RU2693671C2

RU2693671C2 - Угловой сектор статора с лопатками газотурбинного двигателя с осевым компрессором (варианты) и газотурбинный двигатель с осевым компрессором, содержащий такой угловой сектор

Info

Publication number: RU2693671C2
Application number: RU2015126057A
Authority: RU
Inventors: ДЕРКЛЕ Ален
Original assignee: Сафран Аэро Бустерс Са
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2019-07-03
Also published as: CA2896164C; EP2966264B1; EP3273003B1; RU2015126057A; CA2896164A1; CN105298920A; CN105298920B; US9611747B2; EP3273003A1; RU2015126057A3; EP2966264A1; US20160003073A1

Abstract

Угловой сектор статора с лопатками газотурбинного двигателя с осевым компрессором содержит сектор наружного кольца, предназначенный для установки на кожухе газотурбинного двигателя, сектор внутреннего кольца и венец лопаток статора. Лопатка статора содержит две ножки для закрепления наглухо, проходящие в направлении по окружности, расположенные в толщине одного из секторов колец таким образом, чтобы крепить наглухо лопатку статора к сектору кольца с обеспечением жесткости углового сектора. Две ножки для закрепления наглухо проходят в противоположном друг другу направлении и смещены в осевом направлении. Каждая лопатка статора содержит лопасть, проходящую между секторами колец в радиальном направлении, причем две ножки для закрепления наглухо проходят перпендикулярно к радиальному направлению и перпендикулярно относительно хорды соответствующей лопасти статора. В другом варианте угловой сектор содержит ряд коротких стоек для закрепления наглухо лопаток статора. Каждая короткая стойка выступает в канал в радиальной протяженности лопатки статора и содержит полый паз, образующий углубление, в котором наглухо закреплена лопатка статора. Еще одно изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанные выше угловые секторы и кожух, на котором закрепляют угловые секторы, а также соединительные лопатки, размещенные между угловыми секторами. Соединительные лопатки закрепляют к кожуху и к угловым секторам. Группа изобретений позволяет повысить жесткость углового сектора статора. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к статору с лопатками для газотурбинного двигателя с осевым компрессором. В частности, изобретение относится к угловому сектору статора газотурбинного двигателя с осевым компрессором, образующему отсек с лопатками. Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, снабженному сектором статора согласно изобретению.

Известный уровень техники

Функция направления потока в газотурбинном двигателе с осевым компрессором обеспечивается частями статоров, снабженных лопатками. В частности, поток в осевом компрессоре отклоняется с помощью направляющих лопаточных устройств, снабженных лопатками, проходящими между концентричными кольцами. Наружное кольцо закреплено к наружному кожуху и внутреннее кольцо прикреплено к внутреннему кожуху благодаря лопаткам.

Из уровня техники известно выполнение некоторых колец из композиционного материала для того, чтобы облегчить конструкцию статора. Для упрощения сборки статора кольца могут представлять собой полукольца или они могут представлять собой секторы колец, которые проходят по угловой части газотурбинного двигателя. Поскольку такое техническое решение может снизить жесткость статора, этот недостаток может быть уменьшен выполнением статора в виде расположенных торец к торцу отсеков с лопатками.

В документе ЕР 2339120 А1 раскрыта конфигурация направляющего лопаточного устройства газотурбинного двигателя с осевым компрессором, снабженного отсеками с лопатками. Отсеки представляют собой авиационные лопатки, прикрепленные к внутреннему и внешнему кольцам. Образованные таким образом отсеки закреплены к наружному кожуху компрессора с помощью структурирующих лопаток, расположенных между отсеками с лопатками. Однако жесткость статора этого вида остается ограниченной.

Сущность изобретения

Техническая задача

Целью изобретения является устранение по меньшей мере одного из недостатков, представленного известным уровнем техники. Изобретение направлено также на повышение жесткости углового сектора статора, образующего отсек с лопатками. Изобретение также ориентировано на повышение жесткости при кручении углового сектора статора, образующего отсек с лопатками.

Решение технической задачи

В соответствии с изобретением предлагается угловой сектор статора с лопатками газотурбинного двигателя с осевым компрессором, в частности компрессора, причем сектор содержит: наружное кольцо в форме дуги окружности, предназначенное для установки на кожухе газотурбинного двигателя, внутреннее кольцо в форме дуги окружности, венец лопаток статора, проходящих радиально и наглухо закрепленных в кольцах таким образом, чтобы образовывать отсек с лопатками, особенность которого состоит в том, что по меньшей мере одна лопатка отсека содержит ножку для закрепления наглухо, размещенную в толщине одного из колец таким образом, чтобы наглухо закрепить лопатку к указанному кольцу с обеспечением жесткости отсека.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каждая лопатка отсека содержит лопасть, проходящую между кольцами в радиальном направлении, ножки для закрепления наглухо, проходящие перпендикулярно к радиальному направлению и, как правило, перпендикулярно относительно хорды соответствующей лопасти.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ножки для закрепления наглухо, расположенные на одном и том же конце лопатки, являются, как правило, плоскими и, как правило, искривленными или являются параллельными или расположенными в шахматном порядке относительно друг друга, учитывая хорду указанной лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одно из колец содержит ряд отверстий, в которых наглухо закрепляются лопатки, по меньшей мере одну ножку для закрепления наглухо, расположенную в отверстии стороны, радиально противоположной другим двум кольцам.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ножки для закрепления наглухо проходят в направлении соседних лопаток по большей части ширины зазоров между соседними лопатками, причем ножки для закрепления наглухо, предпочтительно, занимают всю ширину зазоров между соседними лопатками.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна или каждая ножка для закрепления наглухо расположена заподлицо с поверхностью соответствующего кольца, причем каждый конец лопатки, предпочтительно, содержит по меньшей мере одну ножку для закрепления наглухо.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одно из колец, возможно наружное кольцо, выполнено из композиционного материала с органической матрицей и волокнистой преформой, и/или по меньшей мере одно из колец, возможно внутреннее кольцо, выполнено из композиционного материала с органической матрицей и волокнами, как правило, произвольной ориентации или короткими волокнами, и волокна преформы, предпочтительно, соединяют две соседние лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения сектор содержит от трех до шести лопаток отсека, предпочтительно, содержит четыре лопатки отсека, изготовленные из металла, возможно титана.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольца представляют собой полосы из материала с постоянной шириной между лопатками отсека выше и ниже по потоку, причем сектор содержит кольцевой слой истираемого материала на внутренней поверхности внутреннего кольца, при этом истираемый слой, предпочтительно, покрывает внутренние концы лопаток отсека.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения каждая лопатка отсека содержит по меньшей мере две ножки для закрепления наглухо на по меньшей мере одном из ее радиальных концов, причем одна из двух ножек для закрепления наглухо, предпочтительно, расположена на передней стороне лопатки на одном из двух осевых концов лопатки, и другая из двух ножек для закрепления наглухо расположена на задней стороне лопатки на другом из двух осевых концов лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения лопатки отсека содержат по меньшей мере две ножки для закрепления наглухо, расположенные на одном и том же радиальном конце, и соединительный элемент между по меньшей мере двумя ножками для закрепления наглухо, причем соединительный элемент, предпочтительно, проходит параллельно профилю лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения другое из двух колец, возможно внутреннее кольцо, содержит короткие стойки для закрепления наглухо, выступающие относительно другого из двух колец по направлению к лопаткам, причем лопатки закреплены наглухо к коротким стойкам таким образом, чтобы они были закреплены наглухо к другому из двух колец.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольца и лопатки статора образуют каналы для отклонения потока в газотурбинном двигателе.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения волокна по меньшей мере одной или каждой преформы, как правило, ориентированы под углами +45° и -45° по отношению к осевому направлению газотурбинного двигателя.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения короткие волокна имеют длину менее 5,00 мм, предпочтительно менее 1,00 мм.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения ножки для закрепления каждой лопатки расположены на оси, имеющей обратный наклон хорды лопатки по отношению к углу поворота газотурбинного двигателя.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольца приспособлены для ограничения между ними канала для направления угловой части кольцевого потока в газотурбинном двигателе.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения численное большинство волокон в преформе между лопатками отсека проходят от отверстия одной лопатки до отверстия соседней лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения лопатки содержат лопасти, проходящие между кольцами, причем каждая лопасть содержит переднюю кромку, заднюю кромку, переднюю поверхность и заднюю поверхность, указанные поверхности имеют протяженность от передней кромки до задней кромки, короткие стойки расположены в продолжение лопастей.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения радиальная высота по меньшей мере одной или каждой короткой стойки является больше максимальной толщины соответствующей короткой стойки, предпочтительно радиальная высота по меньшей мере одной или каждой короткой стойки больше ширины лопатки.

Ширина лопатки измеряется перпендикулярно к ее хорде. Например, для данного профиля, это может быть точка лопатки, наиболее удаленная от хорды.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения длина каждой ножки для закрепления наглухо является больше средней ширины лопатки.

Длина ножки может быть ее основным размером и/или измеряется перпендикулярно к хорде лопатки и/или по периферии статора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения композиционный материал содержит органическую смолу, возможно полиэтиленимин (PEI) или полиэфирэфиркетон (PEEK), и углеродные волокна или стеклянные волокна.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна или каждая ножка для закрепления наглухо по длине имеет больший размер, чем по ширине.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения угловой сектор описывает менее полукруга, предпочтительно менее восьмой части круга, предпочтительнее менее двенадцатой части круга.

Наличие ножки для закрепления наглухо на лопатке отсека не является существенной особенностью изобретения.

Согласно изобретению предлагается также угловой сектор статора с лопатками газотурбинного двигателя с осевым компрессором, в частности компрессора, причем сектор содержит: наружное кольцо в форме дуги окружности, предназначенное для установки на кожухе газотурбинного двигателя, внутреннее кольцо в форме дуги окружности, венец лопаток статора, проходящих радиально между кольцами, причем лопатки закреплены наглухо к кольцам таким образом, что сектор образует отсек с лопатками, обеспечивающий ограничение канала между кольцами, особенность которого состоит в том, что по меньшей мере одно или каждое кольцо содержит короткую стойку для закрепления наглухо одной из лопаток отсека, причем короткая стойка выступает в канал в радиальной протяженности лопатки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кольцо или каждое кольцо содержит ряд коротких стоек для закрепления наглухо лопаток, расположенных в венце, причем стойки для закрепления наглухо представляют собой пазы, в которых наглухо закреплены лопатки, и/или короткие стойки содержат крылья, окруженные лопатками.

Согласно изобретению предлагается также газотурбинный двигатель, содержащий угловые секторы статора, особенность которого заключается в том, что по меньшей мере один или каждый сектор выполнен согласно изобретению, причем газотурбинный двигатель содержит кожух, на котором закреплены угловые секторы и соединительные лопатки, размещенные между секторами статора с целью формирования изменяющейся конфигурации, при этом соединительные лопатки закреплены к кожуху и к секторам статора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения кожух представляет собой наружный кожух из композиционного материала с органической матрицей и волокнистым армированием с множеством волокнистых слоев, причем один или каждый отсек с лопатками закреплен к указанному наружному кожуху, по меньшей мере одно или каждое наружное кольцо выполнено с отверстиями для фиксации к наружному кожуху, возможно снабженными металлическими монтажными заклепками, при этом отверстия расположены между лопатками отсека.

Обеспечиваемые преимущества

Изобретение позволяет повысить жесткость отсека и статора, возможно независимо от наличия соединительных лопаток. Четко определенная конфигурация ножек для закрепления наглухо увеличивает межблоковый эффект. Фактически они размещаются встраиванием в толщину колец. В случае кольца(ец) из композиционного материала, ножки дополняют упрочняющее действие волокон в матрице. Ножки для закрепления наглухо ограничивают изменение направления лопаток относительно колец точно так же, как и окружные движения одного кольца относительно другого.

Конструкция с двумя ножками по меньшей мере на одном из концов лопаток, например с наружной стороны, позволяет выполнить цепь, пересекающую соответствующее кольцо. Применение ножки для закрепления наглухо ограничивает пространство, занимаемое закреплением наглухо в кольце, что позволяет сохранить механическое сопротивление кольца при одновременном повышении жесткости.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен газотурбинный двигатель с осевым компрессором согласно изобретению.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение компрессора газотурбинного двигателя согласно изобретению.

На фиг. 3 изображен кожух газотурбинного двигателя со статором согласно изобретению.

На фиг. 4 изображено кольцо согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 5 изображен отсек с лопатками согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 6 изображена соединительная лопатка согласно изобретению.

На фиг. 7 представлен вид в разрезе вдоль оси 7-7, отображенный на фиг. 4, взаимного закрепления наглухо ножки для закрепления наглухо и кольца согласно изобретению.

На фиг. 8 показана лопатка, закрепленная к короткой стойке кольца отсека с лопатками согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 9 показана лопатка, закрепленная к короткой стойке кольца отсека с лопатками согласно второму варианту осуществления изобретения.

На фиг. 10 показан отсек с лопатками согласно третьему варианту осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

В приведенном ниже описании термины «внутренний» и «наружный» относятся к положению относительно оси вращения газотурбинного двигателя с осевым компрессором.

На фиг. 1 показан газотурбинный двигатель с осевым компрессором в упрощенном виде. В данном конкретном случае это двухконтурный турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель 2 содержит первую компрессорную ступень, называемую компрессором 4 низкого давления, вторую компрессорную ступень, называемую компрессором 6 высокого давления, камеру 8 сгорания и одну или несколько турбинных ступеней 10. Во время работы механическая мощность турбины 10, передаваемая через центральный вал к ротору 12, приводит в действие два компрессора 4 и 6. Скорость вращения, передаваемого к компрессорам, может увеличиваться или уменьшаться с помощью зубчатого редуктора. Или же все различные турбинные ступени могут быть соединены с компрессорными ступенями через концентрические валы. Указанные компрессорные ступени содержат ряд венцов лопаток ротора, соединенных с венцами лопаток статора. Вследствие этого вращение ротора вокруг его оси 14 вращения обеспечивает возможность создания потока воздуха и постепенного сжатия указанного потока воздуха до момента его поступления на вход камеры 8 сгорания.

Приточный вентилятор, именуемый как вентилятор 16, соединён с ротором 12 и и создаёт поток воздуха, делящийся на поток 18 внутреннего контура, проходящий через различные ступени газотурбинного двигателя, упомянутые выше, и поток наружного контура 20, проходящий через кольцевой канал (показанный частично) вдоль двигателя, после чего он снова соединяется с потоком наружного контура на выходе турбины. Для создания силы реакции поток наружного контура может быть ускорен. Поток 18 внутреннего контура и поток 20 наружного контура представляют собой кольцевые потоки, они перемещаются через кожух газотурбинного двигателя. Для этого кожух имеет цилиндрические стенки или кольца, которые могут быть внутренними или наружными.

На фиг. 2 представлен вид в разрезе компрессора такого газотурбинного двигателя с осевым компрессором, как газотурбинный двигатель с осевым компрессором, показанный на фиг. 1. Компрессор может представлять собой компрессор 4 низкого давления. Здесь можно видеть часть вентилятора 16 и разделительный носок 22, разделяющий поток 18 внутреннего контура и поток 20 наружного контура. Ротор 12 содержит ряд венцов лопаток 24 ротора, в данном случае три.

Компрессор 4 низкого давления содержит ряд направляющих лопаточных устройств, в данном случае четыре, каждый из которых включает в себя венец лопаток 26 статора. Направляющие лопаточные устройства соединены с вентилятором 16 или с венцом лопаток ротора для направления потока воздуха так, чтобы преобразовать скорость потока в давление.

Лопатки 26 статора равномерно расположены друг относительно друга и имеют одинаковую угловую ориентацию в потоке. Существует возможность локального изменения зазора между лопатками, а также их угловой ориентации. Некоторые лопатки могут отличаться от остальных лопаток в их венце.

Газотурбинный двигатель может содержать статор с кожухом 28, например наружным кожухом компрессора. Кожух 28 может быть из металла, такого как титановый сплав или же он может быть изготовлен из композиционного материла. Он содержит круговую стенку, которая может быть прикреплена к промежуточному кожуху газотурбинного двигателя с помощью кольцеобразного фланца. Кожух может также образовывать, благодаря кольцевому фланцу, механический соединительный элемент, поддерживающий разделительный носок. Он может быть образован из половин формы.

Кожух 28, кроме того, поддерживает лопатки 26 статора. Он может поддерживать их непосредственно или через посредство наружных колец 30. Указанные наружные кольца служат фиксирующей опорой для лопаток 26 статора, которые сами поддерживают внутренние кольца 32 на своих внутренних концах. На внутреннюю сторону внутренних колец 32 могут быть нанесены слои истираемого материала 34. Другие слои истираемого материала 36 могут быть нанесены на внутреннюю поверхность кожуха 28, возможно между наружными кольцами 30, которые образуют заплечики.

На фиг. 3 показана часть статора, такая как часть кольцевого венца лопаток статора, закрепленных к кожуху. Статор показан с внутренней стороны. Слой истираемого материала, нанесенный на внутреннее кольцо, не показан. Участки лопаток отсека могут пересекаться с внутренними кольцами; однако эти участки не представлены.

Статор содержит угловые секторы 38 с лопатками, которые включают в себя ряд лопаток. Под угловым сектором следует понимать угловую часть или угловую область поворота статорной ступени. Угол рассматривается относительно оси 14 вращения газотурбинного двигателя. Угловые секторы 38 могут представлять собой отсеки 38 с лопатками или угловые сегменты с лопатками. Они могут быть расположены торец к торцу таким образом, чтобы описывать окружность. Угловые секторы 38 могут быть закреплены к кожуху 28 с помощью отверстий 40 для фиксации, расположенных между их лопатками. Они могут также соприкасаться с окружностью и, возможно, могут прикрепляться друг к другу.

Каждый отсек 38 или сектор 38 может образовывать конструкцию, в которой каждое соединение между лопаткой и одним из колец (30; 32), предпочтительно, каждым кольцом (30; 32), выполнено посредством закрепления наглухо или сваривания. Закрепление наглухо позволяет закрепить и сделать неподвижной лопатку относительно кольца.

Статор может содержать по меньшей мере два типа лопаток статора, а именно лопатки отсека 42 и соединительные лопатки 44, расположенные между отсеками 38. Соединительные лопатки 44 могут образовывать механические соединительные элементы между отсеками 38, и их присутствие является необязательным. Периферийные концы колец (30; 32) могут иметь отверстия 46 для фиксации к соединительным лопаткам 44. В частности, наружные кольца 30 могут иметь на своих концах, учитывая окружность, отверстия, позволяющие соединять их с кожухом 28 и соединительными лопатками 44, например, с помощью их платформ для фиксации.

На фиг. 4 показано кольцо с отсеками с лопатками, например наружное кольцо 30, отображенное с наружной стороны. Это кольцо может быть также внутренним кольцом, обозреваемым с внутренней стороны, возможно за счет изменения угловой ориентации лопаток.

Кольцо 30 образует сектор или сегмент. Оно может иметь форму полосы материала с осевой длиной и/или постоянной толщиной. Участки их концов 48 согласно окружности могут быть искривленными, чтобы соответствовать, например, профилю соединительной лопатки.

Для обеспечения возможности закрепления лопатки, например, закрепления наглухо к одному из колец, возможно к каждому кольцу по меньшей мере одна лопатка 42 отсека может содержать по меньшей мере одну ножку 50 для закрепления наглухо на одном из ее радиальных концов. По меньшей мере одна или каждая лопатка 42 может содержать две ножки 50 для закрепления наглухо на одной и той же радиальной стороне лопатки или по меньшей мере две ножки для закрепления наглухо на каждом радиальном конце лопатки. По меньшей мере одна или каждая лопатка может содержать по меньшей мере одну ножку для закрепления наглухо на каждом радиальном конце.

По меньшей мере одна лопатка 42 отсека или каждая лопатка 42 отсека может содержать на радиально наружной стороне две ножки 50 для закрепления наглухо, возможно одну на передней стороне, например, в расположенной ниже по потоку половине лопатки или, в осевом направлении, на уровне задней кромки, и другую из двух ножек 50 для закрепления наглухо на задней стороне, например, в расположенной выше по потоку половине лопатки 42 или, в осевом направлении, на уровне передней кромки.

Ножки 50 для закрепления наглухо могут проходить в основном в окружном направлении. Они могут проходить в направлении соседней лопатки 42, возможно перпендикулярно к хорде соединенного с ней радиального конца лопатки. По меньшей мере, каждый конец лопатки содержит соединительный элемент 52, между по меньшей мере двумя ножками для закрепления наглухо, причем соединительный элемент 52, предпочтительно, проходит параллельно к профилю лопатки. По меньшей мере один или каждый соединительный элемент 52 может иметь частичную непрерывность с ножками 50 для закрепления наглухо таким образом, чтобы повысить их прочность при воздействии крутящей или изгибающей силы.

Максимальное расстояние между ножками 50 для закрепления наглухо может быть больше половины соединенного с ними конца 42 лопатки. Это максимальное расстояние может быть измерено по оси, которая расположена под углом более 30° относительно хорды соответствующего радиального конца 42 лопатки, предпочтительно под углом более 45°, предпочтительнее под углом более 60°.

Ножки 50 для закрепления наглухо могут быть в целом искривленными и/или в целом плоскими, чтобы они помещались в толщину кольца 30 и/или перекрывали. Ножки 50 для закрепления наглухо могут проходить в направлении соседних лопаток 42 по большей части ширины, предпочтительно по всей ширине каналов между соседними лопатками.

Кольцо 30 может иметь на своих периферийных концах связующие зоны 54. Эти зоны 54 могут обеспечить возможность фиксации к соединительным лопаткам и к кожуху благодаря отверстиям 46, причем указанные отверстия могут заменить отверстия 40 между лопатками 42 отсека.

На фиг. 5 показан угловой сектор 38, который образует отсек 38 статора с лопатками.

Периферийные концы колец (30; 32) могут различаться от одной стороны к другой и от одного кольца к другому. Связующие зоны 54 могут представлять собой зоны меньшей толщины, например, для интегрирования в толщину указанных колец толщины платформ для фиксации соединительных лопаток. Зоны меньшей толщины 54 наружного кольца 30 могут быть расположены на наружной стороне и зоны меньшей толщины 54 внутреннего кольца 32 могут быть расположены на внутренней стороне.

Сектор 38 может содержать от двух до десяти, предпочтительно от трех до семи, предпочтительнее четыре лопатки 42. Эти количества позволяют оптимизировать жесткость ступени лопаток статора благодаря соединению соединительных лопаток и отсеков 38. Лопатки могут быть закреплены наглухо в отверстиях 56, образованных в кольцах (30; 32), причем отверстия 56 могут выходить наружу или образовывать закрытые карманы.

Сектор 38 может содержать слой истираемого материала 34, нанесенный на внутреннюю поверхность внутреннего кольца 32. Этот слой 34 может быть профилирован для того, чтобы он помещался между ребрами.

На фиг. 6 показана соединительная лопатка 44.

Соединительная лопатка 44 содержит корпус или лопасть 58, которая проходит в потоке газотурбинного двигателя. Она содержит по меньшей мере одну, предпочтительно по меньшей мере две платформы 60 для фиксации, каждая из которых находится на одном из радиальных концов лопатки 44. По меньшей мере одна или каждая платформа 58 включает по меньшей мере одно отверстие 62 для фиксации, две платформы 58, предпочтительно, содержат по меньшей мере два отверстия для фиксации, одно из которых расположено на передней стороне лопатки, а другое на ее задней стороне. Соединительная лопатка 44 может быть изготовлена из металла, например титанового или алюминиевого сплава. Она может быть изготовлена с помощью горячей штамповки, механической обработки или по аддитивной технологии.

Одна или каждая внутренняя платформа 60 может содержать слой истираемого материала (не показан), обеспечивающий непрерывность кругового материала с истираемыми слоями отсеков, чтобы формировать круговое соединение, такое как истираемый слой, показанный на фиг. 2.

На фиг. 7 показан разрез статора по оси 7-7, представленный на фиг. 4. Лопатка 42 отсека видна вместе с ножкой 50 для закрепления наглухо, интегрированной в толщину кольца, возможно наружного кольца 30.

В толщину кольца 30 может быть встроена по меньшей мере одна или каждая ножка 50 для закрепления наглухо. Радиальная толщина ножки 50 для закрепления наглухо меньше или равна толщине кольца 30, предпочтительно меньше или равна половине толщины кольца. Наружная поверхность ножки для закрепления наглухо может быть расположена заподлицо с наружной поверхностью кольца, возможно, образуя непрерывность поверхности. Лопатка может содержать радиальный соединительный элемент между одной или всеми ножками 50 для закрепления наглухо и ее аэродинамический гребень находится в потоке.

По меньшей мере одна или каждая ножка 50 для закрепления наглухо может проходить параллельно кольцу 30. Ножка 50 для закрепления наглухо может проходить, как правило, перпендикулярно по отношению к аэродинамическим профилям лопатки. Положение ножки для закрепления наглухо на наружной стороне способствует удержанию лопатки кольца в радиальном направлении.

Описание, приведенное непосредственно выше, имеет отношение к наружному кольцу, однако оно может быть отнесено, также, и к внутреннему кольцу, возможно путем поворота на 180° в радиальном направлении.

На фиг. 8 представлен угловой сегмент 38 статора согласно первому варианту осуществления изобретения. Лопатка 42 отсека наглухо закреплена к внутреннему кольцу с помощью короткой стойки 66. Однако наличие в статоре коротких стоек 66 не является обязательным, поскольку лопатка отсека или каждая лопатка отсека могут быть закреплены наглухо к двум кольцам посредством ножек для закрепления наглухо.

Один из концов по меньшей мере одной или каждой лопатки 42 отсека может быть закреплен к одному из колец, например к внутреннему кольцу 32, с помощью коротких стоек 66 для закрепления наглухо. Указанное кольцо 32 может иметь короткие стойки 66, образованные на ее поверхности и проходящие по направлению к лопатке. Каждая короткая стойка 66 может иметь в своем продолжении крыло 68 для закрепления наглухо, поверхность которой может быть ребристой или перфорированной для усиления закрепления наглухо, но которая составляет меньшую часть. Закрепление лопаток 42 наглухо к кольцам 32 может быть разнородным: одна сторона лопаток крепится наглухо с помощью ножек 50 для закрепления наглухо, другая – с помощью коротких стоек 66.

На фиг. 9 показан угловой сектор 138 с лопатками согласно второму варианту осуществления изобретения. На фиг. 9 представлена система цифровых обозначений, использованных на предыдущих фигурах для обозначения идентичных или аналогичных элементов, но при этом цифровые обозначения увеличены на 100. В данном варианте осуществления изобретения определенным компонентам присвоены определенные цифровые обозначения. Лопатка 142 отсека закреплена наглухо к кольцу с помощью короткой стойки 166.

Кольцо, например, внутреннее кольцо 132, может быть отформовано на конце по меньшей мере одной или каждой лопатки 142 отсека. По меньшей мере одна или каждая лопатка 142 может иметь конец, около которого сформирована короткая стойка 166 кольца 132, служащая для закрепления наглухо. Лопатки могут быть из металла, такого как титан, и кольцо 132 может быть из полимерного материала, такого как композиционный материал, с органической матрицей. По меньшей мере одна или каждая короткая стойка 166 может образовывать паз 170, в котором закреплен наглухо конец лопатки 142 отсека.

На фиг. 10 показан угловой сектор 238 с лопатками согласно третьему варианту осуществления изобретения. На этой фиг. 10 воспроизведена система цифровых обозначений из предыдущих фигур для обозначения идентичных или аналогичных элементов, но при этом цифровые обозначения увеличены на 200. Отсек показан в разрезе по оси.

Сектор 238 содержит два кольца (230; 232), между которыми проходит ряд лопаток 242 отсека. Эти лопатки закреплены наглухо к кольцам с помощью коротких стоек 266, образованных на внутреннем кольце 232 и наружном кольце 230. Короткие стойки 266 проходят радиально по направлению друг к другу в канале, ограниченном сектором. В коротких стойках 266 могут быть выполнены пазы для закрепления наглухо и/или они могут содержать крылья для закрепления наглухо.

Кольца (230; 232) могут быть изготовлены из композиционного материала и лопатки могут быть из титана. Возможно применение лопаток 242, изготовленных из композиционного материала.

Claims

1. Угловой сектор (38; 138) статора с лопатками газотурбинного двигателя (2) с осевым компрессором, причем сектор содержит:

- сектор наружного кольца (30) в форме дуги окружности, предназначенный для установки на кожухе (28) газотурбинного двигателя,

- сектор внутреннего кольца (32; 132) в форме дуги окружности,

- венец лопаток (42; 142) статора, проходящих радиально и закрепленных наглухо в секторах колец,

отличающийся тем, что по меньшей мере одна лопатка (42; 142) статора содержит две ножки (50; 150) для закрепления наглухо, проходящие в направлении по окружности, расположенные в толщине одного из секторов колец (30; 32; 132) таким образом, чтобы крепить наглухо лопатку (42; 142) статора к указанному сектору кольца (30; 32; 132) с обеспечением жесткости углового сектора (38; 138),

причем две ножки (50; 150) для закрепления наглухо проходят в противоположном друг другу направлении и смещены в осевом направлении;

и тем, что каждая лопатка (42; 142) статора содержит лопасть, проходящую между секторами колец (30; 32; 132) в радиальном направлении, причем две ножки (50; 150) для закрепления наглухо проходят перпендикулярно к радиальному направлению и перпендикулярно относительно хорды соответствующей лопасти статора.

2. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что один из секторов колец (30; 32; 132) содержит ряд отверстий (56), в которых закреплены наглухо лопатки (42; 142) статора, причем две ножки (50; 150) для закрепления наглухо размещены в одном из отверстий сектора кольца на стороне, радиально противоположной сектору другого из двух колец.

3. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что две ножки (50; 150) для закрепления наглухо проходят в направлении соседних лопаток (42; 142) статора по большей части ширины зазоров между соседними лопатками (42; 142) статора.

4. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одну или каждую из двух ножек (50; 150) для закрепления наглухо располагают заподлицо с поверхностью соединенного с ней сектора кольца (30; 32; 132).

5. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из секторов колец (30; 32; 132) выполняют из композиционного материала с органической матрицей и волокнистой преформой.

6. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит от трех до шести лопаток (42; 142) статора.

7. Угловой сектор (38; 138) по п. 6, отличающийся тем, что он содержит четыре лопатки (42; 142) статора из металла.

8. Угловой сектор (38; 138) по п. 7, отличающийся тем, что четыре лопатки (42; 142) статора выполнены из титана.

9. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что секторы колец (30; 32; 132) представляют собой полосы материала постоянной ширины между лопатками (42; 142) статора выше и ниже по потоку, причем сектор внутреннего кольца (32; 132) содержит кольцевой слой истираемого материала (34) на внутренней поверхности сектора внутреннего кольца (32; 132), при этом истираемый слой покрывает внутренние концы лопаток (42; 142) статора.

10. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что каждая лопатка (42; 142) статора содержит по меньшей мере две ножки (50; 150) для закрепления наглухо, причем одну из двух ножек (50; 150) для закрепления наглухо располагают на передней стороне лопатки (42; 142) статора на одном из двух осевых концов лопатки (42; 142) статора и другую из двух ножек (50; 150) для закрепления наглухо располагают на задней стороне лопатки (42; 142) статора на другом из двух осевых концов лопатки (42; 142) статора.

11. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что лопатки (42; 142) статора содержат соединительный элемент (152) между двумя ножками (50; 150) для закрепления наглухо, причем соединительный элемент проходит параллельно профилю лопатки (42; 142) статора, причем две ножки (50; 150) для закрепления наглухо располагают на одном и том же радиальном конце лопатки.

12. Угловой сектор (38; 138) по п. 1, отличающийся тем, что сектор кольца (30; 32; 132), на котором не размещают ножки для закрепления наглухо, содержит короткие стойки (66; 166) для закрепления наглухо, причем лопатки (42; 142) статора закрепляют наглухо к коротким стойкам (66; 166) для закрепления наглухо.

13. Угловой сектор (38, 138) по п. 12, отличающийся тем, что короткие стойки (166) для закрепления наглухо содержат полые пазы (170), образующие углубления, в которых закрепляют наглухо лопатки (142) статора.

14. Угловой сектор (138) статора с лопатками газотурбинного двигателя (2) с осевым компрессором, причем сектор содержит:

- сектор внутреннего кольца (132) в форме дуги окружности,

- венец лопаток (142) статора, проходящих радиально между секторами колец, причем лопатки (142) статора закрепляют наглухо к секторам колец таким образом, чтобы обеспечить ограничение канала между секторами колец,

отличающийся тем, что по меньшей мере один или каждый из секторов колец (30; 132) содержит короткую стойку (166) для закрепления наглухо одной из лопаток (142) статора, причем короткая стойка выступает в канал в радиальной протяженности лопатки (142) статора, и тем, что сектор кольца или каждый сектор кольца (30; 132) содержит ряд коротких стоек (166) для закрепления наглухо лопаток статора, расположенных в венце, причем стойки для закрепления наглухо содержат полые пазы (170), образующие углубления, в которых наглухо закреплены лопатки (142) статора.

15. Угловой сектор (138) по п. 14, отличающийся тем, что короткие стойки содержат крылья, окруженные лопатками статора.

16. Газотурбинный двигатель (2) с осевым компрессором, содержащий угловые секторы (38; 138), отличающийся тем, что по меньшей мере один или каждый угловой сектор (38; 138) соответствует одному из пп. 1-15, причем газотурбинный двигатель (2) содержит кожух (28), на котором закрепляют угловые секторы (38; 138) и соединительные лопатки (44), размещенные между угловыми секторами (38; 138), при этом соединительные лопатки (44) закрепляют к кожуху (28) и к угловым секторам (38; 138).