RU2241970C2

RU2241970C2 - Method of inspecting backlash of inner rings of ducted-fan engine forward channel

Info

Publication number: RU2241970C2
Application number: RU2002132783/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Крючков (RU); Ю.А. Крючков; Л.С. Колесникова (RU); Л.С. Колесникова; Н.И. Рокка (RU); Н.И. Рокка; В.А. Чирков (RU); В.А. Чирков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: diagnostics and inspection of ducted-fan aircraft engines.

SUBSTANCE: method includes removal of compressor cowling, removal of plugs from hatches for inspecting blades, installation of test-point provided with transient sleeve into hatches and measuring backlash by means of indicator or displacement transducer. Backlash of internal rings used for fixing internal necks of blades of ducted-fan is restricted in the direction of axis of rotation of compressor's rotor for the value being less or equal to 0,133 of axial gap between disc edge of compressor rotor, disposed up the flow, and edge of internal ring and for value being equal or less than maximal radial gap along peripheral part of rotor disc blades. In case the backlash of internal ring increases one of mentioned values engine should be withdrawn from exploitation.

EFFECT: safety exploitation; prolonged exploitation period of engines.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области диагностики и контроля турбовентиляторных авиационных двигателей в эксплуатации, а именно к контролю технического состояния компрессора высокого давления.The invention relates to the field of diagnostics and control of turbofan aircraft engines in operation, namely to control the technical condition of a high pressure compressor.

Известен способ диагностики деталей авиационного двигателя без разборки, включающий установку через специальные лючки бароскопа (эндоскопа) с гибким или жестким элементом (световодом) и визуальный осмотр лопаток трактовых стенок [1].A known method for diagnosing parts of an aircraft engine without disassembling, including installing through special hatches of a baroscope (endoscope) with a flexible or rigid element (light guide) and visual inspection of the blades of the path walls [1].

Недостатком известного способа является невозможность определения технического состояния поворотных направляющих аппаратов компрессора высокого давления турбовентиляторного двигателя для определения степени износа внутренних цапф поворотных направляющих лопаток кольцевых ступеней, увеличения радиальных зазоров по периферии роторных лопаток компрессора, достижения критического износа шарнирных узлов, выхода цапф из шарнирных узлов, что может привести к поломке лопаток и разрушению компрессора в эксплуатации.The disadvantage of this method is the inability to determine the technical condition of the rotary guide vanes of the high-pressure compressor of a turbofan engine to determine the degree of wear of the inner trunnions of the rotary guide vanes of the ring stages, increase the radial clearances around the periphery of the rotor blades of the compressor, achieve critical wear of the hinge assemblies, exit the trunnions from the hinge assemblies, which may cause damage to the blades and destruction of the compressor in operation.

Известен способ эксплуатации двухконтурного турбореактивного двигателя по его техническому состоянию путем определения отклонения параметров двигателя от исходных значений и определения по ним сроков технического обслуживания. При длительной эксплуатации двигателя периодически выводят двигатель на частоту вращения ротора низкого давления, близкую к полученной в начале эксплуатации, создают на турбине перепад давления, близкий к перепаду в начале эксплуатации на этой частоте вращения, измеряют частоту вращения ротора высокого давления, сравнивают ее со значением, полученным в начале эксплуатации, и при увеличении измеренного значения частоты вращения от значения в начале эксплуатации более чем на 1,5% промывают газовый тракт двигателя до уменьшения этого отклонения на 1,5-2,0% от полученного значения. Кроме того, для двигателей с поворотными направляющими аппаратами компрессора дополнительно измеряют значения углов поворота направляющих аппаратов компрессора в начале эксплуатации, а при длительной эксплуатации перед измерением частоты вращения ротора высокого давления устанавливают углы поворота направляющих аппаратов, близкими к их значению в начале эксплуатации.A known method of operating a dual-circuit turbojet engine according to its technical condition by determining the deviation of the engine parameters from the original values and determining the terms of maintenance. During long-term operation of the engine, the engine is periodically brought to the low-pressure rotor speed close to that obtained at the beginning of operation, a pressure drop is created on the turbine close to the differential at the beginning of operation at this speed, the high-pressure rotor speed is measured, compared with the value obtained at the beginning of operation, and when the measured value of the rotation speed increases from the value at the beginning of operation by more than 1.5%, the engine gas path is washed to reduce this onenia by 1.5-2.0% of the obtained value. In addition, for engines with rotary compressor guide vanes, the values of the rotation angles of the compressor guide vanes are additionally measured at the beginning of operation, and during long-term operation, the rotation angles of the guide vanes are set close to their values at the beginning of operation before measuring the rotational speed of the high pressure rotor.

Недостатком известного способа является то, что вследствие взаимного перемещения и вибраций, а также попадания абразивных частиц и пыли в компрессор происходит износ деталей в подвижных соединениях, что приводит к увеличенным люфтам и к нарушению расположения поворотных лопаток, к выходу цапфы из шарнирного узла, к поломке лопаток и к разрушению компрессора. Также недостатком является невозможность определения люфта внутренних колец для крепления внутренних цапф лопаток направляющих аппаратов компрессора, а также радиальных зазоров по периферии роторных лопаток, увеличение которых приводит к снижению тяги двигателя, увеличению расхода топлива, к помпажу компрессора и к повышенным вибрациям в эксплуатации.The disadvantage of this method is that due to mutual displacement and vibrations, as well as the ingress of abrasive particles and dust into the compressor, wear of parts in movable joints occurs, which leads to increased backlash and to a violation of the location of the rotary blades, to the exit of the pin from the hinge unit, to breakage blades and to the destruction of the compressor. Another disadvantage is the impossibility of determining the play of the inner rings for mounting the inner trunnions of the blades of the compressor guide vanes, as well as the radial clearances on the periphery of the rotor blades, the increase of which leads to a decrease in engine thrust, an increase in fuel consumption, to a surge of the compressor and to increased vibrations in operation.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора турбовентиляторного двигателя, включающий снятие капота компрессора, удаление заглушек из лючков для контроля лопаток, установку измерительного стержня с переходной втулкой в лючки и измерение люфта индикатором [3].Closest to the claimed invention is a method of controlling the backlash of the inner rings of the guide vanes of a turbofan engine compressor, including removing the compressor hood, removing plugs from the hatches for controlling the blades, installing a measuring rod with a transitional sleeve in the hatches and measuring the play by an indicator [3].

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является неполное использование возможностей ограничения люфта от величины осевого зазора между расположенным выше по потоку торцом роторного диска компрессора и торцом этого внутреннего кольца или ограничения люфта от величины максимального радиального зазора по периферии роторных лопаток роторного диска, при превышении которых двигатель от эксплуатации отстраняют.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is the incomplete use of the possibility of limiting the backlash from the value of the axial clearance between the upstream end of the compressor rotor disk and the end of this inner ring or limiting the backlash from the maximum radial clearance at the periphery of the rotor blades of the rotor disk, when exceeded the engine is removed from operation.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении безопасной эксплуатации двигателя и в возможности восстановления характеристик компрессора до тех показателей, какими они были в начале эксплуатации, путем ограничения люфта внутренних колец для крепления внутренних цапф лопаток направляющих аппаратов свыше определенных соотношений от величины осевого зазора между расположенным выше по потоку торцом роторного диска компрессора и торцом внутреннего кольца и от величины максимального радиального зазора по периферии роторных лопаток роторного диска до определенных соотношений, при достижении которых двигатель от эксплуатации отстраняют и отправляют на капитальный ремонт. Также технической задачей является уменьшение процента досрочно снятых с эксплуатации двигателей путем ограничения люфта внутренних колец направляющих аппаратов по меньшей мере от одного из вышеуказанных параметров - величины максимального радиального зазора по периферии роторных лопаток компрессора.The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at ensuring safe operation of the engine and in the possibility of restoring the characteristics of the compressor to those indicators that they were at the beginning of operation, by limiting the backlash of the inner rings for fixing the inner trunnions of the vanes of the guide vanes over certain ratios of the magnitude axial clearance between the upstream end of the compressor rotor disk and the end of the inner ring and the maximum o radial clearance around the periphery of the rotor blades of the rotor disk to certain ratios, upon reaching which the engine is removed from operation and sent for overhaul. Also, the technical task is to reduce the percentage of prematurely decommissioned engines by limiting the backlash of the inner rings of the guide vanes from at least one of the above parameters - the maximum radial clearance around the periphery of the compressor rotor blades.

Сущность технического решения заключается в том, что в способе контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора турбовентиляторного двигателя, включающем снятие капота компрессора, удаление заглушек из лючков для осмотра лопаток и трактовых стенок, установку измерительного стержня с переходной втулкой в лючки и измерение люфта индикатором или датчиком перемещений, согласно изобретению ограничивают люфт внутренних колец для крепления внутренних цапф лопаток направляющих аппаратов компрессора в направлении вдоль оси вращения его ротора не более 0,133 величины осевого зазора между расположенным выше по потоку торцом роторного диска компрессора и торцом внутреннего кольца и не более 0,999 величины максимального радиального зазора по периферии лопаток роторного диска, а при превышении люфта внутреннего кольца по меньшей мере с одним вышеуказанным соотношением двигатель от эксплуатации отстраняют.The essence of the technical solution lies in the fact that in the method of controlling the backlash of the inner rings of the guide vanes of the compressor of the turbofan engine, including removing the compressor hood, removing the plugs from the hatches for inspecting the blades and path walls, installing a measuring rod with an adapter sleeve in the hatches and measuring the play with an indicator or sensor movements, according to the invention limit the backlash of the inner rings for mounting the inner trunnions of the blades of the compressor guide vanes in the direction along the rotation of its rotor is not more than 0.133 of the axial clearance between the upstream end of the compressor rotor disk and the end of the inner ring and not more than 0.999 of the maximum radial clearance around the periphery of the rotor disk blades, and when the backlash of the inner ring is exceeded with at least one of the above ratio the engine is removed from operation.

Выполнение способа контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора таким образом, что ограничивают люфт внутренних колец для крепления внутренних цапф лопаток направляющих аппаратов компрессора в направлении вдоль оси вращения его ротора не более 0,133 величины осевого зазора между расположенным выше по потоку торцом роторного диска компрессора и торцом внутреннего кольца и не более 0,999 величины максимального радиального зазора по периферии лопаток роторного диска, а при превышении люфта внутреннего кольца по меньшей мере с одним вышеуказанным соотношением двигатель от эксплуатации отстраняют, обеспечивает возможность безопасной эксплуатации турбовентиляторных двигателей по техническому состоянию по меньшей мере до 8000 ч путем более точной установки углов поворота направляющих аппаратов близкими к значению в начале эксплуатации. Это обеспечивает также достаточно точное и своевременное прогнозирование ранних стадий помпажа компрессора и повышенного уровня вибраций двигателя вследствие увеличивающегося в эксплуатации люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора, а также уменьшает процент досрочно снятых с эксплуатации двигателей.The method for controlling the play of the inner rings of the compressor guide vanes in such a way that the gap of the inner rings for fastening the inner trunnions of the blades of the compressor guide vanes in the direction along the axis of rotation of its rotor is limited to not more than 0.133 of the axial clearance between the upstream end of the compressor rotor disk and the end of the inner rings and not more than 0.999 of the maximum radial clearance along the periphery of the blades of the rotor disk, and when the backlash of the inner ring is exceeded by less with at least one of the above ratios, the engine is removed from operation, it enables safe operation of turbofan engines according to the technical condition of at least 8000 hours by more accurately setting the rotation angles of the guide vanes close to the value at the beginning of operation. It also provides fairly accurate and timely forecasting of the early stages of compressor surging and an increased level of engine vibrations due to an increase in the play of the backlash of the inner rings of the compressor guide vanes, and also reduces the percentage of prematurely decommissioned engines.

На фиг.1 изображен двигатель в мотогондоле.Figure 1 shows the engine in a nacelle.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1.Figure 2 - element I in figure 1.

На фиг.3 - устройство для контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора.Figure 3 - device for controlling the play of the inner rings of the compressor guide vanes.

На фиг.4 – элемент II на фиг.3.Figure 4 - element II in figure 3.

Устройство 1 для контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора турбовентиляторного авиационного двигателя установлено в расположенном снаружи корпуса 2 компрессора специальном лючке 3 между лопатками 4 или 5 направляющих (поворотных) аппаратов 6, 7, имеющих заглушку 8, и предназначено для осмотра роторных лопаток 9, 10, 11, 12. Устройство 1 содержит поворотную втулку 13 и скрепленный с ней кронштейн 14 с измерительным микрометрическим индикатором 15, переходную втулку 16. Поворотная втулка 13 снабжена цанговым зажимом 17 и измерительным стержнем 18 с коромыслом 19. Поворотная втулка 13 и переходная втулка 16 скреплены между собой осями 20, а измерительный стержень 18 и коромысло 19 скреплены между собой штифтом 21 и попарно образуют между собой плоские шарнирные соединения, расположенные в одной плоскости. Коромысло 19 выполнено с выступами 22, 23, фиксирующими его относительно внутреннего кольца 24 или 25 в направлении вдоль оси 26 вращения его ротора с лопатками 9, 10, 11, 12. Тяга 27 предназначена для разворота коромысла 19 и захвата его выступов 22, 23 за внутреннее кольцо 24 или 25. Стрелками 28 показано направление знакопеременных усилий для проверки люфта 29 внутренних колец 24, 25. Кроме того, поз.30 - входной направляющий аппарат компрессора; поз.31 - неповоротные статорные лопатки компрессора; поз.32, 33 - осевой зазор между расположенными выше по потоку 34 торцами диска 35, 36 ротора компрессора и торцами внутреннего кольца 37 и 38; поз.39 - радиальный зазор по периферии лопаток 9, 10 роторного диска 35, 36.A device 1 for controlling the play of the inner rings of the guide vanes of a turbofan aircraft engine compressor is installed in a special hatch 3 located outside the compressor housing 2 between the vanes 4 or 5 of the guides (rotary) devices 6, 7 having a plug 8, and is intended for inspection of rotor vanes 9, 10 , 11, 12. The device 1 contains a rotary sleeve 13 and a bracket 14 attached to it with a measuring micrometer indicator 15, a transition sleeve 16. The rotary sleeve 13 is provided with a collet clamp 17 and measure tionary shaft 18 with a yoke 19. Rotatable sleeve 13 and the intermediate sleeve 16 are secured to each other the axles 20, and the measuring rod 18 and rocker arm 19 are fastened together in pairs, and the pin 21 form between them a flat articulations, arranged in one plane. The beam 19 is made with protrusions 22, 23, fixing it relative to the inner ring 24 or 25 in the direction along the axis of rotation 26 of its rotor with blades 9, 10, 11, 12. Link 27 is designed to turn the rocker 19 and capture its protrusions 22, 23 behind inner ring 24 or 25. Arrows 28 show the direction of alternating forces to check the play 29 of the inner rings 24, 25. In addition, pos.30 - compressor inlet guide apparatus; pos.31 - fixed rotor stator vanes of the compressor; Pos. 32, 33 — axial clearance between the upstream ends of the disk 35, 36 of the compressor rotor and the ends of the inner ring 37 and 38; Pos. 39 - radial clearance around the periphery of the blades 9, 10 of the rotor disk 35, 36.

Способ контроля люфта внутренних колец направляющих аппаратов компрессора турбовентиляторного двигателя осуществляется следующим образом. Ограничивают люфт 29 внутренних колец 24, 25 компрессора в направлении вдоль оси вращения 26 его ротора с лопатками 9, 10, 11, 12 не более 0,133 величины осевого зазора 32 или 33 между расположенным выше по потоку 34 торцом 35 или 36 диска ротора компрессора и торцом 37 или 38 внутреннего кольца 24 или 25 и не более 0,999 величины максимального радиального зазора 39, например, на дуге в 17 лопаток по периферии лопаток 9 или 10 роторного диска 35, 36. При превышении люфта 29 внутреннего кольца 24 или 25 по меньшей мере в соответствии с одним вышеуказанным соотношением двигатель от эксплуатации отстраняют.The control method of the backlash of the inner rings of the guide vanes of the turbofan compressor compressor is as follows. The backlash 29 of the compressor inner rings 24, 25 is limited in the direction along the axis of rotation 26 of its rotor with blades 9, 10, 11, 12 not more than 0.133 of the axial clearance 32 or 33 between the upstream end face 35 or 36 of the compressor rotor disk and the end face 37 or 38 of the inner ring 24 or 25 and not more than 0.999 of the maximum radial clearance 39, for example, on an arc of 17 blades along the periphery of the blades 9 or 10 of the rotor disk 35, 36. If the backlash 29 of the inner ring 24 or 25 is exceeded at least in accordance with one of the above engine ratios debarred from exploitation.

Источники информации:Sources of information:

1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. - М.: Машиностроение, 1981, с.27.1. Skubachevsky G.S. Aircraft gas turbine engines. - M.: Mechanical Engineering, 1981, p.27.

2. RU 2168163 С1, G 01 M 15/00, 16.12.1999.2. RU 2168163 C1, G 01 M 15/00, 12.16.1999.

3. Патент РФ №2193175, МКИ G 01 M 13/00, F 01 D 25/00 - прототип.3. RF patent No. 2193175, MKI G 01 M 13/00, F 01 D 25/00 - prototype.

Claims

A method of controlling the backlash of the inner rings of the turbofan engine compressor guide vanes, including removing the compressor hood, removing plugs from the hatches for inspecting the blades, installing a measuring rod with an adapter sleeve in the hatches and measuring the backlash with an indicator or displacement sensor, characterized in that they limit the backlash of the inner rings for mounting internal trunnions of compressor guide vanes in the direction along the axis of rotation of its rotor is not more than 0.133 of the axial clearance between the upstream end of the compressor rotor disk and the end of the inner ring and not more than 0.999 of the maximum radial clearance around the periphery of the rotor disk blades, and if the backlash of the inner ring is exceeded by at least one in accordance with the above ratio, the engine is removed from operation.