RU189282U1

RU189282U1 - WORKING WHEEL OF THE COMPRESSOR

Info

Publication number: RU189282U1
Application number: RU2018121689U
Authority: RU
Inventors: Сергей Вадимович Коцюбинский
Original assignee: Акционерное общество "ОДК-Климов"
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-05-17

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к конструкции рабочих колес компрессоров газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного.Рабочее колесо осевого или центробежного компрессора, содержащее поддерживающие и передающие момент вращения элементы в форме опорных колец, связанных поперечными вставками, рабочие лопатки, установленные своими хвостовиками в пазах опорных колец, и силовые элементы из композиционного материала, которые попарно связывают противоположные лопатки. Лопатки выполнены с нижней полкой пера и ножкой, расположенной между полкой и хвостовиком, с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика на две или более частей, при этом силовые элементы установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков. Изобретение позволяет увеличить ресурс рабочего колеса компрессора и снизить его массу.The utility model relates to the field of engineering, more precisely to the design of the impellers of compressors of a gas turbine engine, mainly aviation. An axial or centrifugal compressor impeller containing supporting and transmitting torque elements in the form of support rings connected by transverse inserts, blades mounted with their shanks in the grooves support rings, and power elements made of composite material, which couple opposite blades in pairs. The blades are made with the lower shelf of the feather and leg, located between the shelf and the shank, with a transverse separation of the upper surface of the shank into two or more parts, with the power elements installed with a preload on the upper surfaces of the shanks. The invention allows to increase the resource of the impeller of the compressor and reduce its weight.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее, к конструкции рабочих колес компрессоров газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного.The invention relates to the field of engineering, more precisely, to the design of the impellers of compressors of a gas turbine engine, mainly aviation.

Известно рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала, содержащее рабочие лопатки, прикрепленные своими опорными элементами соответственно к радиально расположенным друг относительно друга поддерживающим элементам. Рабочие лопатки выполнены профилированными, за одно целое с ножкой, соединяющей перо и опорные элементы лопатки. Поддерживающий элемент представляет собой кольцо (пат. РФ 2239100, кл. F04D 29/26).Known impeller centrifugal compressor made of composite material, containing rotor blades, attached to its supporting elements, respectively, to radially located relative to each other supporting elements. The working blades are made profiled, in one piece with the leg connecting the feather and the supporting elements of the blade. The supporting element is a ring (US Pat. RF 2239100, CL F04D 29/26).

Недостаток аналога заключается в том, что при работе двигателя в силовых кольцах, удерживающих лопатки, возникают значительные по величине окружные напряжения, требующие увеличения поперечного сечения и веса силовых колец.The disadvantage of the analogue is that when the engine is operating in the power rings holding the blades, significant circumferential stresses occur, requiring an increase in the cross section and weight of the power rings.

Известно рабочее колесо компрессора, содержащее отдельные сектора из слоистого композиционного материала на полимерной основе, объединенные в рабочее колесо, по меньшей мере, четырьмя несущими силовыми кольцами из композиционного материала, причем каждый сектор включает одну рабочую лопатку, хвостовая часть которой выполнена в виде ножки с криволинейной геометрией, определяемой полками, разделенными пазами, размещенными по высоте ножки, под соответствующие силовые кольца, размещенные в этих пазах (пат. РФ 2382910, кл. F04D 29/26).A compressor impeller is known that contains separate sectors of a laminated composite material on a polymer base, combined into an impeller with at least four bearing composite power rings, each sector including one operating blade, the tail of which is made in the shape of a leg with a curvilinear geometry defined by the shelves, separated by grooves placed along the height of the legs, under the corresponding power rings placed in these slots (US Pat. RF 2382910, CL F04D 29/26).

Недостаток аналога заключается в том, что при работе двигателя в силовых кольцах, удерживающих отдельные сектора с лопатками, возникают значительные по величине окружные напряжения, зависящие от количества секторов или лопаток. Напряжения оказывают негативное влияние на ресурс рабочего колеса и массу конструкции.The disadvantage of the analogue is that when the engine is operated in power rings, which hold individual sectors with blades, significant circumferential stresses arise, depending on the number of sectors or blades. Stresses have a negative impact on the life of the impeller and the mass of the structure.

Задачей полезной модели является увеличение ресурса рабочего колеса осевого или центробежного компрессора за счет исключения окружных напряжений, испытываемых силовыми кольцами в процессе работы и снижение массы рабочего колеса за счет исключения полотна и ступицы и сниженной массы силовых элементов.The task of the utility model is to increase the service life of an axial or centrifugal impeller by eliminating circumferential stresses experienced by the force rings during operation and reducing the mass of the impeller by eliminating the blade and hub and the reduced mass of the power elements.

Поставленная задача решается тем, что в рабочем колесе осевого или центробежного компрессора, содержащем поддерживающие элементы в форме опорных колец, связанных поперечными вставками, рабочие лопатки, установленные своими хвостовиками в пазах опорных колец, силовые элементы из композиционного материала, установленные так, что каждый из них попарно связывает противоположные лопатки. Лопатки выполнены с нижней полкой пера и ножкой, расположенной между полкой и хвостовиком с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика, по меньшей мере, на две части, при этом силовые элементы установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков, на каждый кольцевой ряд частей верхних поверхностей хвостовиков.The task is solved by the fact that in the impeller of an axial or centrifugal compressor containing supporting elements in the form of support rings connected by transverse inserts, blades mounted by their own shanks in the grooves of the support rings, power elements made of composite material, installed so that each of them pairwise binds opposite shoulder blades. The blades are made with the lower shelf of the feather and leg, located between the shelf and the shank with a transverse separation of the upper surface of the shank, at least in two parts, while the power elements are installed with a preload on the upper surfaces of the shanks, on each annular row of parts of the upper surfaces of the shanks .

В предлагаемой полезной модели хвостовики лопаток передают центробежные силы, главным образом радиальные, непосредственно на силовые элементы. Таким образом, на четыре жгута силовых элементов приходится вся центробежная сила, создаваемая лопаткой.In the proposed utility model, the shanks of the blades transmit centrifugal forces, mainly radial, directly to the power elements. Thus, the four centrifugal force created by the blade falls on the four bundles of power elements.

Установка силовых элементов с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков способствует компенсации центробежных сил, создаваемых рабочими лопатками, сохранению геометрических параметров рабочего колеса, гарантирует надежность закрепления хвостовиков в пазах опорных колец.The installation of force elements with preload on the upper surfaces of the shanks contributes to the compensation of the centrifugal forces generated by the working blades, preserving the geometrical parameters of the impeller, ensures the reliability of the fixing of the shanks in the grooves of the support rings.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение ресурса рабочего колеса компрессора и снижение его массы.The technical result of the claimed utility model is to increase the resource of the impeller of the compressor and reduce its mass.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлены:The essence of the utility model is illustrated graphic materials on which are presented:

Рабочее колесо осевого или центробежного компрессора содержит поддерживающие элементы в форме опорных колец 1, связанных поперечными радиальными вставками 2, обеспечивающими жесткость опорных колец, рабочие лопатки 3, установленные своими хвостовиками в пазах опорных колец 1, и силовые элементы из композиционного материала 4, каждый из которых попарно связывает противоположные лопатки. Лопатки выполнены с нижней полкой пера 5 и ножкой 6, расположенной между полкой и хвостовиком 7 с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика на две части при этом силовые элементы 4 установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков, по одному, по меньшей мере, на каждый кольцевой ряд частей верхних поверхностей хвостовиков. Кольцами 8 силовые элементы 4 прижаты к шлицевой втулке 9 и опорным кольцам 1, за счет чего дополнительно передают часть вращательного момента от втулки 9 через силовые элементы 1 на хвостовики 7, как спицы на велосипедном колесе. Пазы на наружной поверхности опорных колец 1, закрепленных на втулке 9, передают к рабочим лопаткам 3 основную долю вращательного момента. Хвостовики 7 лопаток 3 передают только центробежные силы, главным образом радиальные, непосредственно на силовые элементы 4. Таким образом, на четыре линии жгутов силовых элементов приходится вся центробежная сила, созданная лопаткой 3.The impeller of an axial or centrifugal compressor contains supporting elements in the form of support rings 1, connected by transverse radial inserts 2, providing rigidity of the support rings, working blades 3 mounted by their own shanks in the grooves of the support rings 1, and force elements made of composite material 4, each of which pairwise binds opposite shoulder blades. The blades are made with the lower shelf of the pen 5 and the leg 6, located between the shelf and the shank 7 with the transverse separation of the upper surface of the shank into two parts, while the power elements 4 are installed with a preload on the upper surfaces of the shank, one at least for each annular a number of parts of the upper surfaces of the shanks. Rings 8 power elements 4 are pressed to the splined sleeve 9 and the support rings 1, due to which part of the rotational moment is additionally transferred from the sleeve 9 through the power elements 1 to the shanks 7, like spokes on a bicycle wheel. The grooves on the outer surface of the support rings 1, mounted on the sleeve 9, pass to the working blades 3 the main share of the rotational moment. The tails of the 7 blades 3 transmit only centrifugal forces, mainly radial ones, directly to the power elements 4. Thus, the four centrifugal force created by the blade 3 falls on the four lines of the cords of the power elements.

Установка силовых элементов 4 с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков 7 способствует в рабочих условиях компенсации центробежных сил, создаваемых рабочими лопатками 3, радиальными вставками 2 и опорными кольцами 1, и сохранению геометрических параметров рабочего колеса.The installation of the force elements 4 with preload on the upper surfaces of the shanks 7 helps in the working conditions to compensate for the centrifugal forces generated by the rotor blades 3, the radial inserts 2 and the support rings 1, and to preserve the geometrical parameters of the impeller.

Силовые элементы 4 формируются намоткой на кольцевой ряд верхних поверхностей хвостовика 7 натянутой нити из длинных волокон кремния или схожего по физическим свойствам материала, заключенных в матрицу из эпоксидной смолы или схожей по составу смолы с последующей термической обработкой. Возможно выполнение силовых элементов из волокон карбидов с металлической матрицей для высокотемпературных ступеней компрессора или турбины.The power elements 4 are formed by winding an annular row of the upper surfaces of the shank 7 of a stretched thread of long silicon fibers or a material similar in physical properties, encased in an epoxy resin matrix or a resin similar in composition, followed by heat treatment. It is possible to make power elements from carbides with metal matrix fibers for high-temperature stages of a compressor or turbine.

В условиях работы компрессора центробежная сила, создаваемая лопаткой 3, нижней полкой пера 5, ножкой 6, хвостовиком 7, опорными кольцами 1, воспринимается силовыми элементами 4 из композиционного материала, каждый из которых попарно связывает противоположные лопатки.Under the operating conditions of the compressor, the centrifugal force created by the blade 3, the bottom shelf of the pen 5, the leg 6, the shank 7, the support rings 1, is perceived by the force elements 4 of a composite material, each of which binds opposite blades in pairs.

Claims

Compressor impeller containing supporting and transmitting torque elements in the form of support rings connected by transverse inserts, working blades mounted with their shanks in the grooves of the support rings, blades made with the lower shelf of the pen and the leg located between the shelf and the stem with the cross section of the upper the surface of the shank into two or more parts, and the power elements made of composite material, characterized in that the power elements connect opposite blades in pairs, while the forces New elements are installed with preload on the upper surfaces of the shanks.