НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ, ТУРБОМАШИНА И СПОСОБ СБОРКИ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА
GUIDE VANE FOR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE AND METHOD OF ASSEMBLING GUIDE VANE

Настоящее изобретение касается направляющего аппарата для турбомашины и, в частности, для двухконтурного турбореактивного двигателя.
Как правило, двухконтурный турбореактивный двигатель, предназначенный для обеспечения движения самолета, содержит входной вентилятор, создающий кольцевой воздушный поток. Этот кольцевой воздушный поток делится кольцевой промежуточной ступицей на первичный поток, который питает двигатель, приводящий во вращение вентилятор, и на вторичный поток, который выбрасывается в атмосферу, создавая при этом существенную часть тяги турбореактивного двигателя. Вентилятор заключен в корпус вентилятора, ограничивающий снаружи вторичный поток.
За этим вентилятором между корпусом вентилятора и промежуточной ступицей в направлении от входа к выходу расположены лопатки направляющего аппарата, чтобы направлять вторичный поток вдоль оси двигателя, и конструктивные стойки, обеспечивающие соединение промежуточной ступицы с корпусом вентилятора.
Согласно решению, описанному в документе ЕР 1908923, лопатка направляющего аппарата содержит крепежную площадку, перо и замок пера. Корпус вентилятора содержит окружной паз, выполненный в его внутренней стенке с возможностью размещения в нем крепежной площадки. Последнюю крепят в пазу при помощи двух винтов. Эти крепежные винты завинчивают в площадку соответственно с каждой боковой стороны лопатки. На нижнем конце лопатки ее замок удерживается за счет посадки в отверстие, выполненное в промежуточной ступице.
Чтобы сохранять профиль вторичного тракта, образованного промежуточной ступицей и корпусом вентилятора, в крепежной площадке выполнены зенкованные гнезда для захождения в них головок винтов. В частности, эти зенкованные гнезда позволяют избежать выступания головок винтов во вторичный тракт. Чтобы восстановить профиль вторичного тракта, головки винтов и зенкованные гнезда покрывают эластомером.
Недостатком этого решения является то, что со временем эластомер отслаивается и открывает зенкованные гнезда, а также головки винтов. Хотя последние и не выступают во вторичный тракт, вторичный поток заходит в зенкованные гнезда и создает аэродинамические завихрения.
Кроме того, конструктивная стойка содержит на каждом из своих концов крепежную площадку с отверстиями. Один из ее концов жестко соединяют с корпусом вентилятора, а другой ее конец жестко соединяют с промежуточной ступицей при помощи винтов.
Аналогично направляющим лопаткам, чтобы соблюдать профиль вторичного тракта, образованного промежуточной ступицей и корпусом вентилятора, в крепежных площадках выполнены зенкованные гнезда для захождения головок винтов. Чтобы восстановить профиль вторичного тракта, головки винтов и зенкованные гнезда покрывают эластомером.
Так же, как и в случае направляющих лопаток, со временем эластомер отслаивается и открывает зенкованные гнезда, а также головки винтов. Вторичный поток заходит в зенкованные гнезда и создает аэродинамические завихрения.
Кроме того, использование направляющих аппаратов для направления вторичного потока вдоль оси двигателя и использование конструктивных стоек для обеспечения жесткого соединения промежуточной ступицы с корпусом вентилятора приводят к увеличению веса турбореактивного двигателя.
В этом контексте задачей изобретения является решение проблем вышеуказанных известных решений. Кроме того, изобретение призвано предложить, с одной стороны, направляющий аппарат, придающий тракту аэродинамический профиль, аэродинамические свойства которого не меняются с течением времени, и, с другой стороны, турбомашину, вес которой уменьшился.
В связи с этим объектом изобретения является направляющий аппарат для турбомашины, содержащий:
- внутреннюю обечайку и наружную обечайку, окружающую упомянутую внутреннюю обечайку, при этом, по меньшей мере, одна из упомянутых внутренней или наружной обечаек содержит первые отверстия;
- по меньшей мере, две лопатки направляющего аппарата, содержащие, каждая, по меньшей мере, на одинаковом первом конце крепежную площадку, содержащую вторые отверстия, расположенные напротив упомянутых первых отверстий; при этом упомянутые, по меньшей мере, две лопатки соединены, по меньшей мере, с одной из упомянутых внутренней или наружной обечаек при помощи, по меньшей мере, первого средства крепления, заходящего в упомянутые первые отверстия и упомянутые вторые отверстия.
Упомянутый направляющий аппарат дополнительно содержит перекрывающую площадку, перекрывающую упомянутое, по меньшей мере, первое средство крепления.
Благодаря наличию перекрывающей площадки, ни один элемент направляющего аппарата для турбомашины в соответствии с изобретением не выступает в тракт течения воздушного потока, который принимает направляющий аппарат. Наоборот, благодаря изобретению, профиль тракта сохраняется и является идеально гладким.
Кроме того, поскольку каждая лопатка жестко соединена первым концом с внутренней обечайкой и вторым концом с наружной обечайкой, больше нет необходимости в конструктивных стойках, которыми были оборудованы известные турбомашины. За счет этого вес турбомашины, оборудованной таким направляющим аппаратом, уменьшился. Кроме того, с учетом отсутствия конструктивных стоек облегчается сборка.
Кроме главных признаков, которые были упомянуты в предыдущем абзаце описания, направляющий аппарат для турбомашины в соответствии с изобретением может иметь один или несколько нижеследующих дополнительных признаков, рассматриваемых отдельно или в любых технически возможных комбинациях:
- упомянутая перекрывающая площадка содержит:
- верхнюю поверхность, образующую плоскость перекрывания, на уровне которой циркулирует воздух;
- нижнюю поверхность, образующую плоскость крепления, при этом упомянутая плоскость крепления содержит, по меньшей мере, один вырез, выполненный с возможностью взаимодействия с упомянутым, по меньшей мере, первым средством крепления для обеспечения удержания упомянутой перекрывающей площадки;
- упомянутая перекрывающая площадка содержит шип, выполненный на переднем конце упомянутой перекрывающей площадки, при этом упомянутый шип вставлен в паз, который выполнен в элементе, жестко соединенном с упомянутой внутренней обечайкой или с упомянутой наружной обечайкой;
- второе средство крепления расположено в упомянутом пазу, при этом упомянутый шип заходит в упомянутое второе средство крепления;
- упомянутое второе средство крепления содержит выступ;
- упомянутое первое средство крепления является винтом;
- упомянутая перекрывающая площадка выполнена из композиционного материала;
- упомянутый направляющий аппарат содержит множество лопаток, расположенных радиально по отношению к упомянутым внутренней обечайке и наружной обечайке.
Объектом изобретения является также турбомашина, содержащая направляющий аппарат согласно, по меньшей мере, одному из вышеупомянутых вариантов выполнения.
Объектом изобретения является также способ сборки направляющего аппарата согласно одному из вышеупомянутых вариантов выполнения, при этом упомянутый способ сборки включает в себя следующие последовательные этапы:
- упомянутые вторые отверстия упомянутых крепежных площадок упомянутых, по меньшей мере, двух лопаток располагают напротив упомянутых первых отверстий;
- упомянутые крепежные площадки удерживают, по меньшей мере, на одной из упомянутых внутренней или наружной обечаек при помощи упомянутого, по меньшей мере, первого средства крепления;
- упомянутый шип упомянутой перекрывающей площадки вставляют в упомянутый паз упомянутого кольца;
- при помощи упомянутого, по меньшей мере, одного средства крепления жестко соединяют упомянутую, по меньшей мере, первую обечайку или вторую обечайку, упомянутые крепежные площадки и упомянутую перекрывающую площадку.
Кроме того, перед упомянутым этапом вставления способ сборки в соответствии с изобретением может содержать этап позиционирования упомянутого второго средства крепления.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид турбомашины, содержащей направляющий аппарат в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - часть лопатки, входящей в состав направляющего аппарата в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 - перекрывающая площадка, входящая в состав направляющего аппарата в соответствии с изобретением.
Фиг. 4 - перекрывающая площадка, показанная на фиг. 3, установленная на направляющем аппарате в соответствии с изобретением.
Фиг. 5 - сборка двух элементов направляющего аппарата в соответствии с изобретением.
Фиг. 6 - два элемента, показанные на фиг. 5, после сборки.
Фиг. 7 - сборка нескольких элементов направляющего аппарата в соответствии с изобретением.
Фиг. 8 - элементы, показанные на фиг. 7, в сборе.
Фиг. 9 - схема различных этапов способа сборки направляющего аппарата в соответствии с изобретением.
Для упрощения на фигурах показаны только основные элементы, необходимые для понимания изобретения, причем схематично и без соблюдения масштаба. Кроме того, идентичные элементы на разных фигурах обозначены одинаковыми позициями.
В дальнейшем тексте описания, учитывая, что воздух поступает с входной стороны турбореактивного двигателя (или турбомашины) и проходит к его выходной стороне, при этом каждый элемент обозначен позицией «X», входная сторона каждого элемента обозначена позицией «X» с одним апострофом, а выходная сторона каждого элемента обозначена позицией «X» с двойным апострофом.
На фиг. 1 схематично показан двухконтурный турбореактивный двигатель 1. Этот двухконтурный турбореактивный двигатель 1 содержит, в частности, направляющий аппарат 2 в соответствии с изобретением. Кроме того, турбореактивный двигатель 1 содержит двигатель 3, спереди которого находится вентилятор 4, при этом двигатель 3 окружен наружной обечайкой 5 (образующей в представленном примере корпус вентилятора). Внутренняя обечайка 6 (образующая в данном примере кольцевую промежуточную ступицу) расположена вокруг двигателя 3 и внутри наружной обечайки 5. Внутри этого двухконтурного турбореактивного двигателя 1 входящий воздушный поток, нагнетаемый вентилятором 4, делится на первичный поток F1, который проходит через компрессор 7 низкого давления, лопатки которого расположены между двигателем 3 и внутренней обечайкой 6, и на вторичный поток F2, который проходит между внутренней обечайкой 6 и наружной обечайкой 5. Вторичный тракт 8 образован кольцевым пространством, находящимся между внутренней обечайкой 6 и наружной обечайкой 5. Направляющие лопатки 9, входящие в состав направляющего аппарата 2, расположены между внутренней обечайкой 6 и наружной обечайкой 5. Эти лопатки 9 направляющего аппарата имеют входную сторону 9 и выходную сторону 9.
Во время работы вентилятор 4 создает кольцевой воздушный поток с центральной первичной кольцевой частью, которая питает двигатель 3, вращающий вентилятор 4, и с наружной вторичной кольцевой частью, которая выбрасывается в атмосферу, создавая значительную часть тяги турбореактивного двигателя 1.
В направляющем аппарате 2 в соответствии с изобретением направляющая лопатка 9 содержит на первом конце 10 крепежную площадку 11 и на втором конце 12 крепежную площадку 11. Каждая крепежная площадка 11 имеет входную сторону 11 и выходную сторону 11.
На фиг. 2 показана часть лопатки 9 направляющего аппарата, при этом лопатка 9 закреплена на внутренней обечайке 6. Внутренняя обечайка 6 содержит множество первых радиальных отверстий 13.
В частности, лопатка 9 содержит на своем первом конце 10 крепежную площадку 11. Эта крепежная площадка 11 содержит четыре вторых отверстия 14 (из которых показаны только два). Согласно этому варианту выполнения с каждой боковой стороны лопатки 9 крепежная площадка 11 содержит по два вторых отверстия 14.
Вторые отверстия 14 расположены напротив первых отверстий 13, чтобы обеспечивать возможность жесткого соединения крепежной площадки 11 с внутренней обечайкой 6. Для этого используют первые средства 15 крепления для жесткого соединения крепежной площадки 11 с внутренней обечайкой 6.
В нашем примере и в дальнейшем тексте описания первые средства 15 крепления являются винтами.
На своем втором конце 12 лопатка 9 тоже содержит крепежную площадку 11, аналогичную вышеуказанной площадке, причем этот второй конец 12 жестко соединен с наружной обечайкой 5 аналогичным образом.
Предпочтительно жесткое соединение лопатки 9 с внутренней обечайкой 6 и с наружной обечайкой 5 обеспечивает две функции лопатки 9 направляющего аппарата.
Первая функция, уже известная, состоит в направлении вторичного потока, подаваемого вентилятором 4, вдоль оси двигателя 3 турбореактивного двигателя 1.
Вторая функция, новая, состоит в жестком соединении внутренней обечайки 6 с наружной обечайкой 5, и раньше эту функцию выполняли конструктивные стойки.
Предпочтительно при таком варианте выполнения конструктивные стойки, входившие в состав известных турбореактивных двигателей, больше не нужны. Таким образом, изобретение позволяет реализовать турбореактивные двигатели 1, имеющие меньший вес.
Кроме того, поскольку необходимость в конструктивных стойках отпала, стоимость изготовления снизилась и сборка облегчилась.
Однако головки винтов 15 выступают из крепежных площадок 11, что приводит к изменению профиля вторичного тракта 8, образованного наружной обечайкой 5 и внутренней обечайкой 6. Головки винтов 15 могут нарушать воздушный поток, циркулирующий во вторичном тракте 8.
Как показано на фиг. 3, для устранения этого недостатка направляющий аппарат 2 содержит перекрывающую площадку 16.
Перекрывающая площадка 16 содержит:
- верхнюю поверхность, образующую плоскость 17 перекрывания, при этом плоскость 17 перекрывания имеет форму, соответствующую форме профиля вторичного тракта 8;
- шип 18, расположенный на входном конце 16 перекрывающей площадки 16;
- нижнюю поверхность, образующую плоскость 19 крепления, соединенную соединительной стойкой 20 с нижней поверхностью 21 плоскости 17 перекрывания. Плоскость 19 крепления содержит, по меньшей мере, один вырез 22 (на фигуре показан только один), выполненный с возможностью взаимодействия с винтом 15 для обеспечения удержания перекрывающей площадки 16.
Как показано на фиг. 4, направляющий аппарат 2 в соответствии с изобретением дополнительно содержит элемент 23, жестко соединенный с внутренней обечайкой 6, и элемент 23 (не показан), жестко соединенный с наружной обечайкой 5. Этот первый элемент 23 содержит, в частности, окружной паз 24, выполненный с возможностью принимать шип 18. Элемент 23 расположен на входном конце 6 внутренней обечайки 6. Элемент 23 (непоказанный) тоже расположен на входном конце 5 наружной обечайки 5.
На фиг. 5 показан паз 24. Следует отметить, что второе средство 25 крепления располагают в пазу 24, при этом второе средство 25 крепления принимает шип 18. В примере, показанном на фиг. 5, это второе средство 25 крепления представляет собой очень тонкий лист из материала, который может деформироваться (более известен под названием фольги). Второе средство 25 крепления содержит выступ, выполненный с возможностью деформирования во время введения шипа 18 в паз 24 таким образом, чтобы выбирать зазор, который может оставаться между пазом 24 и шипом 18.
На фиг. 6 показан входной конец 16 перекрывающей площадки 16, причем этот входной конец 16 перекрывает винт 15. На фиг. 8 показан выходной конец 16 перекрывающей площадки 16, причем этот выходной конец 16 перекрывает два винта 15, каждый из которых участвует в жестком соединении одной лопатки 9. Каждый винт 15, расположенный на выходном конце 11 крепежной площадки 11, вставляют в вырез 22, затем во второе отверстие 14, после чего завинчивают в первом отверстии 13, находящемся напротив второго отверстия 14.
Направляющий аппарат 2 в соответствии с изобретением содержит множество направляющих лопаток 9, расположенных радиально по отношению к внутренней обечайке 6 и к наружной обечайке 5, и множество перекрывающих площадок 16, причем каждая перекрывающая площадка 16 расположена между двумя соседними лопатками 9.
Таким образом, после позиционирования каждая перекрывающая площадка 16 образует часть профиля вторичного тракта 8.
Далее со ссылками на фиг. 9 и фиг. 1-8 следует описание способа сборки направляющего аппарата 2 в соответствии с изобретением.
Для упрощения описания будем считать, что один элемент 23 жестко соединен с внутренней обечайкой 6 и один элемент 23 жестко соединен с наружной обечайкой 5.
Способ сборки содержит первый этап позиционирования 101 вторых отверстий 14 крепежных площадок 11 лопаток 9 напротив первых отверстий 13. В представленном примере вторые отверстия 14 каждой крепежной площадки 11, находящейся на первом конце 10 лопатки 9, располагают напротив первых отверстий 13 внутренней обечайки 6. Вторые отверстия 14 каждой крепежной площадки 11, находящейся на втором конце 12 лопатки 9, располагают напротив вторых отверстий 14 наружной обечайки 5.
Второй этап состоит в удержании 102 крепежных площадок 11, по меньшей мере, на одной из внутренней обечайки 6 или наружной обечайки 5 при помощи, по меньшей мере, одного средства 15 крепления. В частности, винты 15 вставляют во вторые отверстия 14, находящиеся на входном конце 11 крепежных площадок 11, и затем завинчивают в первые отверстия 12. С другой стороны, винты 15, которые необходимо вставлять во вторые отверстия 14, находящиеся на выходном конце 11 крепежных площадок 11, будут вставлены в ходе дальнейшего этапа.
Этот этап 102 удержания позволяет жестко соединить входной конец 11 крепежных площадок 11, которые:
- находятся на первых концах 10 лопаток 9, с внутренней обечайкой 6; и
- находятся на вторых концах 12 лопаток 9, с наружной обечайкой 5.
На третьем этапе 103 шип 18 каждой перекрывающей площадки 16 вставляют в паз 24 элемента 23, который закреплен на внутренней обечайке 6 или на наружной обечайке 5. Чтобы вставить перекрывающие площадки 16 в паз 24, их наклоняют в сторону входа.
Четвертый этап 104 состоит в жестком соединении внутренней обечайки 6, крепежных площадок 11 и перекрывающих площадок 16. Это жесткое соединение осуществляют при помощи средств 15 крепления. Для этого винты 15 располагают напротив вырезов 22, выполненных в перекрывающей площадке 16. Затем эти винты 15 вводят во вторые отверстия 14, после чего завинчивают в первые отверстия 13. Когда винты 15 завинчены, то за счет опоры головок винтов 15 на плоскость 19 крепления они заставляют перекрывающую площадку 16 откидываться в сторону выхода. После полного откидывания этой перекрывающей площадки 16 профиль вторичного тракта 8 полностью восстанавливается.
Дополнительный этап, осуществляемый перед этапом вставления 103, позволяет позиционировать 105 второе средство 25 крепления между пазом 24 и шипом 18. Таким образом, когда шип 18 вставляют в паз 24, второе средство 25 крепления, выполненное в виде листа из деформирующегося металла, обеспечивает соединение типа врезки между пазом 24 и шипом 18.
Направляющий аппарат в соответствии с изобретением находит свое преимущественное применение в турбомашинах, которые включают авиационные двигатели.
Разумеется, специалист может предусматривать различные версии направляющего аппарата в соответствии с изобретением, в частности, что касается формы перекрывающей площадки 16, не выходя при этом за рамки изобретения.