РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ВЕНТИЛЯТОРА ИЛИ КОМПРЕССОРА

Техническое решение относится к авиационному двигателестроению, конкретно к вентиляторам или компрессорам низкого давления авиационных газотурбинных двигателей.
Известны лопатки для использования в роторах компрессоров или вентиляторах тяговых авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей (патент РФ №2264902, опубл. 2005). Лопатка содержит лопасть, хвостовик (хвостовую часть) и платформу (трактовую полку), выполненные как одно целое.
Известен ротор вентилятора турбореактивного двигателя, содержащий множество съемных лопаток вентилятора, закрепленных на ободе диска. Причем каждая из лопаток вентилятора содержит корневую часть лопатки, которая устанавливается в канавку, имеющую по существу осевое направление и соответствующую форму и выполненную в ободе диска, и каждая из этих лопаток вентилятора удерживается в канавке при помощи шпонки, размещенной под каждой корневой частью лопатки, и средства, предназначенные для удержания в осевом направлении шпонок и корневых частей лопаток в канавках, причем эти средства содержат, в частности, фланец, упирающийся в переднюю по потоку поверхность диска и прикрепленный к этому диску при помощи соответствующих средств. (заявка РФ №2002101357, опубл.2003).
Известна система диск/лопатка компрессора двигателя летательного аппарата, содержащая диск и множество лопаток, установленных на этом диске. Каждая лопатка содержит лопасть, платформу, стойку и корневую часть лопатки, снабженную передней и задней по потоку опорными поверхностями. Платформа образует между соседними лопатками участок втулочного обвода и выполнена как одно целое с лопаткой (заявка РФ №2007117687, опубл. 2008.11.20).
Наиболее близким техническим решением является рабочее колесо осевой турбомашины, содержащее диск с продольными пазами и, контактирующим с его торцевой поверхностью, кольцом. Рабочие лопатки с хвостовиками установлены в пазах диска. Каждая лопатка имеет удлиненную ножку и полку, образующую с полкой соседней лопатки торцевой зазор, а демпфирующие элементы U- образной формы связаны при помощи элементов крепления с кольцом. Один из концов каждого демпфирующего элемента контактирует по наружной поверхности с внутренними поверхностями соседних полок, а другой его конец - с наружной поверхностью диска. Элементы крепления выполнены в виде болтов с полусферической головкой, контактирующей с ответной поверхностью каждого демпфирующего элемента. (патент РФ №1825018, опубл. 2005 г.)
Однако в рабочих колесах вентиляторов или компрессоров авиационных двигателей расположенный между лопатками участок втулочного обвода, выполненный в виде полки, называемой трактовой, совместно с лопаткой (зацело), значительно усложняет форму лопаток и, следовательно, технологию изготовления рабочего колеса, и ухудшает течение на втулке из-за галтели между лопатками и полками.
Кроме того, полка, выполняемая зацело с лопаткой, соответственно изготавливается из материала лопатки, что не позволяет изготавливать полки из более легкого материала, чем материал лопаток, (в частности, композиционного) и тем самым уменьшить массу рабочего колеса.
Технической задачей является создание рабочего колеса вентилятора или компрессора авиационного двигателя, упрощающего технологию его изготовления и имеющего конструкцию высокой надежности.
Кроме того, другой технической задачей является уменьшение массы рабочего колеса.
В рабочих колесах вентиляторов или компрессоров низкого давления целесообразно расположенный между лопатками участок втулочного обвода (трактовую полку) предпочтительно выполнять отдельно от лопатки, так как значительно упрощается форма лопаток и, следовательно, технология изготовления рабочего колеса, исключаются ухудшающие течение на втулке галтели между лопатками и полками.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо вентилятора или компрессора авиационного двигателя, содержащее диск, множество рабочих лопаток, установленных в диске, трактовые полки, образующие между соседними лопатками участок втулочного обвода, и размещенное между входной и выходной по потоку проставками, снабжено трактовыми полками, которые выполнены из композиционного материала и раздельно от лопаток, каждая полка имеет опорную ножку, передний и задний кольцевые центрирующие выступы, сопряженные соответственно с ответными элементами входной и выходной проставок, и пазы на обеих примыкающих к лопаткам боковых поверхностях, в которых установлены прокладки из эластичного демпфирующего и уплотняющего материала, болт для крепления трактовой полки к диску, установленный в каждой трактовой полке внутри наружной и внутренней контровочных втулок, при этом в головке болта выполнены многогранник под заворачивающий болт ключ и проточка, расположенная под многогранником, для обеспечения контровки на наружной поверхности головки болта прорезаны наклонные пазы, на внутренней поверхности наружной втулки выполнены фрезеровки, внутренняя втулка выполнена из высокопластичного материала и для контровки болта стенки внутренней втулки деформированы в наклонные пазы головки и во фрезеровки наружной втулки, а многогранник и проточка совместно с углублением трактовой полки заполнены клеем, наружная поверхность которого зашлифована заподлицо с втулочной поверхностью.
Целесообразно, чтобы ножка трактовой полки имела бы цилиндрическую нижнюю поверхность с диаметром, равным диаметру внешней поверхности диска.
Целесообразно также, чтобы внутренняя контровочная втулка охватывала бы головку болта, а наружная - внутреннюю втулку и стержень болта в опорной ножке.
В дальнейшем сущность технического решения поясняется описанием и чертежами, на которых:
на фиг.1 показано меридиональное сечение заявленного рабочего колеса вентилятора или компрессора низкого давления совместно с предшествующими и последующими сборочными узлами.
на фиг.2 в увеличенном масштабе представлено меридиональное сечение трактовой полки заявленного рабочего колеса в месте расположения элементов ее крепления до момента заливки их клеем.
на фиг.3 показан вид сверху (вид по А) на элементы крепления трактовой полки до момента заливки их клеем.
на фиг.4 представлено объемное изображение трактовой полки заявленного рабочего колеса.
на фиг.5 приведено объемное изображение заявленного рабочего колеса с удаленными одной лопаткой, одной трактовой полкой и элементами крепления трактовых полок.
Заявленное рабочее колесо вентилятора или компрессора авиационного двигателя (фиг.1, 5) содержит диск 1, множество рабочих лопаток 2, установленных в диске 1, трактовые полки 3, образующие между соседними лопатками участок втулочного обвода, и размещенные между входной 4 и выходной 5 (по потоку) проставками.
Трактовые полки 3 выполнены раздельно от лопаток 2 и закреплены на диске 1.
Каждая трактовая полка 3 выполнена из композиционного материала, имеет опорную ножку 6, углубление 20, передний 9 и задний 10 (по потоку) кольцевые центрирующие выступы, которые соответственно сопрягаются с ответными элементами входной 4 и выходной 5 проставок (фиг.1, 4).
Опорные ножки 6 трактовых полок могут иметь цилиндрическую нижнюю поверхность с диаметром, равным диаметру внешней поверхности диска 1.
Кроме того, трактовая полка 3 снабжена пазами 29 на обеих (со стороны лопаток) боковых поверхностях 27, в которых размещены прокладки 28 из эластичного демпфирующего и уплотняющего материала.
Болт 11 для крепления трактовой полки 3 к диску 1 установлен внутри наружной 12 и внутренней 13 контровочных втулок, имеет головку 16 и стержень с резьбой, который ввинчен в резьбовое отверстие 14 в выступе 15 диска 1 (фиг.2, 3).
Контровочные втулки расположены в трактовой полке так, что внутренняя 13 контровочная втулка охватывает головку 16 болта, а наружная 12 - внутреннюю 13 втулку и стержень болта.
Внутри головки 16 болта выполнены многогранник 17 с гранями 18 под заворачивающий болт ключ и проточка 19, расположенная под многогранником 17.
Для повышения надежности крепления, путем обеспечения контровки болта 11, на наружной поверхности головки 16 прорезаны наклонные пазы 21, а на внутренней поверхности наружной 12 втулки выполнена фрезеровка 22.
Кроме того, для усиления контровки, внутренняя 13 втулка выполнена из высокопластичного материала, позволяющего при установке деформировать в наклонные пазы 21 и фрезеровки 22 стенки наружной 12 втулки.
Многогранник 17 и проточка 19 совместно с углублением 20 заполнены клеем. Наружная поверхность клея зашлифована заподлицо с втулочной поверхностью.
На фиг.5 более наглядно показано взаимное расположение основных деталей рабочего колеса: диска 1, лопаток 2 и трактовых полок 3. На этой фигуре видны также выполненные в диске 1 пазы 25. в которые вставлены хвостовики 26 лопаток 2 и выступы 15, в которых нарезаны резьбовые отверстия 14 для вворачивания болтов 11.
Сборку рабочего колеса осуществляют в следующем порядке.
В отверстия трактовых полок 3 вставляют внешние 12 контровочные втулки, в пазы 29 устанавливают прокладки 28. В пазы 25 вставляют лопатки 2 своими хвостовиками 26. Между лопатками 2 вставляют трактовые полки 3. Затем болт 11 вместе с охватывающей головку 16 внутренней 13 контровочной втулкой вставляют в выполненные в трактовой полке 3 сквозное отверстие увеличенного диаметра под головку болта и сквозное отверстие уменьшенного диаметра под стержень болта и вворачивают заворачивающим ключом, вставленным в многогранник 17
Деформацией стенок внутренних 13 втулок в наклонные пазы 19 головок 16 болтов 11 и фрезеровку 20 наружных 12 втулок достигается контровка болтов 11, исключающая возможность их выворачивания.
После окончания контровки углубление 20 совместно с внутренним многогранником 17 и проточкой 9 заливают клеем, наружную поверхность 23 которого зашлифовывают, после затвердения клея, заподлицо с втулочной поверхностью 24.
За счет сцепления клея с внутренней поверхностью наружной 13 втулки и с поверхностями головки 16 болта 11, а также благодаря попаданию клея в проточку 19 застывший клей противостоит действию центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса.
Трактовые полки 3 удерживаются от действия центробежных сил как болтами 11, так и дополнительно благодаря кольцевым центрирующим выступам 9 и 10, опирающимся на ответные элементы входных 4 и выходных 5 проставок.
Заявленное техническое решение позволило создать рабочее колесо вентилятора или компрессора авиационного двигателя с трактовыми полками, выполненными отдельно от лопатки, что значительно упрощает форму лопаток и, следовательно, технологию изготовления рабочего колеса. Кроме того, простота сборки дополнительно упрощает технологию изготовления рабочего колеса.
Заявленное техническое решение уменьшает массу рабочего колеса, так как дает возможность использовать композиционный материал для трактовых полок, который легче, чем материал лопаток, и тем самым уменьшить массу рабочего колеса.
Заявленное техническое решение может быть использовано в рабочих колесах вентиляторов или компрессоров низкого давления авиационных двигателей.