RU2157925C2

RU2157925C2 - Guide vanes of axial-flow compressor

Info

Publication number: RU2157925C2
Application number: RU98118940A
Authority: RU
Inventors: А.И. Тункин; Н.И. Рокка; В.Л. Сандрацкий
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-10-20

Abstract

FIELD: aircraft engine building, in particular, variable-setting guide vanes of turbine engine axial-flow compressor. SUBSTANCE: the variable guide vanes of the axial-flow compressor fixed in the outer casing by the upper trunnions, and in the inner shroud ring-by the lower trunnions through spherical and cylindrical bushings have split spherical and cylindrical bushings, and their surface conjugated layers are made of antifriction materials. The inner shroud ring may have a wavy shape, and the surface conjugated layers may be made of composite materials. EFFECT: enhanced stability of compressor operation at constant operating parameters due to reduced wear and friction coefficient of the inner bearing members of variable-setting vanes during engine operation. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а именно к конструкциям поворотного направляющего аппарата осевого компрессора ГТД. The invention relates to an aircraft engine, and in particular to structures of a rotary guide apparatus of an axial compressor of a gas turbine engine.

Известен направляющий аппарат осевого компрессора ГТД с двухсторонним креплением поворотных лопаток, в котором внутреннее кольцо (бандаж) образовано двумя полукольцами, а внутренние "бочкообразные" цапфы входят в цилиндрические гнезда, образованные полукольцами бандажа /1/. Known directing apparatus of an axial compressor GTE with double-sided mounting of rotary blades, in which the inner ring (band) is formed by two half rings, and the internal "barrel-shaped" trunnions enter into cylindrical nests formed by the half rings of the band / 1 /.

Недостатком известной конструкции является интенсивный износ сопрягаемых поверхностей цапф поворотных лопаток и внутреннего кольца, обусловленный повышенным удельным давлением в связи с линейным контактом этих деталей. A disadvantage of the known design is the intensive wear of the mating surfaces of the pivots of the rotary blades and the inner ring, due to the increased specific pressure due to the linear contact of these parts.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция поворотного входного направляющего аппарата (ВНА) осевого компрессора ГТД, в котором поворотные лопатки закреплены верхними цапфами в наружном корпусе, а внутренними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце /2/. Closest to the claimed one is the design of the rotary inlet guide vane (VNA) of the gas turbine engine compressor, in which the rotary blades are fixed by the upper trunnions in the outer casing, and the inner trunnions through spherical and cylindrical bushings - in a detachable inner ring / 2 /.

Однако воздействие вибрационных нагрузок и попадание абразивных частиц и грязи вместе с воздухом из проточной части двигателя в монтажный зазор приводят к износу сферических и цилиндрических втулок, а также цапф поворотных лопаток. По мере наработки двигателя износ этих элементов внутренней опоры прогрессирует, что приводит к нарушению устойчивой работы компрессора, т.е. ухудшению его параметров из-за увеличения утечек воздуха через зазоры и изменению угла установки поворотных лопаток. However, the impact of vibrational loads and the ingress of abrasive particles and dirt together with air from the engine flow part into the mounting gap lead to wear of spherical and cylindrical bushings, as well as pivots of rotary blades. As the engine runs, the wear of these elements of the internal support progresses, which leads to a violation of the stable operation of the compressor, i.e. the deterioration of its parameters due to increased air leaks through the gaps and a change in the angle of installation of the rotary blades.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении устойчивости работы компрессора при сохранении его рабочих параметров за счет снижения износа и коэффициента трения элементов внутренней опоры поворотных лопаток при работе двигателя. The technical problem to which the invention is directed is to increase the stability of the compressor while maintaining its operating parameters by reducing wear and the coefficient of friction of the elements of the internal support of the rotary blades during engine operation.

Эта задача решается за счет того, что в направляющем аппарате осевого компрессора с поворотными лопатками, закрепленными верхними цапфами в наружном корпусе, а нижними цапфами через сферические и цилиндрические втулки - в разъемном внутреннем кольце, согласно изобретению сферические и цилиндрические втулки выполнены разрезными, а их поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из антифрикционных материалов. This problem is solved due to the fact that in the guide apparatus of the axial compressor with rotary blades fixed by the upper trunnions in the outer casing, and the lower trunnions through spherical and cylindrical bushings - in a detachable inner ring, according to the invention the spherical and cylindrical bushings are made split and their surface mating layers are made of anti-friction materials.

Кроме того, разъемное внутреннее кольцо выполнено с волнообразным профилем, а поверхностные сопрягаемые слои изготовлены из композиционных материалов. In addition, the detachable inner ring is made with a wave-like profile, and the surface mating layers are made of composite materials.

Выполнение сферических и цилиндрических втулок разрезными позволяет при сборке направляющего аппарата "выбрать" зазоры и создать необходимый натяг по сопрягаемым поверхностям, который обеспечивает поворот лопаток направляющего аппарата при работе двигателя, тем самым повышая работоспособность элементов внутренней опоры лопаток без существенных износов сопрягаемых поверхностей, а значит и устойчивость работы компрессора при сохранении его рабочих параметров. The execution of spherical and cylindrical bushings split allows you to "select" the gaps when assembling the guide apparatus and create the necessary interference fit on the mating surfaces, which ensures rotation of the blades of the guide apparatus during engine operation, thereby increasing the operability of the elements of the inner support of the blades without significant wear of the mating surfaces, and therefore stability of the compressor while maintaining its operating parameters.

Изготовление сопрягаемых поверхностных слоев из антифрикционных композиционных материалов, имеющих низкий модуль упругости, позволяет снизить коэффициент трения по этим поверхностям и одновременно обеспечивает при сборке конструкции необходимую для создания натяга упругость сферических втулок. The manufacture of mating surface layers from antifriction composite materials having a low modulus of elasticity allows one to reduce the coefficient of friction on these surfaces and at the same time ensures the elasticity of spherical bushings necessary for creating an interference fit.

Применение композиционных материалов для изготовления поверхностных сопрягаемых слоев разрезных втулок позволяет реализовать возможность сопротивления упругой деформации при создании натяга по этим поверхностям за счет низкого модуля упругости используемого материала. The use of composite materials for the manufacture of surface mating layers of split sleeves allows the possibility of resistance to elastic deformation when creating interference on these surfaces due to the low modulus of elasticity of the material used.

Волнообразный профиль разъемного внутреннего кольца обеспечивает заранее заданный натяг по сопрягаемым поверхностям при затяжке винтов, соединяющих полукольца внутреннего кольца, до соприкосновения полуколец. The wave-like profile of the detachable inner ring provides a predetermined interference fit on the mating surfaces when tightening the screws connecting the half rings of the inner ring to the contact of the half rings.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами. The invention is illustrated by the following figures.

На фиг. 1 изображен продольный разрез части осевого компрессора с направляющим аппаратом заявляемой конструкции. In FIG. 1 shows a longitudinal section of part of an axial compressor with a guide apparatus of the claimed design.

На фиг. 2 показано сечение А-А по фиг. 1. In FIG. 2 shows section AA in FIG. 1.

Фиг. 3 показывает элемент 1 на фиг. 1, представляющий вариант исполнения разрезных втулок с накладками, изготовленными из композиционного антифрикционного материала типа "Даклен". FIG. 3 shows element 1 in FIG. 1, representing an embodiment of split sleeves with overlays made of a composite material of the Ducklen type.

На фиг. 4 - вариант исполнения, где сферическая разрезная втулка выполнена из антифрикционного материала, например графитофторопласта. In FIG. 4 is an embodiment where a spherical split sleeve is made of an antifriction material, for example, graphofluoroplastic.

Направляющий аппарат осевого компрессора содержит поворотные лопатки 1, установленные верхними цапфами с напрессованными на них втулками 2 во втулки 3 наружного кольца 4, а нижними цапфами через разрезные сферические 5 и разрезные цилиндрические 6 втулки в гнезда, образованные упругими полукольцами 7 и 8 внутреннего кольца с натягом, который обеспечивается затяжкой винтов 9 и гаек 10, установленных между цапфами лопаток 1 до соприкосновения полуколец 7 и 8 с волнообразным профилем. На контактных поверхностях Г и Д каждой пары трения 5 - 6 закреплены накладки 11, 12, изготовленные из антифрикционного композиционного материала с низким модулем упругости (типа "Даклен"). The axial compressor guide apparatus contains rotary blades 1 mounted by upper trunnions with bushings 2 pressed onto them into bushings 3 of the outer ring 4, and lower trunnions through split spherical 5 and split cylindrical 6 bushings into sockets formed by elastic half rings 7 and 8 of the inner ring with interference , which is ensured by tightening the screws 9 and nuts 10 installed between the trunnion pins of the blades 1 until the half rings 7 and 8 come in contact with the wave-like profile. On the contact surfaces G and D of each friction pair 5 - 6 are fixed pads 11, 12 made of an antifriction composite material with a low modulus of elasticity (such as "Ducklen").

Второй вариант исполнения предусматривает изготовление сферической втулки 5 целиком из антифрикционного материала с низким модулем упругости, например графитофторопласта. The second embodiment provides for the manufacture of a spherical sleeve 5 entirely of an antifriction material with a low modulus of elasticity, for example graphofluoroplastic.

Сферические 5 и цилиндрические 6 втулки установлены при сборке аппарата таким образом, чтобы разрезы втулок 5, 6 располагались на участках, наименее подверженных нагрузкам при работе двигателя, и не препятствовали затяжке винтов 9, т.е. сферические втулки 5 - в плоскости Б разъема полуколец 7, 8, а цилиндрические 6 - в плоскости В наибольшей жесткости пера лопатки 1, т.е. параллельно хорде лопатки 1. Накладки 11, 12 контактируют без зазоров с поверхностями Г и Д втулок 5 и 6 и скреплены (склеены) со втулками 5, 6 по поверхностям Е, Ж. The spherical 5 and cylindrical 6 bushings are installed during assembly of the apparatus so that the cuts of the bushings 5, 6 are located in areas that are less subject to stresses during engine operation and do not interfere with the tightening of the screws 9, i.e. spherical bushings 5 are in the plane B of the connector of the semicircles 7, 8, and cylindrical 6 in the plane B of the greatest stiffness of the feather blade 1, i.e. parallel to the chord of the blade 1. The pads 11, 12 are in contact without gaps with the surfaces G and D of the bushes 5 and 6 and are bonded (glued) with the bushes 5, 6 on the surfaces E, G.

В процессе работы двигателя лопатка 1 прогибается под действием газовых сил, увлекая за собой подвешенные на внутренних цапфах лопаток полукольца 7 и 8, создавая контактное давление на сопрягаемых поверхностях Г и Д сферических 5 и цилиндрических 6 втулок - деталей опор внутренних цапф лопаток 1. При этом отсутствие зазора в подвижных соединениях значительно уменьшает износ по поверхностям Г и Д втулок 5 и 6 под влиянием вибрации и устраняет попадание посторонних частиц и грязи на эти поверхности. In the process of engine operation, the blade 1 bends under the action of gas forces, entraining half-rings 7 and 8 suspended on the inner trunnions of the blades, creating contact pressure on the mating surfaces G and D of spherical 5 and cylindrical 6 bushings - parts of the supports of the inner trunnions of the blades 1. At the same time the absence of a gap in the movable joints significantly reduces wear on the surfaces G and D of the bushings 5 and 6 under the influence of vibration and eliminates the ingress of foreign particles and dirt on these surfaces.

Наличие в сопряжениях антифрикционных сферических втулок 5 или антифрикционных накладок 11, 12 с низким модулем упругости, снижая коэффициент трения, обеспечивает возможность управления поворотом лопаток 1 при смене режимов работы двигателя с сохранением рабочих параметров компрессора. The presence in the mates of anti-friction spherical bushings 5 or anti-friction linings 11, 12 with a low modulus of elasticity, reducing the coefficient of friction, provides the ability to control the rotation of the blades 1 when changing engine operating modes while maintaining the compressor operating parameters.

Источники информации:
1. Г.С. Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели, М, 1974, стр. 57, рис. 3.07 в.Sources of information:
1. G.S. Skubachevsky. Aircraft gas turbine engines, M, 1974, p. 57, Fig. 3.07 in.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30 III серии. Техническое описание, Пермь, 1986 г., стр. 45, рис. 2. 10 на вклейке. 2. Aircraft dual-circuit turbojet engine D-30 III series. Technical Description, Perm, 1986, p. 45, Fig. 2. 10 on the sticker.

Claims

1. The guide apparatus of the axial compressor with rotary blades fixed by the upper trunnions in the outer casing, and the lower trunnions through spherical and cylindrical bushings - in a detachable inner ring, characterized in that the spherical and cylindrical bushings are made split, and their surface mating layers are made of antifriction materials.

2. The guiding apparatus of the axial compressor according to claim 1, characterized in that the half rings of the detachable inner ring are made with a wave-like profile, and the surface mating layers are made of composite antifriction materials.