Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора
Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора содержит двухопорные поворотные лопатки, которые размещены между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, нижние цилиндрические цапфы поворотных лопаток находятся в ответных радиальных отверстиях внутреннего кольца. При этом между цапфой каждой лопатки и ответным радиальным отверстием внутреннего кольца установлена втулка с кольцевым буртиком. При рабочей t до 180°С втулка выполнена из фторопласта ф 4 К 20. При рабочей t до 210°С втулка выполнена из фторопласта ф 4 Гр 25. При рабочей t до 500°С втулка выполнена из сплава ВЖЛ1, а ответная поверхность цапфы имеет покрытие ВК-25М. При рабочей t до 630°С между цапфой лопатки и втулкой установлена дополнительная втулка из сплава ВТ-9, причем поверхность дополнительной внутренней втулки, контактирующая с поверхностью наружной втулки из ВЖЛ1 снабжена альфированным покрытием. Применение различных пар трения при различных режимах работы позволяет избежать изнашивания цилиндрической цапфы лопатки, при этом изнашивается втулка, а не дорогостоящие лопатки.
Полезная модель относится к конструированию узлов компрессора с регулируемым направляющим аппаратом (НА), преимущественно для газотурбинного двигателя (ГТД).
Известен регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора, содержащий двухопорные поворотные лопатки, размещенные между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, при этом нижние цилиндрические цапфы поворотных лопаток размещены в ответных радиальных отверстиях внутреннего кольца (1).
Недостатком этой конструкции является то, что контакт цапфы лопатки с внутренним кольцом осуществляется непосредственно, без промежуточных втулок и покрытий. Это ведет к быстрой выработке таких трудоемких деталей как лопатка, а также отверстий внутреннего кольца.
Задача полезной модели - создание работоспособной конструкции НА с нижней цилиндрической цапфой в зоне внутренней опоры для всех температурных режимов работы и различных нагрузках на опору.
Данная задача решается тем, что в регулируемом направляющем аппарате осевого компрессора, содержащем двухопорные поворотные лопатки, размещенные между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, и при этом нижние цилиндрические цапфы поворотных лопаток размещены в ответных радиальных отверстиях внутреннего кольца, между цапфой каждой лопатки и ответным радиальным отверстием внутреннего кольца установлена втулка с кольцевым буртиком.
Эта втулка может быть выполнена
1) из фторопласта ф 4 К 20
2) из фторопласта ф 4 Гр 25
3) из никелиевого сплава ВЖЛ 1, а ответная поверхность цапфы лопатки снабжена покрытием ВК-25М
4) из никелиевого сплава ВЖЛ 1, а между втулкой и цапфой лопатки установлена дополнительная втулка с кольцевым буртиком из титанового сплава ВТ-9, при этом ее наружная поверхность снабжена альфированным слоем.
Новым является то, что между цапфой каждой лопатки и ответным радиальным отверстием внутреннего кольца установлена втулка с кольцевым буртиком. При этом она может быть выполнена:
1) из фторопласта ф 4 К 20 (фторопласт-4 с 20% кокса - см. каталог "Фторопласты" г. Черкассы 1983г. Охтинское научно-производственное объединение "Пластополимер". Отделен. Научно-исслед. ин-та техн. экономич. исследован.");
2) из фторопласта ф 4 Гр-25 (фторопласт-4 с 25% гибкого графита графлекса - см. в реестре Госстандарта России (ВНИИстандарт) каталожный лист за № 200/025378 от 23.12.99г.);
3) из никелиевого сплава ВЖЛ1 ТУ1-92-183-91 - разработанные ВИАМ(состав Ni-основа; С0, 1-0, 17%; Si 1,2-2%; Cr 15-17%; Fe 6-7,5%; W 2-2,5%; В 0,1, Ti 2-3%; Al 2-3%; Mo 3,5-5%), а ответная поверхность цапфы снабжена покрытием ВК-25М (карбид вольфрама с 25% кобальта);
4) из никелиевого сплава ВЖЛ1, а между втулкой из ВЖЛ1 и цапфой лопатки установлена дополнительная втулка с кольцевым буртиком из титанового сплава ВТ 9 ОСТ 1 90013-18 состав: Ti - основа; Al 5,8-7,0% Mo 2,8-3,8%; Zi 0,8-2,5%; Si 0,2-0,35%) при этом ее поверхность снабжена альфированным слоем (альфирование - насыщение наружной поверхности кислородом при нагреве втулки выше 650°С).
Кольцевые буртики втулок с плавающим радиальным зазором фиксируют втулки в районе внутренней опоры. Плавающий зазор дает развязку при набегании допусков и взаимном температурном расширении вращающихся и неподвижных деталях.
Указанная выше втулка (или две втулки) не дает вырабатываться цапфе лопатки дорогостоящей трудоемкой детали, а также радиальному отверстию внутреннего кольца, находящихся в зоне высоких пульсаций потока, вызывающий износ пары трения.
При рабочей температуре до 180°С втулка выполняется из фторопласта ф 4 К 20.
При рабочей температуре до 210°С втулка выполняется из фторопласта ф 4 Гр 25.
При рабочей температуре до 500°С втулка выполняется из никелиевого сплава ВЖЛ1, а поверхность цапфы имеет покрытие ВК-25М.
При рабочей температуре до 630°С между цапфой лопатки и втулкой из ВЖЛ-1 установлена дополнительная втулка из титанового сплава ВТ-9 с наружным альфированным слоем (альфирование - насыщение поверхности кислородом).
При этом наружная втулка сидит в отверстии внутреннего кольца по напряженной посадке, а дополнительная внутренняя втулка закреплена на цилиндрической цапфе лопатки также по напряженной посадке. При работе трение происходит между втулками с ходовой посадкой.
Этим мы предохраняем от выработки лопатку и отверстие внутреннего кольца. После изнашивания втулок они заменяются и узел продолжают эксплуатировать.
На фиг.1 показан продольный разрез регулируемого направляющего аппарата с одной втулкой, который содержит двухопорные поворотные лопатки 1, размещенные между наружным корпусом 2 и внутренним разъемным кольцом 3, имеющим разъем 4, при этом нижние цилиндрические цапфы 5 лопаток 1 размещены в радиальных отверстиях 6 внутреннего кольца 3. Между цапфой 5 лопатки 1 и отверстием внутреннего кольца 3 установлена антифрикционная втулка 7 с кольцевым буртиком Вис плавающим зазором 9, при этом две половины внутреннего кольца 3 скреплены крепежом 10.
На фиг.2 показан разрез регулируемого направляющего аппарата с двумя втулками, содержащий двухопорные поворотные лопатки 1, которые размещены между наружным корпусом 2 и внутренним кольцом 3, с разъемом 4, при этом цилиндрические цапфы 5 лопаток 1 размещены в радиальных отверстиях 6, внутреннего кольца 3. Во внутреннем кольце 3 в отверстии 6 размещена наружная втулка 7 с кольцевым буртиком 8, на цапфе 5 лопатка 1 надета дополнительная втулка 9 с кольцевым буртиком 10 и альфированным слоем на наружной поверхности 11. Втулки 7 и 9 установлены с плавающим зазором 12 две половины внутреннего кольца 3 скреплены крепежом 13.
Сборка узла по фиг.1 осуществляется следующим образом: на цилиндрические цапфы 5 лопаток 1, установленных в корпусе, надеваются втулки 7, далее на них надвигаются две половины внутреннего кольца 3, их скрепляют крепежом 9.
Сборка узла по фиг.2 осуществляется следующим образом: на цилиндрические внутренние цапфы 5 лопаток 1, установленных в корпусе 2, надевают дополнительные втулки 9, на них наружные втулки 7, после чего на них надвигаются две половины внутреннего кольца 3 и их скрепляют крепежом 13.
В процессе эксплуатации поворотная направляющая лопатка 1 поворачивается в зависимости от режима работы на тот или иной угол: в наружной опоре лопатки закреплена с фиксированным зазором, необходимым для ее поворота без заедания. Во внутреннем кольце, где размещена внутренняя опора лопатки, между буртиками втулок и торцем полки лопатки имеется большой плавающий зазор 12. Он необходим для компенсации набегания допусков и взаимных температурных расширений деталей при эксплуатации. Внутренняя опора поворотной направляющей лопатки, по существу, выполнена в виде подшипника скольжения сухого трения работающего в запыленной среде и при больших температурах. Внутренняя опора по сравнению с наружной работает в худших условиях, в
зоне горячего пульсирующего воздуха. Пульсация вызывает износ контактирующих деталей подшипников из-за питтинга. Предотвращая износ цапфы лопатки мы добиваемся большего ресурса работы данного узла.
От качества пары трения внутренней опоры лопатки зависит правильный режим работы компрессора (точность поворота лопаток) КПД и ресурс работы.
1. Регулируемый направляющий аппарат осевого компрессора, содержащий двухопорные поворотные лопатки, размещенные между наружным корпусом и внутренним разъемным кольцом, при этом нижние цилиндрические цапфы поворотных лопаток размещены в ответных радиальных отверстиях внутреннего кольца, отличающийся тем, что между цапфой каждой лопатки и ответным радиальным отверстием внутреннего кольца установлена втулка с кольцевым буртиком.
2. Регулируемый направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из фторопласта ф4К20.
3. Регулируемый направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из фторопласта ф4Гр25.
4. Регулируемый направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из никелиевого сплава ВЖЛ1, а на ответную поверхность цапфы лопатки нанесено покрытие ВК-25М.
5. Регулируемый направляющий аппарат по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из никелиевого сплава ВЖЛ1, а между втулкой и цапфой лопатки установлена дополнительная втулка с кольцевым буртиком из титанового сплава ВТ9, при этом наружная поверхность дополнительной втулки снабжена альфированным слоем.
