RU2014121909A

RU2014121909A - Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты), вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, изготовленный этим способом (варианты), комплект монтажных секций вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Info

Publication number: RU2014121909A
Application number: RU2014121909/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Артюхов; Дмитрий Юрьевич Еричев; Евгений Ювенальевич Марчуков; Сергей Анатольевич Симонов; Игорь Сергеевич Кузнецов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-10
Also published as: RU2573413C2

Abstract

1. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), характеризующийся тем, что вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию, а изготовление вала выполняют в три стадии; на первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опор вала, диски и цилиндрические проставки; на второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции, каждую из которых выполняют неразборной, при этом в первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и снабженную фланцем цилиндрическую проставку, в состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку, снабженную с противоположного торца фланцем, а третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени; на третьей стадии указанные монтажные секции последовательно разъемно соединяют через цилиндрические проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку второй секции с образующим третью секцию диском четвертой ступени; причем диски всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием, а обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в

Claims

1. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), характеризующийся тем, что вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию, а изготовление вала выполняют в три стадии; на первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опор вала, диски и цилиндрические проставки; на второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции, каждую из которых выполняют неразборной, при этом в первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и снабженную фланцем цилиндрическую проставку, в состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку, снабженную с противоположного торца фланцем, а третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени; на третьей стадии указанные монтажные секции последовательно разъемно соединяют через цилиндрические проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку второй секции с образующим третью секцию диском четвертой ступени; причем диски всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием, а обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности обода, и с градиентом G_1об конического расширения обода, который в процессе изготовления диска первой ступени принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени; при этом обод каждого диска снабжают пазами, предназначенными для лопаток ротора, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала, а количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска к диску от первой к третьей секции, в том числе, размещая продольные оси пазов в ободе диска первой ступени с угловой частотой Y=4,8÷6,7 [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=19÷25°.

2. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что в процессе механической обработки диска первой ступени с фронтальной стороны полотна вытачивают с доводкой до проектных размеров, располагая под ободом диска консольный кольцевой конический элемент для последующего соединения при сборке секции с конической диафрагмой цапфы передней опоры вала, при этом длину образующей указанного конического элемента выполняют невыходящей за фронтальный габарит передней полки диска, а упомянутое соединение конического кольцевого элемента диска и диафрагмы цапфы производят неразъемным; аналогично неразъемно соединяют полками ободов диски первой и второй ступеней, также прикрепляют к тыльной полке диска второй ступени первую межсекционную кольцевую цилиндрическую проставку с фланцем, в котором в процессе изготовления выполняют 36÷44 отверстий для последующего разъемного соединения с полотном диска третьей ступени в составе второй секции на третьей завершающей стадии изготовления вала ротора.

3. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, характеризующийся тем, что выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен способом по любому из пп. 1, 2.

4. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, характеризующийся тем, что содержит для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабженного рабочими лопатками, три монтажные секции, две из которых, первая и вторая, выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель монтажная секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и цилиндрическую проставку, снабженную фланцем, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, снабженной фланцем, а третья монтажная секция состоит из диска четвертой ступени, причем каждый диск всех ступеней каждой из монтажных секций выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, при этом обод каждого диска снабжают пазами, предназначенными для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, причем продольная ось каждого из пазов диска первой ступени в составе первой монтажной секции образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=17÷27°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=4,78÷6,69 [ед/рад], при этом обод диска первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом радиального расширения G_1об, определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени.

5. Вала ротора по п. 4, отличающийся тем, что в составе первой монтажной секции обод диска первой ступени асимметрично соединен с полотном диска с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок, тыльная из которых превышает ширину фронтальной не менее чем в два раза, при этом радиус диска от оси вала ротора до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна диска составляет 0,32÷0,55 от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, а полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним дополнительным коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом наклона образующей к геометрической оси диска, превышающим угол наклона образующей внешней поверхности обода, и принятый в диапазоне β=52÷72°, а также с возможностью силового соединения с внешней конической диафрагмой цапфы передней опоры и передачи через указанный конический элемент диска радиальных, осевых усилий на элементы опор ротора и крутящего момента на ротор от турбины низкого давления.

6. Вал ротора по п. 4, отличающийся тем, что конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до внешней поверхности обода не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя, а участки внешней поверхности между пазами обода дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД, кроме того, фронтальная полка обода диска первой ступени и тыльная полка второй ступени в составе первой монтажной секции снабжены в каждом пазу не менее чем одним сквозным отверстием, предназначенным для возможного пропуска фиксатора хвостовика лопатки и установки на ободе диска балансировочных грузов, при этом тыльная полка обода диска первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой обода, входящего в первую секцию диска второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.

7. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, характеризующийся тем, что вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию, а изготовление вала выполняют в три стадии, на первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опор вала, диски и кольцевые проставки, которые выполняют цилиндрическими; на второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции, каждую из которых выполняют неразборной, при этом в первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и снабженную фланцем цилиндрическую проставку, в состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют коническую диафрагму цапфы задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку, снабженную с противоположного торца фланцем, а третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени; на третьей стадии указанные монтажные секции последовательно соединяют через цилиндрические проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя выходную проставку второй монтажной секции с диском четвертой ступени, образующим третью секцию вала; причем диски всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием, а обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности обода, при этом обод каждого диска снабжают пазами, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала, причем количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска к диску и от первой секции к третьей, в том числе размещая продольные оси пазов в ободе диска первой ступени с угловой частотой Y=4,78÷6,69 [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=19÷25°, кроме того, в процессе изготовления диска первой ступени для первой монтажной секции обод выполняют с внешней поверхностью, вписанной в условную усеченную коническую поверхность, с наклоном образующей указанной поверхности в осевой плоскости вала ротора под углом φ=174÷27° к оси последнего.

8. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по п. 7, отличающийся тем, что при изготовлении диска первой ступени первой монтажной секции вала обод диска выполняют вписанным внешней поверхностью в условную поверхность усеченного конуса, радиально возрастающего в направлении потока рабочего тела с градиентом конического расширения обода G_1,об, который принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени в составе первой монтажной секции.

9. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по п. 7, отличающийся тем, что в процессе изготовления диска первой ступени для первой монтажной секции вала фронтальную полку обода в зоне каждого паза снабжают сквозным отверстием, обеспечивающим возможность последующей установки фиксатора хвостовика лопатки и балансировочных грузов.

10. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, характеризующийся тем, что выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен способом по любому из пп. 7-9.

11. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, характеризующийся тем, что содержит последовательно соединенные с образованием вала ротора, снабженного лопатками, три секции, две из которых, первая и вторая, выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и цилиндрическую проставку, снабженную фланцем, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, снабженной фланцем, а третья выполнена состоящей из диска четвертой ступени, причем каждый диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, при этом обод каждого из упомянутых дисков снабжен со стороны, обращенной к проточной части, системой расположенных под углом к оси вала ротора пазов для замкового соединения с лопатками ротора, кроме того, образующая внешней поверхности обода диска первой ступени в составе первой монтажной секции составляет с осью вала ротора в осевой плоскости последнего угол φ=17÷27°.

12. Вал ротора по п. 11, отличающийся тем, что продольная ось каждого из пазов диска первой ступени в составе первой монтажной секции образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=(19÷25)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад], при этом обод диска первой ступени в составе указанной монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом G_1обрадиального расширения, определенным в диапазоне

13. Вал ротора по п. 11, отличающийся тем, что конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до верхней поверхности обода не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя, а участки внешней поверхности между пазами обода дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД, кроме того, фронтальная полка обода диска первой ступени и тыльная полка второй ступени в составе первой монтажной секции снабжены в каждом пазу не менее чем одним сквозным отверстием, предназначенным для возможного пропуска фиксатора хвостовика лопатки и установки на ободе диска первой ступени балансировочных грузов, при этом тыльная полка обода диска первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой обода входящего в первую секцию диска второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.