RU2581990C1

RU2581990C1 - Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine engine

Info

Publication number: RU2581990C1
Application number: RU2014152126/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Ювенальевич Марчуков; Сергей Анатольевич Симонов; Дмитрий Юрьевич Еричев; Виктор Викторович Куприк; Ирик Усманович Манапов; Марина Михайловна Трощенкова; Андрей Валерьевич Узбеков; Николай Павлович Селиванов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-04-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: blade of grooved disc of rotor of LP compressor of gas turbine engine (GTE) including flow part confined in peripheral outline by engine housing comprises shank and foil. Said blade can be fitted in whatever groove of the first stage impeller disc. Blade shank has a longitudinal axis aligned or parallel to the geometrical axis of the disk groove forming together with the rotor rotation axis in projection to arbitrary axial a plane perpendicular to airfoil radial axis; the shank angle providing the installation angle of the foil profile in the blade root section within the range αk=(17÷27)°. Airfoil is made with spinning relative to the axis of the airfoil, which provides increase of the installation angle of the airfoil profile in height of the blade with a radial distance from the rotor rotation axis with gradient (G)_u.p., defined in the range G_u.p.=(124.0÷186.8) [degree/m]. Airfoil is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of chard increasing G_u.h., equal to (7.2÷10.7)·10^-2 [m/m]. Airfoil profile depth is maximum in root section and decreases along the airfoil height towards peripheral end with gradient (G)_u.t.=(1.25÷1.53)·10^-2 [m/m].

EFFECT: technical result achieved by the group of inventions consists in improved geometrical configuration, spatial stiffness, structural and aerodynamic parameters of the first stage of gas turbine engine low-pressure compressor rotor shaft, increased service life without increase of material consumption and labor input when mounting the blade into compressor impeller.

25 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно, к осевым компрессорам низкого давления авиационных газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to axial low-pressure compressors of aircraft gas turbine engines.

Известна профилированная лопатка компрессора для диска рабочего колеса, имеющего аксиальную, тангенциальную и радиальную ортогональные оси, содержащая стороны повышенного и низкого давления, простирающиеся в радиальном направлении от хвостовика к вершине и в аксиальном направлении между передней и задней кромками, поперечные сечения, имеющие соответствующие хорды и линии изгиба, проходящие между передней и задней кромками, и центры тяжести, выровненные по оси укладки, имеющей двойной изгиб. Сторона низкого давления изогнута вдоль задней кромки вблизи хвостовика для уменьшения разделения потока на нем (RU 2000130594 А, опубл. 27.01.2003).Known profiled compressor blade for the impeller disk having axial, tangential and radial orthogonal axes, containing high and low pressure sides, extending in the radial direction from the shank to the apex and in the axial direction between the front and rear edges, cross sections having corresponding chords and bending lines extending between the leading and trailing edges, and centers of gravity aligned along a pivot axis having a double bend. The low pressure side is curved along the trailing edge near the liner to reduce the separation of the flow on it (RU 2000130594 A, publ. 01.27.2003).

Известна рабочая лопатка компрессора, включающая перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером размещена полка, формирующая проточную часть двигателя (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Панкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 257-263).Known compressor blades, including a feather and a shank. The shank of the blade is located horizontally, and the feather is connected to the shank through an intermediate element - the leg. Between the leg and the feather there is a shelf forming the engine’s flow part (NN Sirotin, AS Novikov, AG Pankin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS system technologies. Book 1. Moscow. Science 2011. p. 257-263).

К недостаткам известных решений относятся неопределенность достижения эффективного взаимодействия лопаток с потоком рабочего тела вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации пера и угловой установки лопатки в рабочем колесе первой ступени ротора, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и как следствие сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса лопатки.The disadvantages of the known solutions include the uncertainty of achieving effective interaction of the blades 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 pen and the angular installation of the blades in the impeller of the first stage of the rotor, as well as the difficulty of obtaining a compromise combination of increased values of efficiency, gas-dynamic stability (GDU ) compressor and, as a consequence, the difficulty of providing optimal dynamic strength and ennogo blade resource.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке лопатки рабочего колеса первой ступени ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации и жесткостью пера лопатки, обеспечивающими возможность увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха в первой ступени и подачи воздушного потока в последующие ступени КНД на всех режимах работы двигателя, а также увеличение газодинамической устойчивости и ресурса без увеличения материалоемкости лопатки.The problem solved by the group of inventions, united by a single creative concept, is to develop the blades of the impeller of the first stage of the rotor of a low-pressure compressor of a gas turbine engine with improved structural and aerodynamic parameters of the spatial configuration and stiffness of the blade’s pen, which provide the possibility of increasing the flow rate of the compressible working fluid - air in the first stage and air flow in the subsequent stages of the low pressure valve at all engine operating modes, as well as an increase in gas stability and resource without increasing the material consumption of the scapula.

Поставленная задача решается тем, что лопатка рабочего колеса первой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса первой ступени с обеспечением угла α_к установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(17÷27)°; причем лопатка выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом G_y.п, изменения указанного угла установки профиля пера, имеющем в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe problem is solved in that the blade of the impeller of the first stage of the rotor, comprising a grooved disk, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour by the engine body, according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, intended for installation in any of the disk grooves of the first stage impeller secured _{to the} setting angle α profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane, rules battening to the radial axis of the blade having a root section of the pen _to a value α = (17 ÷ 27) °; moreover, the blade is made with the angle of installation of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G _y.p, changing the specified angle of installation of the profile of the pen, which has a projection on the conditional axial plane of the rotor with values in the range

G_y.п.=(α_п-α_к)/Н_ср=(124,0÷186,8) [град/м],G _y.p. = (α _p -α _k ) / N _sr = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],

где α_к - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; α_п - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки;where α _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α _p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades;

при этом перо лопатки выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом G_y.x. увеличения хорды,while the feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient G _yx increase chords,

G_y.x=(L_п.x.-L_к.x.)/H_cp=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м],G _yx = (L _p.x. -L _c.x. ) / H _cp = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки.where L _p.x - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blades in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blades; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N _cf - the average height of the feather blades.

Причем лопатка рабочего колеса первой ступени ротора может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, а каждый торец указанной полки выполнен с возможностью взаимного опирания на обращенные к нему ответные торцы антивибрационных полок смежных лопаток рабочего колеса.Moreover, the blade of the impeller of the first stage of the rotor can be equipped on both sides of the pen with an anti-vibration shelf located in the region of one third of the height of the feather from the peripheral end of the blade’s feather, and each end of this shelf can be mutually supported against the opposite ends of the anti-vibration shelves of adjacent blades facing it impeller.

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.- направлению полета), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки, при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол α_к установки профиля пера не менее угла α₀ установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in the np-direction of flight), and with a convex surface forming the back of the pen, convex in the opposite direction rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation, the chord connecting the inlet and outlet edges of the pen in the root zone, forms with the rotor axis in the projection onto said notional plane angle α _{to the} profile settings of the pen at least the angle α ₀ y SETTING blade root.

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью - корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).The blade feather can be made convex-concave with a concave surface — a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather facing convexly in the direction opposite to the rotation of the rotor and against clockwise rotation directions (view in n.p.).

Перо лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки.The blade feather can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade.

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face of the blade vane pen can be made beveled with a repetition of the curvature of the internal surface of the engine duct in the zone of the first stage of the low pressure valve with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the blade of the impeller as part of the low pressure cylinder rotor.

Поставленная задача по второму варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса первой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса первой ступени с обеспечением угла α_к установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(17÷27)°; причем лопатка выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом G_у.п. изменения указанного угла установки профиля пера, имеющем в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe task according to the second embodiment of the invention is solved in that the blade of the impeller of the first stage of the rotor, including the grooved disk, of a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour by the engine body, according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the first stage with an angle α _to set the profile of the pen to the axis of the rotor in the projection on the axial axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the feather of the blade, having the value α _к = (17 ÷ 27) ° in the root section of the feather; wherein the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G _{uniformizing parameter} changes in the specified angle of installation of the profile of the pen, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range

G_у.п=(α_п-α_к)/Н_ср=(124,0÷186,8) [град/м],G _USP = (α _p -α _k ) / N _cf = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],

где α_к - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; α_п - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки.where α _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α _p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

При этом перо лопатки может быть выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом G_у.х. увеличения хорды,In this case, the feather of the blade can be made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G _u.x. increasing chords,

G_y.x.=(L_п.x.-L_к.x.)/H_cp=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м],G _yx = (L _p.x. -L _c.x. ) / H _cp = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки.wherein L _p.x. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N _cf - the average height of the feather blades.

Лопатка рабочего колеса первой ступени ротора может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, а каждый торец указанной полки выполнен с возможностью взаимного опирания на обращенные к нему ответные торцы антивибрационных полок смежных лопаток рабочего колеса.The blade of the impeller of the first stage of the rotor can be equipped with an anti-vibration shelf on both sides of the pen located in the region of one third of the height of the pen from the peripheral end of the blade’s feather, and each end of this shelf can be mutually supported on the counter ends of the anti-vibration shelves of adjacent working blade vanes facing it wheels.

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол α_к установки профиля пера практически не менее угла α₀ установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction against rotation of the rotor and in the clockwise rotation direction (a view along bp), the chord connecting the inlet and outlet edges of the pen in the root zone, forms with the rotor axis in the projection onto said notional plane angle α _{to the} installation profile pen practically not less than the angle ₀ installation the blade root.

Поставленная задача по третьему варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса первой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса первой ступени с обеспечением угла α_к установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(17÷27)°; причем перо лопатки выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды G_у.х.,The task according to the third embodiment of the invention is solved in that the blade of the impeller of the first stage of the rotor, including the grooved disk, of a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour by the engine body, according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed to be installed in any of the grooves of the disk of the impeller of the first stage with an angle α _to set the profile of the pen to the axis of the rotor in the projection on the condition the axial axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the feather of the blade with α _k = (17 ÷ 27) ° in the root section of the feather; moreover, the blade feather is made with input and output edges diverging to the peripheral end face with a gradient of increasing chords G _u.kh. ,

G_у.x..=(L_п.x.-L_к.х.)/H_cp=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м],G _{u.x ..} = (L _p.x. -L _c.h. ) / H _cp = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],

Лопатка может быть выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом G_у.п. изменения указанного угла установки профиля пера, имеющем в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe blade may be formed with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G _{uniformizing parameter} changes in the specified angle of installation of the profile of the pen, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range

G_у.п.=(α_п-α_к)/Н_ср=(124,0÷186,8) [град/м], гдеG _{uniformizing parameter} = (α _p -α _k ) / N _sr = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m], where

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол α_к установки профиля пера не менее угла α₀ установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction against rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation (view in np), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms, with the rotor axis, the projection onto the said conditional plane, the angle α _{to the} installation of the pen profile is not less than the installation angle α ₀ shank of the scapula.

Максимальная толщина профиля пера лопатки может быть выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_{у т.}, равнымThe maximum thickness of the blade profile of the blade can be made the largest in the root section and decreasing in height of the feather to the peripheral end with a gradient of G _{at t} equal to

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_ср=(1,25÷1,53)·10^-2 [м/м],G _ut = (C _to -C _p ) / N _cf = (1.25 ÷ 1.53) · 10 ^-2 [m / m],

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; С_п - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки.where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With _p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

Поставленная задача по четвертому варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса первой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса первой ступени с обеспечением угла α_к установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(17÷27)°; причем максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_у.т., равнымThe task according to the fourth embodiment of the invention is solved in that the blade of the impeller of the first stage of the rotor, including the grooved disk, of a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour by the engine body, according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the first stage with an angle α _to set the profile of the pen to the axis of the rotor in projection on the oval axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the feather of the blade, having the value α _k = (17 ÷ 27) ° in the root section of the feather; wherein the maximum thickness of the profile of the blade is made greatest at the root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G _{of fuel equivalent} equal to

При этом лопатка может быть выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом G_у.п. изменения указанного угла установки профиля пера, имеющем в проекции на упомянутую условную осевую плоскость значения в диапазонеThus vane may be formed with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G _{uniformizing parameter} changes in the specified angle of installation of the profile of the pen, having in the projection onto said conditional axial plane values in the range

G_у.п.=(α_п-α_к)/Н_ср=(124,0÷186,8) [град/м],G _{uniformizing parameter} = (α _p -α _k ) / N _sr = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],

Перо лопатки может быть выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом G_у.x. увеличения хорды,The blade blade can be made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G _у.x. increasing chords,

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.x.)/H_cp=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м],G _uh = (L _p.h. -L _c.x. ) / H _cp = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера лопатки.where L _p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N _cf - the average height of the feather blades.

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера, в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол α_к установки профиля пера не менее угла α₀ установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction against rotation of the rotor and in the direction of rotation of the clockwise direction (view in np), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms an angle α with the axis of the rotor in the projection onto the said conditional plane _to set the pen profile to at least angle α ₀ setting shank of the scapula.

Технический результат группы изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков лопатки рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,2% при повышении ресурса лопатки в 2 раза.The technical result of the group of inventions, achieved by the given set of essential features of the impeller blade of the first stage of the rotor KND GTD, is to increase the efficiency and expand the range of compressor gas-dynamic stability modes by 2.2% with a 2-fold increase in the resource of the blade.

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

на фиг. 1 изображена лопатка рабочего колеса первой ступени, вид сбоку;in FIG. 1 shows a blade of the impeller of the first stage, side view;

на фиг. 2 - лопатка рабочего колеса первой ступени, вид сверху;in FIG. 2 - the blade of the impeller of the first stage, top view;

на фиг. 3 - перо лопатки рабочего колеса первой ступени, поперечный разрез;in FIG. 3 - feather blades of the impeller of the first stage, a cross section;

на фиг. 4 - фрагмент диска рабочего колеса первой ступени с пазами для установки хвостовиков лопаток, фронтальная проекция.in FIG. 4 - a fragment of the disk of the impeller of the first stage with grooves for installing the shanks of the blades, frontal projection.

Газотурбинный двигатель включает компрессор низкого давления, турбину низкого давления, компрессор высокого давления, турбину высокого давления и силовую турбину. В группе изобретений, объединенных единых творческим замыслом, лопатка рабочего колеса первой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД, содержащего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо 1 с радиальной осью, хвостовик 2 с продольной осью. Хвостовик 2 предназначен для установки в любой из пазов 3 диска 4 рабочего колеса первой ступени с обеспечением угла α_к установки профиля пера 1 к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера 1 лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(17÷27)°.The gas turbine engine includes a low pressure compressor, a low pressure turbine, a high pressure compressor, a high pressure turbine and a power turbine. In the group of inventions, united by a single creative concept, the impeller blade of the first stage of the rotor of a low-pressure gas turbine compressor, containing a flow part limited by the peripheral contour of the engine body, contains feather 1 with a radial axis, shaft 2 with a longitudinal axis. The shank 2 is designed to be installed in any of the grooves 3 of the disk 4 of the first stage impeller with an angle α _to set the profile of pen 1 to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of feather 1 of the blade, which has a value in the root section of the pen α _k = (17 ÷ 27) °.

Лопатка выполнена с углом установки профиля пера 1 относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом G_у.п. изменения указанного угла α_к установки профиля, имеющем в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe blade installation angle is formed with the profile 1 the pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G _{uniformizing parameter} changes in the specified angle α _{to the} installation profile, having in the projection on the said conditional axial plane of the rotor values in the range

G_у.п.=(α_п-α_к)/H_cp=(124,0÷186,8) [град/м],G _{uniformizing parameter} = (α _p -α _k ) / H _cp = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],

где α_к - проекция угла установки профиля пера 1 в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси лопатки; α_п - проекция угла установки профиля пера 1 в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси лопатки; Н_ср - средняя высота пера 1 лопатки.where α _to - the projection angle of the profile of the pen 1 in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the blade; α _p - the projection angle of the profile of the pen 1 in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the blade; H _cf - the average height of the pen 1 scapula.

Перо 1 лопатки выполнено с входной и выходной кромками 5 и 6 соответственно, расходящимися к периферийному торцу 7 с градиентом увеличения хорды G_у.х.,The feather 1 of the blade is made with the inlet and outlet edges 5 and 6, respectively, diverging to the peripheral end 7 with a gradient of increasing chords G _u.kh. ,

G_y.x.=(L_п.x.-L_к.х.)/H_ср=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м],G _yx = (L _p.x.- L _k.h. ) / H _cf = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Н_ср - средняя высота пера 1 лопатки.wherein L _p.x. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges 5 and 6 of the pen 1 of the blade in a conditional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the blade feather; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges 5 and 6 of the pen 1 of the blade in a conditional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the blade feather; H _cf - the average height of the pen 1 scapula.

Лопатка рабочего колеса первой ступени ротора снабжена с двух сторон пера 1 антивибрационной полкой 8, расположенной в зоне одной трети высоты пера 1 от периферийного торца 7 пера 1 лопатки. Каждый торец 9 указанной полки 8 выполнен с возможностью взаимного опирания на обращенные к нему ответные торцы антивибрационных полок смежных лопаток рабочего колеса.The blade of the impeller of the first stage of the rotor is equipped on both sides of the pen 1 with an anti-vibration shelf 8 located in the area of one third of the height of the pen 1 from the peripheral end 7 of the pen 1 of the blade. Each end 9 of the specified shelf 8 is made with the possibility of mutual support on facing the reciprocal ends of the anti-vibration shelves of adjacent blades of the impeller.

Перо 1 лопатки выполнено выпукло-вогнутым профилем. Вогнутая поверхность профиля пера в виде корыта 10 выполнена обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета). Выпуклая поверхность профиля пера 1, образующая спинку 11 пера, выполнена обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.). Хорда 12, соединяющая входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 в корневой зоне 13, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол α_к установки профиля пера 1 не менее угла α₀ установки хвостовика 2 лопатки.The feather 1 of the blade is made convex-concave profile. The concave surface of the pen profile in the form of a trough 10 is made by facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np - direction of flight). The convex surface of the profile of the pen 1, forming the back of the pen 11, is made convex in the direction opposite to the rotation of the rotor and in the direction of rotation of the clockwise direction (view on n.p.). The chord 12 connecting the input and output edges 5 and 6 of the pen 1 in the root zone 13 forms an angle α _{to the} installation profile of the pen 1 with the axis of the rotor in the projection onto the conditional plane of at least angle α _{0 of the} installation of the shank 2 of the blade.

Вариантно перо 1 лопатки выполнено выпукло-вогнутым профилем с вогнутой поверхностью - корытом 10, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 11 пера 1, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).Variant feather 1 of the blade is made of a convex-concave profile with a concave surface - a trough 10 facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (view in n.p.), and with a convex surface forming the backrest 11 of feather 1, facing convex in the opposite direction rotor rotation and counterclockwise rotation direction (view in np).

Перо 1 лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 11 и корыта 10 относительно хорды 12, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки.The feather 1 of the blade is made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back 11 and trough 10 relative to the chord 12 connecting the input and output edges 5 and 6 of the feather 1 of the blade.

Максимальная толщина профиля пера 1 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера 1 к периферийному торцу 7 с градиентом G_у.т. равнымThe maximum thickness of the blade profile of the pen 1 is made greatest at the root section and of decreasing height pen 1 to a peripheral end face 7 with a gradient G _{of fuel equivalent} equal

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера 1 лопатки; С_п - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера 1 лопатки; Н_ср - средняя высота пера 1 лопатки.where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen 1 of the scapula; With _p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen 1 of the scapula; H _cf - the average height of the pen 1 scapula.

Периферийный торец 7 пера 1 лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face 7 of the pen 1 of the blade is made beveled with a repetition of the curvature of the inner surface of the engine duct in the zone of the first stage of the low pressure valve with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the blade of the impeller in the rotor of the low pressure sensor.

Лопатку рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД поэтапно изготавливают из прутка авиационного сплава. На первом этапе отрезают фрагмент прутка требуемой длины, из которого электровысадкой с последующей механической обработкой выполняют заготовку лопатки с локальными утолщениями на участках расположения хвостовика 2 и антивибрационной полки 8. На следующем этапе заготовку подвергают общему нагреву в электропечи до состояния термопластичности и выполняют горячую объемную штамповку, используя штамп, состоящий из двух ответно профилированных полуматриц. Рабочая поверхность одной из полуматриц штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности спинки 11 пера 1 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 10 пера 1 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 2.The blade of the impeller of the first stage of the rotor KND GTD is stage-by-stage made from the bar of an aircraft alloy. At the first stage, a fragment of the rod of the required length is cut, from which the blade blank with local thickenings in the areas of the shank 2 and the anti-vibration shelf 8 is made by electric upsetting, and the blank is subjected to general heating in an electric furnace to the state of thermoplasticity and hot stamping is performed, using a stamp consisting of two reciprocal profiled half-matrices. The working surface of one of the die semi-matrices includes a section whose shape is made of the mating spatial surface of the back 11 of the pen 1 of the blade. The working surface of the other half-matrix of the stamp includes a section whose shape is made of the mating spatial surface of the trough 10 of the pen 1 of the scapula. After that, the blade is subjected to mechanical processing, including grinding the flap milling, pulling the shank 2.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 1 и антивибрационной полки 8 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 9 антивибрационной полки 8 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.The refinement of the streamlined surfaces of the profiles of the pen 1 and anti-vibration shelves 8 is performed by milling and subsequent polishing. The contact ends 9 of the anti-vibration shelf 8 are strengthened by applying a high-strength layer to them.

Изготовленная таким образом лопатка состоит из объединенных в одно целое пера 1 с хвостовиком 2 и антивибрационной полкой 8, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД.The blade made in this way consists of a single pen 1 with a shank 2 and an anti-vibration shelf 8, made as a segment of the assembled ring of the blade ring of the impeller of the first stage of the rotor of the gas turbine engine.

Профиль пера лопатки имеет следующие геометрические параметры:The profile of the feather blade has the following geometric parameters:

- в корневом сечении профиль пера 1 лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля С_mах=5,59 мм; длина хорды пера - 61,5 мм; угол α_к установки профиля пера 1 к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки, составляет 22°;- in the root section, the profile of the pen 1 of the blade is made with a maximum thickness of the profile With _max = 5.59 mm; pen chord length - 61.5 mm; the angle α _{to the} installation of the profile of the pen 1 to the axis of rotation of the rotor in the projection onto the axial plane of the latter, normal to the axis of the pen blade, is 22 °;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля C_max=2,08 мм; длина хорды пера принята 82 мм; угол α_к установки профиля пера к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки, составляет 60°;- in the peripheral section, the profile of the blade feather is made with a maximum profile thickness C _max = 2.08 mm; feather chord length adopted 82 mm; the angle α _{to the} installation of the profile of the pen to the axis of rotation of the rotor in the projection onto the axial plane of the latter, normal to the axis of the pen blade, is 60 °;

- средняя высота H_ср, профиля пера 1 составляет 245 мм.- the average height H _cf , the profile of the pen 1 is 245 mm

Антивибрационная полка 8 лопатки выполнена с максимальной толщиной 5 мм и размещена на среднем радиусе от оси вращения ротора, принятым 388 мм, с контактными поверхностями, выполненными под углом 25° к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки.The anti-vibration shelf 8 of the blade is made with a maximum thickness of 5 mm and is placed on the average radius from the axis of rotation of the rotor, taken 388 mm, with contact surfaces made at an angle of 25 ° to the axis of rotation of the rotor in the projection onto the axial plane of the latter, normal to the axis of the blade blade.

Лопатка выполнена для фиксации на диске рабочего колеса вала ротора путем установки хвостовика 2 в пазу 3 обода диска 4.The blade is made for fixing on the disk of the impeller of the rotor shaft by installing the shank 2 in the groove 3 of the rim of the disk 4.

При работе компрессора каждая лопатка рабочего колеса первой ступени ротора КНД взаимодействует с рабочим телом, передавая последнему кинетическую и потенциальную энергию. В результате возникает направленный к выходу из лопаточного венца рабочего колеса поток сжимаемого рабочего тела, который поступает из межлопаточных каналов лопаточного венца рабочего колеса ротора на лопатки и в межлопаточные каналы направляющего аппарата статора первой ступени. После выравнивания в направляющем аппарате поток поступает в последующие ступени КНД.When the compressor is operating, each blade of the impeller of the first stage of the KND rotor interacts with the working fluid, transferring the kinetic and potential energy to the latter. The result is a flow of a compressible working fluid directed towards the exit from the impeller rim of the impeller, which flows from the interscapular channels of the impeller rim of the rotor impeller to the blades and into the interscapular channels of the stator guide apparatus of the first stage. After alignment in the guiding apparatus, the flow enters the subsequent stages of the low pressure switch.

В процессе реализации разработанной в группе изобретений конструкции лопатки рабочего колеса первой ступени ротора КНД технический результат достигается только при установке лопатки в рабочем колесе с ориентацией профиля пера 1 в корневом сечении лопатки под углом α_к к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера 1, в указанном угловом диапазоне значений α_к=(17÷27)°, в сочетании с одновременным согласованным удовлетворением условий соответствия найденных в группе изобретений геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации и градиентов их изменения по высоте лопатки. При назначении угла α_к в корневом сечении лопатки, принятом из интервала значений α_к=(17÷27)°, найденного в изобретении с учетом углов установки профиля пера последующих ступеней ротора компрессора, достигают наиболее высокие значения КПД, ГДУ компрессора и ресурса лопатки.In the process of implementing the design of the impeller blade of the first stage of the KND rotor developed in the group of inventions, the technical result is achieved only when the blade is installed in the impeller with the profile of the pen 1 in the root section of the blade at an angle α _to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of pen 1, in the specified angular range of values α _к = (17 ÷ 27) °, in combination with the simultaneous coordinated satisfaction of the matching conditions found in the group of inventions geometrically x and aerodynamic parameters of the spatial configuration and the gradients of their change in height of the scapula. When assigning the angle α _to the root section of the blade, taken from the interval of values α _to = (17 ÷ 27) °, found in the invention, taking into account the installation angles of the pen profile of the subsequent stages of the compressor rotor, the highest values of efficiency, GDU of the compressor and resource of the blade reach.

При уменьшении угла α_к<17° существенно ограничивается диапазон газодинамической устойчивости работы компрессора, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва воздушного потока с выпуклой спинки 11 лопатки с результирующей потерей ГДУ. С увеличением угла α_к>27° возрастает риск срыва воздушного потока с корыта 10 пера 1 лопатки и снижается КПД. Кроме того, при увеличении угла α_к>27° неоправданно возрастают напряжения в лопатке на всех режимах работы КНД, что приводит к снижению ресурса, увеличению материалоемкости лопаток и в конечном счете к утяжелению компрессора и снижению эксплуатационной экономичности двигателя.When the angle α decreases _to <17 °, the range of gas-dynamic stability of the compressor operation is significantly limited, the efficiency of the stage decreases, and the risk of an accidentally dangerous disruption of the air flow from the convex back of the blade 11 with the resulting loss of the GDU increases. With an increase in the angle α _to > 27 °, the risk of disruption of the air flow from the trough 10 of the feather 1 of the blade increases and the efficiency decreases. In addition, with an increase in the angle α _to > 27 °, the voltage in the blade increases unjustifiably at all KND operation modes, which leads to a decrease in the resource, an increase in the material consumption of the blades, and ultimately to a heavier compressor and a decrease in the operational efficiency of the engine.

Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазонов градиентов G_у.п. по высоте H_ср пера 1 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера лопатки со значениями градиента G_у.п.<124,0 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы КНД, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 11 лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 12 пера 1 по высоте лопатки до значений градиента G_y.x., превышающих верхний принятый по изобретению предел G_y.x.>186,8 [град/м], приводит к недопустимому уменьшению угла раскрытия периферийного участка 14 пера 1 лопатки, что в свою очередь приводит к снижению КПД, негативному уменьшению диапазона ГДУ компрессора и недопустимому рассогласованию работы первой ступени ротора с последующими ступенями компрессора низкого давления.Similar processes take place with the receipt of a positive result when observed and a negative result when going beyond the boundaries of the gradient ranges G in. Found in the group of inventions _. height H _cf pen 1 scapula. When performing three-dimensional profile of the blade with the gradient values G _{uniformizing parameter} <124.0 [deg / m], the range of GDU operation of the low pressure switch is significantly limited, the efficiency of the stage drops, and the risk of an accidentally dangerous stall of the air flow from the convex back of the blade 11 increases with the resulting loss of the GDU. An increase in the ratio of the difference in the angles of installation of the chord 12 of the pen 1 along the height of the blade to values of the gradient G _yx that exceed the upper limit of the invention accepted by the invention G _yx > 186.8 [deg / m], leads to an unacceptable decrease in the opening angle of the peripheral section 14 of the pen 1 of the blade, which in turn, it leads to a decrease in efficiency, a negative reduction in the range of the compressor GDU and an unacceptable mismatch of the operation of the first stage of the rotor with the subsequent stages of the low-pressure compressor.

Градиент G_y.x. увеличения хорды 12 пера 1 лопатки по средней высоте Н_ср пера 1 лопатки характеризует парусность пера 1, образованную в результате углового расхождения входной и выходной кромок 5 и 6 пера 1 от втулки до периферийного торца 7.The gradient G _{yx of the} increase in the chord 12 of the pen 1 of the scapula along the average height H _{cp of the} pen 1 of the scapula characterizes the windage of pen 1, formed as a result of the angular divergence of the input and output edges 5 and 6 of pen 1 from the sleeve to the peripheral end 7.

Парусность пера 1 по высоте лопатки спрофилирована по упомянутому градиенту G_y.x. углового расширения хорды 12 пера с заявленным диапазоном G_y.x.=(7,2÷10,7)·10^-2 [м/м], что обеспечивает получение технического результата изобретения. Уменьшение отношения разности длин периферийной и корневой хорд пера 1 к средней высоте Н_ср пера (G_у.х.<7,2·10^-2) приводит к образованию недостаточной густоты заполнения периферийного кольцевого участка 14 площади поперечного сечения проточной части лопаточного венца периферийными участками 14 пера 1 лопаток в проекции на условную плоскость, нормальную к оси ротора. Как следствие возникает недопустимое снижение запаса ГДУ, сужение диапазона газодинамической устойчивости работы компрессора и существенному снижению КПД за счет возможного срыва воздушного потока со спинки 11 лопатки. Увеличение (G_y.x.>10,7·10^-2) приводит к неоправданному увеличению потерь от трения потока о профиль пера 1 лопатки и к снижению КПД компрессора.Sailing pen 1 along the height of the scapula is profiled according to the mentioned gradient G _{yx of the} angular expansion of the chord 12 of the pen with the stated range G _yx = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m], which provides a technical result of the invention. A decrease in the ratio of the difference between the lengths of the peripheral and root chords of the pen 1 to the average height H _{cp of the} pen (G _ux <7.2 · 10 ^-2 ) leads to the formation of insufficient density of filling the peripheral annular section 14 of the cross-sectional area of the flowing part of the shoulder blade with peripheral sections 14 pen 1 blades in the projection onto a conventional plane normal to the axis of the rotor. As a result, an unacceptable decrease in the GDU stock occurs, a narrowing of the range of gas-dynamic stability of the compressor and a significant decrease in efficiency due to the possible disruption of the air flow from the back of the blade 11. The increase (G _yx > 10.7 · 10 ^-2 ) leads to an unjustified increase in losses from friction of the flow on the profile of the pen 1 of the blade and to reduce the efficiency of the compressor.

Технический результат повышения ресурса лопатки в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 1 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента G_у.х.=(1,25÷1,53)·10^-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера 1 лопатки.The technical result of increasing the resource of the blade by two times is achieved subject to the condition of the ratio of the difference in thickness to the average height of the pen 1 of the blade, taken within the specified range of gradient values G _u.x. = (1.25 ÷ 1.53) · 10 ^-2 [m / m] due to the provision of the required static and dynamic stiffness with optimal material consumption of the profile of the pen 1 of the blade.

При значениях градиента G_y.т.<1,25·10^-2 [м/м] возникает излишнее повышение материалоемкости вследствие неоправданного реальными сочетаниями нагрузок увеличения толщины периферийной части лопатки, что приводит к завышению массы компрессора и снижению экономичности двигателя.With the values of the gradient G _y.t. <1.25 · 10 ^-2 [m / m] an excessive increase in material consumption occurs due to the increase in the thickness of the peripheral part of the blade that is not justified by real load combinations, which leads to an overestimation of the compressor mass and a decrease in engine efficiency.

При значениях градиента G_y.т.>1,53·10^-2 [м/м] требуемое повышение ресурса лопатки не достигается из-за снижения динамической прочности в процессе эксплуатации компрессора вследствие неоправданного возрастания параметров изгибных колебаний профиля пера 1 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.With the values of the gradient G _y.t. > 1.53 · 10 ^-2 [m / m] the required increase in the resource of the blade is not achieved due to a decrease in dynamic strength during operation of the compressor due to an unjustified increase in the parameters of bending vibrations of the pen profile 1 with an unacceptable decrease in the maximum thickness of the profile in the most loaded peripheral part of the length feather scapula.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров в вариантном исполнении лопатки рабочего колеса первой ступени достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя без увеличения материалоемкости лопатки.Thus, by improving the structural and aerodynamic parameters in the embodiment of the first stage impeller blades, an increase in efficiency and an expansion of the range of gas-dynamic stability modes of the engine’s low pressure are achieved without increasing the material consumption of the blade.

Claims

1. The blade of the impeller of the first stage of the rotor, which includes a grooved disk, a low-pressure compressor (KND) of a gas turbine engine (GTE) containing a flow part, which is limited along the peripheral circuit by the engine casing having a low-pressure turbine (LP), a high-pressure turbine ( HPT) and the power turbine (PT), characterized in that the blade comprises a pen to the radial axis, the shank having a longitudinal axis designed to be placed in any of the disk grooves of the first stage impeller secured _{to the} settings _of angle a and the profile of the pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen and the value _k = (17 ÷ 27) °; moreover, the blade is made with the angle of installation of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G _y.p changes the specified angle of installation of the profile of the pen, having a projection on the conditional axial plane of the rotor with values in the range
G _y.p. = ( a _p - a _k ) / N _cf = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],
where a _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the pen blade; and _p is the projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades;
while the feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient G _yx increase chords,
G _yx = (L _p.h. -L _k.h. ) / H _cf = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],
where L _p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; H _cf - the average height of the feather blades.

2. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 1, characterized in that it is provided on both sides of the pen with an anti-vibration shelf located in the region of one third of the height of the pen from the peripheral end of the blade pen, and each end of the specified shelf is made to be supported against each other mating ends of anti-vibration shelves of adjacent impeller blades to it.

3. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in the n.p. direction of flight) , and with a convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation, while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms with the axis of the rotor in projection onto the mentioned condition ovnoy plane angle a _{to the} installation profile of the pen is not less than angle a ₀ installation of the shank of the blade.

4. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface - a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (NP view), and with a convex the surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and against the direction of rotation of the clockwise direction (view by n.p.).

5. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is made variable in width and height of the feather with a thickness defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the blade feather.

6. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 1, characterized in that the peripheral end of the feather of the blade is made beveled with a repetition of the curvature of the inner surface of the engine duct in the area of the first stage of the low pressure valve with a decrease in radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unhindered rotation of the blades of the impeller in the rotor of the KND engine.

7. The blade of the impeller of the first stage of the rotor, which includes a grooved disk, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine (HPH), a high pressure turbine (HPT) and a power turbine ( CT), characterized in that the blade contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the first stage with an angle a _{to the} installation profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen and the value _k = (17 ÷ 27) °; moreover, the blade is made with the angle of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G _y.p. changes in the specified angle of installation of the profile of the pen, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range
G _y.p. = ( a _p - a _k ) / H _cf = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],
where a _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the pen blade; and _p is the projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

8. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 7, characterized in that the feather of the blade is made with inlet and outlet edges diverging to the peripheral end with a gradient G _yx increasing the chord,
G _yx = (L _p.x. -L _c.x. ) / H _cp = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],
where L _p.x is the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the blade feather in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the blade feather; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; H _cf - the average height of the feather blades.

9. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 7, characterized in that it is equipped on both sides of the pen with an anti-vibration shelf located in the region of one third of the height of the pen from the peripheral end of the blade pen, and each end of the specified shelf is made with the possibility of mutual support mating ends of anti-vibration shelves of adjacent impeller blades to it.

10. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 7, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np), and a convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation (np view), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms with the rotor axis in the projection onto mentioned conditional The angle α _{to the} installation profile of the pen is practically not less than the angle α _{0 to the} installation of the shank of the blade.

11. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 7, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface - a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (NP view), and with a convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and against the direction of rotation of the clockwise direction (view by n.p.).

12. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 7, characterized in that the blade feather is made variable in width and height of the feather with a thickness defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the blade feather.

13. The blade of the impeller of the first stage of the rotor, which includes a grooved disk, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine (HPH), a high pressure turbine (HPT) and a power turbine ( ST), characterized in that the blade comprises a pen to the radial axis, the shank having a longitudinal axis designed to be placed in any of the disk grooves of the first stage impeller secured _{to the} angle and the installation profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen and the value _k = (17 ÷ 27) °; moreover, the feather blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of increasing chords G _yx ,
G _y.x. = (L _p.h. -L _k.h. ) / H _cf = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],
where L _p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N _cf - the average height of the feather blades.

14. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to p. 13, characterized in that it is equipped on both sides of the pen with an anti-vibration shelf located in the area of one third of the height of the pen from the peripheral end of the blade pen, and each end of the specified shelf is made with the possibility of mutual support mating ends of anti-vibration shelves of adjacent impeller blades to it.

15. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 13, characterized in that the blade is made with the angle of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G _y.p changes the specified angle of installation of the profile pen, having in the projection on the said conditional axial plane of the rotor values in the range
G _{uniformizing parameter} = ( a _p - a _k ) / N _cf = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],
where a _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the pen blade; and _p is the projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

16. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to p. 13, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np), and a convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation (np view), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms with the rotor axis in the projection onto mentioned conditional oskost angle and _to install the profile of the pen at least the angle a ₀ setting of the blade root.

17. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 13, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface - a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (view in np), and with a convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and against the direction of rotation of the clockwise direction (view by n.p.).

18. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 13, characterized in that the feather of the blade is made variable in width and height of the feather with a thickness defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the blade feather.

19. The blade of the impeller of the first stage rotor according to claim. 13, characterized in that the maximum thickness of the profile of the blade is made greatest at the root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G _{of fuel equivalent} equal to
G _ut = (C _to -C _p ) / N _cf = (1.25 ÷ 1.53) · 10 ^-2 [m / m],
where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With _p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

20. The blade of the impeller of the first stage of the rotor, which includes a grooved disk, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine (HPH), a high pressure turbine (HPT) and a power turbine ( ST), characterized in that the blade comprises a pen to the radial axis, the shank having a longitudinal axis designed to be placed in any of the disk grooves of the first stage impeller secured _{to the} angle and the installation profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen and the value _k = (17 ÷ 27) °; wherein the maximum thickness of the profile of the blade is made greatest at the root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G _{of fuel equivalent} equal to
G _ut = (C _to -C _p ) / N _cf = (1.25 ÷ 1.53) · 10 ^-2 [m / m],
where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With _p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

21. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 20, characterized in that the blade is made with the angle of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G _y.p changes the specified angle of installation of the profile pen having a projection on the said conditional axial plane values in the range
G _{uniformizing parameter} = ( a _p - a _k ) / N _cf = (124.0 ÷ 186.8) [deg / m],
where a _to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the pen blade; and _p is the projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N _cf - the average height of the feather blades.

22. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to p. 20, characterized in that the feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G _u increasing chords,
G _uh = (L _p.h. -L _k.h. ) / H _cf = (7.2 ÷ 10.7) · 10 ^-2 [m / m],
where L _p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N _cf - the average height of the feather blades.

23. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to p. 20, characterized in that it is equipped on both sides of the pen with an anti-vibration shelf located in the region of one third of the height of the pen from the peripheral end of the blade pen, and each end of the specified shelf is made with the possibility of mutual support mating ends of anti-vibration shelves of adjacent impeller blades to it.

24. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 20, characterized in that the feather of the blade is convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np), and the convex surface forming the back of the pen, convex to the side against the rotation of the rotor and in the direction of rotation of the clockwise direction (view in np), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms with the rotor axis in the projection to the mentioned conditional the gloss angle a _{to the} installation profile of the pen is not less than the angle a _{0 of the} installation of the shank of the blade.

25. The blade of the impeller of the first stage of the rotor according to claim 20, characterized in that the peripheral end of the feather of the blade is beveled with the repetition of the curvature of the inner surface of the engine duct in the zone of the first stage of the low pressure valve with a decrease in radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unhindered rotation of the blades of the impeller in the rotor of the KND engine.