ЗАМОК ЛОПАТКИ БАРАБАНА В КРУГОВОЙ КАНАВКЕ РОТОРА
DRUM BLADE LOCK IN ROTOR CIRCULAR GROOVE

Предпосылки изобретения
[0001] Изобретение относится к рабочему колесу с лопатками осевой турбомашины. В частности, изобретение относится к проблеме замыкания или фиксации лопаток в круговой канавке ротора. В частности, изобретение относится к фиксирующему замку лопатки в такой канавке.
Предшествующий уровень техники
[0002] Патент EP 1801355 A1 показывает замок для фиксации лопаток в круговой канавке. Проблемой, рассматриваемой в этом документе, является позиционирование такого замка, в частности в одной или нескольких ступенях, расположенных по ходу рабочего потока, компрессора низкого давления реактивного двигателя. В действительности, вследствие косого наклона этой части оболочки барабана, ось винта, как правило, наклонена по отношению к средней плоскости замка так, чтобы быть по существу перпендикулярной к оси вращения барабана. Следствием этой конструкции является то, что замок может плохо позиционировать себя при затягивании винта. Раскрытое решение, по существу, обеспечивает опорную поверхность вращения, вокруг которой замок может поворачиваться в радиальной плоскости для того, чтобы позиционировать себя.
[0003] Патент FR 2886336 A1 относится к замку фиксации лопатки, подобному тому, что описан в предыдущем документе. Проблемой, рассматриваемой в этом документе, является удержание замка в углублении или круговой канавке барабана компрессора. Замок описанный в нем, содержит переднюю и заднюю опорные поверхности с соответствующими втулками, предназначенными для предотвращения кругового скольжения замка.
[0004] В патенте GB 639320 раскрыт замок фиксации лопатки в круговой канавке в роторе компрессора. Хотя замок имеет два винта проходящих по всей длине замка, этот документ не показывает решение вопроса регулировки усилия затяжки на каждом винте или проблемы громоздкости.
[0005] Патент US 2011/0116933 A1 также относится к фиксации лопаток в круговой канавке в барабане компрессора с применением замков. Особенность этой интерпретации заключается только в одной из двух кромок канавки, имеющей пазы. Таким образом, замок имеет соответственно спроектированную форму, а именно округлую форму по направлению к кромке канавки, имеющей пазы и прямую форму на противоположной кромке.
[0006] В некоторых интерпретациях, указанных выше, замок содержит удлиненную по существу вертикальную камеру, через отверстие которой вставляется фиксирующий винт. Верхняя кромка этой камеры имеет такие размеры, чтобы быть выровненной со смежными платформами лопаток, когда замок находится на месте. Эта камера обеспечивает легкий и надежный путь для визуальной проверки правильного позиционирования замка, до тех пор, пока он не будет затянут.
Краткое описание изобретения
Техническая проблема
[0007] В исследовании, направленном на компактность и уменьшение массы турбинного двигателя может быть необходимым уменьшение круговых канавок, вмещающих хвосты лопаток. В таком случае, замки, применяемые для этого, не могут быть вставлены в канавки. По техническим причинам и причинам безопасности, установлен минимальный диаметр винта. Поэтому уменьшить размер замков сложно.
[0008] Целью изобретения является предложение решения по уменьшению и/или укорочению ротора с лопатками осевой турбомашины. В частности, целью изобретения является обеспечение более компактного замка.
Техническое решение
[0009] Изобретение относится к замку для хвоста лопатки, расположенному в круговой канавке ротора, имеющей противоположные стороны с полыми профилями, при этом замок содержит: корпус с двумя противоположными опорными поверхностями, предназначенными для того чтобы радиально опираться на противоположные полые стороны канавки; сквозное отверстие между двумя опорными поверхностями, проходящее вдоль оси и предназначенное для размещения фиксирующего винта; верхнюю часть, предпочтительно цилиндрическую, пересекаемую отверстием; в частности то, что верхняя часть является усеченной, делает возможным уменьшение ее длины в плоскости по существу перпендикулярной оси отверстия.
[0010] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя часть является усеченной, что делает возможным уменьшение ее длины вдоль ширины канавки, то есть в направлении, соответствующем ширине канавки.
[0011] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя часть является усеченной, что делает возможным уменьшение ее длины в направлении, соответствующем круговому направлению канавки. В частности, уменьшение длины происходит в направлении по существу перпендикулярном средней хорде прикрепленных лопаток.
[0012] Сечение канавки может быть по существу шестигранным сечением.
[0013] Сечение верхней части корпуса замка может быть круглым, многоугольным или любой другой формы, по существу соответствующей части кольца. Тот факт, что оно является усеченным, приводит к тому, что профиль сечения является открытым и незамкнутым. Остается фактом, что начальная общая форма по-прежнему узнаваема.
[0014] Продольное направление замка находится в радиальной плоскости ротора, когда замок расположен в канавке.
[0015] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя усеченная часть корпуса является усеченной по меньшей мере в своей верхней части вдоль продольной плоскости канавки и, предпочтительно, в своей нижней части, следующей за развертывающейся поверхностью.
[0016] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя усеченная часть корпуса является усеченной в части своего сечения между ¼ и ½ своего внешнего диаметра.
[0017] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, отверстие содержит резьбовую часть на расстоянии от верхней кромки верхней усеченной части корпуса, что делает возможным размещение головки фиксирующего винта, при его вхождении в контакт с резьбой, на уровне ниже указанной верхней кромки.
[0018] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, корпус содержит по меньшей мере одну клинообразную поверхность, предназначенную для сопряжения с соответствующим пазом на одной из противоположных сторон канавки.
[0019] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, замок содержит фиксирующий винт, сопряженный с резьбой в отверстии корпуса, при этом указанный винт имеет головку с диаметром, большим, чем резьбовая часть винта, при этом указанный винт и указанная резьба корпуса выполнены таким образом, что винт может занимать положение, в котором его головка заглублена в верхнюю часть корпуса до уровня под верхней кромкой указанной части.
[0020] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, корпус содержит монолитную часть, предпочтительно с продольной секцией в общей форме перевернутой «Т», при этом усеченная верхняя часть корпуса присоединена непосредственно к указанной монолитной части, при этом усечение ограничено верхней частью.
[0021] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, форма отверстия в усеченной части верхней части корпуса по существу такая же, как и соответствующая кромка монолитной части.
[0022] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, продольная ось отверстия расположена преимущественно на одной стороне секущей срединной плоскости корпуса.
[0023] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя часть является усеченной на двух противоположных сторонах.
[0024] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, верхняя часть корпуса является усеченной по меньшей мере в своей верхней части вдоль поперечной плоскости канавки. Поперечная плоскость является предпочтительно наклоненной относительно плоскости перпендикулярной канавке.
[0025] Изобретение также относится к колесу осевой турбомашины, содержащему: ротор с по меньшей мере одной круговой канавкой, имеющей противоположные стороны, каждая из которых имеет полый профиль; лопатки, хвосты которых расположены и механически удерживаются в канавке; по меньшей мере один замок закрепленный в канавке между хвостами двух смежных лопаток, предотвращающий скольжение лопаток вдоль канавки; при этом замок выполнен в соответствии с изобретением, при этом фиксирующий винт опирается на дно канавки.
[0026] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, каждая из двух смежных лопаток на двух сторонах замка содержит платформу на их смежных кромках, которая содержит прорези, которые приведены в соответствие с контуром соответствующей половины усеченной верхней части корпуса замка.
[0027] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, профиль прорези на платформах содержит первую круговую часть, составляющую более чем 90°, и вторую прямую часть, по существу перпендикулярную кромке прорези.
[0028] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, часть головки винта спрятана под двумя смежными платформами.
[0029] Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, продольная ось отверстия по существу находится в срединной плоскости платформ, проходящих между смежными кромками.
[0030] Изобретение также относится к компрессору турбомашины, содержащему барабан с лопатками, при этом барабан содержит по меньшей мере одно колесо согласно изобретению.
Заявленные преимущества
[0031] Составляющие части согласно изобретению могут уменьшить ширину круговой канавки, удерживающей лопатки без увеличения диаметра фиксирующего винта замка. Последний может быть укорочен до той степени, пока сохраняется его клиновая функция, также как и функция, показывающая, что он установлен правильно. В результате колесо и турбомашина, тем самым, могут быть уменьшены, как по длине, так и по массе.
Краткое описание графических материалов
[0032] На фиг. 1 показан схематический вид в разрезе осевой турбомашины реактивного двигателя, содержащей компрессор с ротором с лопатками в соответствии с изобретением.
[0033] На фиг. 2 показан вид в разрезе части компрессора низкого давления турбомашины по фиг. 1, показывающий ротор в форме барабана и крепление лопаток в круговых канавках.
[0034] На фиг. 3 показан перспективный вид в разрезе барабана с круговой канавкой, предназначенного для образования рабочего колеса с лопатками в соответствии с изобретением.
[0035] На фиг. 4 показан вид в перспективе замка в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, при этом замок предназначен для вставки в канавку по фиг. 3.
[0036] На фиг. 5 показан вид в перспективе серии лопаток с их платформами, образующей серию лопаток в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
[0037] На фиг. 6 показан вид в разрезе фиг. 5 по линии 6 – 6.
[0038] На фиг. 7 показан вид в разрезе фиг. 5 по линии 7 – 7.
[0039] На фиг. 8 показан вид сверху комплекта лопаток с их платформами, образующей серию лопаток в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
Описание вариантов осуществления
[0040] На фиг. 1 показан реактивный двигатель 2 по существу содержащий гондолу 4 для крепления к крылу или фюзеляжу летательного аппарата и центральную часть, размещенную в гондоле. Фиксаторы 6 соединяют центральную часть и гондолу. Центральная часть по существу содержит ротор 8, поддерживающий нагнетательный вентилятор 10, несколько рядов лопаток, образующих компрессор 12 низкого давления и компрессор 14 высокого давления. Камера 16 сгорания расположена за компрессором 14 высокого давления, за которым следует турбина 18. Эта конфигурация хорошо известна специалистам в данной области техники и не будет рассматриваться подробно.
[0041] На фиг. 2 на которой показан вид в разрезе части компрессора низкого давления турбомашины по фиг. 1, показан ротор в виде барабана и крепление лопаток ротора. Можно видеть, что лопатки 22 ротора содержат хвосты 24, расположенные в соответствующих круговых канавках для их удержания в барабане. Этот тип размещения в будущем будет описан подробно в связи с фиг. 3.
[0042] На фиг. 3 показана часть 20 барабана компрессора такого типа, как показана на фиг. 1 и 2, показывающих сегмент канавки для крепления ряда лопаток. Канавка 26 является круговой и ее противоположные кромки образуют между собой полость, пригодную для применения в качестве контактной поверхности для удержания хвостов лопатки. Каждая из кромок содержит паз 30 для вставки хвостов лопаток. Эти два паза являются противостоящими и предназначены, чтобы сделать возможной успешную вставку каждого из хвостов лопатки. В частности, каждый хвост лопатки изначально вставлен с применением по существу радиального движения, направленного к дну канавки, следующего за скользящим движением хвоста вдоль лопатки, для того, чтобы освободить пространство для вставки для следующей лопатки и т. д.
[0043] Один или несколько замков являются необходимыми для фиксации лопаток по кругу в канавке. Для этой цели, по меньшей мере одна кромка содержит по меньшей мере один паз 28, предназначенный для сопряжения с замком, расположенным в канавке между двумя смежными хвостами лопатки. Предпочтительно, и как показано на фиг. 3, по меньшей мере одна кромка содержит два паза 28, отделенных друг от друга для зацепления с двумя замками.
[0044] На фиг. 4 показан замок в соответствии с изобретением, предназначенный для размещения в канавке 26 по фиг. 3 и для зацепления с одним из пазов 28. Корпус 32 замка содержит по существу монолитную часть 38 и верхнюю цилиндрическую часть 36. Монолитная часть 38 имеет профиль, который в продольном сечении имеет форму перевернутой «Т». Он содержит две противоположных опорных поверхности 40, предназначенных, чтобы опираться на противоположные радиальную и полую стороны канавки. Эти поверхности могут быть симметричными или асимметричными. Каждая из них имеет профиль, имеющий кривизну или по меньшей мере частичную прямолинейность, который наклонен относительно вертикали, при этом наклон предназначен для механического зацепления с соответствующей поверхностью полых кромок канавки. Среднее значение наклона может быть между 30° и 90°. По меньшей мере одна из этих поверхностей может также иметь среднее значение наклона приблизительно 90°, то есть по существу горизонтальный профиль. Когда противоположные опорные поверхности 40 являются асимметричными, они могут иметь различные наклоны и/или различные длины, и/или могут быть расположены на различных уровнях относительно корпуса 32.
[0045] По меньшей мере одна из опорных поверхностей 40 может содержать втулку 42, предназначенную для зацепления с пазом или пазами 28 в канавке. Втулка 42 может иметь различные формы, но предназначена для обеспечения заклинивания замка, и тем самым, лопаток в круговом направлении канавки. Замок предназначен для размещения между двумя лопатками, когда они размещены в канавке. Затем он скользит вместе с лопатками, вдоль канавки до тех пор, пока все лопатки не будут размещены в указанной канавке для образования полного ряда. Ряд перемещается скольжением, предпочтительно лопатка за лопаткой, до тех пор, пока замок не столкнется со своим пазом. Фиксирующий винт (не виден на фиг. 4), проходящий через корпус замка 32, затем может быть завинчен для того, чтобы опираться на дно канавки и поднимать замок, до тех пор, пока его поверхность контакта с клином 42 не будет зацеплена с соответствующим пазом. Таким образом, ряд лопаток не может перемещаться. Клиновой паз, о котором идет речь, расположен относительно пазов для вставки (30, фиг. 3), таким образом, хвосты лопаток, ближайшие к указанным пазам, находятся, следовательно, на расстоянии от него, таким образом, они надежно закреплены в канавке. Это приводит к тому, что лопатки могут быть закреплены на барабане или роторе.
[0046] Цилиндрическая верхняя часть 36 корпуса 32 замка имеет сквозное отверстие 34 проходящее через корпус для размещения фиксирующего винта замка в канавке. Как показано на фиг. 4, верхняя цилиндрическая часть 36 является усеченной по существу в вертикальном профиле, при этом усечения, по существу поперечны продольной оси, выровненной с двумя опорными поверхностями, и которая может соответствовать оси вращения ротора. Усечение 44 верхней цилиндрической части 36 предназначено для укорочения длины указанной части в указанном продольном или осевом направлении. Верхняя часть усеченной области 44 соответствует поперечной плоскости. Нижняя часть соответствует поверхности, образуемой прямой линией, проходящей параллельно вдоль искривленного профиля. Можно видеть, что граница между указанной усеченной областью 44 и отверстием 34 образует U-образную форму, нижняя часть которой является близкой к верхней кромке монолитной части 38 корпуса 32. Верхняя часть монолитной части корпуса, таким образом, имеет длину, уменьшенную по сравнению с максимальной протяженностью усеченной цилиндрической верхней части.
[0047] Усеченная цилиндрическая верхняя часть 36 корпуса 32 замка предназначена, чтобы находиться на одном уровне с платформами лопатки, когда замок полностью вставлен в канавку и зацеплен с клиновым пазом или пазами. Ее верхняя кромка служит в качестве вертикального индикатора того, что замок был установлен правильно. Эта особенность будет описана далее в связи с оставшимися фигурами.
[0048] Тем не менее, следует отметить, что цилиндрическая форма верхней усеченной части не является жизненно важной. Фактически, эта часть могла бы иметь другие формы, такие как квадратная или прямоугольная, постольку, поскольку она может быть по меньшей мере частично пересекаемой отверстием винта и иметь по существу плоскую верхнюю поверхность и находиться на одном уровне с верхними поверхностями платформ лопаток, смежных с замком.
[0049] На фиг. 5 показан вид в перспективе части ряда лопаток, установленного в канавке, подобно показанному на фиг. 3, при этом указанная часть имеет два замка такого типа, как показан на фиг. 4. Каждая из лопаток 22 содержит платформу 46. Эти платформы, когда соприкасаются или почти соприкасаются, образуют полосу, покрывающую канавку и образующую внутреннюю поверхность, определяющую поток внутреннего контура текучей среды, проходящей через турбомашину. Аэродинамические части 48 лопаток 22 показаны обрезанными близко к платформам, чтобы в достаточной мере показать элементы, согласно изобретению. Можно видеть две усеченных верхних части 36, при этом каждая из указанных частей расположена между двумя смежными платформами лопатки. Таким образом, в этом ряду лопаток находятся два замка. Платформы 46, о которых идет речь, содержат прорези, которые приведены в соответствие с формой указанной видимой верхней части замков. Точнее, в случае усеченной цилиндрической верхней части, каждая из платформ 46, приведенная в соответствие с указанной частью, имеет прорезь, содержащую первую по существу круглую часть 90° или до 100°, или 110°, и вторую часть по существу прямолинейно соединенную с первой частью и по существу перпендикулярную кромке платформы, содержащей прорезь.
[0050] На фиг. 5 также показана головка фиксирующего винта 50 в отверстии, образованном в усеченной верхней части.
[0051] На фиг. 6 показан вид в разрезе по линии 6 – 6 на фиг. 5. Усеченная цилиндрическая верхняя часть 36 образует удлиненную по существу вертикальную камеру для визуальной проверки правильности установки замка. Ее верхняя кромка представляет собой уровень с верхними поверхностями непосредственно смежных платформ 46. Головка винта 50 ниже, чем уровень нижней поверхности указанных платформ, так как винт, о котором идет речь, частично расположен на платформах, частично на правой кромке и перпендикулярно кромке прорези верхней усеченной части, приведенной в соответствие с корпусом замка. Конец винта противоположен головке, опирающейся на дно канавки 26. Винт сцепляется с резьбой, образованной непосредственно в корпусе 32 замка.
[0052] На фиг. 7 показан вид в разрезе по линии 7 – 7 на фиг. 5. Усечение верхней части 36 корпуса 32 замка является отчетливо видным. Также можно видеть, что винт 50 частично находится под платформами 46 (части справа на фигуре), благодаря тому факту, что верхняя часть корпуса является усеченной. Доступ к головке винта извне не всегда гарантирован. Усеченная часть (слева на фигуре) верхней части 36 надежно обеспечивает визуальную проверку того, что замок установлен правильно.
[0053] В описании, которое было дано выше, отверстие и винт имеют оси, ориентированные по существу вертикально вдоль радиуса колеса, на котором установлен замок. Несмотря на это, эти оси на практике могут быть слегка отклонены относительно этого направления, частично из-за их асимметричного положения в продольной плоскости. Факт наличия усеченной верхней части корпуса замка и, таким образом, уменьшения его длины приводит к тому, что толщина материала указанной части в нижней точке усеченной области (44, фиг. 4) по существу меньше, чем в противоположной области.
[0054] На фиг. 8 показан вид сверху части комплекта лопаток, установленного с замками, в соответствии со вторым вариантом осуществления замка в канавке, таким, как показан на фиг. 3. На фиг. 8 показаны те же номера, как и на предыдущих фигурах, для одинаковых элементов, кроме того, с увеличенными на 100 номерами. Особые номера применены для элементов, особых для этого варианта осуществления.
[0055] Лопатки 122 ротора имеют аэродинамический профиль 148, который имеет хорду, сильно повернутую относительно потока. Этот угол составляет более 5°, более предпочтительно более 15°, еще более предпочтительно более 30°. Лопатки 122 содержат платформы 146 в форме параллелограмма для того, чтобы упростить фиксацию аэродинамических частей 148. Для целей механической прочности периметр 152, ограниченный на платформе 146, связан с аэродинамическим профилем 148 каждой лопатки. Это должно поддерживаться для того, чтобы обеспечить хорошее прилегание между аэродинамическим профилем 148 лопатки и канавкой.
[0056] Два замка 132 являются такими же, как и замок, показанный на фиг. 4. Несмотря на это, их отличие состоит в том, что усеченная цилиндрическая верхняя часть содержит два противоположных усечения относительно оси цилиндра. Предпочтительно усечения выполнены с применением по существу параллельных плоскостей усечения, наклоненных относительно кругового направления канавки, определенного выше. Плоскости усечения по существу параллельны длинной стороне параллелограмма, образующего платформы 146.
[0057] Каждая из видимых усеченных верхних цилиндрических частей содержит две арки 136, расположенные в отверстиях 154, определяемых впадинами, образованными в кромках платформ 146 лопаток 122. Отверстия 154 являются по существу прямоугольными и выровнены с параллелограммами. Их ширина делает возможной регулировку фиксирующего винта 150. Согласно предпочтительному варианту изобретения, верхние поверхности арок 136 находятся на одном уровне с верхними поверхностями платформ 146 и немного углублены, например, менее чем на 0,10 мм. Таким образом, верхние поверхности арок 136 могут служить в качестве маркеров для визуальной проверки правильного позиционирования замков, и частично для проверки их высоты в канавке.
[0058] Два усечения обладают преимуществом соблюдения периметров 152 лопаток 133, благодаря которому замок может быть вставлен между платформами 146 без необходимости отделения аэродинамических профилей 148 друг от друга.