RU182167U1 - Ротор компрессора газотурбинного двигателя - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции роторов компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД).

Ротор компрессора ГТД содержит диски с установленными на них рабочими лопатками и расположенные между ними обечайки, выполненные из титановых сплавов, причем на внешние поверхности обечаек, расположенные напротив направляющих лопаток компрессора, нанесено прирабатываемое покрытие, под слоем которого нанесено наноструктурированное покрытие, выполненное на основе карбида кремния, карбонитрида титана или диборида титана.

Осуществление полезной модели позволит расширить область применения титановых сплавов в конструкции компрессора ГТД за счет устранения ограничения по пожаробезопасности и тем самым снизить массу, повысить эксплуатационную надежность и улучшить удельные параметры двигателя.

Description

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно, к конструкции роторов компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД).

Для обеспечения высоких удельных параметров ГТД необходимо широкое применение легких материалов. В частности, в конструкции компрессоров ГТД целесообразно широкое применение титановых сплавов в деталях ротора и статора. Однако при трении между титановыми деталями, возникающем в результате повреждения компрессоров (обрыв и заклинивание фрагментов лопатки в зазоре между ротором и статором, повышенные деформации деталей ротора и статора при помпаже или вследствие повышенного уровня вибраций) при определенном уровне давления и температуры воздуха, омывающего детали компрессора, возможно возникновение титанового пожара, который может привести к катастрофе летательного аппарата.

Условия возникновения титанового пожара определяются тепловыделением в результате трения между титановыми деталями в сочетании с плохим теплоотводом, обусловленным низкой теплопроводностью титана, и определенным уровнем давления и температуры воздуха в зоне трения.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является ротор компрессора ГТД, выполненный из титановых сплавов (для минимизации массы) и состоящий из дисков, обечаек и рабочих лопаток, при этом на внешние поверхности обечаек и дисков ротора, расположенные максимально близко к элементам статора нанесено прирабатываемое покрытие. Данное решение позволяет исключить титановый пожар компрессора при кратковременном контакте ротора с корпусом, при возникновении нерасчетного режима работы двигателя (превышение частоты вращения, аварийный останов, помпаж и т.д.) без разрушения деталей и узлов. Исключение титанового пожара обеспечивается за счет вырабатывания покрытия и образования зазора в зоне контакта ротора с корпусом, при котором ликвидируется пара трения. (А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий "Газотурбинные двигатели", "Авиадвигатель", г. Пермь 2006 г., с. 279).

Недостатком прототипа является высокая вероятность возникновения титанового пожара при застревании титанового обломка в зазоре между поверхностями ротора и статора.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности и эксплуатационной безопасности компрессора ГТД.

Ожидаемый технический результат - повышение надежности и эксплуатационной безопасности ГТД за счет исключения вероятности возникновения титанового пожара при разрушении элементов компрессора и застревании их в зазоре между ротором и статором.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном роторе компрессора ГТД, содержащем диски с установленными на них рабочими лопатками и расположенные между ними обечайки, выполненном из титановых сплавов, причем на внешние поверхности обечаек, расположенные напротив направляющих лопаток компрессора, нанесено прирабатываемое покрытие, согласно полезной модели, на внешние поверхности обечаек под слоем прирабатываемого покрытия нанесено наноструктурированное покрытие, выполненное на основе карбида кремния.

Покрытие на основе карбида кремния обладает более низким коэффициентом трения, чем титановая пара в сочетании с более высокой теплопроводностью, а также высокой адгезией к металлическим материалам.

За счет нанесения указанного покрытия на титановые детали ротора, подверженные контакту при застревании титанового обломка в зазоре между поверхностями ротора и статора, исключается высокое тепловыделение в зоне трения - главный фактор возникновения титанового пожара.

На приведенном чертеже показан общий вид ротора компрессора ГТД.

Ротор компрессора ГТД содержит диски 1 с установленными на них рабочими лопатками 2 и расположенные между ними обечайки 3. Все детали ротора выполнены из титановых сплавов. На внешние поверхности обечаек 3, расположенные напротив направляющих лопаток компрессора, нанесено наноструктурированное керамическое покрытие 4, выполненное на основе карбида кремния, а поверх него - прирабатываемое истираемое покрытие 5.

Истираемые элементы могут быть выполнены как в виде порошковых мягких покрытий, так и в виде сотовых тонкостенных вставок, напыленных или припаянных к внутренним поверхностям корпуса с предварительно нанесенным на них противопожарным покрытием.

В случае разрушения детали или узла компрессора ГТД, ротор и корпус которого выполнены из титановых сплавов, во время его работы (поломка опоры ротора обрыв лопатки и т.д.) может произойти контакт ротора и статора или заклинивание фрагмента лопатки в зазоре между ротором и статором. Вследствие того, что во время разрушения детали компрессора ротор вращается относительно статора с высокой скоростью, в зоне контакта ротора и статора возникает трение с высоким тепловыделением, приводящим к воспламенению деталей, выполненных из титановых сплавов. При нанесении покрытия на основе карбида кремния, карбонитрида титана или диборида титана, обладающих более низким коэффициентом трения, чем титановая пара, уменьшается тепловыделение в зоне контакта, а за счет высокой теплопроводности и большой поверхности покрытия, тепло быстро отводится из зоны контакта. Вследствие указанного температура в зоне контакта становится слишком низкой для воспламенения титановых деталей.

Истираемые (прирабатываемые) покрытия, нанесенные на внешние поверхности обечаек и дисков ротора, не снижают эффективности работы противопожарного покрытия, т.к. легко вырабатываются заклинившим фрагментом. При незначительном контакте ротора и статора вырабатывается только истираемое покрытие без повреждения противопожарного покрытия. Такая конструкция позволяет повысить ремонтопригодность ротора, т.к. восстановить истираемое покрытие гораздо проще, чем противопожарное.

Осуществление полезной модели позволит расширить область применения титановых сплавов в конструкции компрессора ГТД за счет устранения ограничения по пожаробезопасности и тем самым снизить массу, повысить эксплуатационную надежность и улучшить удельные параметры двигателя.

Claims (1)

1. Ротор компрессора газотурбинного двигателя, содержащий диски с установленными на них рабочими лопатками и расположенные между ними обечайки, выполненный из титановых сплавов, причем на внешние поверхности обечаек, расположенные напротив направляющих лопаток компрессора, нанесено прирабатываемое покрытие, отличающийся тем, что на внешние поверхности обечаек под слоем прирабатываемого покрытия нанесено наноструктурированное покрытие, выполненное на основе карбида кремния.

Images