RU2686644C1

RU2686644C1 - Composite compressor blade

Info

Publication number: RU2686644C1
Application number: RU2018114360A
Authority: RU
Inventors: Виктор Степанович Ермоленко
Original assignee: Виктор Степанович Ермоленко
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2019-04-29

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: composite compressor blade comprises bush on which reinforcing material strips impregnated with binder are secured. Inside the bushing there is an insert from antifriction material. In order to eliminate local wear at the contact point of the blade with the disc, two straps of elastic material are glued or vulcanised at the place of this contact to the disc or blade. Elastic straps have thickenings in part lying closer to axis of rotation of disc or point of contact of strap and disc has comb shape. Aerodynamic focus of blade profile in any of its cross-section is located behind point of blade cross-section, at application of transverse load to which blade is deformed linearly without swirling as beam. Strips of reinforcing material at distance of 1–3 diameters of the bushing from the bushing axis are fixed to each other by piercing.

EFFECT: invention reduces wear of the composite blade.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится в основном к турбореактивным и газотурбинным двигателям и предназначено для начальных ступеней компрессора, в основном - осевого, но может быть применено и для центробежного компрессора.The invention relates mainly to turbojets and gas turbine engines and is intended for the initial stages of the compressor, mainly axial, but can also be applied to a centrifugal compressor.

Известны подобные лопатки, например, пат. №№2517005 и 2516829. В первом патенте композитная лопатка представляет собой пропитанные связующим ленты армирующего материала, обернутые вокруг стержня, за который лопатка крепится к диску венца. Во втором патенте (прототип) композитная лопатка или воздушный винт состоят из жгутов армирующего материала, пропитанных связующим веществом и обернутых вокруг крепежных втулок. Указанные элементы представляют собой силовой каркас лопаток, на который наносится профилированный поверхностный слой связующего с армирующей тканью, или связующего с рубленым волокном.Known such blades, for example, Pat. Nos. 2517005 and 2516829. In the first patent, the composite blade is a tape of reinforcing material impregnated with a binder, wrapped around a rod, behind which the blade is attached to the crown disk. In the second patent (prototype), the composite blade or propeller consists of bundles of reinforcing material, impregnated with a binder and wrapped around the fastening sleeves. These elements represent the power frame of the blades, which is applied to the profiled surface layer of a binder with a reinforcing fabric, or a binder with chopped fiber.

Недостаток первого изобретения заключается в том, что лопатки в месте соприкосновения с диском подвергаются большим нагрузкам, и могут начать местно разрушаться. А недостатком второго изобретения применительно к лопаткам компрессоров является то, что, будучи закрепленными на диске, они за счет переходных режимов, за счет маневров самолета и от аэродинамических завихрений могут проворачиваться на крепежном болте, что может привести к износу втулки и болта в месте контакта.The disadvantage of the first invention lies in the fact that the blades at the point of contact with the disk are subjected to heavy loads, and can begin to break locally. A disadvantage of the second invention in relation to compressor blades is that, being fixed on the disk, they can be rotated on the mounting bolt due to transient modes, due to the maneuvers of the aircraft and from aerodynamic turbulence, which can lead to wear of the sleeve and the bolt at the point of contact.

Задача и технический результат изобретения - устранение обоих вышеописанных вариантов износа.The task and the technical result of the invention is the elimination of both of the above options for wear.

Первое отличие данной лопатки от прототипа в том, что вместо жгутов армирующего материала используются ленты.The first difference of this blade from the prototype is that instead of bundles of reinforcing material tapes are used.

Для этого, как и аналоги, композитная лопатка имеет втулку, на которой закреплены ленты армирующего материала, пропитанные связующим веществом, но внутри втулки имеет вкладыш из антифрикционного материала, например, из фторопласта или из медно-графитового материала.For this, like analogs, the composite blade has a sleeve on which tapes of reinforcing material are fixed, impregnated with a binder, but inside the sleeve has an insert made of antifriction material, for example, fluoroplastic or copper-graphite material.

Учитывая свойство хладотекучести фторопласта, заготовки из него при изготовлении следует армировать арамидными высокопрочными термостойкими волокнами, например рублеными вектраном, спектрой, зайлоном и т.п., или же рубленым стекловолокном или рубленым углеродным волокном.Considering the cold fluidity property of the fluoroplastic, billets from it should be reinforced during manufacture with aramid high-strength heat-resistant fibers, such as chopped vectran, spectrum, zylon, etc., or chopped fiberglass or chopped carbon fiber.

Для устранения местного износа в месте контакта лопатки с диском в месте этого контакта к диску или к лопатке приклеены или привулканизированы две накладки из эластичного материала, например, из термостойкой резины (400 град. С), причем эластичные накладки имеют утолщения в части, лежащей ближе к оси вращения диска (эти утолщения не дадут накладкам оторваться под действием центробежной силы при вращении диска), или же место соприкосновения накладки и диска имеет гребенчатую форму (с той же целью).To eliminate local wear and tear at the point of contact of the blade with the disk, two linings of elastic material, for example, heat-resistant rubber (400 degrees C), are glued or vulcanized at the point of this contact to the blade or blade, and the elastic plates have thickenings in the part lying closer to the axis of rotation of the disk (these thickenings will not allow the pads to come off under the action of centrifugal force during the rotation of the disk), or the contact between the lining and the disk has a comb shape (for the same purpose).

Для повышения точности сопряжения эластичной накладки с пазом для нее в диске компрессора, предпочтительнее приклеивать или привулканизировать накладки к диску, а не к лопатке.To improve the accuracy of the pairing of the elastic lining with a groove for it in the compressor disk, it is preferable to glue or vulcanize the lining to the disk rather than to the paddle.

Для предотвращения флаттерных автоколебаний лопатки аэродинамический фокус ее профиля в любом ее поперечном сечении должен находиться позади той точки поперечного сечения лопатки, при приложении поперечной нагрузки к которой лопатка линейно без закручивания деформируется как балка, то есть - лопатка равновелико деформируется во всех точках своего сечения. Направление «позади» при этом понимается относительно движения лопатки в окружающем воздухе. Назовем такую точку «точкой эквивалентной жесткости».To prevent the blade flutter oscillations, the aerodynamic focus of its profile in any cross section must be behind that cross section point of the blade, when a lateral load is applied to which the blade linearly without twisting deforms as a beam, i.e., the blade is equally deformed at all points of its section. The “behind” direction is understood with respect to the movement of the blade in the ambient air. We call such a point "a point of equivalent stiffness."

На прилагаемом эскизе показана лопатка. Лопатка состоит из лент 1 армирующего материала, например из вектрана, пропитанных связующим веществом, например термостойкой эпоксидной смолой, и обернутых вокруг втулки 2, внутри которой имеется антифрикционный вкладыш 3, например из медно-графитового материала. Лопатка с помощью болта (не показан на чертеже), вставляемого в антифрикционный вкладыш, крепится к диску 4. В местах контакта лопатки с диском (справа и слева на чертеже) в диске имеются вырезы показанной формы, в которые завулканизированы эластичные накладки 5 из термостойкой резины.The attached sketch shows the spatula. The blade consists of tapes 1 of reinforcing material, such as vectran, impregnated with a binder, such as heat-resistant epoxy resin, and wrapped around sleeve 2, inside of which there is an anti-friction liner 3, such as copper-graphite material. The blade with a bolt (not shown in the drawing) inserted into the anti-friction liner is attached to the disk 4. At the points of contact of the blade with the disk (on the right and left in the drawing) there are cutouts of the shown form in which the rubber linings 5 of heat-resistant rubber are vulcanized .

Работают лопатки так: после закрепления болтом, который воспринимает центробежные и изгибающие усилия, лопатки своими боками опираются на эластичные накладки 5, которые равномерно распределяют рабочие нагрузки по поверхностям лопатки, а также хорошо демпфируют аэродинамические вибрационные нагрузки, возникающие от обтекания лопаток скоростным потоком воздуха.The blades work like this: after fixing with a bolt, which perceives centrifugal and bending forces, the blades rest on elastic pads 5, which evenly distribute the working loads over the blade surfaces, and also dampen aerodynamic vibration loads arising from the flow of air around the blades.

Следует отметить одну технологическую особенность - ленты армирующего материала могут использоваться в виде готовых лент, а могут формироваться методом трехмерного плетения с образованием формы лопатки.It should be noted one technological feature - tapes of the reinforcing material can be used in the form of finished tapes, and can be formed by the method of three-dimensional weaving with the formation of the blade shape.

Ленты на некотором расстоянии (примерно 1-3 диаметра втулки от оси втулки) могут быть скреплены между собой путем прошивки на соответствующей размеру прошиваемого материала швейной машине.Ribbons at some distance (about 1-3 diameters of the sleeve from the axis of the sleeve) can be fastened together by stitching a sewing machine to the appropriate size of the material to be sewn.

Claims

1. Composite compressor blade, containing a sleeve on which tapes of reinforcing material are fixed, impregnated with a binder, characterized in that there is an anti-friction liner inside the sleeve, and to eliminate local wear and tear at the point of contact of the blade with the disk two pads of elastic material are glued or vulcanized to the blade, and the elastic pads have thickenings in the part lying closer to the axis of rotation of the disk, or the point of contact between the lining and the disk It has a comb shape, in addition, the aerodynamic focus of the blade profile in any cross section of the blade must be behind the blade’s cross sectional point, when a shear load is applied to which the blade linearly without twisting deforms as a beam, and also differs by the fact that the tapes of the reinforcing material on a distance of 1-3 times the diameter of the sleeve from the axis of the sleeve is fastened together by means of flashing.

2. The blade under item 1, characterized in that the liner of antifriction material is made of fluoroplastic or copper-graphite material.

3. The blade under item 1, characterized in that the lining of the elastic material is made of rubber.

4. The blade according to claim 1, characterized in that the tapes of the reinforcing material are formed by the method of three-dimensional weaving with the formation of the shape of the blade.