Узел диффузор-выпрямитель для турбомашины и турбомашина, содержащая диффузор-выпрямитель

Узел диффузор-выпрямитель для турбомашины и турбомашина, содержащая диффузор-выпрямитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к узлу диффузора-выпрямителя, предназначенного для подачи воздуха в кольцевую камеру сгорания в турбомашине, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель самолета.

В некоторых вариантах реализации последняя ступень нагнетающего компрессора в турбомашине является центробежной ступенью, выход которой окружен радиальным кольцевым диффузором. Этот диффузор соединен на выходе с кольцевым цилиндрическим выпрямителем, который питает кольцевую камеру сгорания.

При изготовлении радиального диффузора и цилиндрического выпрямителя возникает некоторое число проблем. Действительно, в решениях, которые уже были предложены, по меньшей мере, часть узла диффузора-выпрямителя получена путем обработки резанием, а другая часть реализована литьем или механосваркой и закреплена посредством болтового соединения на первой части или на картере (см., например, WO 2005/042946).

Малая толщина лопаток и фланцев и обечаек диффузора и выпрямителя делает очень сложным получение этих деталей обработкой резанием, отсюда следует, что процент брака при изготовлении может быть повышенным и что очень мало организаций или людей способны их изготовить, то есть могут возникнуть проблемы со снабжением и стоимость этих деталей является повышенной.

Технической задачей настоящего изобретения является создание простой, приемлемой и экономичной конструкции узла диффузора-выпрямителя для турбомашины.

Поставленная задача решена путем создания узла диффузора-выпрямителя, предназначенного для подачи воздуха в кольцевую камеру сгорания в турбомашине, который содержит радиальный диффузор, содержащий два кольцевых фланца, соединенных лопатками со спиральным наклоном, и кольцевой выпрямитель, установленный на выходе диффузора и содержащий две цилиндрические обечайки соединенные радиальными лопатками, и характеризующего тем, что кольцевые фланцы диффузора и цилиндрические обечайки выпрямителя, на которых лопатки закреплены посредством пайки, выполнены из листов.

Из этого следуют существенные преимущества предложенного изобретения, заключающиеся в простоте изготовления и стоимости. Использование листов для фланцев диффузора и обечаек выпрямителя позволяет исключить сложные методы обработки и использование специальных материалов, а также снизить общую массу, при этом суммарная стоимость, по меньшей мере, на 30% ниже стоимости того же узла, выполненного посредством существующих технологий.

Согласно другой характеристике изобретения листы диффузора и выпрямителя содержат отверстия, в которые вставляются и припаиваются концы лопаток.

Преимущественно концы лопаток в отверстиях фланцев диффузора припаиваются по всему их периметру.

В предпочтительном варианте реализации изобретения отверстия в листах выполнены лазерной резкой.

Радиальные внутренние концы кольцевых фланцев диффузора соединены с кольцевыми стенками, которые снабжены крепежными фланцами и которые находятся радиально внутри лопаток диффузора так, что они не мешают пайке концов лопаток в отверстиях, образованных во фланцах.

Лопатки диффузора и лопатки выпрямителя могут быть выполнены посредством электрохимической обработки ECM.

Изобретение и его характеристики, подробности и преимущества поясняются последующим описанием, представленным в качестве примера, со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схему осевого разреза узла диффузора-выпрямителя согласно изобретению;

фиг.2 и 3 - общие виды узла диффузора-выпрямителя, согласно изобретению;

фиг 4 - общий вид узла диффузора-выпрямителя в разобранном состоянии согласно изобретению.

Узел 10 (фиг.1) диффузор-выпрямитель 10, представленный на приложенных чертежах, содержит кольцевой радиальный диффузор 12, соединенный на выходе с кольцевым цилиндрическим выпрямителем 14. Узел 10 предназначен для установки на выходе последней центробежной ступени 16 компрессора турбомашины, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель самолета. Вход 18 диффузора 12 радиально выровнен с выходом центробежной ступени 16, выход выпрямителя 14 подает воздух в кольцевую камеру 20 сгорания хорошо известным специалистам способом.

Согласно изобретению диффузор 12 содержит верхний кольцевой фланец 22 и нижний кольцевой фланец 24, которые параллельны, расположены кольцеобразно вокруг оси вращения компрессора и соединены между собой лопатками 26 со спиральной ориентацией вокруг оси вращения компрессора.

Выпрямитель 14 содержит две цилиндрические обечайки, внешнюю 28 и внутреннюю 30 соответственно, которые являются соосными и расположены одна внутри другой и которые соединены радиальными лопатками 32.

Кольцевые фланцы 22 и 24 диффузора и цилиндрические обечайки 28 и 30 выпрямителя выполнены из листов, в которых концы лопаток 26 и 32 соответственно закреплены посредством пайки.

Для этого кольцевые фланцы 22 и 24 диффузора содержат отверстия 34 (фиг.4) в форме верхних концов лопаток 26, эти отверстия образованы посредством лазерной резки. Кроме того, цилиндрические обечайки 28 и 30 выпрямителя содержат отверстия 36, выполненные лазерной резкой, которые имеют форму радиально внешних и радиально внутренних краев лопаток 32.

Это позволяет вставлять концы лопаток 26, 32 в отверстия 34, 36, чтобы установить их посредством пайки по всему периметру. Края лопаток могут немного выступать над внешними поверхностями кольцевых фланцев 22, 24 или обечаек 28, 30 соответственно или располагаться точно заподлицо с внешними поверхностями кольцевых фланцев 22, 24 или обечаек 28, 30.

Верхний кольцевой фланец 22 (фиг.1) диффузора может быть соединен с внешней цилиндрической обечайкой 28 выпрямителя кольцевой соединительной деталью 40, и нижний кольцевой фланец 24 диффузора может быть соединен с внутренней цилиндрической обечайкой выпрямителя кольцевой соединительной деталью 42, эти соединительные детали 40 и 42 выполнены из листов и закреплены на концах кольцевых фланцев и обечаек посредством сварки TIG (Tungsten Inert Gas - вольфрамовым электродом в инертном газе).

Радиально внутренние концы кольцевых фланцев 22 и 24 соединены с верхней и нижней кольцевыми стенками 44 и 46 соответственно также посредством сварки TIG. Кольцевые стенки 44 и 46 на их свободном конце снабжены крепежным фланцем 48, 50, закрепленным посредством сварки TIG.

Чтобы лопатки 26 диффузора могли быть хорошо закреплены по всей длине их периметра на кольцевых фланцах 22 и 24, кольцевые стенки 44 и 46 соединены с кольцевыми фланцами 22, 24 соответственно радиально внутри нижних краев лопаток 26 и не закреплены вне этих нижних краев, как в основном и в предыдущем уровне техники.

Пайка лопаток по всей длине их периметра обеспечивает наилучшую механическую прочность и обеспечивает возможность соответствующего контроля паяных швов.

Использование листов для формирования кольцевых фланцев диффузора и обечаек выпрямителя дает относительно значительный выигрыш массы, значительно упрощает изготовление узла диффузор-выпрямитель 10 и снижает его стоимость, по меньшей мере, на 30%. Вместе с тем, таким образом, исключаются все трудности снабжения и поиска поставщиков.

1. Узел диффузор-выпрямитель, предназначенный для подачи воздуха в кольцевую камеру сгорания в турбомашине, содержащий радиальный диффузор, содержащий два кольцевых фланца, соединенных лопатками со спиральным наклоном, и кольцевой выпрямитель, установленный на выходе диффузора и содержащий две цилиндрические обечайки, соединенные радиальными лопатками, отличающийся тем, что кольцевые фланцы диффузора и цилиндрические обечайки выпрямителя выполнены из листов, а радиальные лопатки закреплены пайкой, при этом радиально внутренние концы кольцевых фланцев диффузора соединены с кольцевыми стенками, которые снабжены крепежными фланцами, и которые находятся радиально внутри лопаток диффузора.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что листы диффузора и выпрямителя содержат отверстия, в которые концы лопаток вставляются и припаиваются.

3. Узел по п.2, отличающийся тем, что в отверстиях фланцев и обечаек концы лопаток припаяны по всей длине их периметра.

4. Узел по п.2, отличающийся тем, что отверстия листов образованы посредством лазерной резки.

5. Узел по п.1, отличающийся тем, что кольцевые фланцы диффузора закреплены на кольцевых стенках посредством сварки вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG).

6. Узел по п.1, отличающийся тем, что радиальные фланцы диффузора соединены с цилиндрическими обечайками выпрямителя кольцевыми соединительными деталями, закрепленными посредством сварки вольфрамовым электродом в инертном газе TIG на концах фланцев и обечаек.

7. Узел по п.1, отличающийся тем, что лопатки выполнены посредством электрохимической обработки (ЕСМ).

8. Турбомашина, такая как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель самолета, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один узел диффузор-выпрямитель по п.1.