RU2603222C1 - Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) - Google Patents
Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603222C1 RU2603222C1 RU2015132487/06A RU2015132487A RU2603222C1 RU 2603222 C1 RU2603222 C1 RU 2603222C1 RU 2015132487/06 A RU2015132487/06 A RU 2015132487/06A RU 2015132487 A RU2015132487 A RU 2015132487A RU 2603222 C1 RU2603222 C1 RU 2603222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- rim
- rotor
- blade
- stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления стационарных газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to low-pressure compressors of stationary gas turbine engines.
Известен диск третьей ступени ротора осевого компрессора низкого давления (КНД) авиационного двигателя, включенный в систему дисков вала рабочих колес ротора компрессора. Диск рабочего колеса включает обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты. На ободе диска 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 disk of the third stage of the rotor of the axial low-pressure compressor (LPC) of the aircraft engine, included in the disk system of the impeller shaft of the compressor rotor. The impeller disk includes a rim, a web, a hub, an annular collar with a flange and holes in it for tight bolts. On the rim of the disk, wedge-shaped annular recesses are made, which form an annular groove of the “dovetail” type for contact with wedge-shaped annular protrusions at the ends of the shelves of the working blades (RU 2269678 C1, publ. 02.10.2006).
Известен диск третьей ступени ротора компрессора низкого давления авиационного двигателя, включенный в систему из четырех дисков, образующих силовую оболочку вала ротора компрессора. Диск содержит обод для установки и приведения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления двигателя (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. Москва. Наука, 2011, стр. 249-259)Known disk of the third stage of the rotor of the low-pressure compressor of an aircraft engine, included in a system of four disks forming the power shell of the shaft of the compressor rotor. The disk contains a rim for installing and driving the rotor blades in communication with the shaft of the low-pressure turbine of the engine (NN Sirotin, AS Novikov, AG Paykin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aviation gas turbine engines and power plants in the CALS technology system.
К недостаткам известных решений относятся отсутствие системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска, влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия диска ротора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой ориентации упомянутых пазов в ободе диска, 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 при минимуме материалоемкости диска.The disadvantages of the known solutions include the lack of a system for selecting the set of necessary parameters for the general configuration of the disk, affecting the area of the flow section of the flow passage and the placement on the rim of grooves and blades that form the aerodynamic processes of interaction of the rotor disk with the flow of the working fluid, due to the lack of specification of the ranges of geometric and aerodynamic parameters of the spatial disk configuration and angular orientation of the said grooves in the disk rim, as well as the difficulty of compromising meat coupling efficiency elevated values stocks dynamic stability (CDB) of the compressor and as a consequence, the complexity of optimal dynamic strength and increased life with a minimum of material consumption drive.
Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единых творческим замыслом, состоит в разработке диска рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (ГТД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации, обеспечивающими сохранение диском геометрии в процессе эксплуатации при действии эксплуатационных нагрузок, обеспечение точности геометрии межлопаточных каналов и формы решетки совместно с рабочими лопатками, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД третьей ступени, подачи воздушного потока в последующую ступень КНД при повышении запасов ГДУ на всех режимах работы двигателя и ресурса без увеличения материалоемкости.The problem solved by a group of inventions, united by a single creative concept, is to develop a third-stage impeller disk of the rotor of a low-pressure compressor of a gas turbine engine (GTE) with improved structural and aerodynamic parameters of the spatial configuration, ensuring the geometry of the disk during operation under operating loads, ensuring the accuracy of the geometry of the interscapular channels and the shape of the lattice together with the working blades sufficient to increase I consumption of a compressible working fluid - air, efficiency of the third stage, supply of air flow to the next stage of the low pressure valve with an increase in gas supply at all engine operating modes and resource without increasing material consumption.
Поставленная задача решается тем, что диск третьей ступени вала ротора компрессора низкого давления (КНД) стационарного газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, в которой размещены рабочие лопатки ротора, имеющие хвостовик и перо с продольной осью, а вал выполнен полым, барабанно-дисковой конструкции с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой и сообщен с турбиной низкого давления (ТНД) с возможностью передачи крутящего момента, согласно изобретению, выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом радиус диска Rд от оси до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,59÷0,84) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, причем обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических полок обода и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине третьей ступени вала ротора, при этом тыльная полка обода диска выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска на ширину, достаточную для контакта и неразъемного силового соединения через кольцевую проставку с полотном последующего диска четвертой ступени, а для разъемного соединения через проставку с диском предшествующей ступени в полотне диска под ободом выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,3÷7,9) [ед/рад], кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой пазов для хвостовиков лопаток, продольная ось каждого из которых образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(17÷25)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(7,7÷10,6) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки, при этом полотно диска снабжено с тыльной стороны по ходу рабочего тела кольцевым коническим элементом для силового соединения с ответным коническим элементом цапфы задней опоры вала ротора, при этом конический элемент выполнен с наклоном образующей к оси вала ротора под углом β, составляющим не менее 48°.The problem is solved in that the disk of the third stage of the rotor shaft of the low pressure compressor (KND) of a stationary gas turbine engine (GTE), having a housing with a flowing part tapering from the inlet, in which rotor blades are located, having a shank and a feather with a longitudinal axis, and the shaft made hollow, drum-disk design with an axial spline pipe located inside it and connected to a low pressure turbine (HPH) with the possibility of transmitting torque, according to the invention, is made in the form of a single element, including the rim, turning into a hub-reinforced web with a central hole, while the radius of the disk R d from the axis to the outer surface of the rim in the middle plane of the web is (0.59 ÷ 0.84) from the radius R of the item the peripheral contour of the flowing part in the indicated plane, the disk rim being connected to the web with the formation of different-shouldered annular conical flanges of the rim and made into the flowing part with the formation of the internal contour of the latter on the axial length of the third stage of the rotor shaft, while the rear flange of the disk rim is made to extend beyond pen working blades of the disk to a width sufficient for contact and permanent power connection through an annular spacer with the canvas of the subsequent disk of the fourth stage, and for removable connection through a spacer with a disk of the previous step in the disk sheet under the rim made holes for fasteners spaced around the circumference with an angular frequency (5.3 ÷ 7.9) [units / rad], in addition, the rim of the disk from the side facing the flow part, in the section of axial width, commensurate with the projection of the width of the pen on the conditional axial plane passing through the axis of the rotor shaft and combined with the longitudinal axis of the blade feather, is equipped with a system of grooves for the shanks of the blades, the longitudinal axis of each of which forms with the axis of the rotor in the pr projection on a notional axial plane normal to the longitudinal axis of the blade, the angle α of the shank of the blade, in a certain range of values of α = (17 ÷ 25) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disc at an angular frequency Y n = (7,7 ÷ 10.6) [units / rad] and are made in cross section, with lateral faces forming an element of the castle connection with the shank of the blade, while the disk blade is provided with a ring conical element on the back side along the working fluid for power connection with the mating journal conical element back support shaft and the rotor, while the conical element is made with an inclined generatrix to the axis of the rotor shaft at an angle β of at least 48 °.
При этом конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска может быть выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост», а базовые поверхности боковых граней паза встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью и подошвой паза γ=(56÷80)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.In this case, the configuration of the cross section of each groove in the rim of the disk can be made under lock connection with a shank of the dovetail type, and the base surfaces of the side faces of the groove are tilted one against the other with the formation of angles γ between the side face and the bottom of the groove γ = (56 ÷ 80) °, while the transition from the side face to the sole is made smooth with a constant or variable radius in the cross section.
Поставленная задача по второму варианту решается тем, что диск третьей ступени вала ротора компрессора низкого давления стационарного газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, в которой размещены рабочие лопатки ротора, имеющие хвостовик и перо с продольной осью, а вал выполнен полым, барабанно-дисковой конструкции с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой и сообщен с турбиной низкого давления с возможностью передачи крутящего момента, согласно изобретению, выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом радиус диска Rд от оси до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,59÷0,84) от радиуса Rп.ч.. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, причем обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических полок обода и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине третьей ступени вала ротора, кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой пазов для хвостовиков лопаток, продольная ось каждого из которых образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(17÷25)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(7,7÷10,6) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки.The task of the second embodiment is solved in that the disk of the third stage of the rotor shaft of the low pressure compressor of a stationary gas turbine engine having a housing with a flowing part tapering from the inlet, in which rotor blades having a shank and a feather with a longitudinal axis are placed, and the shaft is made hollow, a drum-disk design with an axial spline tube located inside it and connected to a low-pressure turbine with the possibility of transmitting torque, according to the invention, is made in the form of a single element including the rim, turning into a hub-reinforced web with a central hole, while the radius of the disk R d from the axis to the outer surface of the rim in the middle plane of the web is (0.59 ÷ 0.84) from the radius R of the item . the peripheral contour of the flowing part in the indicated plane, the rim of the disk being connected to the blade with the formation of raznoplechnyh annular conical flanges of the rim and made going to the flowing part with the formation of the inner contour of the latter on the axial length of the third stage of the rotor shaft, in addition, the rim of the disk from the side facing to the flow part, in the area of axial width, commensurate with the projection of the width of the pen on the conditional axial plane passing through the axis of the rotor shaft and combined with the longitudinal axis of the blade feather, is equipped with a system the basics for the shanks of the blades, the longitudinal axis of each of which forms with the axis of the rotor in projection on the conditional axial plane normal to the longitudinal axis of the blade feather, the angle α of the blade shaft installation, defined in the range of α = (17 ÷ 25) °, and the grooves are uniformly spaced around the perimeter of the disk with an angular frequency Y p = (7.7 ÷ 10.6) [units / rad] and are made in cross section, with side faces forming an element of the castle connection with the shank of the blade.
При этом полотно диска может быть снабжено с тыльной стороны по ходу рабочего тела кольцевым коническим элементом для силового соединения с ответным коническим элементом цапфы задней опоры вала ротора, при этом конический элемент выполнен с наклоном образующей к оси вала ротора под углом β, составляющим не менее 48°.In this case, the disk blade can be provided on the back side along the working fluid with an annular conical element for power connection with a mating conical element of the journal of the rear support of the rotor shaft, while the conical element is made with an inclination of generatrix of the rotor shaft at an angle β of at least 48 °.
Тыльная полка обода диска может быть выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска на ширину, достаточную для контакта и неразъемного силового соединения через кольцевую проставку с полотном последующего диска четвертой ступени, а для разъемного соединения через проставку с диском предшествующей ступени в полотне диска под ободом выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,3÷7,9) [ед/рад].The rear shelf of the rim of the disk can be made protruding beyond the size of the pen of the working blade of the disk to a width sufficient for contact and one-piece power connection through an annular spacer with the canvas of the subsequent disk of the fourth stage, and for detachable connection through a spacer with the disk of the previous stage in the disk canvas under the rim holes for fasteners spaced around the circumference with an angular frequency (5.3 ÷ 7.9) [units / rad].
Конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска может быть выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост», а базовые поверхности боковых граней паза встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью и подошвой паза γ=(56÷80)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.The cross-sectional configuration of each groove in the rim of the disk can be made under the lock connection with a shank of the “dovetail” type, and the base surfaces of the side faces of the groove are tilted one against the other with the formation of angles γ between the side face and the bottom of the groove γ = (56 ÷ 80 ) °, while the transition from the side face to the sole is made smooth with a constant or variable radius in the cross section.
Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков диска рабочего колеса третьей ступени ротора КНД ГТД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,1% при повышении ресурса диска в 2 раза.The technical result of the invention, achieved by the above set of essential features of the impeller disk of the third stage of the rotor KND GTE, is to increase the efficiency and expand the range of regimes of gas-dynamic stability of the compressor by 2.1% while increasing the disk resource by 2 times.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 изображен диск третьей ступени вала ротора КНД, продольный разрез;in FIG. 1 shows a disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, a longitudinal section;
на фиг. 2 - фрагмент обода диска третьей ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;in FIG. 2 - a fragment of the rim of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, frontal projection;
на фиг. 3 - фрагмент диска третьей ступени вала ротора КНД, вид сбоку;in FIG. 3 - a fragment of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, side view;
на фиг. 4 - паз в ободе диска третьей ступени вала ротора КНД, продольный разрез.in FIG. 4 - groove in the rim of the disk of the third stage of the shaft of the rotor KND, longitudinal section.
Стационарный газотурбинный двигатель имеет корпус 1 с сужающейся от входа проточной частью 2, в которой размещены рабочие лопатки ротора, имеющие хвостовик и перо с продольной осью. Вал ротора выполнен полым, барабанно-дисковой конструкции с расположенной внутри него осевой шлицевой трубой 3 и сообщен с турбиной низкого давления с возможностью передачи крутящего момента.The stationary gas turbine engine has a
Диск третьей ступени вала ротора компрессора низкого давления выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 4, переходящий в полотно 5, усиленное ступицей 6 с центральным отверстием 7. Радиус диска Rд от оси 8 вала ротора до внешней поверхности 9 обода 4 в средней плоскости полотна 6 составляет (0,59÷0,84) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части 2 в указанной плоскости.The disk of the third stage of the rotor shaft of the low-pressure compressor is made in the form of a single element including a
Обод 4 диска асимметрично соединен с полотном 5 диска с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок - фронтальной полки 10 и тыльной полки 11. Обод 4 диска выполнен выходящим в проточную часть 2 с образованием внутреннего контура последней на осевой длине третьей ступени вала ротора. Тыльная полка 11 обода 4 диска выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска на ширину, достаточную для контакта и неразъемного силового соединения через кольцевую проставку (не показано) с полотном последующего диска четвертой ступени для передачи крутящего момента от ТНД и радиальных и осевых усилий от диска четвертой ступени. Для разъемного соединения через проставку (не показано) с диском предшествующей ступени в полотне 5 диска под ободом 4 выполнены отверстия 12 под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,3÷7,9) [ед/рад].The
Обод 4 диска со стороны, обращенной к проточной части 2, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось 8 вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой пазов 13 для хвостовиков лопаток. Продольная ось подошвы 14 каждого из пазов 13 образует с осью 8 вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(17÷25)°. Пазы 13 равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотойThe
Yп=N/2π=(7,7÷10,6) [ед/рад],Y p = N / 2π = (7.7 ÷ 10.6) [units / rad],
где N - число пазов в ободе диска.where N is the number of grooves in the rim of the disk.
Пазы 13 выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 15, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки.The
Полотно 5 диска снабжено с тыльной стороны по ходу рабочего тела кольцевым коническим элементом 16 для силового соединения с ответным коническим элементом цапфы задней опоры вала ротора. Конический элемент 16 выполнен с наклоном образующей к оси вала ротора под углом β, составляющим не менее 48°.The
Конфигурация поперечного сечения каждого паза 13 в ободе 4 диска выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост». Базовые поверхности боковых граней 15 паза 13 встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью 15 и подошвой 14 паза γ=(56÷80)°. Переход от боковой грани 15 к подошве 14 выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.The configuration of the cross section of each
Диск третьей ступени КНД ГТД изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 6, полотно 5 и обод 4. Профили полотна 5 и ступицы 6 формируют обтачиванием заготовки с последующей полировкой.The disk of the third stage KND GTD is made by forging from a forgings in the form of a single element, including a solid
Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 25 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 150 мм; средняя толщина полотна - 5 мм; ширина обода - 43 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска - 509 мм и 517 мм соответственно; угол наклона внешней поверхности 9 обода 4 диска - 6°.The manufactured disk 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; minimum and maximum diameters of the outer surface of the rim of the disk - 509 mm and 517 mm, respectively; the angle of inclination of the
На внешней стороне обода 4 выполняют протягиванием замковые пазы 13 для крепления лопаток в количестве 57 штук. Пазы 13 выполнены со следующими геометрическими параметрами: угол наклона к донной плоскости контактных с хвостовиком лопатки боковых граней 15 паза составляет 70°; ширина подошвы паза - 16,5 мм; угол оси α паза 13 относительно оси 8 вала ротора в проекции на условную плоскость, проведенную через указанную ось вала ротора нормально к радиусу, проходящему через среднюю точку оси паза, составляет 22°.On the outer side of the
При запуске газотурбинного двигателя диск третьей ступени приводится во вращение крутящим моментом, передаваемым от ТНД, и включает в работу лопатки рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание рабочего тела в КНД. Одновременно диск воспринимает центробежные нагрузки и через конический кольцевой элемент 16 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.When starting a gas turbine engine, the third-stage disk is driven into rotation by the torque transmitted from the high-pressure pump, and turns on the impeller blades. As a result, the working fluid is injected into the CPV. At the same time, the disk accepts centrifugal loads and, through the conical ring element 16, transfers radial and axial loads to the rotor shaft supports.
Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса третьей ступени ротора КНД, а именно радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 4 с разноплечими кольцевыми полками 10 и 11, принятого сочетания тонкого полотна 5 и осевой ширины ступицы 6, компенсирующей ослабление полотна 5 диска центральным отверстием 7, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 7 в ступице 6 принят достаточным для свободного пропуска шлицевой трубы 3 при монтаже и ремонтных операциях сборки компрессора.The technical result of the present invention is achieved by the combination of design solutions and geometric parameters of the main elements of the impeller disk of the third stage of the KND rotor, namely the radial parameters of the disk, the geometric configuration of the
Функциональное назначение диска третьей ступени обеспечивать передачу механической энергии на лопатки рабочего колеса достигают при соблюдении условия, когда радиус диска Rд от оси 8 вала ротора до внешней поверхности 9 обода 4 в средней плоскости полотна 5 составляет (0,59÷0,84) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части 2 двигателя. Выход за указанный диапазон в область отношений (Rд/Rп.ч.)<0,59 приводит к неоправданному завышению материалоемкости лопаток рабочего колеса, перегруженности диска крутящим моментом от ТНД, рассогласованию с аэродинамической работой предшествующих и последующей ступеней и, как следствие, к снижению КПД компрессора, запасов ГДУ и ресурса диска. Выход за найденный в изобретении допустимый диапазон соотношений параметров (Rд/Rп.ч.)>0,84 недопустимо снизит площадь входного сечения проточной части и расход рабочего тела в зоне третьей ступени компрессора, уменьшит мощность двигателя и запас ГДУ при неоправданном повышении материалоемкости диска.The functional purpose of the third-stage disk to ensure the transfer of mechanical energy to the impeller blades is achieved under the condition that the radius of the disk R d from the axis 8 of the rotor shaft to the
На внешней стороне обода 4 диска выполняют протягиванием систему пазов 13 для закрепления лопаток. Пазы 13 расположены под углом α к оси вала ротора. Технический результат изобретения достигают при выполнении пазов, расположенных под углом α, принятым из заявленного диапазона (17÷25)°, так как при этом обеспечивается возможность установки хвостовика и пера лопатки под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса третьей ступени ротора КНД и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости диска. Выход значений угла α за пределы заявленного диапазона приведет к существенному ограничению запаса ГДУ при многорежимной работе компрессора, снижению КПД ступени ротора и возрастанию риска аварийно опасного срыва воздушного потока с установленных в пазах 13 диске лопаток рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла α>25° отклонения оси паза 13 диска от оси вращения ротора неоправданно возрастают напряжения в лопатках на всех режимах работы КНД, что приводит к снижению ресурса системы «диск - лопаточный венец», увеличению материалоемкости установленных на диске лопаток и, в конечном счете, к утяжелению компрессора и снижению эксплуатационной экономичности двигателя. Кроме того, пазы 13 равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(7,7÷10,6) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении с гранями 14, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток и соответственно пазов 13 на диске для закрепления хвостовиков лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток и соответственно пазов 13 на ободе диска ниже нижнего предела указанного диапазона Yп<7,7 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Yп>10,6 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске третьей ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом.On the outside of the
Полотно 5 снабжено коническим кольцевым элементом 16, выполненным с углом β наклона образующей к геометрической оси диска, составляющим не менее 48°. Выполнение угла β обеспечивает оптимальное повышение объемной жесткости соединения полотна 5 с конической диафрагмой и ресурса диска в условиях многократных изгибно-крутильных нагружений в процессе эксплуатации компрессора, обеспечивает необходимую компактность узла без увеличения материалоемкости диска. Выполнение угла β<48° привело бы к неоправданному увеличению осевых габаритов и повышению материалоемкости конической диафрагмы как переходного элемента задней опоры диска, не оказывая положительного влияния на технический результат изобретения.The
Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров диска рабочего колеса третьей ступени достигают повышение КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса диска рабочего колеса третьей ступени КНД без увеличения материалоемкости диска.Thus, by improving the design and aerodynamic parameters of the impeller disk of the third stage, an increase in efficiency and an increase in the supply of HLD in all modes of compressor operation are achieved with an increase in the resource of the impeller disk of the third stage KND without increasing the material consumption of the disk.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132487/06A RU2603222C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132487/06A RU2603222C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2603222C1 true RU2603222C1 (en) | 2016-11-27 |
Family
ID=57774472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015132487/06A RU2603222C1 (en) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2603222C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU785529A1 (en) * | 1979-02-05 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я Р-6838 | Axial turbomachine impeller |
SU1348563A1 (en) * | 1986-06-30 | 1987-10-30 | И. К. Попов | Attachment unit of axial compressor blade |
CN202209313U (en) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | First-level blade of gas compressor used for high-power gas turbine |
RU149739U1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | DISC OF THE THIRD STEP OF THE TURBOJET ENGINE LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR |
-
2015
- 2015-08-05 RU RU2015132487/06A patent/RU2603222C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU785529A1 (en) * | 1979-02-05 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я Р-6838 | Axial turbomachine impeller |
SU1348563A1 (en) * | 1986-06-30 | 1987-10-30 | И. К. Попов | Attachment unit of axial compressor blade |
CN202209313U (en) * | 2011-09-19 | 2012-05-02 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | First-level blade of gas compressor used for high-power gas turbine |
RU149739U1 (en) * | 2014-04-22 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | DISC OF THE THIRD STEP OF THE TURBOJET ENGINE LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2565110C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor last stage disc | |
RU2565091C1 (en) | Rotor impeller of lp compressor of jet turbine engine (versions) | |
RU2603382C1 (en) | Turbojet engine low-pressure compressor first stage rotor impeller (versions) | |
RU2630919C1 (en) | Rotor forth stage impeller of high-pressure compressor (hpc) of turbojet engine (versions), hpc rotor impeller disc, hpc rotor impeller blade, hpc rotor impeller blade ring | |
RU2603222C1 (en) | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor third stage disc (versions) | |
RU2573408C2 (en) | Turbojet low-pressure compressor rotor shaft section (versions) | |
RU2603219C1 (en) | Third stage disc of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) | |
RU149739U1 (en) | DISC OF THE THIRD STEP OF THE TURBOJET ENGINE LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR | |
RU2565139C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor second stage disc | |
RU2573416C2 (en) | Production of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) and turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) | |
RU2565136C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor first stage disc | |
RU2603220C1 (en) | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor last stage disc | |
RU2630921C1 (en) | Impeller wheel of third stage of high pressure compressor (hpc) rotor of turbocharger engine (variants), hpc rotor impeller wheel disc, hpc rotor impeller wheel blade, hpc rotor impeller wheel blade ring | |
RU2636998C1 (en) | Second stage impeller wheel of high pressure compressor (hpc) rotor of turbocharger engine (variants), hpc rotor impeller wheel disc, hpc rotor impeller wheel blade, hpc rotor impeller wheel blade ring | |
RU2603218C1 (en) | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor second stage disc (versions) | |
RU2603304C1 (en) | Gas turbine engine low-pressure compressor rotor first stage disc (versions) | |
RU2603217C1 (en) | First stage disc of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) | |
RU2565140C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor third stage disc | |
RU2565108C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor rotor impeller (versions) | |
RU2603379C1 (en) | Gas turbine engine low pressure compressor rotor impeller (versions) | |
RU149748U1 (en) | DISC OF THE FIRST STAGE OF THE ROTOR COMPRESSOR OF THE LOW PRESSURE OF THE TURBO-REACTIVE ENGINE | |
RU2573419C2 (en) | Production of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) and turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) | |
RU2603307C1 (en) | Fourth stage disc of turbojet engine low-pressure compressor rotor shaft (versions) | |
RU2603380C1 (en) | Gas turbine engine low pressure compressor rotor impeller (versions) | |
RU144418U1 (en) | LAST-STAGE DISC OF THE LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR OF THE TURBOREACTIVE ENGINE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |