3.5. Направляющие и спрямляющие аппараты
Направляющие и спрямляющие аппараты устанавливаются либо перед рабочим колесом, либо за ним и представляют собой кольцевой набор неподвижных лопаток в корпусе (статоре) с образованием расширяющихся каналов.
Под определением направляющий аппарат в дальнейшем будем понимать аппараты, устанавливаемые перед первой ступенью компрессора и предназначенные для снижения относительной скорости потока на входе в рабочее колесо, что повышает напорность дозвуковой ступени.
Спрямляющие аппараты размещаются за рабочим колесом и их основное назначение преобразовать кинетическую энергию потока после рабочего колеса в потенциальную энергию давления с наименьшими потерями и развернуть поток для входа на следующую ступень или камеру сгорания под требуемым углом. Практически направляющий аппарат является частным случаем спрямляющего аппарата, а их конструктивное исполнение одинаково. В дальнейшем при рассмотрении их конструкций будем пользовать одним термином для направляющих и спрямляющих аппаратов - направляющие аппараты (НА).
При работе компрессора на лопатки НА действует поток воздуха, вызывая в них напряжения кручения и изгиба, как статические, так и вибрационные. Направляющие аппараты последних ступеней часто применяются в качестве радиальных силовых связей от корпуса подшипника к корпусу компрессора, что приводит к их дополнительному нагружению. Требования, предъявляемые к лопаткам направляющих аппаратов, практически, идентичны требованиям к рабочим лопаткам.
Лопатки НА крепятся либо непосредственно к корпусу компрессора, либо в промежуточном кольце или полукольцах, которые затем размешаются в корпусе. Конструктивное решение крепления лопаток определяется требованием обеспечения необходимой жёсткости, точности установки, идентичности и неизменности при замене, а также удобство и технологичность технического обслуживания. По способу крепления различают НА с односторонним (консольным) креплением лопаток (рис.3.34,а), двухстороннее крепление лопаток в двух кольцах (рамное крепление), которое может быть в сплошных кольцах (рис.3.34,б), либо разрезных (рис.3,34, в).
Рис.3.34. Схемы спрямляющих аппаратов: а – с консольными лопатками; б – рамного типа (неразрезной); в – рамного типа (разрезной)
3.5.1. Консольное крепление лопаток
Направляющие аппараты с консольным креплением лопаток применяются в компрессорах, в которых внутренний контур проточной части образован элементами ротора (барабаном или трактовыми кольцами), а сами лопатки имеют небольшую длину. Лопатки направляющих аппаратов крепятся либо непосредственно к корпусу, либо к кольцам или полукольцам которые устанавливаются в корпусе. На рис.3.35 приведёна конструкция, в которой лопатки жёстко закреплены в наружном кольце, которое крепится к корпусу между трактовыми кольцами. Такое крепление упрощает сборку, но повышает массу компрессора.
Рис.3.35. Спрямляющие аппараты без внутреннего бандажа: а – с креплением лопаток между трактовыми кольцами; б – с креплением лопаток в кольцевом трапециевидном пазу; в – сопловой аппарат с консольными лопатками, закрепленными в разрезных кольцах: 1 – лопатка; 2 – кольцо; 3 – корпус; 4 – трактовые кольца; 5 – винт
В конструкции компрессора рис.3.35,б лопатки крепятся непосредственно к корпусу в кольцевых трапециевидных пазах. Для упрощения сборки, паз под лопатки выполняется более глубоким, что позволяет свободно устанавливать лопатки и закреплять их с помощью отжимных клиньев. Крепление лопаток НА 1 в наружных кольцах (полукольцах) 2 с продольными пазами приведено на рис.3.35, в. Каждое кольцо устанавливается в корпусе 3 между трактовыми кольцами 4, и крепится к корпусу при помощи винтов 5.
Консольное крепление лопаток обладает меньшей жёсткостью и прочностью по сравнению с двухсторонним креплением, и возможно снижение КПД компрессора из-за повышенного перетекание воздуха в кольцевой зазор между торцами лопаток и барабаном. Минимальное значение зазора назначается с учётом биений ротора, упругих, изгибных и температурных деформаций, допусков на изготовление и сборку.