RU2261373C2

RU2261373C2 - Heated revolving return-circuit rig of compressor

Info

Publication number: RU2261373C2
Application number: RU2003115579/06A
Authority: RU
Inventors: А.И. Тункин (RU); А.И. Тункин; Л.Ш. Нихамкин (RU); Л.Ш. Нихамкин; В.А. Кузнецов (RU); В.А. Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2005-09-27

Abstract

FIELD: compressor return-circuit rigs of aircraft and ground-based gas-turbine engines.

SUBSTANCE: proposed return-circuit rig characterized in that warm air is uniformly supplied to its guide vanes and escapes to flow path with minimal hydraulic loss has external ring with intermediate bushing wherein corner guide vane is mounted by means of external trunnions; ducts passing warm air to external ring, intermediate bushing, and external trunnion of vane communicating with slit inside vane feather whose inner end and internal ring are separated by radial clearance; novelty is that intermediate bushing is installed in external ring with interference fit and that air ducts are of annular design and enclose intermediate bushing; ratio of slit width inside vane feather to radial clearance between inner end of vane feather and internal ring is 0.5 - 4.3.

EFFECT: enhanced reliability of compressor, prevention of ice formation on vane surface.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обогреваемым поворотным направляющим аппаратам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.The invention relates to heated rotary guide vanes of compressors for gas turbine engines of aviation and ground applications.

Известен обогреваемый поворотный направляющий аппарат, в корпусе которого выполнена полость подвода теплого воздуха, который отводится через отверстия в корыте или в спинке лопатки в проточную часть компрессора [1].Known heated rotary guide apparatus, in the housing of which is made a cavity for supplying warm air, which is discharged through holes in the trough or in the back of the blade into the flow part of the compressor [1].

Недостатком такой конструкции является пониженный КПД компрессора из-за гидравлических потерь в зоне выпускных отверстий.The disadvantage of this design is the reduced efficiency of the compressor due to hydraulic losses in the area of the outlet openings.

Наиболее близким к заявляемому является обогреваемый входной направляющий аппарат, в котором для подвода обогревающего воздуха в наружном кольце, промежуточной втулке и периферийной цапфе лопатки выполнены каналы, которые соединены со щелью внутри пера лопатки, имеющей свободный выход со стороны внутреннего торца пера лопатки в проточную часть компрессора [2].Closest to the claimed is a heated input guide vane, in which, for supplying heating air in the outer ring, the intermediate sleeve and the peripheral pin of the blade, channels are made that are connected to the slot inside the blade feather, which has a free exit from the side of the inner end of the blade feather into the flow part of the compressor [2].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за прекращения подачи теплового воздуха в направляющие лопатки в случае произвольного проворота промежуточной втулки или перекрытия выходной щели на внутреннем торце пера лопатки внутренним кольцом обогреваемого поворотного направляющего аппарата, что является причиной образования льда на поверхности лопатки.A disadvantage of the known design is the low reliability due to the cessation of the supply of thermal air to the guide vanes in the event of an arbitrary rotation of the intermediate sleeve or overlapping of the exit slit on the inner end of the feather of the blade with the inner ring of the heated rotary guide apparatus, which causes ice to form on the surface of the blade.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности компрессора путем равномерной подачи теплого воздуха в направляющую лопатку и его выхода в проточную часть с минимальными гидравлическими потерями, а также предотвращения образования льда на поверхности лопатки.The technical problem to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of the compressor by uniformly supplying warm air to the guide blade and its outlet into the flow part with minimal hydraulic losses, as well as preventing the formation of ice on the surface of the blade.

Сущность технического решения заключается в том, что в обогреваемом поворотном направляющем аппарате компрессора, включающем наружное кольцо с промежуточной втулкой, в которой внешними цапфами установлена поворотная направляющая лопатка, каналы подвода теплого воздуха к наружному кольцу, промежуточной втулке и внешней цапфе лопатки, сообщающиеся со щелью внутри пера лопатки, внутренний торец которого и внутреннее кольцо разделены радиальным зазором, согласно изобретению промежуточная втулка установлена в наружном кольце с натягом, а каналы подвода воздуха выполнены кольцевыми, снаружи и внутри охватывающими промежуточную втулку, причем отношение ширины щели внутри пера лопатки к величине радиального зазора между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом составляет 0,5-4.The essence of the technical solution lies in the fact that in the heated rotary guide vane of the compressor, which includes an outer ring with an intermediate sleeve, in which external pins are mounted a rotary guide vane, channels for supplying warm air to the outer ring, the intermediate sleeve and the outer axle of the vane, communicating with the gap inside feather blades, the inner end of which and the inner ring are separated by a radial clearance, according to the invention, the intermediate sleeve is installed in the outer ring with interference and the air supply channels are circular, externally and internally covering the intermediate sleeve, the ratio of the width of the slit inside the feather of the blade to the radial clearance between the inner end of the feather of the blade and the inner ring is 0.5-4.

В обогреваемом поворотном направляющем аппарате из-за вибрации и при большой наработке возможен износ подшипника скольжения, образованного внешней цапфой поворотной лопатки и наружным кольцом. Для сохранения дорогостоящего наружного кольца в последнее с натягом устанавливают износостойкую втулку, которая и заменяется при ремонте в случае ее износа.In a heated rotary guide vane, due to vibration and with a large operating time, wear of the sliding bearing formed by the outer journal of the rotary vane and the outer ring is possible. To save the expensive outer ring, a wear-resistant sleeve is installed in the latter with an interference fit, which is replaced during repair if it is worn.

Выполнение кольцевых каналов воздуха, охватывающих снаружи и изнутри промежуточную втулку, обеспечивает подачу обогревающего воздуха в направляющую лопатку при любом угловом положении каналов подвода теплого воздуха во втулке, т.е. равномерный обогрев лопатки.The implementation of the annular air channels covering the inside and outside of the intermediate sleeve provides heating air to the guide vane at any angular position of the warm air supply channels in the sleeve, i.e. uniform blade heating.

В случае подачи теплого воздуха на обогрев поворотных направляющих лопаток происходит их нагрев и радиальная тепловая деформация, в результате которой радиальный зазор между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом направляющего аппарата стремится сократиться до околонулевых величин, а это может привести к перекрытию щели для выхода обогревающего воздуха и образованию льда на поверхности лопатки и, как следствие, - к поломке компрессора. Величина радиального зазора h зависит от размерности компрессора, в том числе от ширины щели t внутри торца пера поворотной направляющей лопатки.In the case of supplying warm air to the heating of the rotary guide vanes, they are heated and radial thermal deformation occurs, as a result of which the radial clearance between the inner end of the pen blade and the inner ring of the guide apparatus tends to be reduced to near zero values, and this can lead to the overlapping of the gap for the exit of heating air and the formation of ice on the surface of the blade and, as a result, to compressor failure. The magnitude of the radial clearance h depends on the dimension of the compressor, including the slit width t inside the pen end of the rotary guide vane.

Оптимальное соотношение ширины t щели внутри пера лопатки к радиальному зазору h между внутренним торцом пера лопатки и внутренним кольцом, равное 0,5-4, обеспечивает выход обогревающего воздуха в проточную часть с минимальными гидравлическими потерями.The optimal ratio of the width t of the gap inside the feather of the blade to the radial clearance h between the inner end of the feather of the blade and the inner ring, equal to 0.5-4, ensures that the heating air enters the flow part with minimal hydraulic losses.

При t/h<0,5 снижается к.п.д. компрессора из-за излишнего увеличения радиального зазора, а при t/h>4 возможно прекращение поступления обогревающего воздуха в направляющую лопатку из-за перекрытия щели внутренним кольцом направляющего аппарата.At t / h <0.5, the efficiency decreases compressor due to an excessive increase in radial clearance, and at t / h> 4, it is possible to stop the flow of heating air into the guide vane due to the overlap of the slit with the inner ring of the guide vane.

На фиг.1 изображен обогреваемый поворотный направляющий аппарат компрессора заявляемой конструкции, на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1, а на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1.Figure 1 shows a heated rotary guide apparatus of the compressor of the claimed design, figure 2 shows a section aa in figure 1, and figure 2 - section bb in figure 1.

Обогреваемый поворотный направляющий аппарат 1 включает наружное кольцо 2 с установленными в нем с натягом промежуточными втулками 3, в которых внешними цапфами 4 зафиксированы обогреваемые поворотные направляющие лопатки 5. Внутренними цапфами 6 лопатки 5 установлены во внутреннем кольце 7 направляющего аппарата 1. Поворот лопаток 5 осуществляется с помощью рычагов 8 и приводного механизма 9.The heated rotary guide apparatus 1 includes an outer ring 2 with intermediate sleeves 3 installed in it with an interference fit, in which heated rotary guide vanes 5 are fixed by external trunnions 4. The inner trunnions 6 of the vanes 5 are installed in the inner ring 7 of the guide vanes 1. The blades 5 are rotated with using levers 8 and a drive mechanism 9.

Для подвода теплого обогревающего воздуха в наружном кольце 2 выполнены кольцевые каналы 10, снаружи и изнутри охватывающие втулку 3, в которой выполнены радиальные по отношению к оси 11 внешней цапфы 4 отверстия 12, соединяющие кольцевые каналы 10 с кольцевой полостью 13 во внешней цапфе 4 лопатки 5, которая в свою очередь радиальными отверстиями 14 соединена с каналом 15 по оси цапфы 4.For the supply of warm heating air in the outer ring 2, annular channels 10 are made, covering the sleeve 3 from the inside and outside, in which the holes 12 are made radially with respect to the axis 11 of the outer journal 4, connecting the annular channels 10 with the annular cavity 13 in the outer journal 4 of the blade 5 , which in turn is connected by a radial hole 14 with a channel 15 along the axis of the journal 4.

Канал 15 с помощью канала 16 соединен со щелью 17, выполненной внутри пера 18 лопатки 5 со стороны входной кромки 19. Щель 17 шириной t имеет выход в проточную часть 20 направляющего аппарата 1 через внутренний торец 21 лопатки 5, который установлен с радиальным зазором 22 величиной h относительно внутреннего кольца 7 направляющего аппарата 1.Channel 15 is connected via a channel 16 to a slot 17 made inside the pen 18 of the blade 5 from the input edge 19. The slot 17 of width t has an exit to the flowing part 20 of the guide apparatus 1 through the inner end 21 of the blade 5, which is installed with a radial clearance 22 of magnitude h relative to the inner ring 7 of the guide apparatus 1.

Кольцевая полость 10 через управляющую заслонку (не показана) соединена с промежуточной ступенью компрессора (не показана) с помощью канала 23.The annular cavity 10 through the control valve (not shown) is connected to the intermediate stage of the compressor (not shown) using the channel 23.

Работает данное устройство следующим образом.This device works as follows.

При работе двигателя в случае понижения температуры окружающего воздуха и наступления обледенения из-за промежуточной ступени компрессора (не показана) по каналу 23 в кольцевой канал 10 поступает теплый воздух, который по отверстиям 12 в промежуточной втулке 3, кольцевую полость13 и радиальные отверстия 14 поступает в канал 15 наружной цапфы лопатки 5, откуда по каналу 16 поступает в щель 17 для обогрева пера 18 лопатки 5, что обеспечивает поступление теплого воздуха в щель 17 независимо от углового положения втулки 3, т.е. равномерность подачи теплового воздуха в лопатку и выход обогревающего воздуха в проточную часть 20 с минимальными гидравлическими потерями.During engine operation, in the event of a decrease in ambient temperature and the onset of icing due to the intermediate stage of the compressor (not shown), warm air enters the channel 23 into the annular channel 10, which enters the holes 12 in the intermediate sleeve 3, the annular cavity 13 and the radial holes 14 into channel 15 of the outer axle of the blade 5, from where it enters the slot 17 through the channel 16 to heat the feather 18 of the blade 5, which ensures the flow of warm air into the slot 17, regardless of the angular position of the sleeve 3, i.e. the uniformity of the supply of thermal air to the blade and the exit of the heating air to the flow part 20 with minimal hydraulic losses.

Данное устройство надежно работает на газотурбинных установках ГТУ-12П и ГТУ-16П до 30000 часов без ремонта.This device works reliably on gas turbine units GTU-12P and GTU-16P for up to 30,000 hours without repair.

Источники информацииSources of information

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.116, рис.3.55.а.1. S. A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1981, p. 116, Fig. 3.55.a.

2. Патент РФ №2173410, F 04 D 29/56, 2001 г.2. RF patent No. 2173410, F 04 D 29/56, 2001

Claims

Heated rotary guide vane of the compressor, including an outer ring with an intermediate sleeve, in which external pins are equipped with a rotary guide vane, channels for supplying thermal air to the outer ring, the intermediate sleeve and the outer journal of the vane, communicating with a gap inside the feather of the vane, the inner end of which and the inner ring separated by a radial clearance, characterized in that the intermediate sleeve is installed in the outer ring with an interference fit, and the air supply channels are made circular, outside and inside covering the intermediate sleeve, the ratio of the width of the gap inside the feather of the blade to the value of the radial clearance between the inner end of the feather of the blade and the inner ring is 0.5-4.