RU149746U1

RU149746U1 - LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR SHAFT TURBOJET ENGINE, TURBOJET ENGINE LOW COMPRESSOR DISC CONNECTOR ROD SHAFT

Info

Publication number: RU149746U1
Application number: RU2014115947/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Симонов; Дмитрий Юрьевич Еричев; Геннадий Иванович Зубарев; Андрей Валерьевич Узбеков; Игорь Сергеевич Кузнецов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2015-01-20

Abstract

1. Вал ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего диски с рабочими лопатками, наделенными хвостовиком и пером, и сообщенного с валом турбины низкого давления (ТНД) ТРД, имеющего корпус с проточной частью, характеризующийся тем, что вал выполнен ступенчатой барабанно-дисковой конструкции, включающей не более четырех дисков, каждый из которых имеет снабженную центральным отверстием массивную ступицу, сообщенную с полотном диска, имеющим толщину, не менее чем в три раза меньшую осевой ширины ступицы, и опертый на полотно обод, снабженный системой наклонных относительно оси вала пазов, предназначенных для установки хвостовиков рабочих лопаток, при этом продольная ось каждого из пазов, по меньшей мере, диска третьей ступени образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=21÷27°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска, причем ободы первых трех дисков образуют относительно средней плоскости полотна две неравноплечие полки, которыми непосредственно или через цилиндрические проставки диски объединены в силовую оболочку барабанно-дисковой конструкции вала ротора, сообщенную с опорами КНД и с валом ТНД с возможностью передачи от последней крутящего момента, при этом вал собран из неразъемных монтажных секций, число которых в барабанно-дисковой конструкции вала принято от одной до трех, кроме того, вал выполнен с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двига�1. The rotor shaft of a low pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (turbojet engine) having disks with rotor blades endowed with a shank and a feather, and communicated with the low pressure turbine shaft (LPC) of a turbojet engine having a casing with a flow part, characterized in that the shaft made of a stepped drum-disk design, comprising not more than four disks, each of which has a massive hub equipped with a central hole, in communication with the blade web having a thickness not less than three times smaller than the axial width of the hub, and the rim supported on the web, equipped with a system of grooves inclined relative to the axis of the shaft, intended for mounting the shanks of the working blades, the longitudinal axis of each of the grooves of at least the third-stage disk forming with the axis of the rotor shaft in the projection onto a conditional axial plane normal to the radial the axis of the pen, the angle α of the installation of the shank of the blade, defined in the range of values α = 21 ÷ 27 °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk, and the rims of the first three disks form two holes relative to the middle plane of the canvas extra-shoulder shelves, by which directly or through cylindrical spacers, the disks are combined into the power shell of the drum-disk design of the rotor shaft, communicated with the low-pressure bearings and with the high-pressure pump shaft with the possibility of transmission from the last torque, while the shaft is assembled from one-piece mounting sections, the number of which in the drum -disk shaft design adopted from one to three, in addition, the shaft is made with a radial and angular configuration of the outer surface of the rims of the disks, combined with the inner surface of the flow part of the motor

Description

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей.The utility model relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to low-pressure compressors of aircraft turbojet engines.

Известен вал ротора многоступенчатой турбины двигателя, включающий диски первой, второй и третьей ступени с возможностью оснащения рабочими лопатками. Диски контактируют между собой нижними фланцами. В окружном направлении зафиксированы штифтами, образую внутренний силовой пояс. Диск третьей ступени с помощью фланца прикреплен к валу (RU 2211337 C1, опубл. 27.08.2003)Known rotor shaft of a multi-stage turbine of an engine, including disks of the first, second and third stages with the possibility of equipping with working blades. Disks contact each other with lower flanges. In the circumferential direction are fixed with pins, forming an internal power belt. The disk of the third stage by means of a flange is attached to the shaft (RU 2211337 C1, publ. 08.27.2003)

К недостаткам известного решения относятся низкая жесткость вала компрессора и недостаточная адаптация к конфигурации проточной части двигателя.The disadvantages of the known solutions include the low rigidity of the compressor shaft and insufficient adaptation to the configuration of the engine flow path.

Известен осевой компрессор двигателя, содержащий статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками, расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска в полотне второго диска. Кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени. 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).Known axial compressor of the engine, containing a stator with vanes of straightening apparatuses and a rotor of a drum-disk type, including individual impellers. Each impeller is equipped with two disks arranged sequentially downstream in the longitudinal plane of the cross section of the drum. Both disks are interconnected by means of an annular collar of the first disk and a landing belt in the canvas of the second disk. The annular collar of the second disk forms a tract drum shell, acting as a spacer between the second and first disks of each subsequent working stage. On the rims of the wheels of the impellers, wedge-shaped annular recesses are made, which form an annular dovetail groove for contact with wedge-shaped annular protrusions at the ends of the shelves of the blades (RU 2269678 C1, publ. 02.10.2006).

Известен вал ротора компрессора низкого давления (КНД), включающий систему из четырех дисков, каждый из которых 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)Known rotor shaft of a low pressure compressor (KND), including a system of four disks, each of which contains a rim for installing and ghosting the rotor blades, in communication with the shaft of a low pressure turbine (HP) of a turbojet engine (turbojet engine) (N.N. Sirotin , AS Novikov, AG Paykin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS technology system. Book 1. Moscow. Science 2011. pp. 249-259)

К недостаткам известных решений относятся неопределенность соотношений радиальных и угловых параметров дисков, включая параметры, выражающие соотношения величин полок и радиусов ободов дисков как силовых элементов конструкции вала и силовой оболочки последнего, а также угловой частоты и осевой ориентации пазов для установки рабочих лопаток ротора.The disadvantages of the known solutions include the uncertainty of the ratios of the radial and angular parameters of the disks, including parameters expressing the ratio of the values of the shelves and the radii of the rims of the disks as power elements of the shaft structure and the power shell of the latter, as well as the angular frequency and axial orientation of the grooves for installing rotor blades.

Задача группы объектов полезной модели, связанных единым творческим замыслом, состоит в разработке вала ротора барабанно-дисковой конструкции КНД ТРД с улучшенными геометрической конфигурацией, пространственной жесткостью узлов соединения дисков вала ротора, а также силовыми и аэродинамическими параметрами при повышении общей компактности, технологичности, ремонтопригодности и снижении материалоемкости и трудоемкости сборки вала ротора.The task of the group of objects of the utility model connected by a single creative concept is to develop a rotor shaft of a drum and disk construction of the low pressure turbojet engine with improved geometrical configuration, spatial rigidity of the drive units of the rotor shaft disks, as well as power and aerodynamic parameters while increasing overall compactness, manufacturability, maintainability and reducing material consumption and the complexity of the assembly of the rotor shaft.

Поставленная задача в части первого объекта полезной модели решается тем, что вал ротора компрессора низкого давления (КНД), имеющего диски с рабочими лопатками, наделенными хвостовиком и пером, и сообщенного с валом турбины низкого давления (ТНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с проточной частью, согласно полезной модели, выполнен ступенчатой барабанно-дисковой конструкции, включающей не более четырех дисков, каждый из которых имеет снабженную центральным отверстием массивную ступицу, сообщенную с полотном диска, имеющим толщину, не менее чем в три раза меньшую осевой ширины ступицы, и опертый на полотно обод, снабженный системой наклонных относительно оси вала пазов, предназначенных для установки хвостовиков рабочих лопаток, при этом продольная ось каждого из пазов, по меньшей мере, диска третьей ступени образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(21÷27) [град], а пазы равномерно разнесены по периметру диска, причем ободы первых трех дисков образуют относительно средней плоскости полотна две неравноплечие полки, которыми непосредственно или через цилиндрические проставки диски объединены в силовую оболочку барабанно-дисковой конструкции вала ротора, сообщенную с опорами КНД и с валом ТНД с возможностью передачи от последней крутящего момента, при этом вал собран из неразъемных монтажных секций, число которых в барабанно-дисковой конструкции вала принято от одной до трех, кроме того вал выполнен с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя, по меньшей мере, на осевом участке обтекания потоком рабочего тела совокупности ободов дисков вала ротора, для чего диски выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна радиусом обода, с соотношением величин радиусов, считая от оси вала ротора до внешней поверхности обода диска, (1,0÷1,15):(1,04÷1,4):(1,11÷1,51):(1,14÷1,54), и с углами наклона ободов, формирующих конфигурацию упомянутой поверхности проточной части с практически плавным сопряжением смежных торцов.The problem in part of the first object of the utility model is solved by the fact that the rotor shaft of a low pressure compressor (KND) having disks with rotor blades endowed with a shank and a feather, and communicated with the low pressure turbine shaft (HPH) of a turbojet engine (turbojet engine) having a housing with a flowing part, according to a utility model, a stepped drum-disk construction is made, comprising no more than four disks, each of which has a massive hub equipped with a central hole in communication with the disk web, having with a thickness not less than three times smaller than the axial width of the hub, and a rim supported on the blade, equipped with a system of grooves inclined relative to the axis of the shaft, intended for mounting the shanks of the working blades, while the longitudinal axis of each of the grooves of at least the third-stage disk forms with the axis of the rotor shaft in the projection on the conditional axial plane normal to the radial axis of the pen, the blade installation angle α defined in the range of values α = (21 ÷ 27) [deg], and the grooves are uniformly spaced around the perimeter of the disk, and the rims the output of the three disks form two unequal shelves relative to the middle plane of the web, by which the disks are directly or through cylindrical spacers combined into the power shell of the drum-disk design of the rotor shaft, in communication with the low-pressure bearings and the high-pressure pump with the possibility of transmission from the last torque, while the shaft is assembled from one-piece mounting sections, the number of which in the drum-disk design of the shaft is accepted from one to three, in addition, the shaft is made with a radial and angular configuration of the outer surface of of disks, combined with the inner surface of the engine’s flowing part, at least on the axial portion of the flow of the working body of the set of rims of the rotor shaft disks, for which the disks are made with the radius of the rim increasing stepwise along the working medium in the conditional middle plane of the web, with a ratio of of radii, counting from the axis of the rotor shaft to the outer surface of the disk rim, (1.0 ÷ 1.15) :( 1.04 ÷ 1.4) :( 1.11 ÷ 1.51) :( 1.14 ÷ 1, 54), and with the inclination angles of the rims forming the configuration of the said surface of the flowing part with practically an apparent conjugation adjacent ends.

При этом полотно диска первой ступени с фронтальной стороны и полотно диска третьей ступени с тыльной стороны могут быть снабжены коническими кольцевыми элементами, расположенными каждый под ободом соответствующего диска, и неразъемно соединенными с ответными коническими диафрагмами цапф передней и задней опоры, замыкающими силовую оболочку с образованием силового ядра жесткости барабанно-дисковой конструкции вала; причем образующая конического элемента диска третьей ступени наклонена к оси вала под углом β=(35°÷65°).At the same time, the blade of the first stage disk on the front side and the blade of the third stage disk on the rear side can be equipped with conical ring elements, each located under the rim of the corresponding disk, and inseparably connected with the mating conical diaphragms of the axles of the front and rear bearings, closing the power shell with the formation of a power stiffness cores of the drum-disk shaft design; moreover, the generatrix of the conical element of the disk of the third stage is inclined to the axis of the shaft at an angle β = (35 ° ÷ 65 °).

Радиальная величина диска четвертой ступени от внешней поверхности обода до центрального отверстия в ступице и дополняющий ее радиус центрального отверстия могут быть приняты обеспечивающими возможность свободного размещения с зазором относительно внешней поверхности конической диафрагмы задней цапфы.The radial value of the disk of the fourth stage from the outer surface of the rim to the central hole in the hub and the radius of the central hole supplementing it can be taken to allow free placement with a gap relative to the outer surface of the conical diaphragm of the rear axle.

Пазы дисков вала могут быть выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки типа «ласточкин хвост», а длина пазов принята соизмеримой с длиной хвостовиков лопаток.The grooves of the shaft disks can be made in cross section, at least with the side faces forming an element of the lock connection with the shank of the dovetail blade, and the length of the grooves is taken commensurate with the length of the shanks of the blades.

В первую неразъемную секцию вала ротора последовательно могут быть включены передняя цапфа, объединенные полками ободов - диск первой ступени и диск второй ступени, к которому в свою очередь неразъемно присоединена цилиндрическая проставка с фланцем, посредством которой первая монтажная секция разъемно соединена с входящим во вторую монтажную секцию диском третьей ступени, для чего в полотне диска под ободом выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,095÷7,643) [ед/рад], причем в упомянутую вторую монтажную секцию кроме диска третьей ступени включены неразъемно соединенные задняя цапфа и цилиндрическая проставка, а в замыкающую секцию вала, включен диск последней ступени, полотно которого консольно разъемно соединено с замыкающей проставкой предшествующей ступени.In the first one-piece section of the rotor shaft, the front axle can be connected in series, united by the rim shelves - the first-stage disk and the second-stage disk, to which, in turn, a cylindrical spacer with a flange is inseparably connected, by means of which the first mounting section is detachably connected to the second mounting section the third-stage disk, for which, in the disk sheet under the rim, holes are made for fasteners spaced around the circumference with an angular frequency (5.095 ÷ 7.643) [units / rad], and in the mentioned T Rui mounting section of the disc except the third stage included integrally connected to the rear shank and the cylindrical spacer, and closing shaft section included drive the last stage, which cantilevered blade releasably coupled to the trailing spacer preceding stage.

Кольцевой конический элемент диска третьей ступени может быть выполнен имеющим длину конической образующей, не выходящую за пределы осевых габаритов полок обода.The annular conical element of the disk of the third stage can be made having the length of the conical generatrix, not exceeding the limits of the axial dimensions of the flanges of the rim.

Каждый из конических элементов дисков первой и третьей ступеней могут быть выполнены с возможностью силового соединения с ответными коническими диафрагмами передней и задней цапф и с возможностью передачи диском крутящего момента от ТНД, а также радиальных и осевых усилий на опоры валы ротора.Each of the conical elements of the disks of the first and third stages can be made with the possibility of power connection with the mating conical diaphragms of the front and rear trunnions and with the ability to transmit torque from the high-pressure pump, as well as radial and axial forces to the supports of the rotor shafts.

Диск четвертой ступени может быть выведен за контур силового ядра жесткости барабанно-дисковой конструкции вала ротора.The disk of the fourth stage can be output beyond the contour of the power core stiffness of the drum-disk design of the rotor shaft.

Поставленная задача в части второго объекта полезной модели решается тем, что узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, согласно полезной модели, объединяет объединяет диск третьей ступени с дисками второй и четвертой ступеней вала ротора посредством прикрепленных к нему с двух сторон кольцевых проставок между указанными дисками с образованием соответствующего участка силовой барабанно-дисковой оболочки вала ротора, причем первая из указанных проставок неразъемно соединена с тыльной полкой обода диска второй ступени и разъемно прикреплена соединительными элементами к полотну диска третьей ступени, а вторая проставка неразъемно, предпочтительно, посредством электронно-лучевой сварки прикреплена к тыльной полке обода диска третьей ступени и разъемно прикреплена соединительными элементами к полотну диска четвертой ступени, причем количество соединительных элементов, которыми к диску третьей ступени прикреплена первая из указанных проставок, в (1,26÷2,14) раза превышает количество соединительных элементов, которыми прикреплена к диску четвертой ступени вторая из указанных проставок, при этом каждая из указанных проставок снабжена Г-образным в поперечном сечении консольным отгибом, образующим кольцевой фланец с системой отверстий для образования разъемного соединения и пропуска соединительных элементов, радиально разнесенных по периметру фланца с угловой частотой, которая, по меньшей мере, для первой из указанных проставок составляет Y_ф=(5,095÷7,643) [ед/рад], кроме того с идентичными радиусом и угловой частотой аналогичные ответные отверстия, выполнены с разнесением по окружности в полотне присоединяемого диска, и при осевом совмещении с отверстиями проставки упомянутые диски посредством указанных элементов разъемного соединения объединены с возможностью передачи крутящего момента, радиальных и осевых усилий, возникающих в указанном стыке вала ротора КНД.The problem in part of the second object of the utility model is solved by the fact that the connection unit of the rotor shaft disks of the low-pressure compressor of a turbojet engine, according to the utility model, combines the third-stage disk with the disks of the second and fourth stages of the rotor shaft by means of ring spacers attached to it from two sides between these disks with the formation of the corresponding section of the power drum-disk shell of the rotor shaft, and the first of these spacers is one-piece connected to the rear the second shelf of the second-stage disk rim and are detachably attached by connecting elements to the third-stage disk cloth, and the second spacer is inseparable, preferably by electron beam welding, attached to the rear shelf of the third-stage disk rim and detachably attached by connecting elements to the fourth-stage disk cloth, the connecting elements that attach the first of the spacers to the third-stage disk (1.26 ÷ 2.14) times the number of connecting elements that attached to the fourth-stage disk, the second of these spacers, each of these spacers is equipped with an L-shaped cross section of the cantilever bend, forming an annular flange with a system of holes for the formation of a detachable connection and the passage of connecting elements radially spaced around the perimeter of the flange with an angular frequency, which, at least for the first of these spacers, is Y _f = (5.095 ÷ 7.643) [u / rad], in addition, with the same radius and angular frequency, the same counter holes are made with spacing around the circumference in the web of the disk to be attached, and when axially aligned with the spacer holes, the said disks are combined by means of the indicated detachable connection elements with the possibility of transmitting the torque, radial and axial forces arising in the specified joint of the CPV rotor shaft.

При этом первая из проставок может быть выполнена кольцевой с радиусом, соответствующим радиусу тыльной полки обода диска второй ступени вала ротора в зоне неразъемного соединения с последней и меньшим радиуса нижней грани, обращенной в сторону стыка фронтальной полки обода диска третьей ступениIn this case, the first of the spacers can be made circular with a radius corresponding to the radius of the rear flange of the rim of the second stage of the rotor shaft in the area of one-piece connection with the last and smaller radii of the lower face facing the junction of the front flange of the rim of the third stage

Элементы разъемного соединения проставки с диском соответствующей ступени могут быть выполнены в виде призонных болтов.The detachable elements of the spacer with the disk of the corresponding stage can be made in the form of tight bolts.

Технический результат, обеспечиваемый группой объектов полезной модели, связанных единым творческим замыслом, состоит в разработке вала ротора КНД ТРД барабанно-дисковой конструкции повышенной компактности, технологичности, ремонтопригодности с геометрической конфигурацией внешней поверхности обода дисков вала, конгруэнтной потоку рабочего тела и образующей поверхность внутренней стенки проточной части двигателя, и с конструктивным решением вала, обеспечивающим при найденных в полезной модели параметрах повышение ресурса при улучшенной возможности передачи на рабочие лопатки дисков повышенных величин крутящего момента и передачи на элементы опор КНД радиальных и осевых усилий через барабанную оболочку, образованную системой ободов дисков вала с заявленным решением узла соединения дисков, цилиндрических проставок с фланцем с отверстиями для разъемного соединения дисков, конических элементов силового соединения дисков первой и третьей ступеней с ответными коническими диафрагмами цапф передней и задней опор, и выполненную с образованием силового ядра пространственной жесткости при одновременном снижении материале-, энерго- и трудоемкости сборки вала ротора.The technical result provided by the group of utility model objects connected by a single creative concept consists in developing a rotor shaft of the low pressure turbojet turbojet engine of a drum-disk design of increased compactness, manufacturability, maintainability with a geometric configuration of the outer surface of the rim of the shaft disks, congruent with the flow of the working fluid and forming the surface of the inner wall of the flowing parts of the engine, and with a constructive solution of the shaft, which provides, when the parameters found in the utility model, an increase in the service life when the increased possibility of transmitting increased torques of torque to the working blades of the disks and transmitting radial and axial forces to the support elements of the low pressure gears through the drum shell formed by the system of rim of the shaft disks with the stated solution of the disk connection unit, cylindrical spacers with a flange with holes for detachable connection of disks, conical elements the power connection of the disks of the first and third stages with the mating conical diaphragms of the axles of the front and rear supports, and made with the formation of the power core nstvennoy rigidity while reducing materiale-, power and complexity of assembly of the rotor shaft.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен компрессор низкого давления ТРД, продольный разрез;in FIG. 1 shows a low-pressure turbojet compressor, a longitudinal section;

на фиг. 2 - фрагмент диска третьей ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;in FIG. 2 - a fragment of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, frontal projection;

на фиг. 3 - фрагмент обода диска третьей ступени вала ротора КНД, вид сбоку.in FIG. 3 - a fragment of the rim of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, side view.

Вал 1 ротора КНД сообщен с валом турбины низкого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью.The shaft 1 of the rotor KND communicated with the shaft of the low-pressure turbine turbojet engine having a housing with a flowing part.

Вал 1 ротора КНД выполнен ступенчатой барабанно-дисковой конструкции, включающей не более четырех дисков 2, 3, 4, 5 с рабочими лопатками 6. Рабочие лопатки 6 наделены хвостовиком 7 и пером 8. Каждый диск 2, 3, 4, 5 имеет массивную ступицу 9 с центральным отверстием 10. Ступица 9 сообщена с полотном 11 диска, имеющим толщину, не менее чем в три раза меньшую осевой ширины ступицы 9. Каждый диск 2, 3, 4, 5 включает также опертый на полотно 11 диска обод 12, снабженный системой наклонных относительно оси вала 1 пазов 13. Пазы 13 предназначены для установки хвостовиков 7 рабочих лопаток 6.The shaft 1 of the KND rotor is made of a stepped drum-disk construction, including no more than four disks 2, 3, 4, 5 with working blades 6. The working blades 6 are endowed with a shank 7 and a feather 8. Each disk 2, 3, 4, 5 has a massive hub 9 with a central hole 10. The hub 9 is in communication with the blade web 11 of a disk having a thickness not less than three times smaller than the axial width of the hub 9. Each disc 2, 3, 4, 5 also includes a rim 12 supported on the blade web 11, provided with a system grooves inclined relative to the axis of the shaft 1. Grooves 13 are for installing shanks 7 p shoulder blades 6.

Продольная ось каждого из пазов 13, по меньшей мере, диска 4 третьей ступени образует с осью вала 1 ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера 8, угол α установки хвостовика 7 рабочей лопатки 6, определенный в диапазоне значений α=(21÷27) [град]. Пазы 13 равномерно разнесены по периметру диска 2.The longitudinal axis of each of the grooves 13 of at least the disk 4 of the third stage forms with the axis of the rotor shaft 1 in the projection onto the conditional axial plane normal to the radial axis of the pen 8, the installation angle α of the shank 7 of the working blade 6, defined in the range of α = (21 ÷ 27) [city]. The grooves 13 are evenly spaced around the perimeter of the disk 2.

Ободы 12 дисков 2, 3, 4, образуют относительно средней плоскости полотна 11 две неравноплечие полки 14, 15. Непосредственно полками 14, 15 или через цилиндрические проставки 16, 17 диски 2, 3, 4, 5 вала 1 объединены в силовую оболочку барабанно-дисковой конструкции вала ротора, сообщенную с опорами КНД и с валом ТНД с возможностью передачи от последней крутящего момента. Вал 1 собран из неразъемных монтажных секций, число которых в барабанно-дисковой конструкции вала 1 принято на единицу меньшим числа дисков.The rims 12 of the disks 2, 3, 4, form relative to the middle plane of the web 11 two unequal shelves 14, 15. Directly by the shelves 14, 15 or through the cylindrical spacers 16, 17, the disks 2, 3, 4, 5 of the shaft 1 are combined into a power shell of the drum the disk design of the rotor shaft, communicated with the supports of the low pressure switch and with the high pressure pump shaft with the possibility of transmission from the last torque. Shaft 1 is assembled from one-piece mounting sections, the number of which in the drum-disk design of shaft 1 is taken to be one less than the number of disks.

Полотно 11 диска 2 первой ступени с фронтальной стороны и полотно 11 диска 4 третьей ступени с тыльной стороны снабжены коническими кольцевыми элементами 18, 19, расположенными каждый под ободом 12 соответствующего диска 2 и 4. Конические элементы 18, 19 неразъемно соединены с ответными коническими диафрагмами 20 цапф 21 и 22 соответственно передней и задней опоры, замыкающими силовую оболочку с образованием силового ядра жесткости барабанно-дисковой конструкции вала. Образующая конического элемента 19 диска 4 третьей ступени наклонена к оси вала под углом β=(35°÷65°).The blade 11 of the disk 2 of the first stage from the front side and the canvas 11 of the disk 4 of the third stage from the rear side are provided with conical ring elements 18, 19, each located under the rim 12 of the corresponding disk 2 and 4. The conical elements 18, 19 are inseparably connected with the mating conical diaphragms 20 pins 21 and 22, respectively, of the front and rear bearings, closing the power shell with the formation of the power core stiffness of the drum-disk shaft design. The generatrix of the conical element 19 of the disk 4 of the third stage is inclined to the shaft axis at an angle β = (35 ° ÷ 65 °).

Вал 1 ротора выполнен с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности 23 ободов 12 дисков 2, 3, 4, 5, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя, по меньшей мере, на осевом участке обтекания потоком рабочего тела совокупности ободов 12 дисков вала ротора. Для этого диски 2, 3, 4, 5 выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна радиусом обода 12, с соотношением величин радиусов, считая от оси вала 1 ротора до внешней поверхности 23 обода 12 диска, (1,0÷1,15):(1,04÷1,4):(1,11÷1,51):(1,14÷1,54), и с углами наклона ободов 12, формирующих конфигурацию упомянутой поверхности проточной части с практически плавным сопряжением смежных торцов.The rotor shaft 1 is made with a radial and angular configuration of the outer surface 23 of the rims 12 of the disks 2, 3, 4, 5, combined with the inner surface of the engine duct part, at least in the axial section of the flow of the working fluid stream of the set of rims 12 of the rotor shaft disks. To do this, the disks 2, 3, 4, 5 are made with a stepwise increasing direction of the working fluid in the conditional middle plane of the web, the radius of the rim 12, with the ratio of the radii, counting from the axis of the shaft 1 of the rotor to the outer surface 23 of the rim 12 of the disk, (1,0 ÷ 1,15) :( 1,04 ÷ 1,4) :( 1,11 ÷ 1,51) :( 1,14 ÷ 1,54), and with the inclination angles of the rims 12, forming the configuration of the said surface of the flowing part with almost smooth conjugation of adjacent ends.

Ступицы 9 дисков 2, 3, 4, 5 вала выполнены каждая с центральным отверстием 10 с радиусом, ступенчато радиально нарастающим от первого диска 2 к четвертому диску 5 с соотношением радиусов 1:(1,1÷1,5):(1,06÷1,44):(1,7÷2,3).The hubs 9 of the disks 2, 3, 4, 5 of the shaft are each made with a central hole 10 with a radius stepwise radially increasing from the first disk 2 to the fourth disk 5 with a ratio of radii 1: (1.1 ÷ 1.5) :( 1.06 ÷ 1.44) :( 1.7 ÷ 2.3).

Радиальная величина диска 5 четвертой ступени от внешней поверхности 23 обода 12 до центрального отверстия 10 в ступице 9 и дополняющий ее радиус центрального отверстия 10 приняты обеспечивающими возможность свободного размещения с зазором относительно внешней поверхности конической диафрагмы 20 задней цапфы 22.The radial size of the disk 5 of the fourth stage from the outer surface 23 of the rim 12 to the central hole 10 in the hub 9 and the radius of the central hole 10 supplementing it are accepted to allow free placement with a gap relative to the outer surface of the conical diaphragm 20 of the rear axle 22.

Пазы 13 дисков 2, 3, 4, 5 вала 1 выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями 24, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком 7 лопатки 6 типа «ласточкин хвост». Длина пазов 13 принята соизмеримой с длиной хвостовиков 7 лопаток 6.The grooves 13 of the disks 2, 3, 4, 5 of the shaft 1 are made in cross section at least with side faces 24 forming an element of the locking connection with the shank 7 of the dovetail blade 6. The length of the grooves 13 is taken commensurate with the length of the shanks 7 of the blades 6.

В первую неразъемную секцию вала ротора последовательно включены передняя цапфа 21, объединенные полками 14 и 15 ободов 12 - диск 2 первой ступени и диск 3 второй ступени, к которому в свою очередь неразъемно присоединена цилиндрическая проставка 16 с фланцем 25. Посредством проставки 16 первая монтажная секция разъемно соединена с входящим во вторую монтажную секцию диском 4 третьей ступени. Для чего в полотне 11 диска 4 под ободом 12 выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,095÷7,643) [ед/рад]. Во вторую монтажную секцию кроме диска 4 третьей ступени включены неразъемно соединенные задняя цапфа 22 и цилиндрическая проставка 17. В замыкающую секцию вала 1 включен диск 5 последней ступени, полотно 11 которого консольно разъемно соединено с замыкающей проставкой 17 предшествующей ступени.The front axle 21, connected by the shelves 14 and 15 of the rims 12 — the disk 2 of the first stage and the disk 3 of the second stage, to which, in turn, the cylindrical spacer 16 with the flange 25 is inseparably connected to the first one-piece section of the rotor shaft — is connected through the spacers 16 to the first mounting section detachably connected to the disk 4 of the third stage included in the second mounting section. Why in the blade 11 of the disk 4 under the rim 12 holes are made for fasteners spaced around the circumference with an angular frequency (5.095 ÷ 7.643) [units / rad]. In addition to the third stage disk 4, the second mounting section includes one-piece rear axle 22 and a cylindrical spacer 17. The final stage of the shaft 1 includes a disk 5 of the last stage, the blade 11 of which is cantilever detachably connected to the closing spacer 17 of the previous stage.

Кольцевой конический элемент 19 диска 4 третьей ступени выполнен имеющим длину конической образующей, не выходящую за пределы осевых габаритов тыльной полки 15 обода 12 диска 4.The annular conical element 19 of the disk 4 of the third stage is made having a length of the conical generatrix that does not extend beyond the axial dimensions of the rear shelf 15 of the rim 12 of the disk 4.

Каждый из конических элементов 18, 19 диска 2 и диска 4 вала выполнены с возможностью силового соединения с ответными коническими диафрагмами 20 передней и задней цапф 21 и 22 соответственно и с возможностью передачи диском крутящего момента от ТНД, а также радиальных и осевых усилий на опоры валы ротора.Each of the conical elements 18, 19 of the disk 2 and the disk 4 of the shaft are made with the possibility of power connection with the mating conical diaphragms 20 of the front and rear trunnions 21 and 22, respectively, and with the possibility of transmitting the disk torque from the high pressure pump, as well as radial and axial forces on the shaft supports rotor.

Диск 5 четвертой ступени выведен за контур силового ядра жесткости барабанно-дисковой конструкции вала 1 ротора.The fourth stage disk 5 is brought out beyond the contour of the power stiffness core of the drum-disk construction of the rotor shaft 1.

По второму объекту полезной модели узел соединения дисков вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя объединяет диск 4 третьей ступени с дисками 3 и 5 соответственно второй и четвертой ступеней вала ротора посредством прикрепленных к нему с двух сторон кольцевых проставок 16, 17 между указанными дисками с образованием соответствующего участка силовой барабанно-дисковой оболочки вала ротора.According to the second object of the utility model, the connection unit of the rotor shaft disks of the low-pressure compressor of a turbojet engine combines the third-stage disk 4 with the disks 3 and 5, respectively, of the second and fourth stages of the rotor shaft by means of ring spacers 16, 17 attached to it on both sides between the said disks to form the corresponding plot power drum-disk shell of the rotor shaft.

Проставка 16 неразъемно соединена с тыльной полкой 15 обода 12 диска 3 второй ступени и разъемно прикреплена соединительными элементами 26 к полотну 11 диска 4 третьей ступени. Вторая проставка 17 неразъемно, предпочтительно, посредством электронно-лучевой сварки прикреплена к тыльной полке 15 обода 12 диска 4 третьей ступени и разъемно прикреплена соединительными элементами 26 к полотну 11 диска 5 четвертой ступени. Количество соединительных элементов 26, которыми к диску 4 прикреплена проставка 16, в (1,26÷2,14) раза превышает количество соединительных элементов 26, которыми прикреплена к диску 5 проставка 17.The spacer 16 is permanently connected to the rear shelf 15 of the rim 12 of the disk 3 of the second stage and is detachably attached by connecting elements 26 to the web 11 of the disk 4 of the third stage. The second spacer 17 is one-piece, preferably by electron beam welding, attached to the rear shelf 15 of the rim 12 of the disk 4 of the third stage and detachably attached by connecting elements 26 to the web 11 of the disk 5 of the fourth stage. The number of connecting elements 26 with which the spacer 16 is attached to the disk 4 is (1.26 ÷ 2.14) times greater than the number of connecting elements 26 with which the spacer 17 is attached to the disk 5.

Для чего проставка 16 выполнена кольцевой с радиусом, соответствующим радиусу тыльной полки 15 обода 12 диска 3 второй ступени вала ротора в зоне неразъемного соединения с последней и меньшим радиуса нижней грани, обращенной в сторону стыка фронтальной полки 14 обода 12 диска 4 третьей ступени.For this, the spacer 16 is made circular with a radius corresponding to the radius of the rear flange 15 of the rim 12 of the disk 3 of the second stage of the rotor shaft in the area of one-piece connection with the last and smaller radius of the lower edge facing the junction of the front flange 14 of the rim 12 of the disk 4 of the third stage.

Проставки 16, 17 выполнены шириной, развитой в осевом направлении на величину, достаточную в совокупности с консольным участком полки диска, к которому прикреплена неразъемно, для размещения между соединяемыми дисками системы стационарных лопаток соответствующего направляющего аппарата КНД. Проставки 16, 17 снабжены Г-образным в поперечном сечении консольным отгибом, образующим кольцевой фланец 25 с системой отверстий для образования разъемного соединения и пропуска соединительных элементов 26, радиально разнесенных по периметру фланца 25 с угловой частотой, которая, по меньшей мере, для проставки 16 составляет Y_ф=(5,095÷7,643) [ед/рад]. С идентичными радиусом и угловой частотой аналогичные ответные отверстия, выполнены с разнесением по окружности в полотне 11 присоединяемого диска 4, 5, и при осевом совмещении с отверстиями проставки 16, 17 упомянутые диски посредством указанных элементов разъемного соединения объединены с возможностью передачи крутящего момента, радиальных и осевых усилий, возникающих в указанном стыке вала ротора КНД.The spacers 16, 17 are made of a width developed in the axial direction by an amount sufficient in conjunction with the cantilever section of the disk shelf, to which it is permanently attached, for placement between the connected disks of the stationary blade system of the corresponding guide vane. The spacers 16, 17 are provided with an L-shaped cross-section of the cantilever limb forming an annular flange 25 with a system of holes for forming a detachable connection and skipping the connecting elements 26 radially spaced around the perimeter of the flange 25 with an angular frequency that is at least for the spacer 16 is Y _f = (5,095 ÷ 7,643) [units / rad]. With identical radius and angular frequency, similar counter-holes are made with spacing around the circumference in the sheet 11 of the attached disk 4, 5, and when axially aligned with the holes of the spacer 16, 17, said disks are combined with the possibility of transmitting torque, radial and axial forces arising in the specified joint of the rotor shaft of the CPV.

Элементы 26 разъемного соединения проставки с диском 4, 5 соответствующей ступени выполнены в виде призонных болтов.The elements 26 of the detachable connection of the spacer to the disk 4, 5 of the corresponding stage are made in the form of tight bolts.

Пример реализации полезной модели.An example implementation of a utility model.

При работе ТРД вал 1 ротора компрессора низкого давления передает крутящий момент от вала ротора турбины низкого давления к дискам 2, 3, 4, 5 всех ступеней КНД. При этом вал ротора обеспечивает стабильность проектной формы и положение дисков всех ступеней в составе барабанно-дисковой конструкции вала ротора КНД на всех возможных режимах работы ТРД за счет восприятия силовой оболочкой вала сочетания нагрузок, возникающих в процессе работе компрессора.During the operation of the turbojet engine, the shaft 1 of the rotor of the low pressure compressor transmits torque from the shaft of the rotor of the low pressure turbine to the disks 2, 3, 4, 5 of all stages of the low pressure compressor. At the same time, the rotor shaft ensures the stability of the design form and the position of the disks of all stages in the drum-disk design of the low-pressure rotor rotor shaft at all possible operating modes of the turbojet engine due to the perception of the combination of loads arising during compressor operation by the shaft sheath.

Claims

1. The rotor shaft of a low pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (turbojet engine) having disks with rotor blades endowed with a shank and a feather, and communicated with the low pressure turbine shaft (LPC) of a turbojet engine having a casing with a flow part, characterized in that the shaft made of a stepped drum-disk design, comprising not more than four disks, each of which has a massive hub equipped with a central hole, in communication with the blade web having a thickness not less than three times smaller than the axial width of the hub, and the rim supported on the web, equipped with a system of grooves inclined relative to the axis of the shaft, intended for mounting the shanks of the working blades, the longitudinal axis of each of the grooves of at least the third-stage disk forming with the axis of the rotor shaft in the projection onto a conditional axial plane normal to the radial the axis of the pen, the angle α of the installation of the shank of the blade, defined in the range of values α = 21 ÷ 27 °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk, and the rims of the first three disks form two holes relative to the middle plane of the canvas extra-shoulder shelves, by which directly or through cylindrical spacers, the disks are combined into the power shell of the drum-disk construction of the rotor shaft, communicated with the low-pressure bearings and with the high-pressure pump shaft with the possibility of transmission from the last torque, while the shaft is assembled from one-piece mounting sections, the number of which in the drum -disk shaft design adopted from one to three, in addition, the shaft is made with a radial and angular configuration of the outer surface of the rims of the disks, combined with the inner surface of the flow part of the motor sprucing, at least on the axial section of the flow around the set of rims of the rotor shaft disks, for which the disks are made with the radius of the rim stepping along the working medium in the conditional middle plane of the blade, with the ratio of the radii, counting from the axis of the rotor shaft to the outer the surface of the rim of the disk, (1,0 ÷ 1,15) :( 1,04 ÷ 1,4) :( 1,11 ÷ 1,51) :( 1,14 ÷ 1,54), and with the angles of inclination of the rims, forming the configuration of the said surface of the flowing part with almost smooth conjugation of adjacent ends.

2. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the first-stage disk web from the front side and the third-stage disk web are provided with conical ring elements, each located under the rim of the corresponding disk and inseparably connected with mating conical diaphragms of pins front and rear bearings, closing the power shell with the formation of the power core stiffness of the drum-disk shaft design; moreover, the generatrix of the conical element of the disk of the third stage is inclined to the axis of the shaft at an angle β = 35 ÷ 65 °.

3. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the radial value of the fourth-stage disk from the outer surface of the rim to the central hole in the hub and the radius of the central hole supplementing it are accepted to allow free placement with a gap relative to the outer surface of the conical diaphragm of the rear axle .

4. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the grooves of the shaft disks are made in cross section with at least lateral faces forming an element of the lock connection with the dovetail blade shank, and the groove length is accepted commensurate with the length of the shanks of the blades.

5. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the front axle is connected in series to the first integral part of the rotor shaft, united by the rim shelves — a first-stage disk and a second-stage disk, to which, in turn, a cylindrical spacer is permanently attached with a flange, by means of which the first mounting section is detachably connected to the disk of the third stage included in the second mounting section, for which holes in the disk sheet under the rim are made for fasteners spaced around ty with an angular frequency of 5.095 ÷ 7.643 [units / rad], and in addition to the third-stage disk, the aforementioned second mounting section includes one-piece rear axle and a cylindrical spacer, and the last-stage disk is included in the shaft locking section, the blade of which is cantially detachably connected to the locking spacer previous step.

6. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 2, characterized in that the annular conical element of the disk of the third stage is made having a length of the conical generatrix that does not extend beyond the axial dimensions of the flanges of the rim.

7. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 2, characterized in that each of the conical elements of the disks of the first and third stages is made with the possibility of power connection with the mating conical diaphragms of the front and rear trunnions and with the possibility of transmitting torque from the high-pressure pump to the disk, and radial and axial forces on the rotor shaft bearings.

8. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the fourth-stage disk is brought out of the contour of the power core stiffness of the drum-disk design of the rotor shaft.

9. The connection unit of the disks of the rotor shaft of the compressor of a low pressure turbojet engine, characterized in that the unit combines the third-stage disk with the disks of the second and fourth stages of the rotor shaft by means of ring spacers attached to it on both sides between these disks with the formation of the corresponding section of the power drum-disk the shell of the rotor shaft, and the first of these spacers is permanently connected to the rear shelf of the rim of the disk of the second stage and is detachably attached by connecting elements ntami to the canvas of the disk of the third stage, and the second spacer is permanently attached, preferably by electron beam welding, to the rear shelf of the rim of the disk of the third stage and is detachably attached by connecting elements to the canvas of the disk of the fourth stage, the number of connecting elements to which the first of these is attached to the disk of the third stage spacers, 1.26 ÷ 2.14 times the number of connecting elements with which the second of the spacers is attached to the fourth-stage disk, with each I of these spacers is equipped with an L-shaped cantilever cross-section in the cross section forming an annular flange with a system of holes for forming a detachable connection and skipping connecting elements radially spaced around the perimeter of the flange with an angular frequency that is at least for the first of these spacers Y _f = (5,095 ÷ 7,643) [units / rad], in addition, with identical radius and angular frequency, similar counter holes are made with spacing around the circumference in the sheet of the attached disk, and with axial compatibility On the other hand, with the spacer holes, the said disks by means of the said detachable connection elements are combined with the possibility of transmitting the torque, radial and axial forces arising in the indicated joint of the low-pressure rotor rotor shaft.

10. The connection node of the rotor shaft disks of the low-pressure compressor of a turbojet engine according to claim 9, characterized in that the first of the spacers is circular with a radius corresponding to the radius of the rear flange of the rim of the disk of the second stage of the rotor shaft in the area of one-piece connection with the last and smaller radii of the lower face facing the junction of the front flange of the rim of the third-stage disk.

11. The node connecting the disks of the rotor shaft of the compressor of a low pressure turbojet according to claim 9, characterized in that the elements of the detachable connection of the spacer to the disk of the corresponding stage are made in the form of tightening bolts.