RU2175409C1

RU2175409C1 - Compressor of gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2175409C1
Application number: RU2000109809/06A
Authority: RU
Inventors: А.И. Тункин; В.А. Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to design of stator of gas- turbine engine compressor with radial clearance control system. Said compressor of gas-turbine engine has stator with outer body and inner body accommodating rings installed by means of "projection - slot" joint, and radial clearance control system which control clearances between stator and rotor. According to invention, inner body is made solid, and outer body is provided with axial split. Rings of guides-vanes assembles and working rings are segment ones, with sealing plates installed between adjacent segments in slots at I<L where 1 is axial length of "projection - slot" joint and L is axial clearance between trailing edge of vane of guide-vane assembly and leading edge of neighbor working blade. Owing to the fact that inner body of compressor on which working rings of guide-vane assemblies are secured is made solid, i.e. without horizontal split, minimum clearances between stator and rotor are provided. EFFECT: increased efficiency of multistage compressor, improved manufacturability owing to provision of controllability of radial clearances between stator and rotor. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям статора компрессора газотурбинного двигателя с системой управления радиальными зазорами. The invention relates to the field of engine building, and in particular to constructions of a stator of a compressor of a gas turbine engine with a radial clearance control system.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, статор которого выполнен с неразъемным наружным корпусом, а рабочие колеса и кольца направляющих аппаратов установлены на центрирующих оболочках, закрепленных на наружном корпусе [1]. A known compressor of a gas turbine engine, the stator of which is made with an integral outer casing, and the impellers and rings of the guide vanes are mounted on centering shells mounted on the outer casing [1].

Недостатком такой конструкции является отсутствие системы управления радиальными зазорами между статором и ротором и низкий КПД компрессора. The disadvantage of this design is the lack of a radial clearance control system between the stator and the rotor and low compressor efficiency.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является компрессор газотурбинного двигателя, статор которого имеет наружный корпус и внутренний корпус, в котором установлены кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором [2]. Closest to the claimed technical essence is a gas turbine engine compressor, the stator of which has an outer casing and an inner casing, in which rings of guide vanes and working rings are installed, as well as a radial clearance control system between the stator and the rotor [2].

Недостатком такой конструкции является низкий КПД компрессора, вызванный недостаточной управляемостью радиальными зазорами между статором и ротором, меняющимися в результате тепловой инерции рабочих колец и колец направляющих аппаратов. The disadvantage of this design is the low efficiency of the compressor, caused by insufficient controllability of the radial gaps between the stator and rotor, changing as a result of thermal inertia of the working rings and rings of the guide vanes.

Кроме того, такая конструкция не обеспечивает предварительную сборку неразборного ротора многоступенчатого компрессора с неразъемным внутренним корпусом. In addition, this design does not provide pre-assembly of a non-separable rotor of a multi-stage compressor with an integral inner casing.

Современные высоконапорные компрессоры выполняются многоступенчатыми (например, трехступенчатыми в двигателях ПС-90А) и требуют тщательной балансировки при сборке. Собранный и отбаллансированный ротор не подлежит разборке во избежание появления дисбаланса. Поступенчатая сборка компрессора (направляющий аппарат - рабочее колесо - направляющий аппарат и т.д.) исключается, т.к. такая сборка требует разборки ротора компрессора. Одновременно для обеспечения минимальных зазоров между статором и ротором внутренний корпус компрессора, на котором крепятся рабочие кольца и кольца направляющих аппаратов, должен выполняться неразъемным. Modern high-pressure compressors are multi-stage (for example, three-stage in PS-90A engines) and require careful balancing during assembly. The assembled and balanced rotor cannot be disassembled to prevent imbalance. The step-by-step assembly of the compressor (guiding apparatus - impeller - guiding apparatus, etc.) is excluded, because such an assembly requires disassembly of the compressor rotor. At the same time, to ensure minimum gaps between the stator and the rotor, the compressor inner casing, on which the working rings and guide vanes rings are mounted, must be integral.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД многоступенчатого компрессора и технологичности сборки за счет обеспечения управляемости радиальными зазорами между статором и ротором. The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of a multi-stage compressor and the manufacturability of the assembly by ensuring controllability of the radial gaps between the stator and the rotor.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем статор с наружным корпусом и внутренним корпусом, в котором установлены кольца с помощью соединения выступ - паз, а также систему управления радиальными зазорами между статором и ротором, согласно изобретению внутренний корпус выполнен неразъемным, а наружный корпус - с осевым разъемом, при этом кольца направляющих аппаратов и рабочие кольца выполнены сегментными, а между соседними сегментами в пазах расположены уплотнительные пластины, причем I < L, где I - осевая длина соединения выступ - паз; L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромкой соседней рабочей лопатки. The essence of the invention lies in the fact that in a compressor of a gas turbine engine containing a stator with an outer casing and an inner casing, in which the rings are mounted by means of a protrusion-groove connection, as well as a radial clearance control system between the stator and the rotor, according to the invention, the inner casing is integral. and the outer case - with an axial connector, while the rings of the guide vanes and the working rings are made segmented, and between the adjacent segments in the grooves there are sealing plates, m I <L, where I - the axial length of the protrusion compound - groove; L is the axial clearance between the outlet edge of the vanes of the guide vane and the inlet edge of the adjacent working vanes.

Выполнение внутреннего корпуса компрессора, на котором крепятся рабочие кольца и кольца направляющих аппаратов, неразъемным, т.е. без горизонтального разъема, позволяет обеспечить минимальные зазоры между статором и ротором. The execution of the compressor inner casing, on which the working rings and guide vanes rings are fixed, is one-piece, i.e. without a horizontal connector, allows for minimal gaps between the stator and the rotor.

Сборку неразъемного ротора с неразъемным внутренним корпусом возможно осуществить, лишь используя "чулочную" сборку компрессора, которая обеспечена осевым разъемом наружного корпуса и выполнением колец направляющих аппаратов и рабочих колец сегментными. При этом сегменты рабочих колец и направляющих аппаратов устанавливают по окружности в роторе компрессора и удерживаются за счет сил трения по уплотняющим пластинкам. The assembly of a one-piece rotor with a one-piece inner casing is possible only by using the “stocking” assembly of the compressor, which is provided with an axial connector of the outer casing and segmented guiding rings and working rings. In this case, the segments of the working rings and guide vanes are installed around the circumference in the compressor rotor and are held by friction forces along the sealing plates.

Неразъемный внутренний корпус путем осевой сдвижки надвигают на полученный "пакет", после чего кольца направляющих аппаратов крепят к внутреннему кольцу, который присоединяют к фланцу наружного корпуса. One-piece inner casing by axial sliding is pushed onto the resulting "package", after which the rings of the guide vanes are attached to the inner ring, which is attached to the flange of the outer casing.

Уплотнительные пластины между соседними сегментами выполняют технологическую функцию при сборке компрессора, фиксируя между собой сегменты направляющих аппаратов и рабочих колец, а также уплотняя осевые стыки между сегментами при работе двигателя. Sealing plates between adjacent segments perform a technological function when assembling a compressor, fixing segments of guide vanes and working rings between each other, as well as sealing axial joints between segments during engine operation.

Сборка компрессора осуществима лишь в случае выполнения условий L > I, где L - осевой зазор между выходной кромкой лопатки направляющего аппарата и входной кромки соседней рабочей лопатки; I - осевая длина соединения выступ - паз между кольцами направляющих аппаратов и рабочими кольцами. Compressor assembly is possible only if the conditions L> I are fulfilled, where L is the axial clearance between the outlet edge of the vanes of the guide vanes and the inlet edges of the adjacent working vanes; I - axial length of the protrusion - groove connection between the rings of the guide vanes and the working rings.

В заявляемой конструкции сегменты колец направляющих аппаратов и сегменты рабочих колец имеют возможность перемещаться совместно с внутренним корпусом и при этом не оказывают сопротивления изменению диаметра корпуса, т. к. сегменты устанавливают с окружными зазорами δ между собой, что обеспечивает управляемость радиальными зазорами между статором и ротором, повышая КПД компрессора. In the claimed design, the segments of the rings of the guide vanes and the segments of the working rings are able to move together with the inner housing and do not resist the change in the diameter of the housing, since the segments are installed with circumferential gaps δ between themselves, which ensures controllability of the radial gaps between the stator and the rotor increasing compressor efficiency.

На фиг. 1 представлен продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя; на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг. 2; фиг. 4 иллюстрирует порядок сборки компрессора. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a compressor of a gas turbine engine; in FIG. 2 - element I in FIG. 1 enlarged view; in FIG. 3 shows a section AA in FIG. 2; FIG. 4 illustrates the assembly order of the compressor.

Высоконапорный многоступенчатый компрессор 1 состоит из статора 2 и ротора 3. Статор 2 содержит разъемный вдоль оси по условиям сборки наружный корпус 4 и неразъемный внутренний корпус 5, к которому изнутри с помощью радиальных винтов 6 крепят сегментные кольца направляющих аппаратов 7 с направляющими лопатками 8. Кольца 7 с помощью соединения выступ - паз 9, а также с помощью осевых штифтов 10 фиксируют сегментные рабочие кольца 11. Отдельные сегменты колец направляющих аппаратов 7 и рабочих колец 11 выполнены с окружными зазорами между собой δ, которые уплотняются с помощью осевых пластин 12, вставленных в пазы 13. A high-pressure multi-stage compressor 1 consists of a stator 2 and a rotor 3. The stator 2 contains an outer casing 4, which is detachable along the axis according to the assembly conditions, and an integral inner casing 5, to which segment rings of guide vanes 7 with guide vanes 8 are attached from the inside using radial screws 6. 7, using the protrusion-groove 9 connection, and also using the axial pins 10, the segment working rings 11 are fixed 11. The individual segments of the rings of the guiding devices 7 and the working rings 11 are made with circumferential gaps between themselves torye sealed by means of axial plates 12, 13 inserted into the slots.

Внутренний корпус 5 с помощью болтов 14 крепится к фланцу 15, который в свою очередь крепится к наружному корпусу 4. The inner casing 5 is fastened with bolts 14 to the flange 15, which in turn is attached to the outer casing 4.

Для управления радиальными зазорами между статором 2 и ротором 3 выполнена система обдува внутреннего корпуса 5, состоящая из полости подвода воздуха 16, перфорированного дефлектора 17, полости обдува 18 и отверстий отвода воздуха 19. To control the radial gaps between the stator 2 and the rotor 3, a blowing system of the inner housing 5 is made, consisting of an air supply cavity 16, a perforated deflector 17, a blowing cavity 18 and air exhaust openings 19.

Ротор 3 компрессора 1, состоящий из дисков 20, рабочих лопаток 21 и промежуточных колец 22, выполнен неразборным при общей сборке компрессора. The rotor 3 of the compressor 1, consisting of disks 20, rotor blades 21 and intermediate rings 22, is made non-separable during the general assembly of the compressor.

Собирается и работает заявляемое устройство следующим образом. Assembled and operates the claimed device as follows.

Сегментные кольца направляющих аппаратов 7 и сегментные кольца рабочих колец 11 устанавливаются в ротор 3 между и над рабочими лопатками 21, фиксируясь между собой за счет сил трения по осевым уплотняющим пластинкам 12 и соединениям выступ - паз 9. The segment rings of the guiding devices 7 and the segment rings of the working rings 11 are installed in the rotor 3 between and above the working blades 21, being fixed to each other due to friction forces along the axial sealing plates 12 and the protrusion-groove 9 joints.

На полученную конструкцию надвигается неразъемный внутренний корпус 5 ("чулочная" сборка), который фиксируется болтами 14 к фланцу 15, который в свою очередь фиксируется болтами относительно наружного корпуса 4. Кольца направляющих аппаратов 7 фиксируется относительно корпуса 5 с помощью радиальных винтов 6. An integral inner case 5 (“hosiery” assembly) is pushed onto the resulting structure, which is fixed with bolts 14 to the flange 15, which, in turn, is fixed with bolts relative to the outer case 4. The guide vanes 7 are fixed relative to the case 5 using radial screws 6.

При запуске двигателя в полость подвода воздуха 16 подается холодный воздух, который через перфорированный дефлектор 17 обдувает снаружи внутренний корпус 5, за счет тепловой деформации которого и осуществляется регулирование радиального зазора Δ. Сегменты колец направляющих аппаратов 7 и сегменты рабочих колец 11 при этом перемещаются совместно с корпусом 5 и не оказывают сопротивления изменению диаметра корпуса 5, т.к. сегменты установлены с окружными зазорами δ между собой. When the engine is started, cold air is supplied into the air supply cavity 16, which, through a perforated deflector 17, blows outside the inner case 5, due to thermal deformation of which the radial clearance Δ is regulated. The segments of the rings of the guide vanes 7 and the segments of the working rings 11 are moved together with the housing 5 and do not resist the change in the diameter of the housing 5, because segments are installed with circumferential gaps δ between each other.

Пластинки 12 уплотняют окружные зазоры шириной δ от перетекания воздуха между ступенями. Пластинки 12 выполняют технологическую функцию при сборке компрессора, фиксируя между собой сегменты направляющих аппаратов 7 и рабочих колец 5, а также уплотняют осевые стыки между сегментами при работе двигателя. The plates 12 seal the circumferential gaps of width δ from the flow of air between the steps. The plates 12 perform a technological function when assembling the compressor, fixing the segments of the guiding devices 7 and the working rings 5 between each other, and also sealing the axial joints between the segments when the engine is running.

Источники информации
1. Вьюнов. С.А. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Машиностроение, 1989, стр. 106, рис. 3.43.Sources of information
1. Loaches. S.A. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. Engineering, 1989, p. 106, fig. 3.43.

2. Патент РФ N 2121082, МКИ F 04 D 29/56, F 02 C 7/20. 2. RF patent N 2121082, MKI F 04 D 29/56, F 02 C 7/20.

Claims

A gas turbine engine compressor comprising a stator with an outer casing and an inner casing, in which rings are mounted by means of a protrusion – groove connection, as well as a radial clearance control system between the stator and the rotor, characterized in that the inner casing is integral and the outer casing is axially a connector, while the rings of the guide vanes and the working rings are made segmented, and between the adjacent segments in the grooves there are sealing plates, where I <L, where I is the axial length of the protrusion-groove connection ; L is the axial clearance between the outlet edge of the vanes of the guide vane and the inlet edge of the adjacent working vanes.