RU2573416C2

RU2573416C2 - Production of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) and turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions)

Info

Publication number: RU2573416C2
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: 2016-01-20
Also published as: RU2014121913A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft represents a drum-disc design composed of a four-stage, hence, four-disc structure. The shaft is made in three steps. At the first stage, the assembly units, i.e. the shaft front and rear bearing journals, discs and spacers. At the second stage, said unit are assembled to three mounting sections to be coupled to compose the rotor shaft. Every section is a non-separable structure. The rotor shaft front bearing journal, first stage disc, second stage disc and spacer are fitted in the first section and coupled therein. The second section comprises the third stage disc with the rotor shaft rear gearing journal and spacer permanently jointed thereto. The third section makes the fourth stage disc. At the third stage, mounting sections are coupled via the spacers to complete the rotor shaft assembly at articulation of the second section spacer with the third section. The discs of all stages are composed of a single-piece element including the rim changing into a circular web with the hub provided with the central bore. Said rim is inscribed in the conditional surface of truncated cone diverging in working fluid flow direction with intermediate radius at the disc web conditional plane equal to design radius of the engine setting inner outline in said section if measured from the shaft axis to the rim outer surface. Rim of every disc has grooves for rotor vanes to be uniformly distributed over the edges and inclined to the shaft axis. The amount and frequency of grooves location are increased in direction of working fluid flow from disc to disc, from the first and third section. Besides, the groove lengthwise axes are located in the disc rotor at claimed angular frequency Y = (6.7÷11.5) [unit/rad] and inclination to the rotor axis in the projection on the arbitrary axial plane, perpendicular, to the radius drawn through the groove axis central point.

EFFECT: perfected manufacture parameters, higher efficiency and gas dynamic stability, longer rotor shaft life without increase in the input of material.

12 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей, в частности к способу изготовления вала ротора компрессора низкого давления.The group of inventions relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely to low-pressure compressors of aircraft turbojet engines, in particular to a method for manufacturing a rotor shaft of a low-pressure compressor.

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 приведения 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. М.: Наука, 2011. Стр. 249-259, 313-317).Known rotor shaft of a low pressure compressor (LPC), comprising a system of four disks, each of which contains a rim for installing and driving rotor blades, in communication with a shaft of a low pressure turbine (HPH) 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. M .: Nauka, 2011. pp. 249-259 , 313-317).

Известен способ изготовления вала ротора КНД ТРД, в котором соединения дисков компрессора между собой и с элементами конструкции ротора выполняют с помощью фланцевого соединения или торцевых шлиц. Вариантно при сборке ротора диски и цапфы стягивают либо одним центральным болтом, либо несколькими равномерно распределенными болтами или соединение дисков производят сваркой. Сварку выполняют по месту стыковки соединяемых дисков (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. М.: Наука, 2011. Стр. 318-322).A known method of manufacturing the rotor shaft of the low pressure turbojet engine, in which the connection of the compressor disks to each other and to the structural elements of the rotor is performed using a flange connection or end slots. Alternatively, when assembling the rotor, the disks and trunnions are tightened either with one central bolt, or with several evenly distributed bolts, or the disks are joined by welding. Welding is performed at the junction of the joined disks (NN Sirotin, A.S. Novikov, A.G. Paykin, A.N. Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS technology system. Book 1 Moscow: Nauka, 2011. pp. 318-322).

К недостаткам известных решений относятся отсутствие системы выбора совокупности необходимых параметров дисков, образующих конфигурацию вала ротора и влияющих на площадь проходного сечения проточной части, и размещение на ободе диска пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия вала ротора барабанно-дисковой конструкции с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации дисков и угловой ориентации пазов в ободах дисков, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и, как следствие, сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса вала ротора при минимуме материалоемкости дисков и их соединений в конструкции вала.The disadvantages of the known solutions include the lack of a system for selecting the set of necessary parameters of the disks forming the configuration of the rotor shaft and affecting the area of the flow section of the flow passage, and placing grooves and blades on the disk rim that form the aerodynamic processes of the interaction of the rotor shaft of the drum-disk structure with the flow of the working fluid, due to the lack of specification of the ranges of geometric and aerodynamic parameters of the spatial configuration of the disks and the angular orientation of the grooves in rows of disks, as well as the difficulty of obtaining a compromise combination of increased efficiency values stocks dynamic stability (CDB) of the compressor and as a consequence, the complexity of optimal dynamic strength and increased life of the rotor shaft with a minimum of material consumption discs and their connections in the shaft structure.

Задача группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в вариантной разработке способа выполнения вала ротора КНД ТРД, а также собираемого этим способом вала ротора с дисками улучшенной аэродинамической конфигурации, пространственной жесткости узлов и элементов соединения дисков вала ротора, обеспечивающими получение формируемых дисками и проставками, вала, внутреннего контура и проходного сечения проточной части при одновременном улучшении технологических параметров изготовления КНД, необходимых для повышения КПД, газодинамической устойчивости и ресурса без увеличения материалоемкости компрессора.The task of the group of inventions related by a single creative idea is to develop a method for performing the rotor shaft of the low pressure turbojet engine, as well as the rotor shaft assembled in this way with disks of improved aerodynamic configuration, spatial stiffness of the nodes and elements of the connection of the rotor shaft disks, providing forming discs and spacers, the shaft, the inner contour and the bore of the flowing part while improving the technological parameters of the production of KND necessary for higher Ia efficiency, dynamic stability and lifetime without increasing the consumption of materials compressor.

Поставленная задача в части способа изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя решается тем, что вал ротора согласно изобретению 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 диапазонеThe task in terms of the method of manufacturing the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine is solved in that the rotor shaft according to the invention is drum-disk, assembling a four-stage design in terms of the number of disks, and the shaft is manufactured in three stages; at the first stage, assembly units are made, including trunnions of the front and rear shaft bearings, discs and cylindrical spacers; at the second stage, the assembly units are assembled into three mounting sections, each of which is non-separable, while the first section is assembled from the engine entrance, sequentially connecting the axle of the front support of the rotor shaft, the disk of the first stage, the disk of the second stage and equipped with a cylindrical spacer, the second section includes a disk of the third stage, to which the trunnion of the rear support and the cylindrical spacer, equipped with a flange from the opposite end, are permanently attached, and the third sec tion is performed in the form of a disk of the fourth stage; at the third stage, these mounting sections are connected in series through cylindrical spacers and complete the installation of the rotor shaft structure, releasably connecting the cylindrical spacer of the second section with the fourth-stage disk forming the third section; moreover, the disks of all steps of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim turning into an annular web with a hub, which is made with a central hole, and the rim is inscribed in a conditional surface of a truncated cone, expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade web, equal to the design radius of the inner contour of the engine duct in the specified section, counting from the shaft axis to the outer surface of a, and the gradient G _3ob conical extension of the rim, which in the process of manufacturing the disc in the third step taking range

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)°.where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the specified disk of the third stage; the rim of each disk is provided with grooves designed for rotor blades, which are evenly distributed around the perimeter and are inclined to the axis of the shaft, and the number and frequency of the grooves are increased in the direction of flow of the working fluid from the disk to the disk from the first to the third section, including placing the longitudinal axis of the grooves in the rim of the disk of the third stage with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and an inclination to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the axis groove, at an angle α, which is taken in the range of values α = (21 ÷ 27) °.

При этом в процессе механической обработки диска первой ступени с фронтальной стороны полотна и диска третьей ступени с тыльной стороны полотна могут вытачивать 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 могут выполнять не выходящей 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.At the same time, during the machining of the first-stage disk from the front side of the blade and the third-stage disk from the rear side of the blade, they can be turned to the design dimensions by placing a cantilever conical element under the rim of the said disks for subsequent connection when assembling the corresponding sections with the conical diaphragms of the front axles and the rear shaft support, while the length of the generatrix of these conical elements can be performed not beyond the envelope of the shelf of the corresponding disk, and the connection the conical ring elements of these disks and trunnion diaphragms are made integral, the first and second stage disks are also permanently connected by the rim shelves, in addition, at the third final stage of the manufacture of the rotor shaft, the first intersection ring cylindrical spacer with a flange is also permanently attached to the rear shelf of the second stage disk which in the manufacturing process perform (36 ÷ 44) holes designed for detachable connection with the canvas of the disk of the third stage of the second section.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя решается тем, что вал ротора согласно изобретению выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен описанным выше способом.The problem in part of the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine is solved by the fact that the rotor shaft according to the invention is made drum-disk, four-stage in the number of disks and manufactured in the manner described above.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, решается тем, что вал ротора согласно изобретению 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=(67÷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 диапазонеThe problem in the rotor shaft part of a low-pressure compressor of a turbojet engine, comprising a housing with a flow part, is solved by the fact that the rotor shaft according to the invention contains three mounting sections, two of which are the first and the second is made non-separable, while the first mounting section from the engine entrance includes a pin in series of the front support of the rotor shaft, a disk of the first stage, a disk of a second of the second stage and a cylindrical spacer equipped with a flange, the second section includes a disk of the third stage in communication with the pin of the rear support of the rotor shaft and a cylindrical spacer equipped with a flange, and the third mounting section consists of a disk of the fourth stage, each disk of all stages of each of the mounting sections is made in the form of a single element, including a rim, turning into an annular web reinforced with a hub provided with a central hole, while the rim of each disk of the said sections is provided with uniformly spaced the diameter of the grooves for the rotor blades, inclined to the axis of the shaft and quantitatively increasing in the direction of flow of the working fluid from disk to disk and from the first section to the third, and the longitudinal axis of each of the grooves of the disk of the third stage as part of the second mounting section forms with the rotor axis in the projection on the conditional axial plane normal to the radius drawn through the central point of the groove axis, the angle α, defined in the range of values α = (21 ÷ 27) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency Y = (67 ÷ 11.5) [unit / rad], with the rim dis the third stage as part of the second mounting section is made with a radius in the middle section of the blade web of the specified disk equal to the design radius of the inner contour of the engine _duct in the specified section and radially increasing towards the exit from the section with the gradient of the conical expansion of the rim G _3ob defined in the range

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.where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the disk of the third stage in the second mounting section.

При этом в составе второй монтажной секции обод диска третьей ступени может быть 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 принятым 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.At the same time, as part of the second mounting section, the rim of the third-stage disk can be asymmetrically connected to the disk blade with the formation of different-shouldered annular conical inclined shelves, the rear of which exceeds the front width by at least 1.07 times, while the radius of the disk from the axis of the rotor shaft to the outer surface of the rim in the middle plane of the blade web is (0.54 ÷ 0.77) from the radius of the peripheral contour of the engine duct, and the blade on the back of the disc in the area adjacent to the rim is equipped with an additional a conical ring element, which is made with an angle of inclination of the generatrix to the geometric axis of the disk exceeding the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim and adopted in the range β = (35 ÷ 65) °, as well as with the possibility of power connection with the external conical diaphragm of the rear axle pin and transmitting, through said tapered disk element, radial, axial forces to the rotor support elements and torque to the rotor from the low pressure turbine.

Конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций может быть выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск третьей ступени в составе второй монтажной секции может быть 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 с полотном диска четвертой ступени, входящего в третью секцию, с возможностью силового соединения с последним и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.The configuration of the cross section of the grooves of the rim of each of the section disks can be performed according to the dovetail type, while the third-stage disk as part of the second mounting section can be made with a radial distance from the lower point of the hub to the outer surface of the rim of at least 1.1 times the prolonged radial distance in the light between the internal and peripheral contours of the lumen of the engine duct, and the sections of the outer surface between the grooves of the rim of the disks of all sections are made forming the inner the surface of the engine duct in the area of the disks of the indicated sections of the rotor shaft of the KND, the front flanges of the rim of the disks of the third and fourth stages as part of the second and third mounting sections are each equipped with an annular groove for fixing the shanks of the rotor blades with split ring elements, while the rear flange of the third steps developed to a width sufficient to ensure contact through the annular spacer with the blade disk of the fourth step included in the third section, with the possibility of power th connection with the latter and transmission of torque from the turbojet low pressure turbine.

Поставленная задача в части способа изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по второму варианту решается тем, что вал ротора согласно изобретению 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.The task in terms of the method of manufacturing the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine according to the second embodiment is solved in that the rotor shaft according to the invention is drum-disk, assembling a four-stage design in terms of the number of disks, and the shaft is manufactured in three stages; at the first stage, assembly units are made, including trunnions of the front and rear shaft bearings, discs and ring spacers, which are cylindrical; at the second stage, the assembly units are assembled into three mounting sections, each of which is non-separable, while the first section is assembled from the engine entrance, connecting the axle of the front support of the rotor shaft, the disk of the first stage, the disk of the second stage and equipped with a flange cylindrical spacer, the second section includes a disk of the third stage, to which the conical diaphragm of the axle of the rear support and the cylindrical spacer provided from the opposite end flange, and the third section operates as a disc of the fourth stage; in the third stage, said mounting sections are sequentially detachably connected through cylindrical spacers and complete the installation of the rotor shaft structure, releasably connecting the output spacer of the second mounting section with a fourth-stage disk forming the third shaft section; moreover, the disks of all steps of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim turning into an annular web with a hub, which is made with a central hole, and the rim is inscribed in a conditional surface of a truncated cone, expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade web, equal to the design radius of the inner contour of the engine duct in the specified section, counting from the shaft axis to the outer surface of and, while the rim of each disk is provided with grooves that are evenly distributed around the perimeter and are inclined to the axis of the shaft, and the number and frequency of placement of the grooves increase in the direction of flow of the working fluid from the disk to the disk and from the first section to the third, including by placing the longitudinal axis of the grooves in the rim of the disk of the third stage with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and a slope to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis, at an angle α, which is taken in the range the range of values α = (21 ÷ 27) °, in addition, in the process of manufacturing the third-stage disk for the second mounting section, the rim is made with an external surface inscribed in a conditional truncated conical surface, with a slope of the surface forming in the axial plane of the rotor shaft at an angle φ = (3 ÷ 9) ° to the axis of the latter.

При изготовлении диска третьей ступени второй монтажной секции вала обод диска могут выполнять 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 диапазонеIn the manufacture of the disk of the third stage of the second mounting section of the shaft, the disk rim can be executed with an inscribed outer surface in the conditional surface of a truncated cone radially increasing in the direction of flow of the working fluid with a gradient of conical expansion of the rim G _3ob , which is accepted in the range

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.where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the third stage of the disk in the second mounting section.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по второму варианту решается тем, что вал ротора согласно изобретению выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен описанным выше способом.The problem in part of the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine according to the second embodiment is solved by the fact that the rotor shaft according to the invention is made drum-disk, four-stage in the number of disks and manufactured in the manner described above.

Поставленная задача по второму варианту в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, решается тем, что вал ротора согласно изобретению 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)°.The task of the second embodiment, in terms of the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, comprising a housing with a flow part, is solved by the fact that the rotor shaft according to the invention contains three sections intended for series connection with the formation of a rotor shaft supplied with blades, two of which are the first and the second is made non-separable, while the first section from the engine input includes a pin in series of the front support of the rotor shaft, a disk of the first stage, a disk of the second stage and a cylindrical spacer provided with a flange, the second section includes a disk of the third stage in communication with a cylindrical spacer provided with a flange, and the third is made up of a disk of the fourth stage, each disk being made as a single element including a rim turning into an annular web reinforced with a hub, provided with a central hole, the rim of each of the said disks is provided from the side facing the flow part with a system of grooves for locking connection located at an angle to the axis of the rotor shaft with rotor blades, in addition, forming the outer surface of at least the rim of the third-stage disk as part of the second mounting section, makes an angle φ = (3 ÷ 9) ° with the axis of the rotor shaft in the axial plane of the latter.

При этом продольная ось каждого из пазов диска третьей ступени в составе второй монтажной секции может образовать 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 диапазонеIn this case, the longitudinal axis of each of the grooves of the third-stage disk as part of the second mounting section can form an angle α defined in the range of α = (21 ÷) with the rotor axis in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis 27) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad], while the rim of the third-stage disk as part of the specified mounting section is made to increase from entrance to exit section radius gradient G _3ob radially expanded I determined in the range of

Конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций может быть выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск третьей ступени в составе второй монтажной секции может быть 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.The configuration of the cross section of the grooves of the rim of each of the section disks can be performed according to the dovetail type, while the third-stage disk as part of the second mounting section can be made with a radial distance from the lower point of the hub to the outer surface of the rim of at least 1.1 times the prolonged radial distance in the light between the internal and peripheral contours of the lumen of the engine duct, and the sections of the outer surface between the grooves of the rim of the disks of all sections are made forming the inner the surface of the engine duct in the area of the disks of the indicated sections of the rotor shaft of the KND, the front flanges of the rim of the disks of the third and fourth stages as part of the second and third mounting sections are each equipped with an annular groove for fixing the shanks of the rotor blades with split ring elements, while the rear flange of the third steps developed to a width sufficient to ensure contact through an annular spacer, equipped with elements of a labyrinth seal, with the canvas of the disk of the fourth stage, included in the third section, with the possibility of power connection with the latter and transmission of torque from the turbojet low pressure turbine.

Технический результат группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в улучшении технологических параметров изготовления КНД, необходимых для повышения КПД и расширении запаса газодинамической устойчивости в полном диапазоне режимов работы компрессора на 2,2% при повышении ресурса вала ротора в 2 раза без увеличения материалоемкости компрессора.The technical result of the group of inventions related by a single creative idea is to improve the technological parameters of the production of low pressure components required to increase efficiency and expand the gas-dynamic stability margin in the full range of compressor operating modes by 2.2% while increasing the rotor shaft resource by 2 times without increasing the compressor consumption .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен вал ротора компрессора низкого давления ТРД, продольный разрез;in FIG. 1 shows a rotor shaft of a low-pressure compressor turbofan engine, a longitudinal section;

на фиг. 2 - фрагмент обода диска третьей ступени вала ротора КНД, вид сбоку.in FIG. 2 - a fragment of the rim of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, side view.

В способе изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков 1, 2, 3, 4 конструкцию. Изготовление вала выполняют в три стадии.In the method of manufacturing the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, the rotor shaft is made drum-disk, assembling a four-stage design according to the number of disks 1, 2, 3, 4. The manufacture of the shaft is carried out in three stages.

На первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы 5 и 6 соответственно передней и задней опоры вала, диски 1, 2, 3, 4 и цилиндрические проставки 7, 8.At the first stage, assembly units are manufactured, including trunnions 5 and 6, respectively, of the front and rear shaft supports, disks 1, 2, 3, 4 and cylindrical spacers 7, 8.

На второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции. Каждую монтажную секцию выполняют неразборной. В первую от входа в двигатель монтажную секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу 5 переднюю опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и снабженную фланцем 9 цилиндрическую проставку 7. В состав второй секции включают диск 3 третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу 6 задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку 8, снабженную с противоположного торца фланцем 10. Третью монтажную секцию выполняют в виде диска 5 четвертой ступени.In the second stage, the assembly units are assembled into three mounting sections. Each mounting section is non-separable. In the first from the engine entrance, the mounting section is mounted, sequentially connecting in the direction of the working fluid flow pin 5 of the front support of the rotor shaft, disk 1 of the first stage, disk 2 of the second stage and cylindrical spacer 7 equipped with a flange 9. The second section includes a disk 3 of the third stage , to which the axle 6 of the rear support of the rotor shaft and the cylindrical spacer 8, equipped with a flange 10 at the opposite end, are permanently connected. The third mounting section is made in the form of a disk 5 of the fourth stage.

На третьей стадии указанные монтажные секции последовательно разъемно соединяют через цилиндрические проставки 7, 8. Завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку 8 второй монтажной секции с образующим третью секцию диском 4 четвертой ступени.At the third stage, these mounting sections are sequentially detachably connected through cylindrical spacers 7, 8. Complete the installation of the rotor shaft structure by releasably connecting the cylindrical spacer 8 of the second mounting section with the fourth stage disk 4 forming the third section.

Диски 1, 2, 3, 4 всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12 со ступицей 13, выполненной с центральным отверстием 14.Disks 1, 2, 3, 4 of all the steps of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim 11, passing into an annular web 12 with a hub 13 made with a Central hole 14.

Обод 11 диска 3 первой ступени выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна 11 диска 3, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности 15 обода 11, и с градиентом G_3об конического расширения обода 11, который в процессе изготовления диска 3 третьей ступени принимают в диапазонеThe rim 11 of the disk 3 of the first stage is executed inscribed in the conditional surface of a truncated cone, expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade 11 of the disk 3, equal to the design radius of the internal contour of the engine’s flow section in the specified section, counting from the shaft axis to the outer surface 15 of the rim 11, and with a gradient of G _{3 about the} conical expansion of the rim 11, which in the manufacturing process of the disk 3 of the third stage is taken in the range

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.where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the specified disk of the third stage.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжают пазами 16, предназначенными для лопаток ротора, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала. Количество и частоту размещения пазов 16 увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска 1 к диску 5 от первой к третьей секции, в том числе, размещая продольные оси пазов 16 в ободе 11 диска 3 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)°.The rim 11 of each disk 1, 2, 3, 4 is provided with slots 16 for rotor blades, which are evenly distributed around the perimeter and are inclined to the axis of the shaft. The number and frequency of the grooves 16 are increased in the direction of flow of the working fluid from the disk 1 to the disk 5 from the first to the third section, including by placing the longitudinal axis of the grooves 16 in the rim 11 of the disk 3 of the third stage with an angular frequency Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and inclination to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis at an angle α, which is taken in the range of values α = (21 ÷ 27) °.

В процессе механической обработки диска 1 первой ступени с фронтальной стороны полотна 11 и диска 3 третьей ступени с тыльной стороны полотна 11 вытачивают с доводкой до проектных размеров, располагая под ободом 11 указанных дисков 1, 3 консольный кольцевой конический элемент 17, 18. Кольцевой элемент 17 выполняют для последующего соединения при сборке соответствующей секции с конической диафрагмой 19 цапфы 5 передней опоры вала. Кольцевой элемент 18 выполняют для последующего соединения при сборке соответствующей секции с конической диафрагмой 20 цапфы 6 задней опоры вала. Длину образующей указанных конических элементов 17, 18 выполняют не выходящей за габарит полки соответствующего диска 1, 3. Соединение конических кольцевых элементов 17, 18 указанных дисков и диафрагм 19, 20 цапф 5, 6 производят электронно-лучевой сваркой. Также неразъемно соединяют полками ободов 11 диски 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней.In the process of machining the disk 1 of the first stage from the front side of the blade 11 and the disk 3 of the third stage from the back side of the blade 11 is turned up to the design dimensions, placing a cantilever ring conical element 17, 18 under the rim 11 of the said disks. Ring element 17 perform for subsequent connection when assembling the corresponding section with a conical diaphragm 19 of the pin 5 of the front shaft support. The annular element 18 is performed for subsequent connection when assembling the corresponding section with the conical diaphragm 20 of the pin 6 of the rear shaft support. The length of the generatrix of these conical elements 17, 18 is performed not extending beyond the envelope of the shelf of the corresponding disk 1, 3. The connection of the conical ring elements 17, 18 of these disks and the diaphragms 19, 20 of the pins 5, 6 is performed by electron beam welding. Disks 1 and 2, respectively, of the first and second stages are also permanently connected by the shelves of the rims 11.

На третьей завершающей стадии изготовления вала ротора также неразъемно прикрепляют к тыльной полке 21 диска 2 второй ступени первую межсекционную кольцевую цилиндрическую проставку 7 с фланцем 9, в котором в процессе изготовления выполняют (36÷44) отверстия, предназначенные для разъемного соединения на призонных болтах с полотном 12 диска 3 третьей ступени второй секции.At the third final stage of manufacture of the rotor shaft, the first intersection annular cylindrical spacer 7 with the flange 9 is also permanently attached to the rear shelf 21 of the disk 2 of the second stage, in which, during the manufacturing process, holes (36 ÷ 44) are made for releasable connection on the window bolts with the blade 12 disc 3 of the third stage of the second section.

Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков 1, 2, 3, 4 и изготовлен описанным выше способом.The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine is made drum-disk, four-stage in the number of disks 1, 2, 3, 4 and is made as described above.

Вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, содержит предназначенные для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабженного рабочими лопатками 22, три секции.The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, comprising a housing with a flow part, contains three sections intended for series connection with the formation of the rotor shaft, equipped with working blades 22.

Первая и вторая монтажные секции выполнены неразборными. Первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и цилиндрическую проставку 7, снабженную фланцем 9. Вторая секция включает диск 3 третьей ступени, сообщенный с цапфой 6 задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой 8, снабженной фланцем 10. Третья монтажная секция выполнена состоящей из диска 4 четвертой ступени.The first and second mounting sections are non-separable. The first section from the engine entrance includes a pin 5 of the front support of the rotor shaft, a disk 1 of the first stage, a disk 2 of the second stage and a cylindrical spacer 7 provided with a flange 9. The second section includes a disk 3 of the third stage, in communication with the pin 6 of the rear support of the rotor shaft and a cylindrical spacer 8 provided with a flange 10. The third mounting section is made up of a fourth-stage disc 4.

Каждый диск 1, 2, 3, 4 всех ступеней каждой из монтажных секций выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12, усиленное ступицей 13, снабженной центральным отверстием 14.Each disk 1, 2, 3, 4 of all stages of each of the mounting sections is made in the form of a single element, including a rim 11, turning into an annular web 12, reinforced by a hub 13, provided with a Central hole 14.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 упомянутых секций снабжен равномерно разнесенными по периметру пазами 16, предназначенными для лопаток ротора, наклонными к оси вала и количественно возрастающими в направлении потока рабочего тела от диска 1 к диску 4 и от первой секции к третьей. Продольная ось каждого из пазов 16 диска 3 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].The rim 11 of each disk 1, 2, 3, 4 of the said sections is provided with grooves 16 uniformly spaced around the perimeter, intended for rotor blades, inclined to the axis of the shaft and quantitatively increasing in the direction of flow of the working fluid from disk 1 to disk 4 and from the first section to the third . The longitudinal axis of each of the grooves 16 of the disk 3 of the third stage as part of the second mounting section forms, with the rotor axis, projected onto a conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis, an angle α defined in the range of values α = (21 ÷ 27 ) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad].

Обод 11 диска 3 третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиусом в среднем сечении полотна 12 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 диапазонеThe rim 11 of the disk 3 of the third stage as part of the second mounting section is made with a radius in the middle section of the blade 12 of the specified disk equal to the design radius of the inner contour of the engine _duct in the specified section, and radially increasing towards the exit from the section with the gradient of the conical expansion of the rim G _3ob defined in the range

В составе второй монтажной секции обод 11, по меньшей мере, диска 3 третьей ступени асимметрично соединен с полотном 11 диска 3 с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок. Тыльная полка 23 превышает ширину фронтальной полки 24 не менее чем в 1,07 раза. Радиус диска 3 от оси вала ротора до внешней поверхности 15 обода 11 в средней плоскости полотна 12 диска 3 составляет (0,54÷0,77) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя. Полотно 12 с тыльной стороны диска 3 в зоне, примыкающей к ободу 11, снабжено расположенным под ним дополнительным коническим кольцевым элементом 18. Кольцевой элемент 18 выполнен с углом наклона образующей к геометрической оси диска, превышающим угол наклона образующей внешней поверхности обода и принятым в диапазоне β=(35÷65)°, а также с возможностью силового соединения с внешней конической диафрагмой 20 цапфы 6 задней опоры и передачи через указанный конический элемент 18 диска 3 радиальных, осевых усилий на элементы опор ротора и крутящего момента на ротор от турбины низкого давления.As part of the second mounting section, the rim 11 of at least the disk 3 of the third stage is asymmetrically connected to the web 11 of the disk 3 with the formation of different-shaped annular conical inclined shelves. The rear shelf 23 exceeds the width of the front shelf 24 not less than 1.07 times. The radius of the disk 3 from the axis of the rotor shaft to the outer surface 15 of the rim 11 in the middle plane of the blade 12 of the disk 3 is (0.54 ÷ 0.77) from the radius of the peripheral contour of the engine duct. The blade 12 on the rear side of the disk 3 in the area adjacent to the rim 11 is provided with an additional conical ring element 18 located below it. The ring element 18 is made with an inclination angle of the generatrix to the geometric axis of the disk exceeding the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim and adopted in the range β = (35 ÷ 65) °, and also with the possibility of power connection with the external conical diaphragm 20 of the pin 6 of the rear support and transmission through the specified conical element 18 of the disk 3 of radial, axial forces on the elements of the support of the rotor and torque coagulant to the rotor of the low pressure turbine.

Конфигурация поперечного сечения пазов 16 обода 11 каждого из дисков 1, 2, 3, 4 секций выполнена по типу «ласточкин хвост». Диск 3 третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы 13 до внешней поверхности 15 обода 11 не менее чем в 1,1 раза большим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя.The configuration of the cross section of the grooves 16 of the rim 11 of each of the disks 1, 2, 3, 4 of the sections is made according to the dovetail type. The disk 3 of the third stage as part of the second mounting section is made with a radial distance from the lower point of the hub 13 to the outer surface 15 of the rim 11 is not less than 1.1 times greater than the prolonged radial distance in the light between the internal and peripheral contours of the lumen of the engine duct.

Участки внешней поверхности 15 между пазами 16 обода 11 дисков 1, 2, 3, 4 всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД.Sections of the outer surface 15 between the grooves 16 of the rim 11 of the disks 1, 2, 3, 4 of all sections are made forming the inner surface of the flowing part of the engine in the area of the disks of the indicated sections of the rotor shaft of the CPV.

Фронтальные полки обода 11 дисков 3 и 4 соответственно третьей и четвертой ступеней в составе второй и третьей монтажных секций снабжены каждая кольцевым пазом для фиксирования хвостовиков 25 лопаток 22 ротора предпочтительно разрезными кольцевыми элементами (на чертежах не показано).The front flanges of the rim 11 of the disks 3 and 4 of the third and fourth stages respectively in the second and third mounting sections are each provided with an annular groove for fixing the shanks of 25 rotor blades 22, preferably split annular elements (not shown in the drawings).

Тыльная полка 24 обода 11 диска 3 третьей ступени развита на ширину, достаточную для обеспечения контакта через кольцевую проставку 8 с полотном 12 диска 4 четвертой ступени, входящего в третью секцию, с возможностью силового соединения с последним и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.The rear shelf 24 of the rim 11 of the disk 3 of the third stage is developed to a width sufficient to ensure contact through the annular spacer 8 with the blade 12 of the disk 4 of the fourth stage included in the third section, with the possibility of power connection with the latter and the transmission of torque from the turbine low pressure turbojet engine.

В способе изготовления вала ротора компрессора низкого давления ТРД по второму варианту вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков 1, 2, 3, 4 конструкцию. Изготовление вала выполняют в три стадии.In the method of manufacturing the rotor shaft of the low-pressure compressor of the turbojet engine according to the second embodiment, the rotor shaft is made drum-disk, assembling a four-stage construction according to the number of disks 1, 2, 3, 4. The manufacture of the shaft is carried out in three stages.

На первой стадии изготавливают сборочные единицы - цапфы 5 и 6 соответственно передней и задней опоры вала, диски 1, 2, 3, 4 и кольцевые проставки 7, 8, которые выполняют цилиндрическими.At the first stage, assembly units are made - pins 5 and 6, respectively, of the front and rear shaft supports, discs 1, 2, 3, 4 and ring spacers 7, 8, which are cylindrical.

На второй стадии сборочные единицы собирают в три образующие комплект монтажные секции. Каждую монтажную секцию выполняют неразборной. В первую от входа в двигатель монтажную секцию монтируют, соединяя последовательно в направлении потока рабочего тела цапфу 5 переднюю опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и снабженную фланцем 9 цилиндрическую проставку 7. В состав второй монтажной секции включают диск 3 третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют коническую диафрагму 20 цапфы 6 задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку 8, снабженную с противоположного торца фланцем 10. Третью монтажную секцию выполняют в виде диска 4 четвертой ступени.In the second stage, the assembly units are assembled into three assembly sections forming a set. Each mounting section is non-separable. In the first from the engine entrance, the mounting section is mounted, connecting in series in the direction of the working fluid flow pin 5 of the front rotor shaft support, the first stage disk 1, the second stage disk 2 and the cylindrical spacer 7 equipped with a flange 9. The third mounting disk 3 is included in the second mounting section steps, to which the conical diaphragm 20 of the pin 6 of the rear rotor shaft support and the cylindrical spacer 8, provided with a flange 10 from the opposite end, are permanently connected. The third mounting section is made in the form of a disk 4 of the fourth stupa no.

На третьей стадии указанные монтажные секции последовательно разъемно соединяют через цилиндрические проставки 7, 8. Завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку 8 второй монтажной секции с диском 4 четвертой ступени, образующим третью секцию вала.In the third stage, these mounting sections are sequentially detachably connected through the cylindrical spacers 7, 8. Complete the installation of the rotor shaft structure by releasably connecting the cylindrical spacer 8 of the second mounting section to the fourth stage disk 4 forming the third shaft section.

Диски 1, 2, 3, 4 всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12 со ступицей 13, которую выполняют с центральным отверстием 14. Обод 11 выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна 12 диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности 15 обода 11.Disks 1, 2, 3, 4 of all stages of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim 11, turning into an annular web 12 with a hub 13, which is made with a Central hole 14. The rim 11 is made inscribed in the conditional surface of the truncated cone , expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade web 12 of the disk, equal to the design radius of the internal contour of the engine duct in the specified section, counting from the axis of the shaft to the outer surface minute 15 of the rim 11.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжают пазами 16. Пазы 16 равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала. Количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска 1 к диску 4 и от первой секции к третьей, размещая продольные оси пазов 16 в ободе 11 диска 3 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 16, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=(21÷27)°.The rim 11 of each disk 1, 2, 3, 4 is provided with grooves 16. The grooves 16 are evenly distributed around the perimeter and are made inclined to the axis of the shaft. The number and frequency of grooves are increased in the direction of flow of the working fluid from disk 1 to disk 4 and from the first section to the third, placing the longitudinal axis of the grooves 16 in the rim 11 of the disk 3 of the third stage with an angular frequency Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and inclination to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the axis of the groove 16 at an angle α, which is taken in the range of values α = (21 ÷ 27) °.

В процессе изготовления диска 3 третьей ступени для второй монтажной секции обод 11 выполняют с внешней поверхностью 15, вписанной в условную усеченную коническую поверхность, с наклоном образующей указанной поверхности в осевой плоскости вала ротора под углом φ=(3÷9)° к оси последнего.In the manufacturing process of the disk 3 of the third stage for the second mounting section, the rim 11 is made with an external surface 15 inscribed in a conditionally truncated conical surface, with a slope of the generatrix of the indicated surface in the axial plane of the rotor shaft at an angle φ = (3 ÷ 9) ° to the axis of the latter.

При изготовлении диска 3 третьей ступени второй монтажной секции вала обод 11 диска 3 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 диапазонеIn the manufacture of the disk 3 of the third stage of the second mounting section of the shaft, the rim 11 of the disk 3 is made inscribed by the outer surface in the conditional surface of a truncated cone, radially increasing in the direction of flow of the working fluid with a gradient of conical expansion of the rim G _3ob , which take

По второму варианту вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков 1, 2, 3, 4 и изготовлен описанным выше способом.According to the second embodiment, the rotor shaft of the low-pressure compressor of a turbojet engine is made drum-disk, four-stage in the number of disks 1, 2, 3, 4 and is made as described above.

По второму варианту вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, содержит предназначенные для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабжаемого рабочими лопатками 21, три монтажные секции. Первая и вторая секции выполнены неразборными. Первая от входа в двигатель монтажная секция включает последовательно соединенные цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и цилиндрическую проставку 7, снабженную фланцем 9. Вторая монтажная секция включает диск 3 третьей ступени, сообщенный с цапфой 6 задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой 8, снабженной фланцем 10. Третья монтажная секция выполнена состоящей из диска 4 четвертой ступени.According to the second embodiment, the rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, including a housing with a flow part, contains three mounting sections for connecting in series with the formation of the rotor shaft provided with working blades 21. The first and second sections are non-separable. The first mounting section from the engine entrance includes a pin 5 of the front support of the rotor shaft, a disk 1 of the first stage, a disk 2 of the second stage and a cylindrical spacer 7 equipped with a flange 9. The second mounting section includes a disk 3 of the third stage, in communication with the pin 6 of the rear support the rotor shaft and a cylindrical spacer 8 provided with a flange 10. The third mounting section is made up of a disk 4 of the fourth stage.

Каждый диск 1, 2, 3, 4 выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12, усиленное ступицей 13, снабженной центральным отверстием 14.Each disk 1, 2, 3, 4 is made in the form of a single element, including a rim 11, turning into an annular web 12, reinforced by a hub 13, provided with a Central hole 14.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжен со стороны, обращенной к проточной части, системой расположенных под углом к оси вала ротора пазов 16 для замкового соединения с лопатками 22 ротора.The rim 11 of each disk 1, 2, 3, 4 is provided on the side facing the flow part with a system of grooves 16 located at an angle to the axis of the rotor shaft for locking connection with the rotor blades 22.

Образующая внешней поверхности 15 обода 11 диска 3 третьей ступени в составе второй монтажной секции составляет с осью вала ротора в осевой плоскости последнего угол φ=(3÷9)°.The generatrix of the outer surface 15 of the rim 11 of the disk 3 of the third stage as part of the second mounting section makes an angle φ = (3 ÷ 9) ° with the axis of the rotor shaft in the axial plane of the latter.

Продольная ось каждого из пазов 16 диска 3 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)°. Пазы 16 равномерно разнесены по периметру диска 3 с угловой частотой Y=(6,7÷11,5) [ед/рад].The longitudinal axis of each of the grooves 16 of the disk 3 of the third stage as part of the second mounting section forms, with the rotor axis, projected onto a conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis, an angle α defined in the range of values α = (21 ÷ 27 ) °. The grooves 16 are evenly spaced around the perimeter of the disk 3 with an angular frequency Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad].

Обод 11 диска 3 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 диапазонеThe rim 11 of the disk 3 of the third stage as part of the specified mounting section is made with increasing radius from the entrance to the exit of the section with a gradient of radial expansion gradient G ₃ defined in the range

Конфигурация поперечного сечения пазов 16 обода 11 предпочтительно каждого из дисков 1, 2, 3, 4 секций выполнена по типу «ласточкин хвост». Диск 3 третьей ступени в составе второй монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы 13 до внешней поверхности 15 обода 11 не менее чем в 1,1 раза большим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя.The cross-sectional configuration of the grooves 16 of the rim 11, preferably of each of the disks 1, 2, 3, 4 of the sections, is made according to the dovetail type. The disk 3 of the third stage as part of the second mounting section is made with a radial distance from the lower point of the hub 13 to the outer surface 15 of the rim 11 is not less than 1.1 times greater than the prolonged radial distance in the light between the internal and peripheral contours of the lumen of the engine duct.

Участки внешней поверхности 15 между пазами 16 обода 11 дисков 1, 2, 3, 4 всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя, по меньшей мере, в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД,The sections of the outer surface 15 between the grooves 16 of the rim 11 of the disks 1, 2, 3, 4 of all sections are made forming the inner surface of the flowing part of the engine, at least in the area of the disks of the indicated sections of the shaft of the rotor KND,

Фронтальные полки обода 11 дисков 3 и 4 соответственно третьей и четвертой ступеней в составе второй и третьей монтажных секций снабжены каждая кольцевым пазом для фиксирования хвостовиков 25 лопаток 22 ротора разрезными кольцевыми элементами (на чертежах не показано).The front shelves of the rim 11 of the disks 3 and 4 of the third and fourth stages, respectively, as part of the second and third mounting sections are each equipped with an annular groove for fixing the shanks of 25 rotor blades 22 with split ring elements (not shown in the drawings).

Тыльная полка 24 обода 11, по меньшей мере, диска 3 третьей ступени развита на ширину, достаточную для обеспечения контакта через кольцевую проставку 8, снабженную элементами 26 лабиринтного уплотнения, с полотном 12 диска 4 четвертой ступени, входящего в третью секцию, с возможностью силового соединения с последним и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.The rear shelf 24 of the rim 11 of at least the third stage disk 3 is developed to a width sufficient to ensure contact through the annular spacer 8 provided with elements of the labyrinth seal with the web 12 of the fourth stage disk 4 included in the third section, with the possibility of power connection with the latter and transmission of torque from the turbojet low pressure turbine.

Пример реализации изобретенияAn example implementation of the invention

Изготавливают вала ротора КНД ТРД, выполняя три стадии.Make the shaft of the rotor KND TRD, performing three stages.

На первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы 5 и 6 передней и задней опоры вала, диски 1, 2, 3, 4 и цилиндрические проставки 7, 8. Диски 1, 2, 3, 4 всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок, каждую в виде моноэлемента со ступицей 13, полотном 12 и ободом 11. В ступицу 13 каждого диска, сообщенной с ободом 11 через полотно 12, выполняют центральное отверстие 14. А в ободе 11 каждого диска последовательной протяжкой выполняют пазы 16, доводя их форму до проектной. Число и частоту размещения пазов 16 по окружности обода 11 диска принимают соответствующими числу и частоте последующего проектного размещения рабочих лопаток 22. На второй стадии сборочные единицы собирают в три секции. При этом каждую из секций выполняют неразборной. Первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно неразъемно соединяя цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и снабженную фланцем 9 цилиндрическую проставку 7. В процессе изготовления второй секции диск 3 третьей ступени неразъемно соединяют с располагаемой с тыльной стороны последнего цилиндрической проставкой 8. Проставку 8 выполняют конструктивно объединенной на выходе с фланцем 10, в котором выполняют монтажные отверстия для разъемного соединения с полотном 11 диска 4 четвертой ступени вала ротора. Диск 4 четвертой ступени образует на стадии монтажа третью сборную секцию вала. На третьей стадии завершают монтаж конструкции вала ротора, последовательно разъемно соединяя через цилиндрические проставки 7, 8 все указанные монтажные секции.At the first stage, assembly units are manufactured, including trunnions 5 and 6 of the front and rear shaft supports, disks 1, 2, 3, 4 and cylindrical spacers 7, 8. Disks 1, 2, 3, 4 of all stages of the shaft of the low pressure rotor are made from stamped blanks each in the form of a single element with a hub 13, a blade 12 and a rim 11. In the hub 13 of each disk communicated with the rim 11 through the blade 12, a central hole 14 is made. And in the rim 11 of each disk, grooves 16 are made by successive drawing, bringing their shape to design. The number and frequency of placement of the grooves 16 around the circumference of the rim 11 of the disk is taken corresponding to the number and frequency of the subsequent design placement of the working blades 22. In the second stage, the assembly units are assembled in three sections. In addition, each of the sections is non-separable. The first section from the engine input is mounted by connecting the axle 5 of the front support of the rotor shaft, the disk 1 of the first stage, the disk 2 of the second stage and the cylindrical spacer 7 in the process of manufacturing the second section, the disk 3 of the third stage is inseparably connected with the rear the sides of the latter with a cylindrical spacer 8. The spacer 8 is structurally integrated at the outlet with a flange 10, in which mounting holes are made for releasably connecting to the blade 11 of the fourth stage disk 4 and rotor shaft. The fourth stage disk 4 forms at the mounting stage a third prefabricated shaft section. At the third stage, the installation of the rotor shaft construction is completed, sequentially detachably connecting through all the indicated mounting sections through cylindrical spacers 7, 8.

Изготовленный диск первой ступени имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 34 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 120 мм; средняя толщина полотна - 9 мм; ширина обода - 61 мм; входной и выходной диаметры внешней поверхности обода диска - 364 мм и 415 мм; угол наклона образующей внешней поверхности обода диска - 21°.The manufactured disk of the first stage has the following geometric parameters: overall width of the hub - 34 mm; diameter of the central hole of the hub - 120 mm; average web thickness - 9 mm; rim width - 61 mm; input and output diameters of the outer surface of the disk rim - 364 mm and 415 mm; the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim of the disk is 21 °.

Изготовленный диск второй ступени имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 30 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 157 мм; средняя толщина полотна - 6 мм; ширина обода - 50 мм; входной и выходной диаметры внешней поверхности обода диска - 464 мм и 491 мм; угол наклона образующей внешней поверхности обода диска - 15°.The manufactured disk of the second stage has the following geometric parameters: overall width of the hub - 30 mm; diameter of the central hole of the hub - 157 mm; average web thickness - 6 mm; rim width - 50 mm; input and output diameters of the outer surface of the rim of the disk - 464 mm and 491 mm; the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim of the disk is 15 °.

Изготовленный диск третьей ступени имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 25 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 150 мм; средняя толщина полотна - 5 мм; ширина обода - 43 мм; входной и выходной диаметры внешней поверхности обода диска - 509 мм и 517 мм; угол наклона образующей внешней поверхности обода диска - 5°.The manufactured disk of the third stage has the following geometric parameters: overall width of the hub - 25 mm; diameter of the central hole of the hub - 150 mm; average web thickness - 5 mm; rim width - 43 mm; input and output diameters of the outer surface of the disk rim - 509 mm and 517 mm; the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim of the disk is 5 °.

Изготовленный диск четвертой ступени имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 28 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 240 мм; средняя толщина полотна - 4 мм; ширина обода - 48 мм; входной и выходной диаметры внешней поверхности обода диска - 524 мм и 528 мм; угол наклона образующей внешней поверхности обода диска - 2°.The manufactured disk of the fourth stage has the following geometric parameters: overall width of the hub - 28 mm; diameter of the central hole of the hub - 240 mm; average web thickness - 4 mm; rim width - 48 mm; input and output diameters of the outer surface of the disk rim - 524 mm and 528 mm; the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim of the disk is 2 °.

При запуске двигателя вал ротора, объединяющий диски всех ступеней, приводится во вращение крутящим моментом, передаваемым от ТНД через объединенные в барабанно-дисковую конструкцию вала ротора КНД ободы дисков, и включает в работу лопатки рабочего колеса. В результате происходит нагнетание потока рабочего тела в КНД. При этом вал ротора КНД обеспечивает стабильность проектной формы и положение дисков всех ступеней в составе барабанно-дисковой конструкции на всех возможных режимах работы ТРД за счет восприятия сочетания нагрузок, возникающих в процессе работы компрессора, и через конические кольцевые элементы 17, 18 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора с меньшими потерями энергии и при пониженных вибрациях.When the engine is started, the rotor shaft, which combines the disks of all stages, is driven by the torque transmitted from the high-pressure pump through the disk rims integrated into the drum-disk design of the rotor shaft of the low-pressure rotor and includes the blades of the impeller. As a result, the flow of the working fluid in the CPV is forced. At the same time, the KND rotor shaft ensures the stability of the design form and the position of the disks of all stages in the drum-disk structure at all possible operating modes of the turbojet engine due to the perception of the combination of loads arising during the compressor operation and transfers radial and axial through the conical ring elements 17, 18 loads on the rotor shaft bearings with less energy loss and lower vibrations.

Технический результат изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов вала ротора КНД ТРД, а именно радиальных параметров дисков 1, 2, 3, 4, с геометрической конфигурацией внешней поверхности обода 11 дисков вала, образующей поверхность внутренней стенки проточной части двигателя, принятого сочетания тонкого полотна 12 и осевой ширины ступицы 13, компенсирующей ослабление полотна 12 диска центральным отверстием 14, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Геометрические параметры отверстий 14 в ступице 13 приняты достаточными для свободного пропуска шлицевой трубы при монтаже. Превышение радиуса отверстия в ступице 13 не менее чем на 10% относительно радиуса шлицевой трубы необходимо для заведения в полость компрессора монтажного инструмента при выполнении монтажа.The technical result of the invention is achieved by the combination of the design solutions and geometric parameters of the main elements of the rotor shaft of the low pressure turbojet engine, namely the radial parameters of the disks 1, 2, 3, 4, with the geometric configuration of the outer surface of the rim 11 of the shaft disks, forming the surface of the inner wall of the engine duct , the adopted combination of a thin web 12 and the axial width of the hub 13, compensating for the weakening of the web 12 of the disk by the Central hole 14, which leads to a decrease in material consumption and increasing the maximum allowable effort in the disc elements. The geometric parameters of the holes 14 in the hub 13 are accepted sufficient for free passage of the spline pipe during installation. The excess of the radius of the hole in the hub 13 by at least 10% relative to the radius of the spline pipe is necessary for the installation tool to be inserted into the compressor cavity during installation.

Технический результат обеспечивают геометрической конфигурацией дисков 1, 2, 3, 4, а именно входного и выходного радиусов по ширине обода 11 диска с соотношением величин радиусов, считая от оси вала ротора до внешней поверхности обода диска и с углами наклона ободов, формирующих конфигурацию упомянутой поверхности проточной части с плавным сопряжением торцов смежных дисков. Технический результат настоящего изобретения обеспечивают также заявленной геометрической конфигурацией диска в пределах указанного диапазона отношений разности выходного и входного радиусов к ширине обода 11 диска 3 третьей ступени. Выход градиента G_об за пределы заявленного диапазона G_об=(0,08÷0,11) приведет к недопустимому рассогласованию радиальных параметров входного и выходного проходных сечений проточной части третьей ступени и примыкающей к ней предыдущих и последующей ступеней КНД, не обеспечит необходимых перепадов давлений рабочего тела в указанных ступенях КНД, что, как следствие, приведет к снижению КПД, запасов ГДУ компрессора и ресурса диска, а также к дополнительному эксплуатационному расходу топлива и повышенному износу двигателя. Кроме того, при таком асимметричном решении ширины разноплечих кольцевых конических наклонных полок 23 и 24 обода 11 диска 1 остаются равноплечими относительно условной средней плоскости полотна 12 диска фронтальная полка 23 и кольцевой участок тыльной полки 24 обода диска 3, выходящие в проточную часть. Дополнительное уширение тыльной полки 24 обода 11 диска 1 относительно ширины фронтальной полки 19 необходимо и достаточно для обеспечения подвижного сопряжения конструкции вала ротора с лопаточным венцом статора первой ступени КНД и работает на технический результат изобретения, повышая КПД, запас ГДУ и ресурс компрессора.The technical result is provided by the geometric configuration of the disks 1, 2, 3, 4, namely, the input and output radii along the width of the rim 11 of the disk with the ratio of the radii, counting from the axis of the rotor shaft to the outer surface of the rim of the disk and with the angles of inclination of the rims forming the configuration of the said surface flowing part with smooth conjugation of the ends of adjacent disks. The technical result of the present invention is also provided by the claimed geometric configuration of the disk within the specified range of the ratio of the difference of the output and input radii to the width of the rim 11 of the disk 3 of the third stage. The output of the gradient G _about outside the declared range G _about = (0.08 ÷ 0.11) will lead to an unacceptable mismatch of the radial parameters of the input and output flow sections of the flowing part of the third stage and the adjacent previous and subsequent stages of the pressure gauge, will not provide the necessary pressure drops the working fluid in the indicated stages of the low pressure switch, which, as a result, will lead to a decrease in the efficiency, reserves of the GDU of the compressor and the resource of the disk, as well as to additional operational fuel consumption and increased wear of the engine. In addition, with such an asymmetric solution, the widths of the different-shouldered annular conical inclined shelves 23 and 24 of the rim 11 of the disk 1 remain equal shoulders relative to the conditional average plane of the disk 12 of the disk, the front shelf 23 and the annular section of the rear shelf 24 of the rim of the disk 3, extending into the flow part. Additional broadening of the rear flange 24 of the rim 11 of the disk 1 relative to the width of the front flange 19 is necessary and sufficient to ensure the movable coupling of the rotor shaft design with the blade stator of the stator of the first stage of the low pressure valve and works on the technical result of the invention, increasing the efficiency, supply of the main pressure generator and compressor life.

На внешней стороне обода 11 дисков 1, 2, 3, 4 выполняют протяжкой систему равномерно разнесенных по периметру диска пазов 16 для закрепления лопаток. Пазы 16 расположены под углом к оси вращения ротора. Технический результат изобретения достигают при выполнении пазов, расположенных под углом α, принятым в пределах найденного в изобретении диапазона (21÷27)°, так как при этом обеспечивается возможность установки лопатки под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса первой ступени ротора КНД и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости вала ротора. Выход значений угла α за пределы заявленного диапазона (21÷27)° приведет к существенному снижению запаса ГДУ многорежимной работы компрессора, снижению КПД ротора и возрастанию риска аварийно опасного срыва воздушного потока с установленных в пазах 16 диска лопаток рабочих колес ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла α_о>27° отклонения оси паза 16 диска 1 от оси вращения ротора неоправданно возрастают напряжения в лопатках рабочих колес на всех режимах работы КНД, что приводит к снижению ресурса системы «диск - лопаточный венец», увеличению материалоемкости, утяжелению компрессора и снижению эксплуатационной экономичности двигателя. Кроме того, пазы 16 равномерно разнесены по периметру диска 3 с угловой частотой Y_п=(6,7÷11,5) [ед/рад]. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток и соответственно пазов 16 на диске для закрепления лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток и соответственно пазов 16 на ободе диска 3 ниже нижнего предела указанного диапазона Y_п<6,7 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Y_п>11,5 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске 3 третьей ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом.On the outer side of the rim 11 of the disks 1, 2, 3, 4, a pulling system is used to draw a system of grooves 16 evenly spaced around the perimeter of the disk to secure the blades. The grooves 16 are located at an angle to the axis of rotation of the rotor. The technical result of the invention is achieved by performing grooves located at an angle α taken within the range found in the invention (21 ÷ 27) °, since this makes it possible to install the blades at an angle that creates the greatest pressure drop at the inlet and outlet of the working fluid stream from the impeller of the first stage of the KND rotor and the most favorable working conditions are created that increase the supply of gas turbine, efficiency and resource with minimal material consumption of the rotor shaft. The exit of the angle α values outside the declared range (21 ÷ 27) ° will lead to a significant reduction in the supply of GDU multi-mode compressor operation, lower rotor efficiency and increased risk of accidentally stall air flow from the compressor rotor impeller blades 16 installed in the grooves of the disk 16 with the resulting loss of GDU . With an increase in the angle α _о > 27 °, the deviations of the axis of the groove 16 of the disk 1 from the axis of rotation of the rotor unjustifiably increase the voltage in the blades of the impellers at all KND operation modes, which leads to a decrease in the resource of the disk – vane crown system, an increase in the material consumption, and the compressor decrease in operational efficiency of the engine. In addition, the grooves 16 are evenly spaced around the perimeter of the disk 3 with an angular frequency Y _p = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad]. The technical result of the invention is provided by saturating the blade rim with the number of blades and, respectively, the grooves 16 on the disk for fixing the blades located with an angular frequency taken from the range found in the invention. With a decrease in the number of blades and, respectively, grooves 16 on the rim of the disk 3 below the lower limit of the specified range Y _p <6.7 [units / rad], the lag of the flow from the rotation of the blade rim increases and the risk of loss of HLD in the indicated compressor stage increases. Exceeding the upper limit of the specified range Y _p > 11.5 [u / rad] and a corresponding increase in the number of blades in the blade rim formed on the disk 3 of the third stage leads to an unjustified deterioration in efficiency and the risk of premature blocking of the working fluid flow with the blade rim.

Полотно 12 дисков 1 и 3 снабжено коническим кольцевым элементом 17 и 18, выполненным с углом наклона образующей к оси диска. Выполнение угла наклона образующей обеспечивает оптимальное повышение объемной жесткости соединения полотна 12 дисков с конической диафрагмой 19 и 20 соответственно цапф 5 и 6 передней и задней опор вала ротора и ресурса вала в условиях многократных изгибно-крутильных нагружений в процессе эксплуатации компрессора, обеспечивает необходимую компактность узла без увеличения материалоемкости вала. Выполнение угла β наклона образующей кольцевого элемента 18 (β<35°) привело бы к неоправданному увеличению осевых габаритов и повышению материалоемкости конической диафрагмы 20 вала как переходного элемента задней опоры, не оказывая положительного влияния на технический результат изобретения. Выполнение угла β>65° превышающим найденный в изобретении допустимый угловой диапазон величин β приводит к неоправданному повышению концентрации напряжений от односторонних внеосевых динамических нагрузок на полотно соответствующего диска и к снижению ресурса вала.The blade 12 of the disks 1 and 3 is equipped with a conical ring element 17 and 18, made with an angle of inclination of the generatrix to the axis of the disk. The implementation of the angle of inclination of the generatrix provides an optimal increase in the volumetric rigidity of connecting the web 12 disks with a conical diaphragm 19 and 20, respectively, the pins 5 and 6 of the front and rear bearings of the rotor shaft and the resource of the shaft under conditions of multiple bending-torsion loads during operation of the compressor, provides the necessary compactness of the assembly without increase the material consumption of the shaft. The implementation of the angle β of the inclination of the generatrix of the annular element 18 (β <35 °) would lead to an unjustified increase in axial dimensions and increase the material consumption of the conical diaphragm 20 of the shaft as a transition element of the rear support, without having a positive effect on the technical result of the invention. The implementation of the angle β> 65 ° exceeding the allowable angular range of β values found in the invention leads to an unjustified increase in the stress concentration from unilateral off-axis dynamic loads on the canvas of the corresponding disk and to reduce the shaft resource.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров дисков всех ступеней, объединенных в барабанно-дисковую конструкцию вала ротора, достигают повышения КПД и расширения диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя, а также двукратного повышения ресурса за счет обеспечения повышенных изгибной жесткости вала и максимальных допустимых напряжений в элементах дисков без увеличения материалоемкости ротора КНД.Thus, by improving the structural and aerodynamic parameters of the disks of all stages, combined into a drum-disk design of the rotor shaft, they achieve an increase in efficiency and a widening of the range of gas-dynamic stability modes of the engine’s low pressure, as well as a twofold increase in resource by providing increased bending stiffness of the shaft and maximum permissible voltages in the elements of the disks without increasing the material consumption of the KND rotor.

Claims

1. A method of manufacturing a rotor shaft of a low pressure compressor (KND) of a turbojet engine (TRD), characterized in that the rotor shaft is made drum-disk, assembling a four-stage design in terms of the number of disks, and the shaft is manufactured in three stages; at the first stage, assembly units are made, including trunnions of the front and rear shaft bearings, discs and cylindrical spacers; at the second stage, the assembly units are assembled into three mounting sections, each of which is non-separable, while the first section is assembled from the engine entrance, sequentially connecting the axle of the front support of the rotor shaft, the disk of the first stage, the disk of the second stage and equipped with a cylindrical spacer, the second section includes a disk of the third stage, to which the trunnion of the rear support and the cylindrical spacer, equipped with a flange from the opposite end, are permanently attached, and the third sec tion is performed in the form of a disk of the fourth stage; at the third stage, these mounting sections are connected in series through cylindrical spacers and complete the installation of the rotor shaft structure, releasably connecting the cylindrical spacer of the second section with the fourth-stage disk forming the third section; moreover, the disks of all steps of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim turning into an annular web with a hub, which is made with a central hole, and the rim is inscribed in a conditional surface of a truncated cone, expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade web, equal to the design radius of the inner contour of the engine duct in the specified section, counting from the shaft axis to the outer surface of a, and the gradient G _3ob conical extension of the rim, which in the process of manufacturing the disc in the third step taking range

where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the specified disk of the third stage; the rim of each disk is provided with grooves designed for rotor blades, which are evenly distributed around the perimeter and are inclined to the axis of the shaft, and the number and frequency of the grooves are increased in the direction of flow of the working fluid from the disk to the disk from the first to the third section, including placing the longitudinal axis of the grooves in the rim of the disk of the third stage with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and an inclination to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the axis groove, at an angle α, which is taken in the range of values α = (21 ÷ 27) °.

2. A method of manufacturing a rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine according to claim 1, characterized in that during the machining of the disk of the first stage from the front side of the sheet and the disk of the third stage from the back side of the sheet, they are turned up to the design dimensions, located under the rim of the indicated of disks a cantilever annular conical element for subsequent connection when assembling the corresponding sections with the conical diaphragms of the trunnions of the front and rear shaft bearings, the length of the generatrix indicated conical elements are made not extending beyond the envelope of the shelf of the corresponding disk, and the connection of the conical ring elements of these disks and the diaphragms of the trunnions is made integral, the disks of the first and second stages are also permanently connected by the shelves of the rims, in addition, at the third final stage of manufacturing the rotor shaft is also permanently attached to the rear a shelf of a second-stage disk a first intersection annular cylindrical spacer with a flange, in which during the manufacturing process holes (36 ÷ 44) are made A releasable connection with the web drive the third stage of the second section.

3. The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, characterized in that it is made of a drum-disk, four-stage in the number of disks and made by the method according to any one of paragraphs. 1-2.

4. The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, comprising a housing with a flowing part, characterized in that it contains three mounting sections, two of which - the first and second - are non-separable, designed for serial connection with the formation of the rotor shaft equipped with working blades this first mounting section from the engine entrance includes a pin in series of the front support of the rotor shaft, a disk of the first stage, a disk of the second stage and a cylindrical spacer provided flange, the second section includes a disk of the third stage, in communication with a pin of the rear support of the rotor shaft and a cylindrical spacer provided with a flange, and the third mounting section consists of a disk of the fourth stage, each disk of all stages of each of the mounting sections is made in the form of a single element including a rim, turning into an annular web reinforced by a hub provided with a central hole, the rim of each disk of the said sections is provided with grooves for rotor blades uniformly spaced along the perimeter, inclined to the axis shaft and quantitatively increasing in the direction of flow of the working fluid from disk to disk and from the first section to the third, and the longitudinal axis of each of the grooves of the disk of the third stage as part of the second mounting section forms with the axis of the rotor in projection onto a conditional axial plane normal to the radius drawn through the central point of the groove axis, the angle α, defined in the range of values α = (21 ÷ 27) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad], at this rim of the disk of the third stage as part of the second mounting sec uu formed with a radius of the middle section of the web of said disk equal to project radially inner flow path of the engine in said section, and a radially increasing section out of the gradient of the conical expansion of the rim G _3ob defined range

where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and G _about - the axial width of the rim of the disk of the third stage in the second mounting section.

5. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 4, characterized in that, as part of the second mounting section, the rim of the disk of the third stage is asymmetrically connected to the disk web to form razlichnyh circular conical inclined shelves, the back of which exceeds the front width by at least 1, 07 times, while the radius of the disk from the axis of the rotor shaft to the outer surface of the rim in the middle plane of the blade web is (0.54 ÷ 0.77) from the radius of the peripheral contour of the engine duct, and the blade is adjacent to the back of the disc in the area th to the rim, equipped with an additional conical ring element located under it, which is made with an inclination angle of the generatrix to the geometric axis of the disk exceeding the angle of inclination of the generatrix of the outer surface of the rim and adopted in the range β = (35 ÷ 65) °, as well as with the possibility of power connection with the external conical diaphragm of the axle of the rear support and transmission through the specified conical element of the disk of radial, axial forces on the elements of the support of the rotor and torque to the rotor from the low pressure turbine.

6. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 4, characterized in that the cross-sectional configuration of the grooves of the rim of each of the section disks is made according to the dovetail type, while the third-stage disk as part of the second mounting section is made with a radial distance from the lower point the hub to the outer surface of the rim is not less than 1.1 times greater than the prolonged radial distance in the light between the inner and peripheral contours of the lumen of the engine duct, and the sections of the outer surface between the grooves of the rim All sections are made forming the inner surface of the engine duct in the area of the disks of the indicated sections of the rotor shaft of the low pressure rotor, and the front shelves of the rim of the disks of the third and fourth stages as part of the second and third mounting sections are each equipped with an annular groove for fixing the shanks of the rotor blades with split ring elements, this rear shelf of the rim of the disk of the third stage is developed to a width sufficient to ensure contact through the annular spacer with the canvas of the disk of the fourth stage, included in the third section, with the possibility of power connection with the latter and transmission of torque from the turbojet low pressure turbine.

7. A method of manufacturing a rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, characterized in that the rotor shaft is drum-disk, assembling a four-stage design in terms of the number of disks, and the shaft is manufactured in three stages; at the first stage, assembly units are made, including trunnions of the front and rear shaft bearings, discs and ring spacers, which are cylindrical; at the second stage, the assembly units are assembled into three mounting sections, each of which is non-separable, while the first section is assembled from the engine entrance, connecting the axle of the front support of the rotor shaft, the disk of the first stage, the disk of the second stage and equipped with a flange cylindrical spacer, the second section includes a disk of the third stage, to which the conical diaphragm of the axle of the rear support and the cylindrical spacer provided from the opposite end flange, and the third section operates as a disc of the fourth stage; in the third stage, said mounting sections are sequentially detachably connected through cylindrical spacers and complete the installation of the rotor shaft structure, releasably connecting the output spacer of the second mounting section with a fourth-stage disk forming the third shaft section; moreover, the disks of all steps of the rotor shaft of the low pressure rotor are made of stamped blanks in the form of a single element, including a rim turning into an annular web with a hub, which is made with a central hole, and the rim is inscribed in a conditional surface of a truncated cone, expanding in the direction of flow of the working fluid, with an intermediate radius in the average conditional plane of the blade web, equal to the design radius of the inner contour of the engine duct in the specified section, counting from the shaft axis to the outer surface of and, while the rim of each disk is provided with grooves that are evenly distributed around the perimeter and are inclined to the axis of the shaft, and the number and frequency of placement of the grooves increase in the direction of flow of the working fluid from the disk to the disk and from the first section to the third, including by placing the longitudinal axis of the grooves in the rim of the disk of the third stage with an angular frequency of Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad] and a slope to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis, at an angle α, which is taken in the range the range of values α = (21 ÷ 27) °, in addition, in the process of manufacturing the third-stage disk for the second mounting section, the rim is made with an external surface inscribed in a conditional truncated conical surface, with a slope of the surface forming in the axial plane of the rotor shaft at an angle φ = (3 ÷ 9) ° to the axis of the latter.

8. A method of manufacturing a rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine according to claim 7, characterized in that in the manufacture of a disk of the third stage of the second mounting section of the shaft, the disk rim is made with an inscribed outer surface in a conditional surface of a truncated cone radially increasing in the direction of flow of the working fluid with a gradient conical expansion of the rim G _3ob , which take in the range

where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the third stage of the disk in the second mounting section.

9. The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, characterized in that it is made of a drum-disk, four-stage in the number of disks and is made according to any one of paragraphs. 7-8.

10. The rotor shaft of a low-pressure compressor of a turbojet engine, comprising a housing with a flowing part, characterized in that it contains three sections intended for series connection with the formation of the rotor shaft supplied with blades, two of which - the first and second - are made non-separable, while the first from the engine entrance, the section includes a pin connected in front of the front support of the rotor shaft, a disk of the first stage, a disk of the second stage and a cylindrical spacer equipped with a flange, the second section including there is a third-stage disk in communication with a cylindrical spacer provided with a flange, and the third is made up of a fourth-stage disk, each disk being a single element including a rim turning into an annular web reinforced by a hub provided with a central hole, with the rim of each of said disks are provided on the side facing the flowing part with a system of grooves located at an angle to the axis of the rotor shaft for interlocking with the rotor blades, in addition, forming an outer surface necks least third stage disk rim as part of the second circuit section is the rotor shaft axis in an axial plane of the latter an angle φ = (3 ÷ 9) °.

11. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the longitudinal axis of each of the grooves of the third-stage disk as part of the second mounting section forms with the rotor axis projected onto a conditional axial plane normal to the radius drawn through the center point of the groove axis , the angle α, defined in the range of values α = (21 ÷ 27) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency Y = (6.7 ÷ 11.5) [units / rad], while the rim of the disk of the third stage as part of the specified mounting section is made with increasing from entrance to exit radius projection gradient G _3ob radial expansion determined in the range

where R _max and R _min - the maximum and minimum radii of the outer surface of the rim of the disk of the third stage, and B _about - the axial width of the rim of the disk of the third stage in the second mounting section.

12. The rotor shaft of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the cross-sectional configuration of the grooves of the rim of each of the disk sections of the specified set is made according to the dovetail type, while the third-stage disk as part of the second mounting section is made with a radial distance from the lower point of the hub to the outer surface of the rim is not less than 1.1 times greater than the prolonged radial distance in the light between the inner and peripheral contours of the lumen of the engine duct, and sections of the outer surface between the grooves of the rim of the disks of all sections are made forming the inner surface of the flowing part of the engine in the area of the disks of the indicated sections of the rotor shaft of the KND, and the front shelves of the rim of the disks of the third and fourth stages in the second and third mounting sections are each equipped with an annular groove for fixing the shanks of the rotor blades with split annular elements, while the rear shelf of the rim of the disk of the third stage is developed to a width sufficient to ensure contact through an annular spacer equipped with lementami labyrinth seal with the blade disc of the fourth stage, included in the third section, with the power connection to the latter and the transmission torque from the low pressure turbine turbojet.