан
2595,0
751,3
8,00 $
20760,00 $
Первое кольцо 502 жесткости Алюминий
154,0
40,5
1,50 $
231,00 $
Второе кольцо 602 жесткости Алюминий
148,0
40, 6
1,50 $
222,00 $
Защитное кольцо 702Inconel 718
467,0
138,1
7,00 $
3269,00 $
Сумма
3364,0
970,5
7,28 $
24482,00 $
Экономия
-17,0
4,7
0,72 $
2294,00 $
Таким образом, в этом примере, хотя вес кованой заготовки на 17 фунтов больше, полетный вес составляет на 4,7 фунта меньше. Кроме того, средняя стоимость на фунт материалов для корпуса 302 вентилятора 0,72 $ на фунт меньше, чем таковая для корпуса 202 вентилятора, приводя к полным сбережениям, составляющим 2294,00 долл. США. Также, в этом примере, как полагают, корпус 302 вентилятора является значительно более прочным, чем корпус 202 вентилятора.
В других применениях экономия может быть более существенной. Например, для корпуса вентилятора, которому требуется упрочнение из Kevlar, корпус вентилятора по настоящему изобретению может быть достаточно более прочным, чтобы исключить потребность в упрочнении из Kevlar, что может дать существенную экономию как в стоимости материалов, так и в рабочей силе. Настоящее изобретение также можно использовать с упрочнением из Kevlar, чтобы достигать более высокой прочности удерживания корпуса вентилятора. Для газотурбинных реактивных двигателей, в которых в настоящее время используют сталь или титан для корпусов вентиляторов, настоящее изобретение может позволить сталь или титан заменять алюминием, а прочность, необходимую для удерживания, обеспечивать при помощи защитного кольца из суперсплава на основе никеля или другого соответствующего материала. Поскольку такой же объем алюминия или титана составляет приблизительно 30%-55% по весу от такого же объема стали, можно получить в результате существенную экономию веса. Эта экономия веса может перейти в увеличенную способность грузоперевозки или сниженный расход топлива, или комбинацию и того, и другого.
В производстве газотурбинных реактивных двигателей общее направление состоит в изготовлении более длинных лопастей вентиляторов для увеличения осевого давления. Кончики лопастей вентиляторов могут вращаться на сверхзвуковых скоростях, в то время как основание лопастей вентиляторов вращается на дозвуковых скоростях. Это может вызывать гармонические колебания в лопастях, приводящие к отламыванию кончиков лопастей. Чтобы противостоять этой проблеме, вместо изготовления прямых лопастей вентиляторов лопастям придают форму, более напоминающую широкие весла. Эти более широкие и более длинные лопасти приводят к большей массе, которая должна содержаться внутри корпуса вентилятора. Также, поскольку двигатели становятся более эффективными, они имеют тенденцию работать при более высоких температурах, потенциально добавляя больше трудности к проблеме удерживания. Предполагается, что настоящее изобретение может сильно помочь в удовлетворении этих требований относительно большей прочности удерживания корпуса вентилятора и потенциально меньшего полного веса и более низкой стоимости, также как в обеспечении других характерных особенностей в дополнение к ним или вместо них, в зависимости от конкретного применения.
Фиг.8 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель. Обращаясь теперь к фиг.8, отметим, что для газотурбинного реактивного двигателя, не способного к обратному выхлопу, воздушный поток 824 протекает в корпус вентилятора 806 и в поджимающий компрессор 808. Ротор 810 компрессора высокого давления сжимает воздушный поток 824, когда он входит в камеру 812 сгорания. После прохождения через турбины высокого давления и низкого давления воздушный поток 824 вытекает из задней части газотурбинного реактивного двигателя 800. Нагретый воздушный поток 824 в камере 812 сгорания проходит ее и выходит из задней части газотурбинного реактивного двигателя 800.
Фиг.9 изображает схематический чертеж воздушного потока через обычный газотурбинный реактивный двигатель, способный к обратному выхлопу. Обращаясь теперь к фиг.9, отметим, что в отличие от фиг.8, газотурбинный реактивный двигатель 900 является способным к обратному выхлопу, который заставляет часть воздушного потока 924, нагретый воздух 926, представленный пунктирными линиями, течь назад через газотурбинный реактивный двигатель 900 и в область вентилятора 902. Нагретый воздух 926 ведет к повышению температуры внутри корпуса 906 вентилятора, что также повышает температуру корпуса 906 вентилятора непосредственно в области, обозначенной в общем областью 928. Температура представляет собой, конечно, один из основных факторов в определении, из какого материала следует выполнять корпус 906 вентилятора. Когда температура корпуса вентилятора повышается более чем до 800 градусов, алюминий не подходит. Подходящими могут быть более дорогостоящие приемлемые для такой температуры материалы, такие как сталь, титан или суперсплавы.
Фиг.10 изображает поперечное сечение кованой заготовки для корпуса вентилятора для улучшенной термической стойкости в варианте осуществления настоящего описания. Обращаясь теперь к фиг.10, отметим, что для газотурбинных реактивных двигателей, способных к обратному выхлопу, предполагается, что корпус вентилятора по настоящему описанию может использоваться для противодействия тепловым проблемам и улучшения термической стойкости корпуса 1002 вентилятора. Кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора подобна кованой заготовке 300 корпуса вентилятора, показанной на фиг.3. Кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора после машинной обработки обеспечивает корпус 1002 вентилятора, показанный контуром, выполненным пунктирной линией, который подобен корпусу 302 вентилятора. В этом примере, кованая заготовка 1000 корпуса вентилятора выкована из алюминия в виде одной детали.
Конструктивные детали подвергнутого машинной обработке корпуса 1002 вентилятора подобны деталям, показанным на фиг.3 и 4, но также включают в себя выемку 1012 для термостойкого кольца, которая окружает внутреннюю часть корпуса 1002 вентилятора по периферии в местоположении, определяемом в общем областью 928 на фиг.9. Кольцо из термостойкого материала будет размещено в выемке 1012 для термостойкого кольца, в данном примере при помощи горячей посадки с натягом. Секция корпуса 1002 вентилятора, которая охватывает выемку 1012 для термостойкого кольца, представляет собой область, где нагретый воздух от обратного выхлопа может приводить к повышению температуры корпуса вентилятора.
Должно быть понятно, что термостойкое кольцо может быть расположено в других положениях корпуса вентилятора, в зависимости от применения. Дополнительно должно быть понятно, что размеры, протяженность, формы, материалы и зазоры могут изменяться, в зависимости от конкретного применения.
Как описано выше, машинная обработка для корпуса 1002 вентилятора может быть выполнена в первом направлении, например в радиальном направлении, а машинная обработка для термостойкого кольца 1112 может быть выполнена во втором направлении, например в осевом направлении, которое является более или менее перпендикулярным первому направлению. Поскольку машинная обработка может оставлять спиральное, или выписанное непрерывное углубление на подвергаемых машинной обработке поверхностях, углубления на каждой поверхности можно выравнивать методом «перекрестной штриховки» относительно друг друга, увеличивая силы трения между двумя поверхностями и снижая потенциальную возможность вращения термостойкого кольца 1112 внутри выемки 1012 для термостойкого кольца. Множество углублений на термостойком кольце 1112, которое выполнено из титана, могут быть более жесткими, чем множество углублений на выемке 1012 для термостойкого кольца в корпусе 1002 вентилятора, который выполнен из алюминия. Титановые углубления могут вдавливаться в более мягкие алюминиевые углубления. В качестве альтернативы, термостойкое кольцо 1112 может быть приварено с помощью точечной сварки в одном или больше мест к выемке 1012 для термостойкого кольца или присоединено болтами к одному или больше фланцам, прикрепленным к выемке 1012 для термостойкого кольца, чтобы удерживать термостойкое кольцо 1112 от вращения относительно выемки 1012 для термостойкого кольца. Машинная обработка в перекрестных направлениях в этом случае может не требоваться или может применяться дополнительно к этому.
Фиг.11 изображает поперечное сечение подвергнутого чистовой машинной обработке корпуса вентилятора, имеющего кольцо из термостойкого материала, которое было установлено по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора по фиг.10 в варианте осуществления настоящего изобретения. Обращаясь теперь к фиг.11, отметим, что показано термостойкое кольцо 1112, установленное по горячей посадке с натягом на внутренний диаметр корпуса 1002 вентилятора в выемке 1012 для термостойкого кольца. В этом примере, термостойкое кольцо 1112 выполнено из титана, но также может быть выполнено из других материалов, которые имеют сочетание свойств термической стойкости и прочностных свойств, чтобы сохранять конструктивную целостность, требуемую для корпуса 1002 вентилятора, таких как сталь, легированная сталь или любое количество обычно используемых авиационно-космических суперсплавов. Термостойкое кольцо 1112 может быть изготовлено из титанового листового материала, который разрезают, сгибают в цилиндрическую форму, сваривают по шву и формируют для согласования с внутренним диаметром выемки 1012 для термостойкого кольца. Термостойкое кольцо 1112 также может быть выковано, как описано выше.
Горячую посадку с натягом можно выполнять, как описано выше, нагревая корпус 1002 вентилятора, вызывая его расширение в диаметре и обеспечивая возможность термостойкому кольцу 1112 скользить в место, где после охлаждения корпус 1002 вентилятора и термостойкое кольцо 1112 прикладывают силу друг к другу, образуя горячую посадку с натягом. В качестве альтернативы, термостойкое кольцо 1112 можно охладить с помощью жидкого азота, снижая его наружный диаметр и обеспечивая возможность термостойкому кольцу 1112 скользить в выемку 1012 для термостойкого кольца. Также, можно использовать комбинацию нагревания корпуса 1002 вентилятора и охлаждения термостойкого кольца 1112, чтобы гарантировать горячую посадку с натягом. Титан термостойкого кольца 1112 конструктивно не ослабляется из-за температур корпуса вентилятора и служит в качестве буфера для алюминиевого корпуса 1002 вентилятора благодаря разным степеням расширения между этими двумя материалами. Титан термостойкого кольца 1112 подвергается воздействию внутренних температур в корпусе вентилятора, и некоторая часть тепла переносится к алюминиевому корпусу 1002 вентилятора. Титан обеспечивает необходимую прочность, которая отсутствует у алюминия при более высоких температурах. Защитное кольцо 1102 может быть выполнено из суперсплава. Должно быть понятно, что из-за различных факторов, таких как неидеальная округлость, термостойкое кольцо, такое как термостойкое кольцо 1112, не может входить в контакт со 100% окружности внешней поверхности корпуса 1002 вентилятора. Например, термостойкое кольцо 1112 может входить в контакт с 70% окружности внутренней поверхности корпуса 1002 вентилятора, но величина контакта может изменяться, в зависимости от конкретного применения. Тем не менее, предполагается, что корпус 1002 вентилятора прикладывает радиально сжимающие силы по длине окружности внутренней периферийной поверхности выемки 1012 термостойкого кольца, когда корпус 1002 вентилятора устанавливают по горячей посадке с натягом на термостойкое кольцо 1112. Дополнительно должно быть понятно, что в некоторых применениях может быть подходящим обеспечивать материал вкладыша между термостойким кольцом, установленным по горячей посадке с натягом на корпус вентилятора, таким образом, чтобы сжимающие силы между термостойким кольцом и корпусом вентилятора передавались через материал вкладыша. В одном варианте осуществления материал вкладыша может быть выполнен из сжимаемого материала. Должно быть понятно, что материала вкладыша в других вариантах осуществления может быть относительно жестким или может иметь другие свойства, такие как свойства улучшенной теплоизоляции, чтобы дополнительно предохранять корпус вентилятора.
Первую выемку 1104 для кольца жесткости и вторую выемку 1106 для кольца жесткости можно выполнять, например, в алюминии, титане или стали. В зависимости от конкретного рассматриваемого газотурбинного реактивного двигателя, защитное кольцо и одно или больше колец жесткости не обязательно могут быть использованы с термостойким кольцом, и термостойкое кольцо не обязательно может быть использовано с защитным кольцом и с одним или больше кольцами жесткости. Настоящее описание обеспечивает для разработчика двигателей много вариантов относительно материалов, весов, прочностей и термической стойкости, которые могут быть объединены так, чтобы создавать оптимальную конструкцию для целей и требований конкретного двигателя. Например, корпус 302 вентилятора может быть выполнен из относительно легкого, но относительно недорогого материала, такого как алюминий, а защитное кольцо 702 может быть выполнено из материала, имеющего относительно более высокую прочность (такого как суперсплав Inco 718) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку защитное кольцо 702 может быть сделано существенно меньшим по массе, чем масса корпуса 302 вентилятора, материал защитного кольца 702 может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 302 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или расходе, или и в том, и в другом, в зависимости от конкретного применения. Точно так же, корпус 1002 вентилятора может быть выполнен из материала с относительно низкой термической стойкостью, такого как алюминий, а термостойкое кольцо 1102 может быть выполнено из материала, имеющего сравнительно более высокую термическую стойкость (например, такого как титан) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку термостойкое кольцо 1112 может быть сделано существенно меньшим по массе, чем масса корпуса 1002 вентилятора, материал термостойкого кольца может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 1002 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или в затратах, или и в том, и в другом, в зависимости от конкретного применения.
Как было упомянуто, фиг.12 схематично иллюстрирует защитное кольцо 702, размещенное в выемке 310 для защитного кольца, образованной во внутренней поверхности корпуса 302 вентилятора. Со ссылкой на фиг.13, должно быть понятно, что защитное кольцо 702а может быть размещено в выемке 310 для защитного кольца, образованной во внешней поверхности корпуса 302 вентилятора, как показано на фиг.13. В этом примере, защитное кольцо 702а прикладывает радиально сжимающие силы, направленные к оси вращения, определяемой центральной линией 107, как схематично представлено стрелками на фиг.13. В одном варианте осуществления, радиально сжимающие силы непрерывно прикладываются вокруг полной окружности защитного кольца 702а без прерывания.
Как было упомянуто, кольца жесткости могут быть размещены во множестве местоположений вдоль корпуса 302 вентилятора. Фиг.14 изображает пример, в котором пара колец 502, 602 жесткости размещена напротив защитного кольца 702b. Как показано в поперечном разрезе на фиг.15, каждое из кольца 502 элемента жесткости и защитного кольца 702b установили по горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, причем корпус 302 вентилятора расположен между кольцом 502 жесткости и защитным кольцом 702b. Кольцо 602 жесткости аналогичным образом установили по горячей посадке с натягом на корпус 302 вентилятора, где корпус 302 вентилятора расположен между кольцом 602 жесткости и защитным кольцом 702b. Кольца 502, 602 жесткости, в дополнение к их функциям придания жесткости, в этом варианте осуществления могут обеспечивать дополнительную прочность, чтобы дополнить прочность, обеспечиваемую защитным кольцом 702b.
Снова корпус 302 вентилятора может быть выполнен из относительно легкого, но относительно недорогого материала, такого как алюминий, а кольца 502, 602 жесткости могут быть выполнены из материала, имеющего относительно более высокую силу удерживания или придания жесткости (такого как суперсплав Inco 718 или другого суперсплава, стали, титана или других соответствующих материалов) по сравнению с материалом корпуса вентилятора. Однако, поскольку кольца 502, 602 жесткости могут быть выполнены существенно меньшей массы, чем масса корпуса 302 вентилятора, материал колец 502, 602 жесткости может быть более дорогостоящим или более тяжелым, чем материал корпуса 302 вентилятора, и все же при этом можно достигать экономии в полном весе или расходе, или и в том, и в другом, в зависимости от конкретного применения.
Как схематично показано на фиг.16, секция корпуса 302 вентилятора, охватывающая ширину защитного кольца 702, представляет собой область 1600, выдерживающую удар лопасти вентилятора, где лопасть вентилятора, такая как лопасть 104 вентилятора (фиг.1, 16), или участок лопасти вентилятора может ударять, если лопасть, или часть ее, отрывается от своей втулки 102 или остающейся части лопасти. В этом варианте осуществления область 1600 удара лопасти вентилятора продолжается от зацепляющего участка 1601 на переднем конце защитного кольца 702 до хвостового конца 1603 защитного кольца 702. Область 1600 может быть определена соответствующим компьютерным моделированием и/или опытным путем через лабораторные исследования вероятной или потенциальной траектории отделяемой лопасти вентилятора или участка лопасти вентилятора. Должно быть понятно, что в некоторых вариантах осуществления, ширина защитного кольца может превышать ширину области потенциального удара.
Внутри области 1600 удара лопасти вентилятора имеется область 1602, в которой лопасть вентилятора или участок лопасти, вероятно или потенциально, может сначала ударять в корпус 302 вентилятора. Как показано на фиг.16, предполагается, что для многих конструкций двигателей, ширина области 1602 первоначального удара продолжается от линии перед передней кромкой 1604 лопасти 104 вентилятора до линии за задней кромкой 1608 лопасти 104 вентилятора. Направление вперед представляет собой направление к передней части корпуса 302 вентилятора, в которой принимается воздух. Хвостовое направление представляет собой направление, в котором воздух выпускается из двигателя, чтобы обеспечивать осевое давление в переднем направлении.
Как лучше всего видно на виде в поперечном разрезе лопасти 104 вентилятора на фиг.17, передняя кромка 1604 представляет собой участок лопасти 104 вентилятора, который продолжается дальше в переднем направлении. Наоборот, задняя кромка 1608 лопасти 104 вентилятора представляет собой участок лопасти 204 вентилятора, который продолжается в хвостовом направлении. В иллюстрируемом варианте осуществления ширина защитного кольца 702 перекрывает по меньшей мере ширину области 1602 первоначального удара лопасти вентилятора. Следовательно, ширина защитного кольца 702, когда оно установлено в двигателе, продолжается по меньшей мере от линии перед передней кромкой 1604 лопасти 104 вентилятора до линии позади задней кромки 1608 лопасти 104 вентилятора. Должно быть понятно, что область 1600 удерживания удара лопасти вентилятора и ширина защитного кольца 702 могут продолжаться в одном или обоих из переднего и хвостового направлений за границы области 1602 первоначального удара, как показано на фиг.16.
В иллюстрируемом варианте осуществления, защитное кольцо 702 имеет толщину Т (фиг.16). Толщина Т защитного кольца 702 в иллюстрируемом варианте осуществления достаточна для предотвращения пробивания защитного кольца 7.02 отделенной лопастью 104 или фрагментом лопасти. Толщина может быть определена соответствующим компьютерным моделированием или эмпирическими испытаниями, основанными на проектируемой или наблюдаемой массе и скорости лопасти или фрагментов лопасти и прочности материала защитного кольца 702.
В описанных вариантах осуществления каждое из колец, таких как кольца 702, 702а, 702b, 502, 602, 1112, описано как размещенное в связанной с ним выемке. Должно быть понятно, что одно или больше колец, изготовленных отдельно от корпуса 302 вентилятора, могут быть прикреплены к корпусу вентилятора для усиления корпуса вентилятора без использования выемки.
В описанных вариантах осуществления каждое из колец, таких как кольца 702, 702а, 702b, 502, 602, 1112, описано как размещенное при помощи горячей посадки с натягом на корпусе 302, 302а вентилятора. Должно быть понятно, что одно или больше колец, изготовленных отдельно от корпуса 302 вентилятора, могут быть прикреплены к корпусу вентилятора для усиления корпуса вентилятора так, чтобы радиально сжимающие силы прикладывались между соответствующим кольцом и корпусом вентилятора, без использования горячей посадки с натягом.
Благодаря настоящему изобретению, специалистам в данной области техники будут поняты многие видоизменения в конструкции, и они сами смогут предложить широко различающиеся варианты осуществления и применения изобретения, не выходя при этом за рамки объема настоящего изобретения.