КОРПУС КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции компрессора авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).
Для обеспечения высоких удельных параметров ГТД необходимо широкое применение легких материалов. В частности, в конструкции компрессоров ГТД целесообразно широкое применение титановых сплавов в деталях ротора и корпуса. Однако при трении между титановыми деталями, возникающем в результате повреждения компрессоров (обрыв и заклинивание фрагментов лопатки в зазоре между ротором и корпусом, повышенные деформации деталей ротора и корпуса при помпаже или вследствие повышенного уровня вибраций) при определенном уровне давления и температуры воздуха, омывающего детали компрессора, возможно возникновение титанового пожара, который может привести к катастрофе летательного аппарата.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является корпус компрессора ГТД, выполненный из титановых сплавов (для минимизации массы) и состоящий из обечайки с установленными в нее направляющими лопатками, при этом для исключения титанового пожара в случае попадания титанового обломка в зазор между ротором и статором, на поверхности корпуса вблизи торцов рабочих лопаток установлены экраны, выполненные из жаростойкого сплава и формирующие участок поверхности газовоздушного тракта компрессора. Данное решение позволяет исключить титановый пожар компрессора при контакте ротора и корпуса, возникающего в случае разрушения деталей и узлов компрессора во время работы двигателя, за счет быстрого отвода тепла из зоны трения вследствие высокой теплопроводности жаростойкого сплава (патент RU 2524782, МПК F02C 7/25, опубл. 10.08.2014 г. ).
Недостатком прототипа является усложнение конструкции корпуса за счет наличия экрана, выполненного из материала с высокой удельной массой и элементов его крепления к корпусу, что приводит к увеличению массы и снижению надежности узла.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции корпуса компрессора и снижение ее массы.
Ожидаемый технический результат - повышение надежности, эксплуатационной безопасности и улучшение характеристик ГТД.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном корпусе компрессора ГТД, содержащем обечайку с установленными в ней направляющими лопатками, выполненном из титановых сплавов и снабженном средством для предотвращения возникновения титанового пожара, согласно полезной модели средство для предотвращения пожара выполнено в виде наноструктурированного покрытия, нанесенного на внутренние поверхности обечайки, расположенные напротив торцов рабочих лопаток компрессора.
Внутренние поверхности обечайки, расположенные напротив торцов рабочих лопаток, могут быть снабжены истираемым элементом, а наноструктурированное покрытие размещено между последним и внутренней поверхностью обечайки, причем наноструктурированное покрытие выполнено на основе карбида кремния, карбонитрида титана или диборида титана.
Условия возникновения титанового пожара в ГТД определяются тепловыделением в результате трения между титановыми деталями в сочетании с плохим теплоотводом, обусловленным низкой теплопроводностью титана, и определенным уровнем давления и температуры воздуха в зоне трения.
Покрытия на основе карбида кремния, карбонитрида титана и диборида титана обладают более низким коэффициентом трения, чем титановая пара в сочетании с более высокой теплопроводностью, а также высокой адгезией к металлическим материалам.
За счет нанесения указанного покрытия на титановые детали, подверженные контакту при повреждении компрессора, исключается высокое тепловыделение в зоне трения - главный фактор возникновения титанового пожара.
Для повышения газодинамических параметров компрессора на внутренние поверхности корпуса, расположенные напротив торцов рабочих лопаток, устанавливают истираемые элементы, позволяющие минимизировать радиальные зазоры между корпусом и торцами рабочих лопаток, оказывающие большое влияние на удельные параметры компрессора.
На приведенных чертежах показано:
на фиг. 1 - общий вид корпуса компрессора;
на фиг. 2 - участок корпуса компрессора, расположенный напротив торцов рабочих лопаток.
Корпус компрессора ГТД состоит из обечайки 1 с установленными в ней направляющими лопатками 2. При этом на внутренние поверхности корпуса 3, расположенные напротив торцов рабочих лопаток компрессора 4, нанесено наноструктурированное керамическое покрытие 5. Для повышения газодинамических параметров компрессора на внутренние поверхности корпуса, расположенные напротив торцов рабочих лопаток, могут устанавливаться (наноситься) истираемые элементы (или покрытия) 6, таким образом, что противопожарное покрытие располагается между стенкой корпуса и истираемым элементом (покрытием). Истираемые элементы могут быть выполнены как в виде порошковых мягких покрытий, так и в виде сотовых тонкостенных вставок, напыленных или припаянных к внутренним поверхностям корпуса с предварительно нанесенным на них противопожарным покрытием.
В случае разрушения детали или узла компрессора ГТД, ротор и корпус которого выполнены из титановых сплавов, во время его работы (поломка опоры ротора, обрыв лопатки и т.д.) может произойти контакт ротора и корпуса или заклинивание фрагмента лопатки в зазоре между ротором и корпусом. Вследствие того, что во время разрушения детали компрессора ротор вращается относительно корпуса с высокой скоростью, в зоне контакта ротора и корпуса возникает трение с высоким тепловыделением, приводящим к воспламенению деталей, выполненных из титановых сплавов. При нанесении покрытия на основе карбида кремния, карбонитрида титана или диборида титана, обладающих более низким коэффициентом трения, чем титановая пара, уменьшается тепловыделение в зоне контакта, а за счет высокой теплопроводности тепло быстро отводится из зоны контакта. Вследствие указанного температура в зоне контакта становится слишком мала для воспламенения титановых деталей. А истираемые (прирабатываемые) элементы, установленные на внутренние поверхности корпуса, расположенные напротив торцов рабочих лопаток для повышения газодинамических параметров компрессора за счет уменьшения радиальных зазоров между корпусом и торцами рабочих лопаток, не снижают эффективность работы противопожарного покрытия, т.к. легко вырабатываются заклинившим фрагментом.
Реализация данного мероприятия позволяет расширить область применения титановых сплавов в конструкции компрессора ГТД за счет устранения ограничения по пожаробезопасности и тем самым снизить массу и улучшить удельные параметры двигателя.