RU2056544C1

RU2056544C1 - Stator of high pressure compressor

Info

Publication number: RU2056544C1
Application number: RU93008201A
Authority: RU
Inventors: И.В. Максимов; Н.М. Ошканов; А.И. Тункин
Original assignee: Акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: stator of high pressure compressor has housing 7 accommodating guide vane assemblies with stator vanes 9 secured in housing 7 and spacer rings 10 alternating with stator vanes. Ajacent rings and guide vane assemblies are connected by projection-slot joint, guide vane assemblies are split over circumference into sectors, spacer rings are also split over circumference into sectors whose number is equal to number of sectors of guide vane assemblies. Sectors of guide vane assemblies and spacer rings are secured on housing 7 by screws 22 Butt joints of sectors of adjacent members are arranged in staggered order. Butt joints of sectors are completely overlapped from sides by end faces of sectors of adjacent rings and guide vane assemblies. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно, к конструкции статора компрессора высокого давления с системой активного регулирования радиальных зазоров между ротором и статором. The invention relates to engine building, namely, to the design of the stator of a high pressure compressor with an active regulation system of radial gaps between the rotor and the stator.

Известен статор компрессора высокого давления турбореактивного двигателя, содержащий внутренний корпус, жестко закрепленные в нем направляющие аппараты со статорными лопатками и промежуточные кольца, а также наружный корпус, охватывающий внутренний корпус с образованием кольцевой полости между ними [1]
Недостатком данной конструкции является ограниченная возможность регулирования радиальных зазоров между статором и ротором компрессора.Known stator of a high-pressure compressor of a turbojet engine containing an inner casing, guide vanes with stator vanes and intermediate rings rigidly fixed therein, as well as an outer casing covering the inner casing with the formation of an annular cavity between them [1]
The disadvantage of this design is the limited ability to control the radial clearance between the stator and the compressor rotor.

Известен также статор многоступенчатого осевого компрессора авиационного турбореактивного двигателя, включающий направляющие аппараты, состоящие из отдельных, установленных в этом статоре лопаток, и промежуточных колец, выполненных зацело с элементами статора [2]
Однако данная конструкция имеет следующие недостатки:
узкий диапазон регулирования радиальных зазоров, не позволяющий обеспечивать достаточно высокие параметры двигателя;
неустраненные механические и термические напряжения между внутренними и наружными слоями конструкции, которые приводят к уменьшению ресурса статора;
низкая надежность и технологичность из-за наличия малонадежных уплотнительных элементов и наличия сложных деталей.Also known is the stator of a multi-stage axial compressor of an aircraft turbojet engine, including guiding apparatuses consisting of separate blades installed in this stator and intermediate rings made integrally with stator elements [2]
However, this design has the following disadvantages:
a narrow range of regulation of radial clearances, which does not allow providing sufficiently high engine parameters;
unrepaired mechanical and thermal stresses between the inner and outer layers of the structure, which lead to a decrease in the stator resource;
low reliability and manufacturability due to the presence of unreliable sealing elements and the presence of complex parts.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в одновременном повышении ресурса, надежности и технологичности статора в результате устранения механических и термических напряжений между внутренними и наружными слоями конструкции, увеличения диапазона регулирования радиальных зазоров между ротором и статором, а также отсутствия многочисленных уплотнительных элементов и элементов крепления лопаток. The technical problem to which the invention is directed is to simultaneously increase the life, reliability and manufacturability of the stator by eliminating mechanical and thermal stresses between the inner and outer layers of the structure, increasing the range of regulation of radial clearances between the rotor and stator, as well as the absence of numerous sealing elements and blade attachment elements.

Данная техническая задача решается за счет того, что в статоре компрессора высокого давления, содержащем корпус и расположенные в нем направляющие аппараты, закрепленные в корпусе, и чередующиеся в ними промежуточные кольца, причем соседние кольца и направляющие аппараты соединены между собой соединением выступ-паз, а направляющие аппараты разрезаны по окружности на сектора, согласно изобретению промежуточные кольца разрезаны по окружности на число секторов, равное числу секторов направляющего аппарата, при этом сектора направляющего аппарата и промежуточных колец закреплены на корпусе винтами, а стыки секторов соседних колец и направляющих аппаратов размещены в шахматном порядке. This technical problem is solved due to the fact that in the stator of the high-pressure compressor containing the casing and guide devices located therein, fixed in the casing, and intermediate rings alternating in them, and adjacent rings and guide devices are interconnected by a protrusion-groove connection, and the guiding devices are cut around the circumference into sectors, according to the invention, the intermediate rings are circumferentially cut into the number of sectors equal to the number of sectors of the guiding apparatus, while the guiding sectors apparatus and intermediate rings are fixed to the body with screws and joints sectors adjacent rings and guide vanes arranged in a checkerboard pattern.

Кроме того, стыки секторов сбоку полностью перекрыты торцами секторов соседних направляющих аппаратов. In addition, the joints of the sectors on the side are completely blocked by the ends of the sectors of the neighboring guide vanes.

На фиг. 1 изображена схема турбореактивного двухконтурного двигателя; на фиг. 2 узел I на фиг.1 (в увеличенном виде для статора с радиальной деформацией корпуса при помощи разности давлений); на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг. 4 узел I на фиг.1 (для статора с обдувом внутреннего корпуса воздухом); на фиг. 5 узел II на фиг.4 в увеличенном виде; на фиг.6 и 7 частичное окружное сечение по кольцу направляющего аппарата; на фиг. 8 схема расположения секторов колец в статоре компрессора; на фиг. 9 разрез Б-Б на фиг.6 (по стыку между секторами промежуточного кольца). In FIG. 1 shows a diagram of a turbojet dual-circuit engine; in FIG. 2 node I in figure 1 (in an enlarged view for a stator with radial deformation of the housing using the pressure difference); figure 3 section aa in figure 2; in FIG. 4 node I in figure 1 (for a stator with air blowing of the inner casing); in FIG. 5 node II in figure 4 in an enlarged view; 6 and 7, a partial circumferential section along the ring of the guide apparatus; in FIG. 8 arrangement of sectors of the rings in the compressor stator; in FIG. 9 section BB in Fig.6 (at the junction between the sectors of the intermediate ring).

Турбореактивный двухконтурный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор 2 низкого давления, компрессор 3 высокого давления, камеру 4 сгорания, турбину 5 высокого давления и турбину 6 низкого давления. The turbojet dual-circuit engine comprises a fan 1, a low pressure compressor 2, a high pressure compressor 3, a combustion chamber 4, a high pressure turbine 5 and a low pressure turbine 6.

Статор компрессора 3 высокого давления 3 содержит внутренний корпус 7, в котором жестко закреплены сектора 8 направляющих аппаратов со статорными лопатками 9 и чередующиеся с ними промежуточные кольца 10. Наружный корпус 11 охватывает внутренний корпус 7, снабжен патрубками 12 и жестко связан с внутренним корпусом радиальными фланцами 13 и 14. Кольцевая полость 15 между этими корпусами выполнена герметичной и сообщена с проточной частью 16 компрессора жиклерными отверстиями 17. Патрубки 12 снабжены заслонками 18 и сообщены с каналом 19 наружного контура двигателя (фиг. 2 и 3). The stator of the high-pressure compressor 3 includes an inner casing 7, in which sectors 8 of guide vanes with stator blades 9 and intermediate rings 10 alternating with them are rigidly fixed. The outer casing 11 covers the inner casing 7, is equipped with nozzles 12 and is rigidly connected to the inner casing by radial flanges 13 and 14. The annular cavity 15 between these bodies is sealed and connected to the compressor flow part 16 by nozzle openings 17. The nozzles 12 are provided with shutters 18 and are in communication with the external contact channel 19 cheers engine (Fig. 2 and 3).

Ротор компрессора высокого давления включает роторные лопатки 20, закрепленные на барабане ротора. The rotor of the high pressure compressor includes rotor blades 20 mounted on a rotor drum.

Сектора 8 направляющих аппаратов жестко закреплены на внутреннем корпусе винтами 22. Промежуточные кольца 10 жестко соединены с секторами 8 боковыми кольцевыми буртиками 23, выполненными на секторах 8 и расположенными в ответных кольцевых канавках соседних промежуточных колец 10. Sectors 8 of the guide vanes are rigidly fixed to the inner casing by screws 22. The intermediate rings 10 are rigidly connected to the sectors 8 by the side ring flanges 23, made on the sectors 8 and located in the reciprocal ring grooves of the adjacent intermediate rings 10.

Сектора 8 направляющих аппаратов и промежуточные кольца 10 разрезаны по окружности на равное число секторов 24 и 25 соответственно. Каждый сектор закреплен на внутреннем корпусе 7 одним винтом 22. Концы каждого из секторов 25 и 24 жестко зафиксированы между средними частями секторов соседних колец. Стыки секторов 24 и 25 соседних секторов 8 и 10 размещены в шахматном порядке. Sectors 8 of the guide vanes and intermediate rings 10 are cut around the circumference into an equal number of sectors 24 and 25, respectively. Each sector is fixed to the inner casing 7 with one screw 22. The ends of each of the sectors 25 and 24 are rigidly fixed between the middle parts of the sectors of adjacent rings. The joints of sectors 24 and 25 of neighboring sectors 8 and 10 are staggered.

По краям секторов 8 направляющих аппаратов радиально наружу от боковых буртиков 23 выполнены буртики 26 до контакта с внутренним корпусом 7, которые своими торцами полностью закрывают сбоку стыки между соседними секторами 25, что предотвращает утечку воздуха через эти стыки от последующих ступеней компрессора к предыдущим (фиг.9). On the edges of the sectors 8 of the guide vanes, flanges 26 are made radially outward from the side flanges 23 until they contact the inner casing 7, which with their ends completely cover the side joints between adjacent sectors 25, which prevents air leakage through these joints from subsequent compressor stages to the previous ones (Fig. nine).

При сборке компрессора на ротор, расположенный вертикально, устанавливают последовательно секторы 24 в сборе с направляющими лопатками 9 и секторы 25 колец 10. При этом кольцевые буртики 23 секторов 24 входят в кольцевые канавки секторов 25 соседних колец 10. Такая двойная центровка (по внутренней цилиндрической и наружной цилиндрической поверхностям) совместно с шахматным расположением стыков соседних секторов 24 и 25 обеспечивает фиксацию секторов в радиальном направлении относительно ротора. После установки секторов всех колец на них надвигают внутренний корпус 7 и закрепляют каждый сектор одним винтом 22 на внутреннем корпусе. When assembling the compressor, the sectors 24 assembled in series with the guide vanes 9 and sectors 25 of the rings 10 are sequentially mounted on the rotor. In this case, the annular flanges of 23 sectors 24 are included in the annular grooves of the sectors 25 of the adjacent rings 10. Such a double centering (along the inner cylindrical and external cylindrical surfaces) together with a checkerboard arrangement of the joints of adjacent sectors 24 and 25 provides fixation of the sectors in the radial direction relative to the rotor. After installing the sectors of all the rings, the inner case 7 is pushed onto them and each sector is fixed with one screw 22 on the inner case.

После запуска двигателя при переходе с режима малого газа на взлетный режим радиальные зазоры между ротором и статором уменьшаются. Так как заслонки 18 находятся в открытом положении, то давление в кольцевой полости 15 будет примерно равно давлению в канале 19 наружного контура двигателя. Поэтому под давлением все увеличивающегося перепада по обе стороны внутреннего корпуса 7, а также все увеличивающейся температуры воздуха в проточной части 16 компрессора внутренний корпус 7 расширяется быстрее, чем ротор. Ввиду этого радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются, что предотвращает задевание концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10. After starting the engine during the transition from idle to take-off mode, the radial clearances between the rotor and stator are reduced. Since the shutters 18 are in the open position, the pressure in the annular cavity 15 will be approximately equal to the pressure in the channel 19 of the outer circuit of the engine. Therefore, under the pressure of an increasing differential on both sides of the inner casing 7, as well as an increasing air temperature in the compressor flow path 16, the inner casing 7 expands faster than the rotor. In view of this, the radial clearances between the rotor and the stator increase, which prevents the ends of the rotor blades 20 from grazing into the intermediate rings 10.

При переходе двигателя на длительный крейсерский режим все заслонки 18 закрываются, и полость 15 становится герметичной. Поскольку она сообщена с проточной частью 16 жиклерными отверстиями 17, давление в ней становится равным статическому давлению в том месте проточной части 16, где расположены отверстия 17. Внутренний корпус 7 разгружается от действия силы перепада давления по обе его стороны. Корпус 7 при этом сжимается и радиальные зазоры становятся минимальными. Температура корпуса и ротора выравнивается. When the engine switches to a long cruising mode, all the shutters 18 are closed, and the cavity 15 becomes airtight. Since it is in communication with the flow part 16 of the nozzle openings 17, the pressure in it becomes equal to the static pressure at the place of the flow part 16 where the openings 17 are located. The inner housing 7 is unloaded from the action of the pressure differential on both sides. The housing 7 is compressed and the radial clearances become minimal. The temperature of the housing and rotor is equalized.

При переходе двигателя на режим малого газа температура воздуха в проточной части 16 резко уменьшается. При этом тонкостенный внутренний корпус 7 охлаждается быстрее, чем массивный ротор, поэтому возникает опасность врезания концов роторных лопаток 20 в промежуточные кольца 10 статора. When the engine enters the idle mode, the air temperature in the flow part 16 decreases sharply. In this case, the thin-walled inner casing 7 cools faster than a massive rotor, so there is a danger of cutting the ends of the rotor blades 20 into the intermediate rings 10 of the stator.

Для увеличения радиальных зазоров открываются заслонки 18, после чего давление в кольцевой полости 15 быстро падает до давления в канале 19 наружного контура. Внутренний корпус 7 под давлением разности давлений по обе стороны расширяется и радиальные зазоры между ротором и статором увеличиваются. To increase the radial clearances, shutters 18 are opened, after which the pressure in the annular cavity 15 rapidly drops to the pressure in the channel 19 of the external circuit. The inner casing 7 expands under pressure of the pressure difference on both sides and the radial clearances between the rotor and the stator increase.

При работе двигателя множество секторов 24 и 25, на которые разрезаны элементы 8 и 10, закрепленные на внутреннем корпусе 7 только одним винтом каждый, не ограничивают свободную радиальную деформацию корпуса 7 при температурах и силовых воздействиях на него. Крепежные винты 22 при этом не подвергаются дополнительным напряжениям. When the engine is running, many sectors 24 and 25, into which elements 8 and 10 are cut, mounted on the inner casing 7 with only one screw each, do not limit the free radial deformation of the casing 7 at temperatures and force impacts on it. The mounting screws 22 are not subjected to additional stresses.

Claims

1. STATOR OF A HIGH PRESSURE COMPRESSOR, comprising a housing and guide devices located therein, mounted on the housing, and intermediate rings alternating with them, wherein adjacent rings and guide devices are interconnected by a protrusion-groove connection, and the guide devices are cut around the circumference by the number of sectors equal to the number of sectors of the guide vane, while the sectors of the rings of the guide vane and intermediate rings are fixed to the casing with screws, and the joints of the sectors of adjacent rings and guide vans are times escheny staggered.

2. The stator according to claim 1, characterized in that the joints of the sectors are completely blocked by the ends of the sectors of adjacent guide vanes.