Композитная лопатка компрессора

Композитная лопатка компрессора содержит втулку, на которой закреплены ленты армирующего материала, пропитанные связующим веществом. Внутри втулки имеется вкладыш из антифрикционного материала. 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. Эластичные накладки имеют утолщения в части, лежащей ближе к оси вращения диска или же место соприкосновения накладки и диска имеет гребенчатую форму. Аэродинамический фокус профиля лопатки в любом ее поперечном сечении находится позади точки поперечного сечения лопатки, при приложении поперечной нагрузки к которой лопатка линейно без закручивания деформируется как балка. Ленты армирующего материала на расстоянии 1-3 диаметра втулки от оси втулки скреплены между собой путем прошивки. Изобретение позволяет снизить износ композитной лопатки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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.

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.

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.

Задача и технический результат изобретения - устранение обоих вышеописанных вариантов износа.

Первое отличие данной лопатки от прототипа в том, что вместо жгутов армирующего материала используются ленты.

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.

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.

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).

Для повышения точности сопряжения эластичной накладки с пазом для нее в диске компрессора, предпочтительнее приклеивать или привулканизировать накладки к диску, а не к лопатке.

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».

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.

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.

Следует отметить одну технологическую особенность - ленты армирующего материала могут использоваться в виде готовых лент, а могут формироваться методом трехмерного плетения с образованием формы лопатки.

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.

1. Композитная лопатка компрессора, содержащая втулку, на которой закреплены ленты армирующего материала, пропитанные связующим веществом, отличающаяся тем, что внутри втулки имеется вкладыш из антифрикционного материала, а 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, причем эластичные накладки имеют утолщения в части, лежащей ближе к оси вращения диска, или же место соприкосновения накладки и диска имеет гребенчатую форму, кроме того, аэродинамический фокус профиля лопатки в любом ее поперечном сечении должен находиться позади точки поперечного сечения лопатки, при приложении поперечной нагрузки к которой лопатка линейно без закручивания деформируется как балка, а также отличающаяся еще и тем, что ленты армирующего материала на расстоянии 1-3 диаметра втулки от оси втулки скреплены между собой путем прошивки.

2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что вкладыш из антифрикционного материала выполнен из фторопласта или из медно-графитового материала.

3. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что накладки из эластичного материала выполнены из резины.

4. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что ленты армирующего материала образуются методом трехмерного плетения с образованием формы лопатки.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкциям сопловых аппаратов ТВД и трактам воздушного охлаждения сопловых лопаток авиационных газотурбинных двигателей ГПА.

Изобретение относится к теплоэнергетике, к лопаточным венцам с вильчатыми хвостовиками рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Лопаточный венец паровой турбины включает рабочие лопатки, каждая из которых имеет вильчатый хвостовик и установлена на диске.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, может быть использовано в конструкциях рабочих колес осевых компрессоров (преимущественно осевых компрессоров низкого давления) газотурбинных двигателей (далее ГТД).

Лопатка газотурбинного двигателя содержит перо, первую полку, расположенную на продольном конце пера, и по меньшей мере один функциональный элемент. Полка имеет внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и противоположную ей наружную поверхность.

Изобретение относится к способу наплавки материала на поверхность (4, 415) и может найти применение при изготовлении и ремонте корончатого хвостовика лопатки турбины.

Ротационное устройство для турбомашины содержит диск, наружная периферия которого образована чередующимися полостями и зубцами, и лопатки. Лопатки проходят в радиальном направлении от диска, введены в осевом направлении в указанные полости диска и удерживаются в них в радиальном направлении.

Объектом изобретения является деталь (1) газотурбинного двигателя, содержащая по меньшей мере первую и вторую лопатки (3, 3I, 3E) и площадку (2), начиная от которой выполнены лопатки (3, 3I, 3E), при этом площадка (2) имеет неосесимметричную поверхность (S), ограниченную первой и второй концевыми плоскостями (PS, PR) и образованную по меньшей мере тремя кривыми построения (РС-А, РС-С, PC-F) класса С1, каждая из которых отображает значение радиуса указанной поверхности (S) в зависимости от положения между корытцем первой лопатки (3I) и спинкой второй лопатки (3Е) по существу в плоскости, параллельной концевым плоскостям (PS, PR), в том числе первой кривой (РС-С), восходящей вблизи второй лопатки (3Е); второй кривой (PC-F), расположенной между первой кривой (РС-С) и задней кромкой (BF) первой и второй лопаток (3, 3I, 3E) и нисходящей вблизи второй лопатки (3Е); третьей кривой (РС-А), расположенной между первой кривой (РС-С) и передней кромкой (ВА) первой и второй лопаток (3, 3I, 3E) и имеющей минимум на уровне первой лопатки (3I).

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления дисков для осевых турбомашин, в частности дисков высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к конструированию приспособлений для закрепления рабочих лопаток турбомашины на вибростенде при усталостных испытаниях. Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях содержит корпус, жестко закрепленный на вибростоле с помощью кронштейна, зажим с элементами фиксации, расположенный на корпусе.

Балансировочное устройство, а также соответствующие способ и балансировочный винт, для вращающейся детали газотурбинного двигателя. Балансировочное устройство содержит кожух, в котором выполнено множество отверстий, через каждое из которых проходит балансировочный винт, имеющий стержень и головку, в которой выполнено углубление.

Группа изобретений относится к области гашения вибраций рабочих лопаток бустера и компрессора авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения. Место крепления рабочих лопаток роторов компрессора низкого и высокого давления авиадвигателей пятого поколения, выполненное в виде кольцевого выступа на внутренней и внешней поверхностях, выполненных в виде бочки роторов компрессора низкого и высокого давления, в котором выполнена кольцевая профилированная канавка со стороны внешней поверхности бочки, в которой замками «ласточкин хвост» закреплены рабочие лопатки с платформами, в кольцевой канавке в диаметрально противоположных местах выполнены выемки с такими шириной и длиной в тангенциальном направлении, чтобы в ней свободно мог разместиться замок лопатки, с прямоугольным поперечным радиальным сечением с глубиной, равной глубине кольцевой канавки, и в выемках и вырезах в платформах закреплены замки, ограничивающие смещение лопаток в тангенциальном направлении, причем наружный диаметр рабочего колеса, измеренный по замкам, равен наружному диаметру, измеренному по платформам лопаток, отличающееся тем, что кольцевая профилированная канавка выполнена с коническим дном, причем ось конической поверхности дна совпадает с продольной осью ротора компрессора низкого и высокого давления, а угол при вершине этого конуса выбран из условия создания требуемой величины натяга между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, на который они опираются, и радиальное поперечное сечение кольцевой профилированной канавки имеет форму «ласточкина хвоста», соединенного в основании с трапецией с вертикальными боковыми стенками, причем высота трапеции, по которой она соединена с фигурой «ласточкин хвост», равна в мм где b - большее основание фигуры «ласточкин хвост», с - ее меньшее основание, а – величина, на которую трапеция выступает за величину большего основания фигуры «ласточкин хвост», равная в мм где δ - величина натяга в мм между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, ϕ - угол при вершине конуса дна кольцевой профилированной канавки, таким образом, что в одной из боковых стенок выступа места крепления рабочих лопаток образована кольцевая технологическая канавка с наибольшей высотой, измеренной в радиальном поперечном сечении, равной в ммh=δ+H+0÷0,2,где Н - наибольшая высота поперечного радиального сечения кольцевой промежуточной проставки, и кольцевая промежуточная проставка выполнена из двух диаметрально противоположно расположенных полуколец с поперечным радиальным сечением в виде трапеции - усеченного клина, с наибольшей высотой Н, шириной, равной или меньшей ширины меньшего основания «ласточкина хвоста» кольцевой профилированной канавки, и углом наклона клина - половиной угла конуса клина, равной на торце с меньшей толщиной каждого полукольца у его концов выполнены две полукруглых технологических выемки или три таких выемки, в этом случае одна из выемок находится в средней части полукольца, и кольцевая промежуточная проставка установлена на дно кольцевой профилированной канавки таким образом, что ее торец с выемками контактирует с боковой стороной выступа места крепления лопаток, в которой нет технологической канавки, между кольцевой промежуточной проставкой и замками, установленными в выемках, и замками рабочих лопаток с радиальным натягом δ установлен кольцевой упругогистерезисный элемент с шириной, измеренной в направлении продольной оси ротора, равной или меньшей ширины меньшего основания «ласточкина хвоста» кольцевой профилированной канавки, составленный из одной, двух и более частей кольца, равнорасположенных по окружности, и между концами этих частей имеются зазоры, величина которых либо равна нулю, либо равна или меньше половины допустимой суммарной величины относительных рабочих смещений в окружном направлении концов этой части кольца и равна 0,2÷0,5 мм, и между наружной поверхностью бочки и платформой каждой лопатки, а также между торцами платформ соседних лопаток и ответными торцами платформ лопаток и замков имеются зазоры, величина которых ограничена величинами допустимых смещений лопатки под действием статических и динамических рабочих нагрузок, и под платформами лопаток между торцами замков, закрепленных в выемках кольцевой профилированной канавки, и торцами замков лопаток, а также между торцами замков лопаток с натягом по кольцевому упругогистерезисному элементу, торцам замков, закрепленных в выемках в кольцевой профилированной канавке, замкам лопаток и их платформам установлены упругогистерезисные или упругие элементы, причем величины этих натягов подобраны таким образом, что при колебаниях лопаток происходят упругие взаимные проскальзывания с сухим трением контактирующих элементов, причем в выемках в кольцевой канавке закреплены четыре, шесть или более равнорасположенных по окружности замков, и боковые стороны замков, закрепленных в выемках в кольцевой профилированной канавке, на части своей длины, у дна кольцевой канавки, срезаны и образуют заборный клин, и в боковой стенке с технологической канавкой выступа места крепления рабочих лопаток выполнено четыре или шесть отверстий, из которых два расположены в районах расположения концов полуколец промежуточной проставки, а при выполнении шести отверстий еще по одному в районе средней части каждого полукольца, и в эти отверстия до упора в кольцевую промежуточную проставку запрессованы заглушки, и все трущиеся поверхности деталей предлагаемого места крепления покрыты износостойким покрытием.

Настоящее изобретение относится к вентилятору, в частности, для турбомашины небольшого размера, такой как турбореактивный двигатель, при этом относительный диаметр ступицы указанного вентилятора равен отношению диаметра внутренней границы входящего воздушного потока (26) у радиально внутренних концов передних кромок лопаток (10) указанного вентилятора к диаметру окружности, на которой расположены внешние концы указанных лопаток вентилятора, и составляет от 0,2 до 0,265.

Изобретение относится к теплоэнергетике, к лопаточным венцам с вильчатыми хвостовиками рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Лопаточный венец паровой турбины включает рабочие лопатки, каждая из которых имеет вильчатый хвостовик и установлена на диске.

Изобретение относится к теплоэнергетике, к лопаточным венцам с вильчатыми хвостовиками рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Лопаточный венец паровой турбины включает рабочие лопатки, каждая из которых имеет вильчатый хвостовик и установлена на диске.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, может быть использовано в конструкциях рабочих колес осевых компрессоров (преимущественно осевых компрессоров низкого давления) газотурбинных двигателей (далее ГТД).

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, может быть использовано в конструкциях рабочих колес осевых компрессоров (преимущественно осевых компрессоров низкого давления) газотурбинных двигателей (далее ГТД).

Изобретение относится к ротору (R) многоступенчатого осевого компрессора (АСО), проходящему вдоль оси (Х) вращения, причем ротор (R) содержит вал (SH), причем вал (SH) имеет пазы (RBG) для рабочих лопаток, причем расположенные рядом друг с другом в окружном направлении (CD) и закрепленные в пазах (RBG) соответственно посредством хвостовика (RBF) рабочие лопатки (RB) ротора (R) образуют соответственно ступень (RBS) рабочих лопаток, причем предусмотрены по меньшей мере две расположенные аксиально друг за другом ступени (RBS) рабочих лопаток, а аксиально между обеими ступенями (RBS) рабочих лопаток в валу (SH) предусмотрен проходящий в окружном направлении промежуточный паз (IG), причем пазы (RBG) для рабочих лопаток впадают в промежуточные пазы (IG), и это устройство выполнено таким образом, что хвостовики (RBF) рабочих лопаток могут вводиться в промежуточные пазы (IG), а оттуда могут заводиться в пазы (RBG) для рабочих лопаток.

Ротационное устройство для турбомашины содержит диск, наружная периферия которого образована чередующимися полостями и зубцами, и лопатки. Лопатки проходят в радиальном направлении от диска, введены в осевом направлении в указанные полости диска и удерживаются в них в радиальном направлении.

Ротационное устройство для турбомашины содержит диск, наружная периферия которого образована чередующимися полостями и зубцами, и лопатки. Лопатки проходят в радиальном направлении от диска, введены в осевом направлении в указанные полости диска и удерживаются в них в радиальном направлении.

Диск ротора газотурбинного двигателя, имеющий пазы для установки ножек лопаток ротора в виде елочки, при этом каждый зуб имеет по существу по всему своему продольному размеру нарушение симметрии относительно радиальной срединной продольной плоскости.
Изобретение относится к способу получения многослойного защитного покрытия на лопатках моноколеса из титанового сплава от пылеабразивной эрозии и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроению.

Композитная лопатка компрессора содержит втулку, на которой закреплены ленты армирующего материала, пропитанные связующим веществом. Внутри втулки имеется вкладыш из антифрикционного материала. 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. Эластичные накладки имеют утолщения в части, лежащей ближе к оси вращения диска или же место соприкосновения накладки и диска имеет гребенчатую форму. Аэродинамический фокус профиля лопатки в любом ее поперечном сечении находится позади точки поперечного сечения лопатки, при приложении поперечной нагрузки к которой лопатка линейно без закручивания деформируется как балка. Ленты армирующего материала на расстоянии 1-3 диаметра втулки от оси втулки скреплены между собой путем прошивки. Изобретение позволяет снизить износ композитной лопатки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх