RU2014121913A

RU2014121913A - 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: RU2014121913A
Application number: RU2014121913/06A
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: RU2573416C2

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 опоры 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 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 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 пл

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 опоры 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 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 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_3об конического расширения обода, который в процессе изготовления диска третьей ступени принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска третьей ступени, а B_об - осевая ширина обода указанного диска третьей 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 третьей ступени с угловой частотой Y=(6,7÷11,5) [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=(21÷27)°.

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 и диска третьей ступени с тыльной стороны полотна вытачивают с доводкой до проектных размеров, располагая под ободом указанных дисков консольный кольцевой конический элемент для последующего соединения при сборке соответствующих секций с коническими диафрагмами цапф передней и задней опоры вала, при этом длину образующей указанных конических элементов выполняют невыходящей за габарит полки соответствующего диска, а соединение конических кольцевых элементов указанных дисков и диафрагм цапф выполняют неразъемным, также неразъемно соединяют полками ободов диски первой и второй ступеней, кроме того на третьей завершающей стадии изготовления вала ротора также неразъемно прикрепляют к тыльной полке диска второй ступени первую межсекционную кольцевую цилиндрическую проставку с фланцем, в котором в процессе изготовления выполняют (36÷44) отверстия, предназначенные для разъемного соединения с полотном диска третьей ступени второй секции.

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 или 2.

4. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, характеризующийся тем, что содержит предназначенные 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 монтажной секций выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, при этом обод каждого диска упомянутых секций снабжен равномерно разнесенными по периметру пазами для лопаток ротора, наклонными к оси вала и количественно возрастающими в направлении потока рабочего тела от диска к диску и от первой секции к третьей, причем продольная ось каждого из пазов диска третьей ступени в составе второй 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=(21÷27)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(6,7÷11,5) [ед/рад], при этом обод диска третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиусом в среднем сечении полотна указанного диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, и радиально возрастающим к выходу из секции с градиентом конического расширения обода G_3об, определенным в диапазоне

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

5. Вал ротора компрессора низкого давления по п. 4, отличающийся тем, что в составе второй монтажной секции обод диска третьей ступени асимметрично соединен с полотном диска с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок, тыльная из которых превышает ширину фронтальной не менее чем в 1,07 раза, при этом радиус диска от оси вала ротора до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна диска составляет (0,54÷0,77) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, а полотно с тыльной 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=(35÷65)°, а также с возможностью силового соединения с внешней конической диафрагмой цапфы задней 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 компрессора низкого давления по п. 4, отличающийся тем, что конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до внешней поверхности обода не менее чем в 1,1 раза большим 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 двигателяв зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД, причем фронтальные полки обода дисков третьей и четвертой ступеней в составе второй и третьей монтажных секций снабжены каждая кольцевым пазом для фиксирования хвостовиков лопаток ротора разрезными кольцевыми элементами, при этом тыльная полка ободадиска третьей ступени развита на ширину, достаточную для обеспечения контакта через кольцевую проставку с полотном диска четвертой ступени, входящего в третью секцию, с возможностью силового соединения с последним 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 опоры 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, соединяя последовательно 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 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 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 третьей ступени с угловой частотой Y=(6,7÷11,5) [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=(21÷27)°, кроме того в процессе изготовления диска третьей ступени для второй 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=(3÷9)° к оси последнего.

8. Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по п. 7, отличающийся тем, что при изготовлении диска третьей ступени второй 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_3об, который принимают в диапазоне

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

9. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, характеризующийся тем, что выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков, и изготовлен по любому из пп. 7 или 8.

10. Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, характеризующийся тем, что содержит предназначенные для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабжаемого 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 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, по меньшей мере, обода диска третьей ступени в составе второй монтажной секции составляет с осью вала ротора в осевой плоскости последнего угол φ=(3÷9)°.

11. Вал ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что продольная ось каждого из пазов диска третьей ступени в составе второй 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=(21÷27)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(6,7÷11,5) [ед/рад], при этом обод диска третьей ступени в составе указанной монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом G_3об радиального расширения, определенным в диапазоне

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

12. Вал ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций указанного комплекта выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до внешней поверхности обода не менее чем в 1,1 раза большим 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, причем фронтальные полки обода дисков третьей и четвертой ступеней в составе второй и третьей монтажных секций снабжены каждая кольцевым пазом для фиксирования хвостовиков лопаток ротора разрезными кольцевыми элементами, при этом тыльная полка обода диска третьей ступени развита на ширину, достаточную для обеспечения контакта через кольцевую проставку, снабженную элементами лабиринтного уплотнения, с полотном диска четвертой ступени, входящего в третью секцию, с возможностью силового соединения с последним и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.