Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора авиационного двигателя

Авторы патента:

Грибановский Владимир Александрович (RU)

F01D9/02 - сопла; впускные патрубки; направляющие лопатки; направляющие каналы

Владельцы патента RU 2766040:

Грибановский Владимир Александрович (RU)

Изобретение относится к области турбостроения, точнее к способам изготовления направляющих лопаток компрессора из композиционного материала для газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного. Направляющий лопаточный аппарат компрессора из композиционного материала, у которого лопатки монолитно выполнены с опорным кольцом и ободом, изготовление которого включает раскрой слоев для лопаток, при этом материал выходит за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения - на длину, большую длины дуги обода между соседними лопатками. Кроме того, раскраивают слой, который включает материал: спинки, передней кромки и корыта. Аэродинамический профиль лопатки оформляют в пресс-форме, причем заполнение ее начинают с укладки материала спинки, затем выкладывают остальные слои, а завершают укладкой материала корыта; далее лопатки укладывают в сепаратор пресс-формы, на корневых и периферийных опорах которого оформляют опорное кольцо и обод; затем наматывают пропитанные связующим нити или жгуты на обод, а на пуансон - в месте контакта с опорным кольцом. Сепаратор укладывают в пресс-форму, устанавливают пуансон и производят прессование, при этом в матрице формируются наружные поверхности обода, в пуансоне - наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе - внутренние аэродинамические поверхности газового тракта опорного кольца и обода. Таким образом, получается авиационный газотурбинный двигатель, у которого монолитный направляющий лопаточный аппарат компрессора выполнен из композиционного материала, что позволяет снизить массу и трудоемкость изготовления изделия. 11 ил.

Известен способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала (патент RU №2432502, опубл. 27.10.11 г.), позволяющий создать высоконагруженную конструкцию при значительном снижении ее массы и повышенной жесткости и прочности. Указанный технический результат достигается способом раскроя слоев материала лопаток, прессованием их в пресс-форме, размещение и центровку лопаток в сборочной пресс-форме и прессование колеса, причем при раскрое слоев материала они выходят за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения пера на длину большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину большую дуги покрывного диска между соседними лопатками.

Аэродинамический профиль лопаток оформляется в пресс-форме, затем лопатки укладываются в сепаратор пресс-формы и в полостях сепаратора предварительно формируют опорное кольцо и покрывной диск, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, при этом в матрице формируют наружные поверхности покрывного диска, в пуансоне - наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе формуют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта покрывного диска опорного кольца.

Однако лопатки, изготовленные из множества слоев композиционного материала, уложенных последовательно друг на друга, во время эксплуатации под напором воздушного потока могут расслоится, что приведет к нежелательным последствиям.

Известен «Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора авиационного двигателя» (патент RU №2661429, опубл. 16.07.2018), принятый в качестве прототипа, который позволяет получать изделия из композиционного материала с повышенными прочностными характеристиками.

Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора из композиционного материала включает раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме, размещение и центровку лопаток в сборочной пресс-форме и прессование аппарата. При раскрое слои композиционного материала выходят за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения на длину, большую длины опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину, большую длины дуги обода между соседними лопатками. Материал пропитывают связующим в пределах контура лопатки и укладывают в пресс-форму, в которой сформируется аэродинамический профиль лопатки, на корневом и периферийном сечениях пера формируют часть опорного кольца и обода длиной 1…20 мм. Затем лопатки укладывают в сепаратор, который обеспечивает номинальное расположение лопаток в пресс-форме. Далее пропитывают материал, выходящий за пределы контура лопаток, и предварительно формуют в полостях сепаратора опорное кольцо и обод, после чего на наружную поверхность обода наматывают нити или жгуты, пропитанные связующим, сепаратор укладывают в пресс-форму, устанавливают пуансон, на который в месте его контакта с опорным кольцом, предварительно наматывают нити или жгуты, пропитанные связующим, и производят прессование, при этом в матрице формируются наружные поверхности обода, в пуансоне наружные поверхности опорного кольца, в сепараторе формируются внутренние аэродинамические поверхности газового тракта обода и опорного кольца.

Задачей, решаемой данным изобретением, является создание монолитного направляющего аппарата компрессора из композиционного материала с повышенными прочностными характеристиками.

Поставленная задача достигается тем, что при раскрое слоев материала для лопатки, по крайней мере, один слой имеет в своем составе материал: спинки, передней кромки и корыта. При укладке слоев композиционного материала в пресс-форму в первую очередь помещают материал спинки, затем все необходимые слои и завершают заполнять пресс-форму материалом корыта.

Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора из композиционного материала включает: раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме, размещение и центровку лопаток в сборочной пресс-форме и прессование аппарата. При раскрое слоев материал выходит за пределы контура лопатки: со стороны корневого сечения на длину большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину большую длины дуги обода между соседними лопатками. Кроме того, раскраивают, по крайней мере, один слой, включающий материал: спинки, передней кромки и корыта. Заполнять пресс-форму начинают с укладки материала спинки, затем пропитывают связующим материал в пределах контура лопатки и укладывают его в пресс-форму на материал спинки, выравнивают переднюю кромку и в завершение сверху кладут материал корыта. Проводят операцию полимеризации, в результате оформляется аэродинамический профиль лопатки, на корневом и периферийном сечениях лопатки формируется часть опорного кольца обода длиной 1…20 мм. Далее лопатки укладывают в сепаратор, который обеспечивает номинальное расположение лопаток в пресс-форме. Затем пропитывают связующим материал, выходящий за пределы контура лопаток, и предварительно формуют в полостях сепаратора опорное кольцо и обод, после чего на наружную поверхность обода наматывают нити или жгуты, пропитанные связующим, сепаратор укладывают в пресс-форму, устанавливают пуансон, на котором в месте его контакта с опорным кольцом, предварительно наматывают нити или жгуты, пропитанные связующим, и производят прессование, при этом в матрице формируются наружные поверхности обода, в пуансоне наружные поверхности опорного кольца, в сепараторе - внутренние аэродинамические поверхности газового тракта обода и опорного кольца.

Фиг. 1 - ряд направляющего лопаточного аппарата компрессора.

Фиг. 2 - раскрой слоя материала направляющей лопатки.

Фиг. 3-раскрой слоя, включающий материал: спинки, передней кромки и корыта.

Фиг. 4 - увеличенное сечение пресс-формы с лопаткой.

Фиг. 5 - пресс-форма для прессования лопаток.

Фиг. 6 - направляющая лопатка после прессования.

Фиг. 7 - сепаратор сборочной пресс-формы.

Фиг. 8 - увеличенная ячейка сепаратора.

Фиг. 9 - сечение периферийной опоры сепаратора.

Фиг. 10 - сечение корневой опоры сепаратора.

На фиг. 1 показан ряд направляющих лопаток 1 в виде монолитного колеса, в корневом сечении лопатки закреплены в опорном кольце 2, а периферийные сечения объединены ободом 3, внутренние поверхности 4, 5 опорного кольца 2 и обода 3 соответственно имеют аэродинамический профиль.

Способ изготовления ряда направляющих лопаток в виде монолитного колеса (фиг. 1) заключается в раскрое различных размеров слоев материала (фиг. 2) лопаток 1, при этом слои раскраиваются с учетом, что часть материала 6, 7 соответственно будет формировать опорное кольцо 2 и обод 3. Материал 6 (фиг. 2) вдоль оси лопатки 1 имеет длину больше длины дуги опорного кольца 2 между соседними лопатками 1 (фиг. 1, фиг. 7, фиг. 8), а материал 7 вдоль оси лопатки имеет длину больше длины дуги обода 3 между соседними лопатками. Количество слоев и их размеры рассчитываются для каждого конкретного лопаточного аппарата и конфигурации лопатки. Кроме того, один слой, по крайней мере, включает композиционной материал: спинки 25, передней кромки 26 и корыта 27 (фиг. 3) Заполнять пресс-форму начинают с укладки материала спинки 25 в матрицу 8 (фиг. 4, фиг. 5), Далее пропитывают слои лопаток (фиг. 2) связующим, при этом материал 6, 7 пропитывают в пределах 1…20 мм от границы контура лопатки и укладывают в матрицу 8 пресс-формы (фиг. 4, фиг. 5) Устанавливают пуансон 9. После полимеризации композиционного материала в пресс-форме и ее разборки, получается лопатка (фиг. 6), у которой единый слой, включающий материал: спинки, передней кромки и корыта, во время эксплуатации исключается расслоение, а на корневом сечении образована наметка 10 опорного кольца 2 (фиг. 1),на периферийном сечении - наметка 11 обода 3, длина наметки 1…20 мм. Часть материала 6, 7, из которого сформируется опорное кольцо 2 и обод 3 соответственно, остается в исходном состоянии. Далее пропитывают связующим материал 6, 7 и лопатки 1 устанавливают в сепаратор (фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10) сборочной пресс-формы, при этом в номинальном положении лопатка фиксируется: в радиальном направлении наметками 10 и11 за опоры 12 и 13 (фиг. 7, фиг. 8), от поворота вокруг продольной оси лопатка 1 зажимается между опорами 12, 13 сепаратора (фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10). При чем коренная опора 12 съемная, которая занимает свое место после установки лопатки 1, прижимая ее к соседней опоре, каждая из которых фиксируется на платформе 24 сепаратора, двумя штифтами 19 и винтом 20 (фиг. 10). Периферийная опора 13 сепаратора состоит из стационарного основания 14, которое крепится к платформе 24 сепаратора, двумя штифтами 21 и винтом 22, и таким же образом соединяется стационарное основание 14 со съемной крышкой 15, (фиг. 9) окончательно фиксирующей установленную лопатку 1 в сепараторе. После установки лопаток 1 в сепараторе из материала 6 формируют аэродинамическую поверхность опорного кольца на коренных опорах 12, а из материала 7 - аэродинамическую поверхность обода на периферийных опорах 13 (фиг. 7, фиг. 8, фиг. 11). Следующая операция намотка пропитанных связующим нитей или жгутов16 на обод 3 (фиг. 1, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 11). После этого сепаратор с платформой 24 устанавливают в матрицу 23 (фиг. 11), затем опускают пуансон 17, с намотанными и пропитанными связующим нитями или жгутами 18 на месте контакта с опорным кольцом 2 (фиг. 1, фиг. 11).

Нити и жгуты исключают расслоение опорного кольца и обода, которые сформированы из слоев материала, уложенного последовательно друг на друга по спирали. Наружные поверхности опорного кольца формирует пуансон, а обода - матрица пресс-формы. Далее проводится операция прессования по режиму, рекомендованному для данного композиционного материала.

Данным изобретением решается задача создания высоконагруженной конструкции монолитного направляющего лопаточного аппарата компрессора из композиционного материала, исключающего расслоение лопаток во время эксплуатации.

Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора авиационного двигателя из композиционного материала, включающий раскрой слоев материала для лопаток, при котором материал выходит за пределы контура лопаток со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения - на длину, большую дуги обода между соседними лопатками, аэродинамический профиль лопатки оформляется в пресс-форме, затем лопатки укладываются в сепаратор сборочной пресс-формы, на корневых и периферийных опорах которого формируют опорное кольцо и обод, затем на пуансон в месте его контакта с опорным кольцом и на обод наматывают пропитанные связующим нити или жгуты, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, при этом в матрице формируют наружные поверхности обода, в пуансоне - наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе формируют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта опорного кольца и обода, отличающийся тем, что дополнительно раскраивают, по крайней мере, один слой, включающий материал спинки, передней кромки и корыта, заполняют пресс-форму с укладки материала спинки, а завершают укладкой сверху материала корыта.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу аддитивного изготовления лопатки авиационного газотурбинного двигателя. Изготавливают лопатку, содержащую верхнюю и нижнюю окружные стенки, между которыми расположено по меньшей мере одно перо, содержащее переднюю кромку и заднюю кромку, расположенные между упомянутыми стенками по меньшей мере частично с отступом по отношению соответственно к первым и вторым окружным краям упомянутых стенок.

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую трубчатую камеру сгорания // 2761262

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины, при этом трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку, по меньшей мере одну жаровую трубу, ограничивающую пространство горения, имеющее ось камеры сгорания, при этом жаровая труба содержит: внутренний трубчатый элемент, наружный трубчатый элемент, перекрывающий, по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент и расположенный на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента для образования зазора для охлаждающего воздуха, при этом наружный трубчатый элемент содержит расположенный выше по потоку конец, соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента.

Сопловой аппарат турбины высокого давления газотурбинного двигателя // 2757245

Сопловой аппарат (СА) турбины высокого давления (ТВД) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) содержит наружное и внутреннее кольца соплового аппарата, соединенные с наружным и внутренним корпусом камеры сгорания соответственно, венец сопловых лопаток с наружными и внутренними полками, соединенными с наружным и внутренним кольцами соплового аппарата соответственно, причем в пере каждой из сопловых лопаток выполнен продольный охлаждающий канал, сообщенный с полостью, образованной наружным кольцом соплового аппарата и наружным корпусом камеры сгорания с клапанами перепуска воздуха, а также с полостью подвода воздуха к аппарату закрутки, выполненной во внутреннем кольце соплового аппарата, при этом, согласно настоящему изобретению, с полостью, образованной наружным кольцом соплового аппарата и наружным корпусом камеры сгорания с клапанами перепуска воздуха, охлаждающий канал каждой из лопаток сообщен посредством двух втулок, соединенных между собой телескопически, с возможностью радиального смещения друг относительно друга, одна из которых установлена в отверстии наружного кольца соплового аппарата и зафиксирована относительно наружного кольца соплового аппарата посредством выполненных на ее наружной поверхности двух диаметрально расположенных выступов, заведенных в кольцевые пазы наружного кольца соплового аппарата, выполненные со стороны наружного диаметра последнего, а также контровочной шайбы, а другая втулка выполнена со стороны наружной поверхности наружной полки сопловой лопатки, за одно целое с ней, при этом с полостью подвода воздуха к аппарату закрутки, выполненной во внутреннем кольце соплового аппарата, охлаждающий канал каждой из сопловых лопаток сообщен посредством трубчатого элемента, закрепленного в отверстии внутреннего кольца соплового аппарата посредством шарнирного соединения и втулки, выполненной со стороны внутренней поверхности внутренней полки сопловой лопатки, за одно целое с ней, и соединенной с трубчатым элементом посредством шарнирного соединения, кроме того, наружные полки венца сопловых лопаток зафиксированы в наружном кольце соплового аппарата в радиальном направлении посредством выполненного на наружной поверхности каждой из наружных полок лопаток, со стороны выходной кромки пера, Г-образного выступа, вставленного концевым участком в кольцевой паз наружного кольца, выполненный со стороны внутреннего диаметра последнего, а также выполненных на наружной поверхности каждой из наружных полок лопаток, со стороны входной кромки пера, двух П-образных выступов, разнесенных друг относительно друга в окружном направлении, в пазы которых заведена торцовая часть наружного кольца, при этом на наружном диаметре внутреннего кольца соплового аппарата выполнен кольцевой паз, а со стороны внутренней поверхности каждой из внутренних полок венца сопловых лопаток выполнено по ответному пазу, в которых установлен кольцевой упругий элемент, перекрывающий поток воздуха из компрессора высокого давления в проточную часть турбины высокого давления.

Узел соединения соплового аппарата турбины высокого давления с концевой частью жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2755453

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к газотурбинным двигателям (ГТД), преимущественно к элементам соединения сопловых аппаратов турбины с камерами сгорания. В узле соединения соплового аппарата турбины высокого давления с концевой частью жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащего наружный и внутренний кольцевые промежуточные элементы, со стороны торцов которых, обращенных к концевой части жаровой трубы, выполнено по кольцевой канавке, в которые заведены концевые участки наружного и внутреннего кольца жаровой трубы, согласно настоящему изобретению, каждый из кольцевых промежуточных элементов выполнен в виде набранных в окружном направлении идентичных деталей, причем каждая из идентичных деталей наружного кольцевого промежуточного элемента соединена с соответствующей ей наружной полкой сопловой лопатки, а каждая из идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента соединена с соответствующей ей внутренней полкой сопловой лопатки, при этом со стороны торца наружного кольцевого промежуточного элемента, обращенного к наружной полке сопловой лопатки, выполнена кольцевая канавка, в которую заведены с осевым зазором выступы, каждый из которых выполнен на торце наружной полки сопловой лопатки, до контакта торцов наружного и внутреннего выступов наружного кольцевого промежуточного элемента, образующих кольцевую канавку, с торцами наружных полок сопловых лопаток, при этом в наружном выступе каждой из идентичных деталей и в выступе наружной полки сопловой лопатки выполнено по соосному отверстию под штифт, над которыми в наружном кольце соплового аппарата со стороны его торца, обращенного к жаровой трубе, выполнено по продольному пазу, в каждом из которых установлена с осевым зазором верхняя часть штифта, причем между торцом нижней части штифта и наружной поверхностью внутреннего выступа наружного кольцевого промежуточного элемента образован зазор, причем на каждом из штифтов, между внутренней поверхностью продольного паза и наружной поверхностью наружного выступа наружного кольцевого промежуточного элемента выполнены два бурта, диаметр наружного из которых больше чем ширина продольного паза, а внутреннего - чем диаметр отверстия под штифт, при этом внутренняя поверхность внутреннего бурта и наружная поверхность наружного выступа наружного кольцевого промежуточного элемента сопряжены, а между наружным буртом и наружным кольцом соплового аппарата выполнен радиальный зазор, кроме того со стороны внутренней поверхности каждой из идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента и соответствующей ей внутренней полки сопловой лопатки выполнены радиальные выступы, контактирующие по близлежащим поверхностям и зафиксированные относительно друг друга посредством резьбового соединения, при этом на упомянутых близлежащих поверхностях радиальных выступов идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента выполнены осевые выступы в виде кольцевых сегментов, заведенные с осевым зазором в соответствующие им пазы, выполненные в радиальных выступах внутренних полок сопловых лопаток.

Подводящий патрубок радиальной турбомашины // 2749936

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании подводящих патрубков расширительных турбомашин. Подводящий патрубок радиальной турбомашины содержит спиральную камеру (1), которая состоит из двух половин и имеет разъем, проходящий через ее вертикальную ось.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины // 2740627

Изобретение относится к турбостроению, а именно к охлаждаемой лопатке газовой турбины, предназначенной преимущественно для работы в области высоких температур. Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо (1), выполненное в виде передней полости (2) и задней полости (3), разделенных радиальной перегородкой (4).

Сопло с трубкой лопаточного профиля для газовой турбины // 2729589

Раскрыто сопло (101) лопаточного типа для газовой турбины, содержащее впускную секцию (108), сужающуюся секцию (107) и выпускную секцию (106). Впускная секция (108) является секцией кольцевого канала, сужающаяся секция (107) содержит множество каналов для газового потока, отделенных множеством лопаток (105), каждый канал для газового потока опоясан внешней поверхностью периферийной стенки (110), внутренней поверхностью периферийной стенки (111), засасывающей поверхностью одной из двух смежных лопаток (105) и нагнетающей поверхностью другой из двух смежных лопаток (105), и впускные отверстия (102) каналов для газового потока имеют веерообразное сечение.

Лопатка газотурбинной установки // 2723658

Изобретение относится к лопатке газотурбинной установки, содержащей перо, продолжающееся в радиальном направлении от хвостовика лопатки до венца лопатки, определяя размах, равный 0% у хвостовика лопатки и 100% у венца лопатки, и продолжающееся в радиальном направлении от входной кромки до выходной кромки, которая ограничивает хорду осевой длиной хорды, определенной осевой длиной прямой линии, соединяющей входную кромку и выходную кромку пера в зависимости от размаха.

Лопатка, оснащенная системой охлаждения, соответствующие направляющий сопловой аппарат и газотурбинный двигатель // 2715464

Лопатка направляющего соплового аппарата газотурбинного двигателя оснащена системой охлаждения, содержащей вставку, устройство отбора. Вставка расположена внутри внутренней полости лопатки, соединена с входом охлаждающего воздуха лопатки и выполнена с возможностью охлаждения поверхности внутренней полости лопатки.