RU144418U1

RU144418U1 - Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя

Info

Publication number: RU144418U1
Application number: RU2014115950/06U
Authority: RU
Inventors: Евгений Ювенальевич Марчуков; Константин Сергеевич Поляков; Дмитрий Юрьевич Еричев; Николай Павлович Селиванов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-08-20

Abstract

1. Диск последней ступени вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, в которой размещены имеющие хвостовик и перо с радиальной осью рабочие лопатки ротора, вал которого выполнен полым с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой и сообщён с турбиной низкого давления (ТНД), характеризующийся тем, что диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабжённой центральным отверстием, радиус которого не менее чем в 2,5 раза превышает радиус упомянутой шлицевой трубы, а радиус диска от оси вала до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,53÷0,79) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, при этом обод, преимущественно, симметрично соединён с полотном диска с образованием равноплечих кольцевых полок, а полотно диска выполнено с возможностью разъёмного соединения через проставку с полкой диска предшествующей ступени с образованием консольной кольцевой оболочки, соединяющей диск с силовым ядром жесткости барабанно-дисковой конструкции вала ротора; причём обод диска выполнен с возрастающим в сторону потока рабочего тела в осевом сечении КНД радиусом и с углом образующей внешней поверхности обода относительно оси вала ротора, идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части двигателя, монотонно изменяющейся в упомянутом направлении с градиентом радиального расширения G, определённым в диапазонеRи R- максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, В-

Description

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей.

Известна ступень осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащая лопаточные венцы рабочего колеса и его внешнее силовое кольцо, в котором внутренняя часть имеет пазы. В пазах посредством замков крепятся концы пера лопатки. В замках крепления лопатки в зазоре между боковыми стенками пазов и концами замковой части торцевых концов лопатки установлены виброизоляционные, амортизационные элементы (RU 2264561 C1, опубл. 20.11.2005).

Известна ступень осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащая лопаточные венцы рабочего колеса и опорное силовое кольцо для крепления хвостовиков лопаток. Для крепления хвостовиков концевого сечения лопатки на внутренней металлической поверхности силового кольца выполнены шлицы (RU 2267030 C1, опубл. 27.12.2005).

Известен осевой компрессор двигателя, включающий рабочие колеса, снабженные дисками. Диск рабочего колеса включает обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты. На ободах дисков рабочих колес выполнены клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток (RU 2269678 C1, опубл. 10.02.2006).

Известен вал ротора компрессора низкого давления (КНД), включающий систему из четырех дисков. Диск содержит обод для установки и привидения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления (ТНД) турбореактивного двигателя (ТРД) (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 249-259)

К недостаткам известных решений относятся неоптимальность соотношений и недостаточная проработанность радиальных и угловых параметров дисков, включая параметры, выражающие соотношения величин полок и радиусов ободов дисков как силовых элементов конструкции вала, а также угловой частоты и осевой ориентации пазов для установки рабочих лопаток ротора.

Задача настоящей полезной модели состоит в разработке диска последней ступени вала ротора КНД ТРД повышенной компактности, технологичности и ремонтопригодности при снижении материалоемкости и повышении допустимых напряжений в элементах диска.

Поставленная задача решается тем, что диск последней ступени вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, в которой размещены имеющие хвостовик и перо с радиальной осью рабочие лопатки ротора, вал которого выполнен полым с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой и сообщен с турбиной низкого давления (ТНД), согласно полезной модели, диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, радиус которого не менее чем в 2,5 раза превышает радиус упомянутой шлицевой трубы, а радиус диска от оси вала до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,53÷0,79) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, при этом обод, преимущественно, симметрично соединен с полотном диска с образованием равноплечих кольцевых полок, а полотно диска выполнено с возможностью разъемного соединения через проставку с полкой диска предшествующей ступени с образованием консольной кольцевой оболочки, соединяющей диск с силовым ядром жесткости барабанно-дисковой конструкции вала ротора, причем обод диска выполнен с возрастающим в сторону потока рабочего тела в осевом сечении КНД радиусом и с углом образующей внешней поверхности обода относительно оси вала ротора, идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части двигателя, монотонно изменяющейся в упомянутом направлении с градиентом радиального расширения G_об, определенным в диапазоне

[м/м], где

R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, B_об - осевая ширина обода; кроме того обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримом с проекцией ширины корневого сечения пера на условную осевую плоскость, совмещенную с радиальной осью лопатки, снабжен системой пазов для крепления лопаток, продольная ось каждого из которых образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(0,348÷0,582) [рад], а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y_п=(9,56÷14,81) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, которым придана конфигурация элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки.

При этом обод диска может быть выполнен выходящим в проточную часть и образует последнюю ступень барабанно-дисковой силовой оболочки вала ротора с возможностью разъемного консольного присоединения через проставку и полку диска предшествующей ступени к силовому ядру жесткости указанной силовой оболочки с возможностью передачи данному диску, по меньшей мере, крутящего момента от ТНД.

Диск может быть выполнен с возможностью разъемного соединения с диском предшествующей ступени, для чего в периферийной части полотна данного диска выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой Y_о.п.=(3,03÷4,62) [ед/рад].

Замковое соединение пазов обода диска с хвостовиками может быть выполнено по типу «ласточкин хвост» и снабжено кольцевой проточкой, ответной кольцевой проточке в хвостовиках лопаток, при этом ответные проточки предназначены для установки фиксатора в виде разрезного кольца.

Внутренняя поверхность проточной части двигателя в зоне расположения диска может быть образована участками внешней поверхности обода диска между пазами для установки лопаток.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, состоит в разработке диска последней ступени вала ротора КНД ТРД повышенной компактности, технологичности и ремонтопригодности при снижении материалоемкости. Это достигается совокупностью разработанных в полезной модели конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода с равноплечими кольцевыми полками, принятого сочетания тонкого полотна и осевой ширины ступицы, компенсирующей диаметр центрального отверстия, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых напряжений в элементах диска. Найденная в полезной модели ориентация относительно оси вала и угловая частота пазов с возможностью размещения, фиксации и простоты взаимозаменяемости рабочих лопаток с принятой системой замкового соединения обеспечивает в совокупности повышенную эффективность функциональной работы и ресурса КНД в целом.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен диск последней ступени вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент диска последней ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;

на фиг. 3 - фрагмент обода диска последней ступени вала ротора КНД, вид сбоку.

Турбореактивный двигатель выполнен с корпусом 1 с сужающейся от входа проточной частью 2, в которой размещены имеющие хвостовик и перо с радиальной осью рабочие лопатки ротора (на чертежах не показано). Вал выполнен полым с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой 3 и сообщен с турбиной низкого давления.

Диск последней ступени вала ротора компрессора низкого давления ТРД выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 4, переходящий в кольцевое полотно 5, усиленное ступицей 6. Ступица 6 снабжена центральным отверстием 7.

Обод 4, преимущественно, симметрично соединен с полотном 5 диска с образованием равноплечих кольцевых полок 8, 9. Полотно 5 диска выполнено с возможностью разъемного соединения через проставку (на чертежах не показано) с полкой диска предшествующей ступени с образованием консольной кольцевой оболочки, соединяющей диск с силовым ядром жесткости барабанно-дисковой конструкции вала ротора.

Обод 4 диска выполнен с возрастающим в осевом сечении КНД радиусом в направлении потока рабочего тела и с углом образующей внешней поверхности 10 обода 4 относительно оси 11 вала, составляющим (1÷5)°, идентичным относительно той же оси осевому углу образующей внутреннего контура проточной части 2, монотонно изменяющейся в упомянутом направлении с градиентом радиального расширения О_об, определенным в диапазоне

[м/м], где

R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности 10 обода 4 диска, B_об - осевая ширина обода 4.

Обод 4 диска со стороны, обращенной к проточной части 2, на участке осевой ширины, соизмеримом с проекцией ширины корневого сечения пера на условную осевую плоскость, совмещенную с радиальной осью лопатки, снабжен системой пазов 12 для крепления лопаток. Продольная ось каждого паза образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(0,348÷0,582) [рад]. Пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y_п=(9,56÷14,81) [ед/рад]. Пазы 12 выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями 13, которым придана конфигурация элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки.

Обод 4 диска выполнен выходящим в проточную часть 2 и образует последнюю ступень барабанно-дисковой силовой оболочки вала ротора с возможностью разъемного консольного присоединения через проставку и полку диска предшествующей ступени к силовому ядру жесткости указанной силовой оболочки с возможностью передачи данному диску, по меньшей мере, крутящего момента от ТНД.

Диск выполнен с возможностью разъемного соединения с диском предшествующей ступени, для чего в периферийной части полотна 5 данного диска выполнены отверстия 14 под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой Y_о.п.=(3,03÷4,62) [ед/рад].

Замковое соединение пазов 12 обода 4 диска с хвостовиками выполнено по типу «ласточкин хвост» и снабжено кольцевой проточкой (на чертежах не показано), ответной кольцевой проточке в хвостовиках лопаток. Ответные проточки предназначены для установки фиксатора в виде разрезного кольца.

Внутренняя поверхность проточной части 2 двигателя в зоне расположения указанного диска образована участками внешней поверхности 10 обода 4 диска между пазами 12 для установки лопаток.

Радиус центрального отверстия ступицы 6 не менее чем в 2,5 раза превышает радиус шлицевой трубы 3. Радиус диска от оси 11 вала до внешней поверхности 10 обода 4 в средней плоскости полотна 5 составляет (0,53÷0,79) от радиуса периферийного контура проточной части 2 двигателя.

Пример реализации полезной модели.

В процессе работы турбореактивного двигателя диск второй ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от ТНД через силовую барабанно-дисковую оболочку вала ротора КНД с включением в работу лопаток рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание рабочего тела в КНД. Одновременно диск воспринимает центробежные нагрузки.

Claims

1. Диск последней ступени вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, в которой размещены имеющие хвостовик и перо с радиальной осью рабочие лопатки ротора, вал которого выполнен полым с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой и сообщён с турбиной низкого давления (ТНД), характеризующийся тем, что диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабжённой центральным отверстием, радиус которого не менее чем в 2,5 раза превышает радиус упомянутой шлицевой трубы, а радиус диска от оси вала до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,53÷0,79) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, при этом обод, преимущественно, симметрично соединён с полотном диска с образованием равноплечих кольцевых полок, а полотно диска выполнено с возможностью разъёмного соединения через проставку с полкой диска предшествующей ступени с образованием консольной кольцевой оболочки, соединяющей диск с силовым ядром жесткости барабанно-дисковой конструкции вала ротора; причём обод диска выполнен с возрастающим в сторону потока рабочего тела в осевом сечении КНД радиусом и с углом образующей внешней поверхности обода относительно оси вала ротора, идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части двигателя, монотонно изменяющейся в упомянутом направлении с градиентом радиального расширения G_об, определённым в диапазоне

R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, В_об - осевая ширина обода; кроме того обод диска со стороны, обращённой к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримом с проекцией ширины корневого сечения пера на условную осевую плоскость, совмещенную с радиальной осью лопатки, снабжён системой пазов для

крепления лопаток, продольная ось каждого из которых образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определённый в диапазоне значений α=(0,348÷0,582) [рад], а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Υ_п=(9,56÷14,81) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, которым придана конфигурация элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки.

2. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что обод диска выполнен выходящим в проточную часть и образует последнюю ступень барабанно-дисковой силовой оболочки вала ротора с возможностью разъемного консольного присоединения через проставку и полку диска предшествующей ступени к силовому ядру жёсткости указанной силовой оболочки с возможностью передачи данному диску, по меньшей мере, крутящего момента от ТНД.

3. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что диск выполнен с возможностью разъёмного соединения с диском предшествующей ступени, для чего в периферийной части полотна данного диска выполнены отверстия под крепёжные элементы, разнесённые по окружности с угловой частотой Υ_о.п.=(3,03÷4,62) [ед/рад].

4. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что замковое соединение пазов обода диска с хвостовиками выполнено по типу "ласточкин хвост" и снабжено кольцевой проточкой, ответной кольцевой проточке в хвостовиках лопаток, при этом ответные проточки предназначены для установки фиксатора в виде разрезного кольца.

5. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность проточной части двигателя в зоне расположения диска образована участками внешней поверхности обода диска между пазами для установки лопаток.