RU2661437C1 - Wide-chord fan blade of gas-turbine engine - Google Patents
Wide-chord fan blade of gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661437C1 RU2661437C1 RU2017137213A RU2017137213A RU2661437C1 RU 2661437 C1 RU2661437 C1 RU 2661437C1 RU 2017137213 A RU2017137213 A RU 2017137213A RU 2017137213 A RU2017137213 A RU 2017137213A RU 2661437 C1 RU2661437 C1 RU 2661437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- titanium
- power elements
- bearing power
- aluminum
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
- F04D29/388—Blades characterised by construction
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора ГТД (газотурбинного двигателя) с демпфером для гашения вибраций.The invention relates to mechanical engineering, namely to hollow wide-chord blades of a gas turbine engine fan (gas turbine engine) with a damper for damping vibrations.
Повышение надежности путем предупреждения усталостных повреждений рабочих лопаток является актуальной задачей современного авиадвигателестроения. Возникновение этих повреждений во многом определяется уровнем вибрационных напряжений в лопатках во всем диапазоне режимов эксплуатации двигателя. Одним из важнейших факторов, снижающих уровень этих напряжений, является демпфирующая способность лопаток, которая определяется энергией, рассеянной в обтекающем газовом потоке (аэродемпфирование), в материале, и за счет конструкционного демпфирования в замковом соединении, и в контакте бандажных или антивибрационных полок для ступеней с этими полками.Improving reliability by preventing fatigue damage to rotor blades is an urgent task of modern aircraft engine manufacturing. The occurrence of these damage is largely determined by the level of vibrational stresses in the blades in the entire range of engine operating modes. One of the most important factors reducing the level of these stresses is the damping ability of the blades, which is determined by the energy dissipated in the flowing gas stream (air damping) in the material, and due to structural damping in the castle connection, and in the contact of the retaining or anti-vibration shelves for steps with these shelves.
Вентиляторы современных авиационных газотурбинных двигателей выполняются с широкохордными титановыми рабочими лопатками без антивибрационных полок, часто имеют пустотелую конструкцию пера лопатки. Конструкционное демпфирование (в замке лопатки) и демпфирование в материале этих лопаток мало, а аэродинамическое демпфирование резко падает на нерасчетных режимах (см. Б.Ф. Шорр, Г.В. Мельникова, Н.Н. Серебряков «Разработка технологий демпфирования колебаний рабочих лопаток турбин ТВД», ТО №13496, 2009).Fans of modern aviation gas turbine engines are made with wide-chord titanium working blades without anti-vibration shelves, often have a hollow blade design of the blade. Structural damping (in the blade lock) and damping in the material of these blades are small, and aerodynamic damping drops sharply in off-design modes (see BF Shorr, GV Melnikova, NN Serebryakov “Development of technology for damping vibrations of working blades turbines of TVD ”, TO No. 13496, 2009).
Поэтому для предотвращения опасных резонансных колебаний лопаток применяют специальные демпфирующие устройства. В абсолютном большинстве известных случаев это устройства конструкционного демпфирования, у которых энергия рассеивается за счет работы сил сухого (кулонова) трения между контактирующими поверхностями при их взаимном упругом проскальзывании в процессе колебаний.Therefore, to prevent dangerous resonant vibrations of the blades, special damping devices are used. In the vast majority of known cases, these are structural damping devices in which the energy is dissipated due to the work of the forces of dry (Coulomb) friction between the contacting surfaces during their mutual elastic slippage during oscillations.
Выбор этого вида демпфирования выбран потому, что его использование позволяет создавать специальные демпфирующие устройства, обеспечивающие оптимальный уровень демпфирования рабочих лопаток турбомашин при конструктивных параметрах демпфирующих устройств. Под конструктивными параметрами здесь понимаются параметры, не существенно (допустимо) ухудшающие габаритные, массовые, технологические, конструктивные характеристики рабочих колес турбомашины и при этом улучшающие эксплуатационные характеристики этих колес и турбомашины в целом. Выбор в пользу этого вида демпфирования сделан уже в самых ранних разработках этих устройств.The choice of this type of damping was chosen because its use allows you to create special damping devices that provide an optimal level of damping of the blades of turbomachines with the design parameters of damping devices. Here, by design parameters are meant parameters that do not substantially (permissible) degrade the overall, mass, technological, design characteristics of the impellers of the turbomachine and at the same time improve the operational characteristics of these wheels and the turbomachine as a whole. The choice in favor of this type of damping was made already in the earliest developments of these devices.
Известна рабочая лопатка вентилятора по А. Св. СССРР №1147097, МПК F01D 29/38, опубл. 10.12.2005 г.Known fan blade according to A. St. USSR No. 1147097, IPC F01D 29/38, publ. December 10, 2005
Рабочая лопатка вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержит полое перо и расположенный в его полости сотовый наполнитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы путем улучшения демпфирующих свойств, в ячейках сотового наполнителя размещены грузики.The rotor blade of a double-circuit turbojet engine fan contains a hollow feather and a honeycomb filler located in its cavity, characterized in that, in order to increase the reliability of operation by improving damping properties, weights are placed in the honeycomb filler cells.
Лопатка хорошо демпфирует вибронагрузки, но не работоспособна при больших частотах вращения, т.к. не выдерживает большие центробежные нагрузки вследствие большого веса и малого поперечного сечения оболочки.The blade damps vibration loads well, but is not operational at high speeds, because does not withstand large centrifugal loads due to the large weight and small cross-section of the shell.
Известна композитная лопатка вентилятора по патенту РФ на изобретение №2334750, МПК F04D 29/38, опубл. 20.03.2010 г.Known composite fan blade according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2334750, IPC F04D 29/38, publ. March 20, 2010
Эта композитная лопатка преимущественно для вентиляторов авиационных двигателей, состоит из комля и лопасти, содержащей сердечник, формирующий внутреннюю пространственную геометрию лопатки, внешние и внутренние слои композиционного армированного материала, наложенные на сердечник соответственно с обеих его выпуклой и вогнутой сторон, и формирующие внешнюю геометрию лопатки, сердечник выполнен из двух частей - комлевой части из легкого и жесткого материала, например пенопласта, и лопастной части из прочного жесткого материала, например минералокомпозита, при этом комлевая и лопастные части связаны между собой клеевым соединением.This composite blade mainly for aircraft engine fans, consists of a butt and a blade containing a core forming the internal spatial geometry of the blade, the outer and inner layers of composite reinforced material superimposed on the core from both its convex and concave sides, respectively, and forming the external geometry of the blade. the core is made of two parts - the butt part of a light and hard material, such as polystyrene, and the blade part of a durable hard material, for example er mineralocomposite, while the butt and lobed parts are interconnected by adhesive.
Недостатки: низкая прочность.Disadvantages: low strength.
Известна лопатка вентилятора по патенту РФ на изобретение №2269034, МПК F04D 29/38, опубл. 27.01.2006 г.Known fan blade according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2269034, IPC F04D 29/38, publ. January 27, 2006
Лопатка вентилятора содержит металлическую профильную часть, имеющую выемку, расположенную на ее первой стороне и содержащую связанный с ней наполнитель. Выемка содержит множество ячеек, разделенных соответствующими ребрами, которые утоплены в наполнитель.The fan blade contains a metal profile part having a recess located on its first side and containing a filler associated with it. The recess contains many cells, separated by corresponding ribs, which are recessed into the filler.
Недостаток: плохое противодействие лопаток центробежным нагрузкам.Disadvantage: poor resistance of the blades to centrifugal loads.
Известно также демпфирующее устройство (патент США №5205714, 27.04.1993), действие которого основано на рассеянии энергии колебаний лопатки за счет работы сил сухого трения, возникающих при контакте малоподвижного элемента демпфирующего устройства с участком тела колеблющейся лопатки, расположенным внутри ее ножки или в области замкового соединения. Для создания контактного давления используются пружины или другие упругие элементы.A damping device is also known (US patent No. 5205714, 04/27/1993), the action of which is based on the dissipation of the energy of the vibrations of the blade due to the work of the dry friction forces arising from the contact of the inactive element of the damping device with the body part of the vibrating blade located inside its legs or in castle connection. To create contact pressure, springs or other elastic elements are used.
Заметим, что при одном и том же контактном давлении демпфирующее устройство по а.с. СССР 333277, МПК F01D 5/16, опубл. 21.03.1972 г. будет рассеивать в разы большую энергию, чем демпфирующее устройство по патенту США №5205714 за счет в разы большего суммарного взаимного проскальзывания контактирующих поверхностей.Note that at the same contact pressure, a damping device in accordance with a.s. USSR 333277, IPC F01D 5/16, publ. 03/21/1972 will dissipate at times greater energy than the damping device according to US patent No. 5205714 due to the significantly greater total mutual slippage of the contacting surfaces.
Известно также демпфирующее устройство (патент США №6283707, 04.09.2001), использующие для создания контактного давления центробежную силу инерции от вращения рабочего колеса элементов конструкции, размещенных внутри пера или замка лопатки, через упругие элементы.A damping device is also known (US Pat. No. 6,283,707, 09/04/2001), using centrifugal inertia from the rotation of the impeller of structural members placed inside the pen or paddle blade to create contact pressure through elastic elements.
Числа оборотов вентиляторов двухконтурных авиационных двигателей лежат в диапазоне n=3000÷8300 об/мин (причем нижние значения этих оборотов характерны для гражданских двигателей с большой степенью двухконтурности, а верхние для военных). Масса элемента, размещенного в замке или пере лопатки, не велика и едва ли в большинстве практических случаев превысит 50÷100 г. Поэтому величина создаваемой таким элементом центробежной силы в указанном диапазоне оборотов во многих практических случаях может оказаться недостаточной для создания такой настройки демпфера, которая бы эффективно гасила колебания лопатки.The fan speeds of dual-circuit aircraft engines lie in the range n = 3000 ÷ 8300 rpm (the lower values of these speeds are typical for civil engines with a large degree of double-circuit, and the upper ones for military). The mass of the element placed in the lock or blade of the blade is not large and will hardly exceed 50 ÷ 100 g in most practical cases. Therefore, the magnitude of the centrifugal force generated by such an element in the indicated speed range in many practical cases may be insufficient to create such a damper setting that would effectively dampen vibrations of the scapula.
Известно также устройство демпфирования широкохордных рабочих лопаток вентилятора (см. патент РФ №2461717 РФ, МПК F01D 5/26, F01D 25/06, опубл. 20.09.2012 г. Устройство демпфирования колебаний широкохордных лопаток вентиляторов с большой конусностью втулки и вентилятор газотурбинного двигателя/ Б.Ф. Шорр, Н.Н. Серебряков, М.А. Морозов. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2A61717/html), расположенное между рабочим колесом и бустером подпорных ступеней вентилятора, содержит кольцеобразную металлическую пластину, крепящуюся снаружи к диску вентилятора и/или к бустеру и изогнутые профилированные элементы. Элементы выступают соответственно каждой рабочей лопатке над кольцеобразной пластиной по ее внешнему диаметру. Каждый из элементов включает упругую часть и фрикционную часть, отогнутую от упругой и загнутую в направлении внутреннего диаметра кольцеобразной металлической пластины. Элементы выполнены с возможностью прижатия фрикционной части к ответной торцовой поверхности ножки лопатки центробежной силой вентилятора без совершения совместных колебаний для создания силы трения, демпфирующей колебания лопатки.It is also known a device for damping wide-chord rotor blades of a fan (see RF patent No. 2461717 of the Russian Federation, IPC F01D 5/26, F01D 25/06, published September 20, 2012. A device for damping vibrations of wide-chord fan blades with a large taper of the hub and a gas turbine engine fan / BF Shorr, NN Serebryakov, MA Morozov. - http://www.findpatent.ru/patent/246/2A61717/html), located between the impeller and the booster of the retaining stages of the fan, contains an annular metal plate mounted externally to the fan disk and / or to the booster and curved profiled elements. Elements protrude respectively to each working blade above the annular plate in its outer diameter. Each of the elements includes an elastic part and a friction part, bent from the elastic and bent in the direction of the inner diameter of the annular metal plate. The elements are made with the possibility of pressing the friction part to the mating end surface of the blade legs by centrifugal fan force without performing joint vibrations to create a friction force damping the blade vibrations.
Жесткость крепления элемента к диску вентилятора и/или к бустеру не допускает совместных колебаний устройства и ножки лопатки. Достигается повышение надежности демпфирования колебаний широкохордных лопаток вентилятора с большой конусностью втулки за счет создания силы трения при перемещениях фрикционного элемента устройства и наружной поверхности торца ножки лопатки.The rigidity of fastening the element to the fan disk and / or to the booster does not allow joint vibrations of the device and the blade legs. EFFECT: increased reliability of damping of vibrations of wide-chord fan blades with a large taper of the sleeve due to the creation of friction force when moving the friction element of the device and the outer surface of the end face of the blade legs.
Формулировка этой формулы изобретения содержит грубые неточности. Так утверждение, что фрикционная часть прижимается к ответной торцовой поверхности ножки лопатки центробежной силой вентилятора неточно, потому, что неясно какая это сила. Лопатки вентилятора создают центробежные силы, действующие на вентилятор, но как ясно из анализа конструкции предложенного устройства, эти силы не создают сдавливающей нагрузки между фрикционной частью устройства и торцом ножки лопатки. Эта нагрузка в этом устройстве создается небольшой долей центробежной силы, создаваемой в основном массой отогнутой части фрикционного элемента (см. ниже). Термин «несовместные колебания», по нашему мнению, не удачен и не точен, так как при наличии ненулевых сил трения на контактных поверхностях на каждом размахе системы «лопатка - демпфирующее устройство», в начале каждого размаха, будет этап, где элементы системы деформируются «совместно», как единое целое. Принципиально возможными являются и этапы деформации системы, на которых происходит постепенное расширение зоны взаимных упругих проскальзываний с сухим трением на контактных поверхностях элементов. Да и на этапе полного расслоения системы колебания ее элементов в строгом смысле не перестают быть совместными, так как и на этом этапе остаются справедливыми некоторые условия совместности деформации ее элементов.The wording of this claims contains gross inaccuracies. So the statement that the friction part is pressed against the mating end surface of the blade leg by the centrifugal force of the fan is inaccurate, because it is not clear what kind of force it is. The fan blades create centrifugal forces acting on the fan, but as is clear from the analysis of the design of the proposed device, these forces do not create a compressive load between the friction part of the device and the end face of the blade legs. This load in this device is created by a small fraction of the centrifugal force created mainly by the mass of the bent part of the friction element (see below). The term “incompatible vibrations”, in our opinion, is not successful and not accurate, because if there are non-zero friction forces on the contact surfaces on each span of the “blade - damping device” system, at the beginning of each span there will be a stage where the elements of the system are deformed “ together "as a whole. The stages of deformation of the system are also fundamentally possible, during which a gradual expansion of the zone of mutual elastic slippage with dry friction occurs on the contact surfaces of the elements. And at the stage of complete stratification of the system, the vibrations of its elements in the strict sense do not cease to be joint, since at this stage some conditions for the compatibility of deformation of its elements remain valid.
Кроме описанных выше смысловых неточностей демпфирующее устройство по патенту РФ №2461717 РФ имеет ряд недостатков.In addition to the above semantic inaccuracies, the damping device according to the patent of the Russian Federation No. 2461717 of the Russian Federation has several disadvantages.
Как указывалось выше, внутри лопатки может быть размещен демпфер, у которого суммарная величина взаимных проскальзываний с сухим трением на его контактных поверхностях будет в разы больше, чем величина аналогичного проскальзывания демпфера, контактирующего с внешней поверхностью лопатки (например, демпфера по патенту РФ №2461717 РФ), и при одной и той же величине сдавливающей нагрузки, при той же форме и амплитуде колебаний лопатки, демпфер, размещенный внутри лопатки на каждом размахе колебаний будет рассеивать больше энергии, чем демпфер, рассеивающий энергию только за счет работы сил сухого трения на взаимных проскальзываниях его контактной поверхности относительно внешней поверхности лопатки, и, следовательно, обеспечит более высокую надежность демпфирования.As indicated above, a damper can be placed inside the blade, in which the total amount of mutual slippage with dry friction on its contact surfaces will be several times greater than the value of the similar slip of the damper in contact with the outer surface of the blade (for example, a damper according to RF patent No. 2461717 of the Russian Federation ), and with the same amount of compressive load, with the same shape and amplitude of the blade’s vibrations, the damper placed inside the blade on each oscillation span will dissipate more energy than the damper, dissipating energy only due to the work of dry friction forces on the mutual slippage of its contact surface relative to the outer surface of the blade, and, therefore, will provide higher damping reliability.
Так из текста его описания следует, что демпфирующее устройство применяется для гашения колебаний лопаток вентилятора, изготовленных из титана.So from the text of his description it follows that the damping device is used to damp the vibrations of fan blades made of titanium.
Широко известно, что титан плохо работает на сухое трение. При сухом трении в паре «титан - металл», например, в паре «титан - сталь», частицы титана вырываются из титанового элемента и налипают на стальной, происходит интенсивный износ титанового элемента.It is widely known that titanium does not work well on dry friction. In the case of dry friction in a titanium-metal pair, for example, in a titanium-steel pair, titanium particles break out of the titanium element and adhere to the steel, intense wear of the titanium element occurs.
В описании патента ничего не сказано о мерах, повышающих износостойкость титана.The patent description does not say anything about measures to increase the wear resistance of titanium.
Как известно, для этих целей наиболее широко применяется оксидирование титановых сплавов. Твердая окисная пленка исключает вырывание и налипание частиц титана и обеспечивает величину коэффициента трения скольжения в паре «титан - сталь» такую же, как в паре «сталь по стали».As is known, the oxidation of titanium alloys is most widely used for these purposes. A solid oxide film eliminates the tearing and sticking of titanium particles and provides the value of the sliding friction coefficient in the titanium-steel pair the same as in the steel-to-steel pair.
Оксидирование титановых сплавов оказалось достаточным для обеспечения изготовления из титановых сплавов различных резьбовых соединений и допускает, например, многократное перезатягивание гаек из. титанового сплава. Но нам неизвестно какой ресурс будет у титановой оксидированной лопатки (и, следовательно, авиадвигателя) при взаимодействии ее с демпфирующим устройством по патенту РФ №2461717 РФ при 8000 циклах ее нагружения в минуту.The oxidation of titanium alloys was sufficient to ensure the manufacture of various threaded joints from titanium alloys and allows, for example, multiple tightening of nuts from. titanium alloy. But we do not know what resource a titanium oxidized blade (and, consequently, an aircraft engine) will have when it interacts with a damping device according to RF patent No. 2461717 of the Russian Federation at 8000 cycles of loading per minute.
Деформация фрикционного элемента следит за деформацией лопатки в месте контакта (в том смысле, что величины центробежной силы, действующей на фрикционный элемент, оказывается достаточно для сохранения непрерывного контакта фрикционного элемента и лопатки).The deformation of the friction element monitors the deformation of the blade at the point of contact (in the sense that the magnitude of the centrifugal force acting on the friction element is sufficient to maintain continuous contact of the friction element and the blade).
Чтобы эффективность демпфирующего устройства по патенту РФ №2461717 была бы приемлема жесткость его фрикционного элемента в направлении поперечных колебаний лопатки должна быть, по крайней мере, одного порядка с жесткостью лопатки в этом же направлении (см. Эскин И.Д. Исследование обобщенных упругофрикционных характеристик демпферов и амортизаторов авиационных двигателей: приложение к дис… канд. тех. наук / И.Д. Эскин. Приложение. - Куйбышев: КуАИ, 1973. - 315 с), т.е. достаточно большой.In order for the effectiveness of the damping device according to RF patent No. 2461717, the rigidity of its friction element in the direction of lateral vibrations of the blade should be at least of the same order as the stiffness of the blade in the same direction (see I. Eskin. Study of the generalized elastic-friction characteristics of dampers and shock absorbers of aircraft engines: an appendix to the disc ... Candidate of Technical Sciences / ID Eskin. Appendix. - Kuibyshev: KuAI, 1973. - 315 c) big enough.
В конструкции демпфирующего устройства по патенту РФ №2461717 выполнение этого условия приводит к достаточно большой жесткости его фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки.In the design of the damping device according to the patent of the Russian Federation No. 2461717, the fulfillment of this condition leads to a sufficiently high rigidity of its friction element in the direction perpendicular to the plane of transverse vibrations of the blade.
Лопатка совершает пространственные колебания. Возрастание составляющей ее деформации в направлении отрыва фрикционного элемента от поверхности лопатки уменьшает долю центробежной силы, создающей сдавливающую нагрузку между лопаткой и фрикционным элементом, от половинного значения центробежной силы при нулевом значении этой составляющей вплоть до нуля при отрыве фрикционного элемента. Причем, чем больше жесткость фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки, тем интенсивнее идет процесс снижения этой доли центробежной силы на данном размахе колебаний. Это физическое явление несколько снижает демпфирующие свойства этого демпфирующего устройства.The spatula makes spatial vibrations. An increase in its component of deformation in the direction of separation of the friction element from the surface of the blade reduces the fraction of the centrifugal force that creates a compressive load between the blade and the friction element from half the value of the centrifugal force at a zero value of this component to zero when the friction element is torn off. Moreover, the greater the rigidity of the friction element in the direction perpendicular to the plane of transverse vibrations of the blade, the more intensively the process of reducing this fraction of the centrifugal force at a given amplitude of oscillations takes place. This physical phenomenon somewhat reduces the damping properties of this damping device.
При появлении зазора между лопаткой и фрикционным элементом у неработающего двигателя, а этот зазор может появиться в силу ряда эксплуатационных причин, например, за счет износа контактирующих поверхностей лопатки и фрикционного элемента, этот зазор будет выбираться на работающем двигателе при действии центробежной силы, причем доля центробежной силы, создающей сдавливающую нагрузку между лопаткой и фрикционным элементом, будет уменьшаться (от половины центробежной силы) тем больше, чем больше жесткость фрикционного элемента в направлении, перпендикулярном плоскости поперечных колебаний лопатки, и чем больше зазор. Это физическое явление в процессе эксплуатации может существенно снизить демпфирующие свойства этого демпфирующего устройства вплоть до такого уровня, когда демпфирующее устройство станет бесполезным.When there is a gap between the blade and the friction element in the idle engine, and this gap can appear due to a number of operational reasons, for example, due to wear of the contacting surfaces of the blade and the friction element, this gap will be selected on a running engine under the action of centrifugal force, and the proportion of centrifugal force creating a compressive load between the blade and the friction element will decrease (from half the centrifugal force) the more, the greater the stiffness of the friction element in the direction leniya perpendicular to the plane of transverse vibrations of the scapula, and the larger the gap. This physical phenomenon during operation can significantly reduce the damping properties of this damping device to the point where the damping device becomes useless.
Для того, чтобы вся центробежная сила фрикционного элемента создавала сдавливающую нагрузку на контактных поверхностях лопатки и фрикционного элемента, в зависимом пункте формулы изобретения патента РФ №2461717 РФ предложено демпфирующее устройство, у которого фрикционный элемент установлен, с возможностью свободного смещения его в направляющих в радиальном направлении.In order for the entire centrifugal force of the friction element to create a compressive load on the contact surfaces of the blade and the friction element, a dependent damping device is proposed in the dependent claim of the RF patent No. 2461717, in which the friction element is installed, with the possibility of free displacement of it in the guides in the radial direction .
Недостатком этого устройства является его конструктивная и технологическая сложность, которая, прежде всего, заключается в выполнении с высокими точностью и чистотой изготовления основания с направляющими и самого фрикционного элемента, исключающими заклинивание его в направляющих, которое в свою очередь может привести к увеличению дисбаланса ротора вентилятора.The disadvantage of this device is its structural and technological complexity, which, first of all, consists in the high precision and cleanliness of the manufacture of the base with guides and the friction element itself, eliminating jamming it in the guides, which in turn can lead to an increase in the imbalance of the fan rotor.
К числу основных недостатков демпфирующего устройства по патенту РФ №2461717 то обстоятельство, что применение его в гражданских газотурбинных двигателях с оборотами n=3000÷4000 об/мин с большой степенью двухконтурности с рабочими лопатками вентилятора, выполняемыми с ножками, оказывается не эффективным или даже не целесообразным в силу того, что центробежная сила, создаваемая фрикционным элементом при его конструктивных параметрах, окажется не достаточной для создания настройки демпфера, обеспечивающей его эффективную работу, или настройка демпфера окажется даже не снижающей максимальные напряжения лопатки на ее наиболее опасных формах колебания до приемлемого уровня (см. ниже).Among the main disadvantages of the damping device according to the patent of the Russian Federation No. 2461717 is the fact that its use in civil gas turbine engines with revolutions n = 3000 ÷ 4000 rpm with a large bypass ratio with fan blades made with legs turns out to be ineffective or even not expedient due to the fact that the centrifugal force created by the friction element with its design parameters will not be sufficient to create a damper setting that ensures its effective operation, or settings the damper will not even reducing the maximum voltage of the blade at its most dangerous forms of oscillation to an acceptable level (see. below).
К числу основных недостатков демпфирующего устройства по патенту РФ №2461717 относится также то обстоятельство, что применение его для военных газотурбинных двигателях с оборотами n=7000÷8300 об/мин не возможно, или не эффективно, так как у вентиляторов этих двигателей рабочие лопатки выполнены либо совсем без ножек, либо с короткими ножками, у которых смещения, на которых бы рассеивалась энергия, при использовании демпфера по патенту РФ №2461717, малы и, следовательно, мала эта энергия.Among the main disadvantages of the damping device according to the patent of the Russian Federation No. 2461717 is the fact that its use for military gas turbine engines with revolutions n = 7000 ÷ 8300 rpm is not possible, or not effective, since the fans of these engines have rotor blades either completely without legs, or with short legs, in which the displacements, on which energy would be dissipated, when using the damper according to RF patent No. 2461717, are small and, therefore, this energy is small.
Кроме того, даже в гипотетическом случае, когда максимальное число оборотов вентилятора достаточно велико, например, n≥8000 об/мин и рабочие лопатки вентилятора выполнены с высокими ножками, двигатель при запуске или останове проходит через обороты, частоты которых совпадают с резонансными частотами опасных низших форм колебания рабочих лопаток вентилятора и эти частоты относительно невелики, например, соответствуют n≤4000 об/мин, и/или двигатель имеет рабочие режимы с оборотами, находящимися в резонансных зонах этих форм колебаний рабочих лопаток вентилятора, демпфирующее устройство по патенту РФ №2461717 на этих режимах работы окажется малоэффективным вследствие недостаточной величины центробежной силы, создаваемой фрикционным элементом устройства.In addition, even in the hypothetical case when the maximum number of fan revolutions is large enough, for example, n≥8000 rpm and the fan blades are made with high legs, the engine, when starting or stopping, passes through revolutions whose frequencies coincide with the resonant frequencies of dangerous lower vibration modes of the fan blades and these frequencies are relatively small, for example, correspond to n≤4000 rpm, and / or the engine has operating modes with revolutions located in the resonance zones of these vibration modes fan blades, a damping device according to RF patent №2461717 to these modes would be ineffective due to insufficient quantity of the centrifugal force generated by the friction device element.
Для эффективного гашения колебаний длинной пустотелой широкохордной лопатки вентилятора демпфирующее устройство по патенту РФ №2461717 вообще не годится, так как эти лопатки, либо вообще не имеют ножки, либо длина этих ножек не достаточна для создания эффективного демпфирующего устройства такого типа.To effectively damp the vibrations of a long hollow wide-chord fan blade, the damping device according to RF patent No. 2461717 is not suitable at all, since these blades either have no legs at all, or the length of these legs is not sufficient to create such an effective damping device.
Для использования в авиадвигателях пятого поколения требуются пустотелые широкохордные лопатки вентиляторов до 1÷1,5 м длиной с рабочей температурой до 250°С. Они должны иметь стойкость к точечным ударам при попадании посторонних предметов, иметь высокую усталостную прочность при длительном воздействии статических и динамических нагрузок и быть устойчивыми к скручиванию при высоких оборотах. В настоящее время эти лопатки изготавливаются из волокнистых однонаправленных композиционных металломатричных материалов с малым удельным весом, высокой прочностью и высокой стойкостью к эрозии в потоке газов.For use in fifth-generation aircraft engines, hollow wide-chord fan blades up to 1 ÷ 1.5 m long with an operating temperature of up to 250 ° C are required. They must be resistant to point impacts when foreign objects enter, have high fatigue strength under prolonged exposure to static and dynamic loads, and be resistant to torsion at high speeds. Currently, these blades are made of fibrous unidirectional composite metal matrix materials with low specific gravity, high strength and high resistance to erosion in the gas stream.
Известен способ изготовления пустотелых лопаток вентилятора (см. патент США №398646), по которому оболочки лопатки изготавливают из бораалюминиевого волокнистого композиционного материала, в полости, образованной оболочками, размещают титановый лонжерон. Лонжерон и оболочки сваривают диффузионной сваркой при температуре и давлении.A known method for the manufacture of hollow fan blades (see US patent No. 398646), in which the shell of the blade is made of boraumuminous fibrous composite material, in the cavity formed by the shells, a titanium spar is placed. The spar and shells are welded by diffusion welding at temperature and pressure.
Недостатком этого способа является сложность получения оболочек аэродинамической формы из непластичных (хрупких) волокон бораалюминия. Основным несущим элементом в этой конструкции крупноразмерной лопатки является лонжерон, и так как титан обладает худшей прочностью, чем боралюминий, более рациональным было бы силовой элемент выполнить из бораалюминия, а оболочки из титана (см. ниже).The disadvantage of this method is the difficulty of obtaining aerodynamic shells of non-ductile (brittle) boraum fibers. The main supporting element in this design of a large-sized blade is the spar, and since titanium has worse strength than boraum, it would be more rational to make a strength element of boraum and the shell of titanium (see below).
Известен способ получения лопатки компрессора (см. патент РФ №2229035), состоящей из оболочки и силовых несущих элементов, имеющих полости, или выполнена без полостей, включающий придание пластинам, из которых выполнены оболочка и несущие элементы, заданной формы и размеров, укладку пластин друг на друга в штамп, повторяющий форму и размеры лопатки, и диффузионную сварку при температуре и давлении. Оболочку и несущие элементы выполняют из одного и того же материала, или хотя бы одну пластину вырезают из металла с иными характеристиками прочности.A known method of obtaining a compressor blade (see RF patent No. 2229035), consisting of a shell and power load-bearing elements having cavities, or made without cavities, including giving the plates of which the shell and load-bearing elements are made, of a given shape and size, stacking the plates each on each other in a stamp repeating the shape and dimensions of the blade, and diffusion welding at temperature and pressure. The shell and the supporting elements are made of the same material, or at least one plate is cut out of metal with different strength characteristics.
Недостатком этого способа при применении его к изготовлению крупноразмерных лопаток является то, что основная часть такой лопатки будет изготовлена из металлического листового материала с высоким удельным весом, но не обладающим достаточной прочностью и жесткостью, необходимых для изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентилятора. При изготовлении таких лопаток с полостями снижается одновременно ее вес и прочность, что принципиально не позволяет достичь результатов, получаемых способом (см. патент РФ 2296246, МПК F04D 29/38. Способ получения широкохордной пустотелой лопатки вентилятора / Е.Н. Каблов, Ю.А. Абузин, А.И. Наймушин, В.Н. Кочетов, А.А. Шавнев. Опубл. 27.03.2007. Интернет: http://www.freepatent.ru/patents/2296246), состоящим в том, что пустотелую широкохордную лопатку вентилятора, состоящую из оболочки и силовых несущих элементов изготавливают следующей последовательностью операций: придают оболочке требуемую форму и размеры, получают несущие элементы из предварительно сформованных монослоев композиционного материала путем их ступенчатой термодеформационной обработки с постепенным увеличением ее воздействия на материал, укладывают в оболочку несущие элементы на расстояниях друг от друга в соответствии со схемой армирования, укладывают сформированную таким образом заготовку в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, в составе собранной заготовки выполняют завершающую стадию термодеформационной обработки несущих элементов при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки при заданной температуре и давлении.The disadvantage of this method when applied to the manufacture of large-sized blades is that the main part of such a blade will be made of metal sheet material with a high specific gravity, but not having sufficient strength and rigidity required for the manufacture of hollow wide-chord fan blades. In the manufacture of such blades with cavities, its weight and strength are reduced at the same time, which fundamentally does not allow to achieve the results obtained by the method (see RF patent 2296246, IPC F04D 29/38. A method for producing a broad-chained hollow fan blade / EN Kablov, Yu. A. Abuzin, A.I. Naimushin, V.N. Kochetov, A.A. Shavnev. Published on March 27, 2007. Internet: http://www.freepatent.ru/patents/2296246), which consists in the fact that a hollow wide-chord fan blade consisting of a shell and power bearing elements is made by the following sequence of operations: the required shape and size of the bolt, the load-bearing elements are obtained from preformed monolayers of the composite material by their stepwise thermal deformation processing with a gradual increase in its effect on the material, the load-bearing elements are placed into the shell at distances from each other in accordance with the reinforcement scheme, and the blank thus formed is laid in a stamp that repeats the profile and dimensions of the blade, as part of the assembled workpiece, perform the final stage of thermo-deformation processing of the bearing elements while pressing and diffusion welding of the blade at a given temperature and pressure.
Оболочку выполняют из листа из титанового сплава. Несущие элементы изготавливают из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала - борных волокон в алюминиевой матрице, или борных волокон с покрытием карбида кремния в алюминиевой матрице, или углеродных волокон в алюминиевой матрице, или волокон карбида кремния в титановой матрице.The shell is made of a sheet of titanium alloy. Bearing elements are made of a fibrous unidirectional metal matrix high-modulus composite material - boron fibers in an aluminum matrix, or boron fibers coated with silicon carbide in an aluminum matrix, or carbon fibers in an aluminum matrix, or silicon carbide fibers in a titanium matrix.
Ступенчатую термодеформационную обработку несущих элементов лопатки проводят в несколько стадий. На первой стадии степень воздействия термодеформационной обработки составляет 40-70%, на второй стадии степень воздействия термодеформационной обработки с одновременным формованием несущих элементов до требуемой геометрической формы составляет 60-90%, а окончательную термодеформационную обработку несущих элементов до 100% проводят в составе собранной заготовки при одновременном прессовании и диффузионной сварке лопатки.Step thermal deformation processing of the supporting elements of the blades is carried out in several stages. In the first stage, the degree of influence of thermal deformation processing is 40-70%, in the second stage, the degree of influence of thermal deformation processing with simultaneous molding of the bearing elements to the desired geometric shape is 60-90%, and the final thermal deformation processing of bearing elements up to 100% is carried out as part of the assembled workpiece simultaneous pressing and diffusion welding of the blade.
Этот способ позволяет получить легкие пустотелые широкохордные лопатки вентиляторов авиационных ГТД с высокой прочностью и статической жесткостью, сохраняющимися или нарастающими в процессе технологического цикла, повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.This method allows to obtain light hollow wide-chord blades of aircraft gas turbine fans with high strength and static stiffness, which persist or increase during the technological cycle, to increase the resource and reliability of the gas turbine fan.
Общим недостатком пустотелых широкохордных лопаток, получаемых вышерассмотренными способами, и самих этих способов является то обстоятельство, что в конструкции этих лопаток и способах не предусмотрена постановка специального демпфирующего устройства, что при очень крупных размерах этих лопаток и подверженности их большим вибрационным и ударным нагрузкам может оказаться в ряде практических случаях очень важной проблемой и конструктор столкнется с необходимостью разработки конструкции пустотелой широкохордной лопатки с высокоэффективным демпфирующим устройством и способа ее изготовления.A common disadvantage of hollow wide-chordate blades obtained by the above methods, and these methods themselves, is the fact that the design of these blades and methods does not provide for the setting of a special damping device, which with very large sizes of these blades and their susceptibility to large vibration and shock loads can be a number of practical cases, a very important problem and the designer will be faced with the need to develop a design hollow wide-chordate blades with high su- damping device and its manufacturing method.
Нам не удалось отыскать не только хотя бы один пример успешного практического применения в серийно выпускаемой турбомашине специальных демпфирующих устройств пустотелых широкохордных лопаток вентилятора, но и патентов, где бы предлагались такие лопатки с высокоэффективным демпфирующим устройством. Заметим также, что актуальность решения этой задачи будет только возрастать с развитием прогресса в авиадвигателестроении.We were unable to find not only at least one example of the successful practical application of special damping devices for hollow wide-chord fan blades in a commercially available turbomachine, but also for patents where such blades with a highly efficient damping device were offered. We also note that the relevance of solving this problem will only increase with the development of progress in aircraft engine building.
Известна пустотелая широкохордная лопатки вентилятора ГТД по патенту РФ 2296246, МПК F04D 29/38.Known hollow wide-chord GTE fan blades according to the patent of the Russian Federation 2296246, IPC F04D 29/38.
Предложена конструкции длинной легкой пустотелой широкохордной лопатки вентилятора авиационного ГТД пятого поколения с высокой прочностью и статической жесткостью, сохраняющимися или нарастающими в процессе технологического цикла, с высокоэффективным демпфирующим устройством, способным не только снизить динамические напряжения в лопатке при ударе и вибрации до безопасного уровня на всех рабочих режимах авиадвигателя, но и повысить ресурс и надежность вентилятора ГТД.The design of a long light hollow broad-chord fifth-generation aviation gas turbine fan blade with high strength and static stiffness, persisting or increasing during the technological cycle, with a highly efficient damping device capable of not only reducing dynamic stresses in the blade during impact and vibration to a safe level for all workers aircraft engine modes, but also to increase the resource and reliability of the turbine engine fan.
Известна пустотелая широкохордная лопатка вентилятора ГТД по патенту РФ №2626523, МПК F01L 5/26, опубл. 28.07.2017 г., прототип.Known hollow wide-chord fan blade GTE according to the patent of Russian Federation No. 2626523,
Эта пустотелая широкохордная лопатка вентилятора ГТД состоит из оболочки, выполненной из металлического листа (из титанового сплава), и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: лонжерона, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала.This hollow wide-chord GTE fan blade consists of a shell made of a metal sheet (titanium alloy), and power bearing elements rigidly bonded to it: a spar made of a titanium alloy, and the rest made of a unidirectional fibrous metal matrix high-modulus composite material.
Недостатки: сложность конструкции и относительно низкие прочность, противодействие ударным нагрузкам и вибропрочность.Disadvantages: design complexity and relatively low strength, shock resistance and vibration resistance.
Задачи создания изобретения: упрощение конструкции и прочности при ударных нагрузках и вибрационной прочности.Objectives of the invention: simplification of design and strength under shock loads and vibration strength.
Технический результат: увеличение прочности при ударных нагрузках и вибрационной прочности.Effect: increased strength under shock loads and vibration strength.
Решение указанных задач достигнуто в широкохордной лопатке вентилятора газотурбинного двигателя, состоящей из основания, металлической оболочки и несущих силовых элементов, установленных в полости внутри металлической оболочки и демпфирующий материал, отличающаяся тем, что она содержит концевую заглушку, с которой жестко соединены несущие силовые элементы, которые выполнены из сплава титана с алюминием, полученного методом 3D-печати, при этом процентный состав титана от центра к периферии уменьшается от 100% до 0%, процентный состав алюминия возрастает от 0% до 100%, между основанием и концевой заглушкой установлены промежуточные перегородки, через отверстия в которых проходят несущие силовые элементы, а демпфирующий материал размещен в полости между промежуточными перегородками и концевой заглушкой и промежуточной перегородкой.The solution of these problems was achieved in a wide-chord fan blade of a gas turbine engine, consisting of a base, a metal shell and load-bearing force elements installed in the cavity inside the metal shell and damping material, characterized in that it contains an end cap, to which the load-bearing force elements are rigidly connected, which made of an alloy of titanium with aluminum obtained by 3D printing, while the percentage composition of titanium from the center to the periphery decreases from 100% to 0%, the percentage composition of aluminum Nia increases from 0% to 100%, between the base and end cap installed intermediate partitions through openings which are bearing the power components and the damping material is placed in the cavity between the intermediate partitions and the intermediate end plug and septum.
В отверстиях промежуточных перегородок могут быть установлены демпферы.Dampers can be installed in the holes of the intermediate partitions.
Несущие силовые элементы могут быть смонтированы с предварительным натягом. Несущие силовые элементы могут быть выполнены прямоугольного поперечного сечения. Несущие силовые элементы могут быть выполнены круглого поперечного сечения. Изменение процентного состава титана и алюминия может быть выполнено дискретно. Изменение процентного состава титана и алюминия может быть выполнено непрерывно. Несущие силовые элементы могут быть выполнены прямоугольного поперечного сечения. Несущие силовые элементы могут быть выполнены круглого поперечного сечения. Несущие силовые элементы могут быть выполнены четырехугольного поперечного сечения, при этом две стенки повторяют внутренний профиль участков оболочки, контактирующих с ними. Полости между силовыми несущими элементами могут быть заполнены демпфирующим материалом. Изменение процентного состава титана и алюминия может быть выполнено дискретно. Изменение процентного состава титана и алюминия может быть выполнено непрерывно.Bearing power elements can be pre-mounted. Bearing power elements can be made of rectangular cross-section. Bearing power elements can be made of circular cross section. The change in the percentage composition of titanium and aluminum can be performed discretely. The change in the percentage composition of titanium and aluminum can be performed continuously. Bearing power elements can be made of rectangular cross-section. Bearing power elements can be made of circular cross section. Bearing power elements can be made of a quadrangular cross section, with two walls repeating the internal profile of the sections of the shell in contact with them. The cavities between the power bearing elements can be filled with damping material. The change in the percentage composition of titanium and aluminum can be performed discretely. The change in the percentage composition of titanium and aluminum can be performed continuously.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-7, где:The invention is illustrated in FIG. 1-7, where:
- на фиг. 1 приведен общий вид лопатки,- in FIG. 1 shows a General view of the scapula,
- на фиг. 2 приведен вид силового каркаса,- in FIG. 2 shows a view of the power frame,
- на фиг. 3 приведен разрез В-В на фиг. 1 первый вариант,- in FIG. 3 shows a section BB in FIG. 1 first option
- на фиг. 4 приведен разрез В-В на фиг. 1 второй вариант,- in FIG. 4 shows a section BB in FIG. 1 second option,
- на фиг. 5 приведена пластина с демпферами первый вариант,- in FIG. 5 shows a plate with dampers the first option,
- на фиг. 6 приведена пластина с демпферами, второй вариант,- in FIG. 6 shows a plate with dampers, the second option,
- на фиг. 7 приведен разрез С-С, на фиг. 5,- in FIG. 7 shows a section CC, in FIG. 5,
- на фиг. 8 приведен разрез D-D, на фиг. 6,- in FIG. 8 shows a section D-D, in FIG. 6,
- на фиг. 9 приведены несущие силовые элементы с дискретным изменением состава Ti и Аl- in FIG. 9 shows load-bearing power elements with a discrete change in the composition of Ti and Al
- на фиг.10 приведены несущие силовые элементы с непрерывным изменением состава Ti и Аl.- figure 10 shows the bearing power elements with a continuous change in the composition of Ti and Al.
Широкохордная лопатка вентилятора (фиг. 1 и 2) состоит из металлической оболочки 1, и жестко скрепленных с ней несущих силовых элементов 2, установленных на основании 3 в полости 4 внутри металлической оболочки 1.The wide-chord fan blade (Figs. 1 and 2) consists of a
В полости 4 установлены промежуточные перегородки 5, в которых выполнены отверстия 6, через которые проходят несущие силовые элементы 2. Отверстия 6 могут быть выполнены круглыми или прямоугольными. Между промежуточными перегородками 5 и несущими силовыми элементами 2 установлены демпферы 7. Между промежуточными перегородками 5 размещен демпфирующий материал 8.In the
В качестве демпфирующего материала 8 может быть применена металлорезина или стружка из легких металлов или их сплавов.As the damping
Основание 3 (фиг. 1) выполнено цельнометаллическим и имеет контактный торец 9 для контакта с диском (не показано), внутренние поверхности 10 и боковые торцы 11.The base 3 (Fig. 1) is made all-metal and has a
Несущие силовые элементы 2 содержат внутренние торцы 12, боковые стенки 13 и наружные торцы 14.Bearing
Боковые стенки 13 контактируют с внутренней поверхностью 15 металлической оболочки 1, но не соединены с ней.The
Металлическая оболочка 1 (фиг. 1) образует корытце 16 и спинку 17 лопатки. Металлическая оболочка 1 имеет переходный участок 18 для соединения его с основанием 3. Соединение может быть выполнено, например, сварочным швом 19.The metal shell 1 (Fig. 1) forms a
Несущие силовые элементы 2 в поперечном сечении могут иметь круглую форму (фиг. 3) или прямоугольную формы (фиг. 4) или несущие силовые элементы 2 могут быть выполнены четырехугольного поперечного сечения,Bearing
Несущие силовые элементы 2 выполнены из сплава титана с алюминием, полученного методом 3D-печати, при этом процентный состав титана от центра к периферии уменьшается от 100% до 0%, а алюминия возрастает от 0% до 100%.Bearing
Несущие силовые элементы 2 могут быть выполнены круглого поперечного сечения (фиг. 3, 5 и 7). Несущие силовые элементы 2 могут быть выполнены прямоугольного поперечного сечения (фиг. 4, 6 и 8).Bearing
Полость 4 между несущими силовыми несущими элементами 2 и промежуточными перегородками 5 заполнена демпфирующим материалом 8.The
Широкохордная лопатка вентилятора (фиг. 1) содержит концевую заглушку 20, с которой жестко связаны наружные торцы 14 силовых несущих элементов 2. Это соединение может быть выполнено, например, сваркой.The wide-chord fan blade (Fig. 1) contains an
Силовые несущие элементы 2 могут быть смонтированы с предварительным натягом. Изменение процентного состава титана и алюминия в несущем силовом элементе 2 может быть выполнено дискретно (фиг. 9). В этом случае несущий силовой элемент может состоять из нескольких слоев 21. Изменение процентного состава титана и алюминия может быть выполнено непрерывно (фиг. 10).The
Выполнения несущих силовых элементов из сплава титана с алюминием, полученного методом 3D-печати, с уменьшение процентного состава титана от центра к периферии от 100% до 0%, и увеличение процентного состава алюминия от от 0% до 100% повышает вибрационную прочность лопатки.Performing load-bearing power elements from an alloy of titanium with aluminum, obtained by 3D printing, with a decrease in the percentage composition of titanium from the center to the periphery from 100% to 0%, and an increase in the percentage composition of aluminum from 0% to 100% increases the vibrational strength of the blade.
РАБОТА ШИРОКОХОРДНОЙ ЛОПАТКИ ВЕНТИЛЯТОРАFAN WIDTH BLADE OPERATION
При работе широкохордной лопатки вентилятора в составе ГТД на нее действуют центробежные силы, изгибающие нагрузки и вибрации, которые воспринимают несущие силовые элементы 2.During operation of a wide-chord fan blade in a gas turbine engine, centrifugal forces act on it, bending loads and vibrations, which are received by load-bearing
Демпфирующий материал 8 и демпфера 12 воспринимают вибрационные нагрузки и удары.The damping
Кроме того, силовые элементы 2 выполнены из сплава титана с алюминием, полученного методом 3D-печати, при этом процентный состав титана от центра к периферии уменьшается от 100% до 0%, а процентный состав алюминия возрастает от 0% до 100%, они воспринимают вибрации и переменные изгибающие нагрузки, вследствие того, что алюминий белее эластичен, чем титан.In addition, the
Лопатки имеют относительно небольшой вес, так как в них применены легкие металлы: титан и алюминий, они выполнены пустотелыми, а полость 4 внутри металлической оболочки 1 заполнена очень легким демпфирующим наполнителем 8.The blades have a relatively small weight, since light metals are used in them: titanium and aluminum, they are hollow, and the
Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:
- повысить вибрационную прочность лопаток вентилятора за счет выполнения несущих силовых элементов из сплава титана с алюминием, полученного методом 3D-печати, при этом процентный состав титана от центра к периферии уменьшается от 100% до 0%, а алюминия возрастает от 0% до 100%.- to increase the vibrational strength of the fan blades due to the implementation of load-bearing power elements made of an alloy of titanium with aluminum, obtained by 3D printing, while the percentage of titanium from the center to the periphery decreases from 100% to 0%, and aluminum increases from 0% to 100% .
- повысить вибрационную прочность за счет заполнения объема между несущих силовых элементов демпфирующим материалом.- increase vibration strength by filling the volume between the load-bearing force elements with a damping material.
- повысить прочность при действии центробежных сил за счет применения концевой заглушки, с которой жестко связаны силовые несущие элементы и монтажа силовых несущих элементов с предварительным натягом,- to increase strength under the action of centrifugal forces through the use of end caps, which are rigidly connected to the power of the load-bearing elements and the installation of power load-bearing elements with preload,
- сместить диапазон частот колебаний в область более высоких частот за счет применения концевой заглушки, с которой жестко связаны силовые несущие элементы и монтажа силовых несущих элементов с предварительным натягом.- shift the range of vibration frequencies to the region of higher frequencies due to the use of the end cap, with which the power bearing elements are rigidly connected and the installation of the power bearing elements with a preload.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017137213A RU2661437C1 (en) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017137213A RU2661437C1 (en) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2661437C1 true RU2661437C1 (en) | 2018-07-16 |
Family
ID=62917275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017137213A RU2661437C1 (en) | 2017-10-23 | 2017-10-23 | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2661437C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5038014A (en) * | 1989-02-08 | 1991-08-06 | General Electric Company | Fabrication of components by layered deposition |
| US20110048664A1 (en) * | 2009-08-09 | 2011-03-03 | Kush Matthew T | Method for forming a cast article |
| FR2989991A1 (en) * | 2012-04-30 | 2013-11-01 | Snecma | TURBOMACHINE METAL TURBINE STRUCTURAL REINFORCEMENT |
| RU2602316C2 (en) * | 2013-08-28 | 2016-11-20 | Текспейс Аеро С.А. | Blade for turbomachine and method of said blade making |
-
2017
- 2017-10-23 RU RU2017137213A patent/RU2661437C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5038014A (en) * | 1989-02-08 | 1991-08-06 | General Electric Company | Fabrication of components by layered deposition |
| US20110048664A1 (en) * | 2009-08-09 | 2011-03-03 | Kush Matthew T | Method for forming a cast article |
| FR2989991A1 (en) * | 2012-04-30 | 2013-11-01 | Snecma | TURBOMACHINE METAL TURBINE STRUCTURAL REINFORCEMENT |
| RU2602316C2 (en) * | 2013-08-28 | 2016-11-20 | Текспейс Аеро С.А. | Blade for turbomachine and method of said blade making |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11261738B2 (en) | Distributed nested cell damping system | |
| RU2626523C1 (en) | Long hollow wide chord fan blade and method of its manufacture | |
| RU2484260C2 (en) | Hollow shaft of gas turbine engine, and gas turbine engine containing at least above described shaft | |
| EP3139002B1 (en) | Damper pin for turbine blades and corresponding turbine engine | |
| US20160298458A1 (en) | Rotor damper | |
| US10472975B2 (en) | Damper pin having elongated bodies for damping adjacent turbine blades | |
| US20160298546A1 (en) | Rotor damper | |
| CN101333943A (en) | Turbomachine stator damper device | |
| Mohan et al. | Vibration analysis of a steam turbine blade | |
| RU2622682C1 (en) | Hollow wide-chord blade of the fan and method of its manufacture | |
| JP2000161005A5 (en) | ||
| RU2661437C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| RU2663609C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| RU2663559C1 (en) | Wide-chord fan blade of gas-turbine engine | |
| JP2017053349A (en) | Damper pin for turbine blade | |
| Huang et al. | Transient Analysis for a twin spool rotor with squeeze-film dampers considering blade loss | |
| RU2667220C1 (en) | Fan blade of gas turbine engine | |
| RU2665789C2 (en) | Rotor of aircraft gas-turbine engine compressor with twin of blisks and twin of blisk with classic impeller and with twin of classic impeller with impeller with fourth-to-sixth stage with devices for damping vibrations of workers of these clips and impellers, fan rotor and booster rotor with device for damping of vibrations of working wide chord blades of fan, twin assembly method with damper device | |
| RU2726955C1 (en) | Long hollow wide-chord fan of aircraft trdd fan and method of its manufacturing | |
| RU2661439C1 (en) | Fan blade of gas turbine engine | |
| RU2675161C1 (en) | Gas turbine engine fan blade | |
| RU2727314C1 (en) | Aircraft turbojet engine fan rotor with long wide-chord hollow blades with dampers | |
| Wang et al. | Strength and dynamic characteristics analyses of wound composite axial impeller | |
| RU2736388C1 (en) | Long hollow wide-arm fan blade of aircraft bypass turbojet engine and method of its manufacturing | |
| Vannarsdall | Measured results for a new hole-pattern annular gas seal incorporating larger diameter holes, comparisons to results for a traditional hole-pattern seal and predictions |