Ротор з інтегральною конструкцією набору лопаток

1 Ротор з інтегральною конструкцією набору лопаток (1), які розташовуються по його периметру й проходять, головним чином, у радіальному напрямку, який використовується, насамперед, у двигунах або силових установках , який відрізняється тим, що лопатки (1) ротора устатковано металевим хвостовиком (2), металевою ділянкою (3) пера й пером (4) з армованого волокном пластику, при цьому металева ділянка (3) пера лопатки утворює частину вхідної кромки (5), що починається радіально усередині біля хвостовика (2) лопатки й закінчується на певній відстані від радіально зовнішнього кінця (8) цієї вхідної кромки (5) лопатки, а також частину ділянки поверхні (15) лопатки, що примикає до неї, і ця утворена металевою ділянкою (3) пера лопатки ділянка поверхні (15) лопатки має такі розміри, щоб при Даний винахід стосується ротора з інтегральною конструкцією набору лопаток (лопатевої решітки), що розташовано по його периметру й проходять, головним чином, у радіальному напрямку, який можна застосовувати насамперед у двигунах або силових установках відламаному пері (4) лопатки, виконаному з армованого волокном пластику, забезпечити необхідну в цій ситуації максимальну потужність двигуна 2 Ротор за п 1, який відрізняється тим, що металева ділянка (3) пера лопатки має паз (14), у якому кріпиться перо (4) лопатки, виконане з армованого волокном пластику 3 Ротор за п 1 або 2, який відрізняється тим, що паз (14) проходить від розташованого на ВХІДНІЙ кромці (5) лопатки першого кінця (7) до віддаленого від цієї вхідної кромки (5) другого кінця (9) металевої ділянки (3) пера лопатки 4 Ротор за будь-яким із пп 1-3, який відрізняється тим, що перо (4) лопатки з армованого волокном пластику закріплено на металевій ДІЛЯНЦІ (3) пера лопатки шляхом склеювання і/або клепання 5 Ротор за будь-яким із пп 1-4, який відрізняється тим, що перо (4) лопатки з армованого волокном пластику закріплено на металевій ДІЛЯНЦІ (3) пера лопатки шляхом затиску 6 Ротор за будь-яким із пп 1-5, який відрізняється тим, що металевий хвостовик (2) і/або металеву ділянку (3) пера лопатки виконано з титанового сплаву 7 Ротор за будь-яким із пп 1-6, який відрізняється тим, що елемент (18) ротора, який несе лопатки (1), виконано у формі диска або кільця робочого колеса компресора 8 Ротор за будь-яким із пп 1-7, який відрізняється тим, що лопатки (1) нерознімно з'єднано з ротором шляхом індукційного зварювання струмами високої частоти з утворенням у площині їхнього з'єднання кованої структури ВІДОМІ лопатки роторів турбовентиляторних двигунів, виконані з армованих волокном пластиків, мають порівняно великий діаметр, що становить, наприклад, 3,2м, й виготовляються або суцільними (без порожнин) із нерознімним хвостовиком типу "ластівчин хвіст", або порожніми О (О 00 ю 57816 наприклад, кріплення типу "ластівчин хвіст" При з внутрішнім елементом, так званим лонжероном цьому вібрації, що виникають у процесі роботи, Перевага армованих волокном пластиків над гасяться за рахунок тертя між хвостовиком металом як матеріалом, Із якого виготовляється лопатки, що має конфігурацію типу "ластівчин перо лопатки, полягає в значному зниженні ваги хвіст" І ВІДПОВІДНИМ пазом у несучому елементі У такої лопатки Проте, описана конструкцію роторах з інтегральною конструкцією набору неможливо використовувати у невеликих лопатках лопаток подібного гасіння вібрацій немає, у роторів турбовентиляторних двигунів, що результаті чого з'являється певна проблема, обертаються з більш високими коловими пов'язана з вібраціями, що виникають у ході швидкостями, оскільки в цьому випадку лопатка роботи й концентраціями напруг, які утворюються просто не витримує визначених стандартами й через ушкодження в пері лопатки, такі, наприклад, нормативами навантажень при зіткненні з птахами яктріщини Незважаючи на це, щоб усе ж таки досягти вищенаведеної переваги у зниженій вазі, перо Виходячи з вищенаведеного, під час лопатки з армованого волокном пластику кріплять створення даного винаходу малося на меті до п хвостовика в металевому вильчастому розробити такий ротор з інтегральною тримачеві Недолік такої комбінованої або конструкцією набору лопаток наведеного на гібридної конструкції полягає в тому, що при початку опису типу, в якому було б знижено зіткненні з птахами через недостатню пластичність вібрації, що виникають у процесі роботи Для занадто великі частини пластмасових пер лопаток цього вага набору лопаток повинна бути можуть обламуватися, у результаті чого двигун мінімальною уже не зможе розвити необхідної у такій ситуації За даним винаходом, вищенаведеної мети максимальної потужності Крім того, вильчастий можна досягти, якщо устаткувати лопатки ротора тримач, що відкривається в напрямку вхідної та металевим хвостовиком, металевою ділянкою вихідної кромок лопатки, характеризується пера, що утворює принаймні частину вхідної недостатньою МІЦНІСТЮ при крутінні Поряд із цим кромки лопатки й ділянки поверхні, яка примикає перо лопатки не захищено від ерозійного зносу до неї, та пером з армованого волокном пластику З DE-OS 2042665 відомо про компресорну Перевага цього способу полягає в тому, що лопатку, що має металеву частину, яка утворює подібні лопатки ротора, завдяки використанню профільовану частину вхідної кромки лопатки, й армованого волокном пластику, з одного боку, є елемент з армованого волокном композиційного оптимальнішими з погляду зменшеної ваги в матеріалу, що утворює іншу частину профілю порівнянні з металевими лопатками, а з іншого поверхні лопатки, причому цей елемент боку, завдяки наявності металевої ділянки пера закріплено у пазу металевого елемента, а сам лопатки, що проходить уздовж принаймні частини металевий елемент устатковано стрижнем для вхідної кромки лопатки й ділянки поверхні лопатки, рознімного з'єднання компресорної лопатки з яка примикає до неї, вони характеризуються ротором підвищеною пластичністю й краще захищені від ерозійного зносу Крім того, такі лопатки мають У DE 19535713 АІ описано лопатку з високі властивості віброгасника Так, зокрема, композиційного матеріалу, вихідна кромка якої для завдяки наявності на пері лопатки металевої зниження на ній зносу матеріалу має на окремих ділянки, вони характеризуються підвищеною ділянках металеве покриття МІЦНІСТЮ в зоні втулки, й, у разі поломки, їх можна З DE 2631856 С2 відомо про компресорну легко відремонтувати, замінивши пластикове перо лопатку з композиційного матеріалу, в якій цей лопатки Здатність роторів із конструкцією набору армований волокном матеріал принаймні з лопаток за даним винаходом, , таких, наприклад, переднього боку частково захищено металевим як ротори компресорів або ротори елементом, що перекриває кромку, причому така турбовентиляторних двигунів, успішно діяти у компресорна лопатка має хвостовик типу функції віброгасників уможливлює, якщо в процесі "ластівчин хвіст" ДЛЯ рознімного кріплення до їхньої роботи виникають ушкодження пера ротора лопатки, наприклад, тріщини, наявність підвищеної У US 3883267 описано лопатку для газової концентрації напруг За рахунок цього необхідність турбіни, яку устатковано металевим стрижнем у ремонті такого ротора або його лопаток, у плавно вигнутої форми, навколо якого порівнянні зі звичайними роторами при розташовується ділянка пера лопатки з нормальному зносі, виникає рідше армованого волокном матеріалу З US 3088192 відомо про спосіб з'єднання У бажаному варіанті металева ділянка пера металевих лопаток турбін із виконаним зі сплаву лопатки, починаючись радіально усередині з хрому несучим елементом, що здійснюється після хвостовика лопатки й закінчуючи на певній відстані проведення специфічного формування від радіально зовнішнього кінця вхідної кромки або з'єднуваних поверхонь із використанням для поверхні лопатки, утворює вхідну кромку лопатки такого з'єднання розташованого між з'єднуваними Таким чином, лопатки ротора захищаються у поверхнями нікелевого шару шляхом дифузійного розташованій на ВХІДНІЙ кромці точці повного з'єднання під високим тиском і при високій гальмування потоку, а також на ділянках поверхні температурі з одержанням суцільної нерознімної лопатки, що з обох боків примикають до неї та які деталі також обтікає потік Зазвичай лопатки ротора рознімно кріплять по Крім того, у металевій ДІЛЯНЦІ пера лопатки периметру бічної поверхні елемента ротора, що бажано проточити паз, у якому кріпиться перо виконує роль їхнього носія, використовуючи, лопатки, виконане з армованого волокном 57816 пластику Далі бажано, щоб цей паз проходив, наприклад, у формі плавно вигнутої кривої, по всій кінцевій ДІЛЯНЦІ від розташованого на ВХІДНІЙ кромці лопатки першого кінця металевої ділянки лопатки до розташованого нижче в осьовому напрямку й на деякій відстані від передньої кромки лопатки другого кінця цієї металевої ділянки Може виявитися доцільним кріпити перо лопатки з армованого волокном пластику до металевої ділянки пера лопатки шляхом приклеювання і/або клепання Крім того, хвостовик лопатки і/або металеву ділянку пера лопатки бажано виготовляти з титанового сплаву В оптимальному варіанті необхідну КІЛЬКІСТЬ лопаток ротора турбовентиляторного двигуна розташовують по периметру диска робочого колеса компресора на однаковій відстані одна від одної, орієнтуючи їх, головним чином, у радіальному напрямку, з одержанням так званого облопаченого диска компресора з інтегральною конструкцією набору лопаток При цьому вищенаведені лопатки ротора кріплять до диска шляхом зварення тертям або за аналогічними методами з одержанням суцільної деталі У результаті вдається знизити вагу усього робочого колеса, що позитивно діє на процес гасіння вібрацій, а також дає змогу збільшувати частоту обертання У бажаному варіанті виконання ротора його несучим елементом, по периметру якого установлюють набір лопаток, є диск робочого колеса компресора, але в альтернативному варіанті цей елемент може бути виконано у формі кільця робочого колеса компресора Інші бажані варіанти здійснення даного винаходу описано в залежних пунктах формули винаходу, зокрема бажаний варіант виконання передбачає, що лопатки нерознімно з'єднано з ротором шляхом індукційного зварення струмами високої частоти з утворенням у площині їхнього з'єднання кованої структури Нижче даний винахід детальніше розглянуто на прикладі одного з варіантів його здійснення з посиланнями на креслення, що додаються до цього й на яких зображено на фіг 1 - схематичне зображення в перспективі ротора за даним винаходом, на фіг 2 схематичне зображення в перспективі лопатки ротора за даним винаходом для турбовентиляторного двигуна й на фіг 3 - перетин лопатки ротора турбовентиляторного двигуна за фіг 2 На фіг 1 наведено приклад виконання ротора за даним винаходом, який можна використовувати, наприклад, як ротор з інтегральною конструкцією набору лопаток у компресорі для авіаційного двигуна, і в якому несучий елемент 18 являє собою диск робочого колеса компресора, на бічній поверхні 19 якого закріплено необхідну КІЛЬКІСТЬ розподілених по периметру лопаток 1, що розташовано, головним чином, у радіальному напрямку Кожна з лопаток 1 має металеву ділянку 3 пера й перо 4 з армованого волокном пластику Металеву ділянку З пера лопатки й диск 18 робочого колеса компресора можна виконати, наприклад, шляхом фрезування із суцільної заготовки або спочатку виготовити нарізно й потім у ВІДПОВІДНИЙ спосіб з'єднати в єдину нерознімну деталь 3 цією метою можна використовувати, зокрема, індукційне зварення струмами високої частоти, коли у стику між диском 18 і лопаткою 1, тобто в площині їхнього з'єднання, утворюється "кутова" структура Металева ділянка 3 пера лопатки утворює у варіанті за фіг 1 принаймні частину вхідної кромки 5 лопатки й одну з ділянок поверхні 15 лопатки, що примикають до неї Кінцева ділянка 12 металевої ділянки 3 має в цьому варіанті вигнуту форму, причому й виконано таким чином, щоб навіть при зламі й можливому відламуванні пера 4 лопатки, виконаного з армованого пластику, двигун міг би розвивати необхідну в цій ситуації максимальну потужність На фіг 2 зображено лопатку ротора під номером 1 складеної або гібридної конструкції, що в цьому варіанті являє собою лопатку ротора турбовентиляторного двигуна, що використовується, наприклад, в авіаційному двигуні діаметром приблизно 1,5м Ця лопатка 1 складається, в основному, з металевого хвостовика 2, металевої ділянки 3 пера, а також пера 4 з армованого волокном пластику Хвостовик 2 й металеву ділянку 3 пера лопатки виконано як одне ціле з титанового сплаву Хвостовик 2 наведено лише як приклад, й у випадку нерознімного кріплення лопаток 1 на несучому елементі 18 ротора його виконують відповідної форми 3 метою армування пластикового пера 4 лопатки можна використовувати різноманітні види волокон, такі, наприклад, як вуглецеві волокна, скловолокна або арамідні волокна Металева ділянка 3 пера лопатки утворює частину и вхідної кромки 5 І проходить від радіальне внутрішнього кінця 6 вхідної кромки 5, тобто в радіальному напрямку від хвостовика 2 до першого кінця 7 ділянки 3, при цьому цей кінець 7 розташовано на певній відстані від радіальне зовнішнього кінця 8 вхідної кромки 5 або поверхні 15 лопатки У даному варіанті металева ділянка З пера лопатки займає приблизно 9/10 довжини вхідної кромки 5, причому експерименти показали, що оптимальним буде 2/3 від довжини вхідної кромки 5 У такому варіанті виконання повернуту назустріч потоку вхідну кромку 5 із розташованою на ній точкою повного гальмування потоку, що обтікає лопатку 1, досить надійно захищено від ерозійного зносу й від ударів при зіткненні з птахами Крім того, металева ділянка 3 пера лопатки має таку радіальну висоту, щоб навіть при повністю відламаному пластиковому пері 4 лопатки забезпечити бажаний режим роботи двигуна й необхідну в цій ситуації максимальну потужність Як наведено на фіг 2, металева ділянка 3 пера лопатки, що починається від радіальне внутрішнього кінця 6 її вхідної кромки 5, проходить не по всій ширині поверхні 15 лопатки аж до радіально внутрішнього кінця 10 вихідної кромки 11 лопатки, а трохи не доходить до цієї точки й закінчується другим кінцем 9, що знаходиться на деякій відстані від вхідної кромки 5 лопатки Оскільки металеву ділянку 3 пера лопатки виконано з титанового сплаву, лопатка 1 ротора турбовентиляторного двигуна має достатню пластичність і, насамперед, високу МІЦНІСТЬ у зоні втулки, яка є просто необхідною на випадок можливого удару від зіткнення з птахами Оскільки поверхня 15 лопатки також складається переважно з пера 4 лопатки з армованого волокном пластику з питомою вагою приблизно 3 1,6г/см (тоді ЯК питома вага титанового сплаву 3 становить близько 4,5г/см ), така лопатка 1 має порівняно невелику вагу й може використовуватися також у двигунах з високими коловими швидкостями Кінцева ділянка 12, розташована між першим кінцем 7 і другим кінцем 9 металевої ділянки З пера лопатки, має в даному варіанті плавно вигнуту форму Оскільки запропоновану лопатку 1 турбовентиляторного двигуна конструктивно виконують, виходячи з критеріїв, якими зазвичай користуються під час виготовлення лопаток турбовентиляторних двигунів, вищенаведена кінцева ділянка 12 може мати також Іншу форму, яка буде відповідати цим критеріям Проте, у будьякому випадку металева ділянка 3 пера лопатки навіть при повному зламі й, отже, обламуванні >. / 57816 8 пера 4 лопатки, виконаного з армованого волокном пластику, повинна забезпечувати розвиток двигуном необхідної у цій ситуації максимальної потужності Позначену на мал 2 пунктирною ЛІНІЄЮ ділянку 13 з'єднання або стику наочніше наведено у перетині на мал 3 Ця ділянка 13 з'єднання утворюється пазом 14 у металевій ДІЛЯНЦІ 3 пера лопатки, в який уставлено перо 4, що кріпиться в цьому пазу шляхом приклеювання або за іншим придатним методом БІЧНІ поверхні 16 і 17 паза 14 можуть мати, залежно від варіанта виконання, різну довжину Паз 14 проходить від розташованого на ВХІДНІЙ кромці 5 лопатки першого кінця 7 до віддаленого від цієї вхідної кромки 5 другого кінця 9 металевої ділянки 3 пера лопатки по всій, в основному радіальній, довжині металевої ділянки 3 Другий кінець 9 металевої ділянки 3 пера лопатки, залежно від конкретних умов застосування, може розташовуватися в радіальному напрямку зі значним зсувом назовні або знаходитися на ВИХІДНІЙ кромці 11 лопатки Усі конструктивні особливості, які проілюстровано на прикладі лопатки 1 ротора турбовентиляторного двигуна, так само застосовні й у всіх інших типах лопаток роторів 57816 16 Комп'ютерна верстка О В Кураєв 10 9 Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна