RU2603382C1

RU2603382C1 - Turbojet engine low-pressure compressor first stage rotor impeller (versions)

Info

Publication number: RU2603382C1
Application number: RU2015150513/05A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Артюхов; Дмитрий Юрьевич Еричев; Евгений Ювенальевич Марчуков; Ирик Усманович Манапов; Константин Сергеевич Поляков; Андрей Валерьевич Узбеков; Игорь Сергеевич Кузнецов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to engine building. Rotor first stage impeller, including jet turbine engine (JTE) low pressure compressor (LPC) drum-disc design shaft comprises disc equipped with slots, and blade ring, wherein disc is made in form of one-piece element including hub with central hole, web and rim, and blades each contain tail and wing with profile formed by concave pressure side and convex back, coupled by inlet and outlet edges. Disc web is made with variable in height section, conically narrowing from hub to rim with gradient of G_n thickness reducing in specified direction, equal to G_p=(δ_p.p.-δ_c.p.)/H_AV=(0.11÷0.15) [m/m], where δ_p.p. is disc web peripheral part thickness; δ_c.p. is web root part thickness; H_AV is disc web radial height between sections of connections with hub and rim. Hub is made integral with rotor shaft front bearing trunnion developed on one side to LPC inlet and made with variable diameter, gradually decreasing at least in two projections from disc web to trunnion support end section. Wheel rim outer surface is made composing internal circuit flow section axial section with axial length equal to rim generatrix projection on rotor shaft axis, and with radius increasing in LPC axial cross-section towards working fluid flow, wherein rim is connected with disc web to make front and rear circular conical flanges. Rear flange is provided with annular element made for for subsequent permanent connection with second stage disc web front flange, and grooves are uniformly spaced apart along wheel rim perimeter with angular frequency Y_u=(4.6÷6.2) [unit/rad] and are made with mutually inclined side edges, having in cross section configuration of lock joint with blade root element. Slots for fitting blade roots are uniformly spaced apart along disc rim perimeter, wherein each slot foot is located in plane parallel to rotor shaft axis, and groove bottom longitudinal axis makes with rotor shaft axis in projection on said plane angle of α blade shank installation, defined in range of values α=(16÷22)°, and root inlet and outlet edges are made diverging to peripheral blade end with gradient G_w.h. their connecting chord increase, equal to G_w.h.=(L_p.h.-L_c.h.)/H_av=(9.3÷13.3)·10^-2 [m/m], where L_p.h. is peripheral chord length connecting blade body inlet and outlet edges in conditional plane perpendicular to blade body axis; L_c.h. is same, root chord length; H_av is blade body average height.

EFFECT: invention allows to increase efficiency and increase gas-dynamic stability margin at all operation modes of compressor while increasing LPC rotor impeller service life without increase of material consumption.

19 cl, 5 dwg

Description

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления (КНД) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД).The group of inventions relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to low-pressure compressors (LPC) of aircraft turbojet engines (turbojet engines).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, которое состоит из лопаток, имеющих профилированное перо и хвостовик, а также дисков, имеющих обод, полотно и ступицу. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска. Хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне. Полки имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы. На ободах дисков рабочих колес выполнены ответные 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).The impeller of an axial engine compressor is known, which consists of blades having a profiled feather and a shank, as well as disks having a rim, a blade and a hub. Each impeller is equipped with two disks. Both disks are interconnected by means of an annular collar of the first disk and a landing belt with holes in the canvas of the second disk. The shank of the working blade is made in the form of a shelf with stiffeners on its inner side. Shelves have wedge-shaped annular protrusions at the front and rear ends along the stream. On the rims of the disks of the impellers, reciprocal wedge-shaped annular recesses are made, which form an annular dovetail groove for contact with wedge-shaped annular protrusions at the ends of the shelves of the working blades (RU 2269678 C1, publ. 02.10.2006).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, содержащее диск, лопатки с хвостовиком, средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». На боковых контактных гранях хвостовиков лопаток выполнены фаски по хорде, меньшей радиуса округления. Средство осевой фиксации лопаток выполнено в виде разрезного кольца и прорезей под разрезное кольцо в упорном выступе диска и хвостовике лопаток. Величина радиуса округления и фаски выбраны из расчета предельной нормативной прочности (RU 2476729 C1, опубл. 27.02.2013).Known impeller of an axial compressor of the engine, containing a disk, blades with a shank, means of axial fixation of the blades in the castle connection type "dovetail". On the lateral contact faces of the shanks of the blades chamfers are made along a chord smaller than the radius of rounding. The axial fixation tool for the blades is made in the form of a split ring and slots for a split ring in the thrust protrusion of the disk and the shank of the blades. The value of the radius of rounding and chamfer selected from the calculation of the ultimate standard strength (RU 2476729 C1, publ. 27.02.2013).

Известно рабочее колесо осевого компрессора, которое состоит из диска компрессора с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Лопатки на диске установлены под углом к потоку рабочего тела (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. 257-263).The impeller of an axial compressor is known, which consists of a compressor disk with working blades mounted on it, 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. The blades on the disk are installed at an angle to the flow of the working fluid (NN Sirotin, AS Novikov, AG Paykin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS technology system Book 1. Moscow, Science 2011. p. 257-263).

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска рабочего колеса, влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса 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.The disadvantages of the known solutions include the lack of development of a system for selecting the set of necessary parameters for the general configuration of the impeller disk, affecting the area of the flow passage through passage and the placement of grooves and blades on the rim that form the aerodynamic processes of the interaction of the rotor impeller with the flow of the working fluid, due to the lack of specification of the geometric and aerodynamic parameters of the spatial configuration of the disk and the angular orientation of the said grooves in the rim of the disk, and t kzhe difficulty of obtaining a compromise combination of increased efficiency values, stores dynamic stability (CDB) of the compressor and hence the complexity of optimal dynamic strength and increased life with a minimum of material consumption.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке рабочего колеса ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (ТРД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД первой ступени, согласованности всех ступеней КНД при повышении запасов ГДУ на всех режимах работы двигателя и ресурса без увеличения материалоемкости.The problem solved by the invention is to develop the impeller of the rotor of a low-pressure compressor of a turbojet engine (turbojet engine) with improved structural and aerodynamic parameters of the spatial configuration, providing the possibility of optimizing the profile and area of the flow cross sections of the engine duct, sufficient to increase the flow rate of the compressible working fluid - air, The efficiency of the first stage, the consistency of all stages of the CPV with an increase in the reserves of the GDU at all operating modes of the engine and the resource without increasing cheniya material consumption.

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению, содержит диск, наделенный пазами, и лопаточный венец, при этом диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки содержат каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками; при этом полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу с градиентом G_n уменьшения толщины в указанном направлении, равнымThe task in terms of the impeller according to the first embodiment is solved by the fact that the impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk construction of the low-pressure compressor of a gas turbine engine, having a housing with a flow part tapering from the inlet, according to the invention, contains a disk endowed with grooves and a blade blade wherein the disk is made in the form of a single element including a hub with a central hole, a web and a rim, and the blades contain each shank and feather with a profile formed by a concave trough and convex Pink, paired input and output edges; the blade web is made with a cross-section with a height that is tapered tapering from the hub to the rim with a gradient G _{n of} thickness reduction in the indicated direction equal to

G_n=(δ_п.п.-δ_к.п.)/Н_ср=(0,11÷0,15) [м/м],G _n = (δ _pp _KP -δ) / N _cp = (0,11 ÷ 0,15) [m / m],

где δ_п.п. - толщина периферийной части полотна диска; δ_к.п. - толщина прикорневой части полотна; Н_ср - радиальная высота полотна диска между участками сопряжений со ступицей и ободом; а ступица выполнена как одно целое с цапфой передней опоры вала ротора, односторонне развитой ко входу в КНД и выполненной с переменным диаметром, ступенчато уменьшающимся не менее чем через два уступа от полотна диска к опорному концевому участку цапфы, кроме того внешняя поверхность обода диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось вала ротора, и с радиусом, возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела, причем обод соединен с полотном диска с образованием фронтальной и тыльной кольцевых конических полок, тыльная из которых снабжена кольцевым элементом, выполненным для последующего неразъемного соединения с фронтальной полкой полотна диска второй ступени, а пазы равномерно разнесены по периметру обода диска с угловой частотой Y_п=(4,6÷6,2) [ед/рад] и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, кроме того пазы для заведения хвостовиков лопаток равномерно разнесены по периметру обода диска, при этом подошва каждого паза расположена в плоскости, параллельной оси вала ротора, а продольная ось подошвы паза образует с осью вала ротора в проекции на указанную плоскость угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16÷22)°, а входная и выходная кромки пера выполнены расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды, равнымwhere δ _p.p. - the thickness of the peripheral part of the disk blade; δ _c.p. - the thickness of the basal part of the canvas; H _cf - the radial height of the blade web between the sections of the mates with the hub and rim; and the hub is made integrally with the axle of the front support of the rotor shaft, one-sidedly developed to the entrance to the low pressure valve and made with a variable diameter, stepwise decreasing not less than two ledges from the blade web to the supporting end portion of the axle, in addition, the outer surface of the rim of the disk is made component an axial section of the inner contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the generatrix of the rim on the axis of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial section of the CPV towards the flow of the working fluid, the rim being connected web drive to form the front and rear tapered annular shelves, the back of which is provided with an annular element made for subsequent permanent connection with the front flange of the second stage disk web, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk rim at the angular frequency Y _n = (4,6 ÷ 6.2) [units / rad] and are made with mutually inclined side faces having in cross section the configuration of the element of the locking connection with the shank of the blade, in addition, the grooves for introducing the shank of the blades are uniformly different They are located along the perimeter of the rim of the disk, while the sole of each groove is located in a plane parallel to the axis of the rotor shaft, and the longitudinal axis of the sole of the groove forms, with the axis of the rotor shaft, projected onto the indicated plane, the blade installation angle α defined in the range of α = (16 ÷ 22) °, and the input and output edges of the pen are made diverging to the peripheral end of the blade with a gradient G _{yx of} an increase in the chords connecting them, equal to

G_y.x.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_cp=(9,3÷13,3)·10^-2 [м/м],G _yx = (L _p.h.- L _k.h. ) / H _cp = (9.3 ÷ 13.3) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; 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 perpendicular to the axis of the feather blades; L _c.h. - the same, the length of the root chord; N _cf - the average height of the feather blades.

При этом пазы в ободе диска могут быть выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки по типу «ласточкин хвост», а базовые поверхности боковых граней паза выполнены встречно наклонными одна к другой с образованием углов β между боковой гранью и подошвой паза, равных β=(63÷78)°, и сопряжены с подошвой через скругления радиусом r, равным (0,33÷0,38) ширины устья паза.In this case, the grooves in the rim of the disk can be made in cross section with the side faces forming an element of the castle connection with the shank of the blade of the “dovetail” type, and the base surfaces of the side faces of the groove are counter-inclined one to the other with the formation of angles β between the side face and the sole of the groove equal to β = (63 ÷ 78) °, and are conjugated to the sole through fillets of radius r equal to (0.33 ÷ 0.38) of the width of the mouth of the groove.

Фронтальная полка обода диска может быть выполнена с кольцевым выступом в верхней части полки, снабженным понизу прерывистой кольцевой канавкой, выполненной в теле выступа на участках между пазами для хвостовиков глубиной, достаточной для заведения разрезного контровочного кольца в нижнюю часть высоты хвостовика лопатки, причем не менее чем на одном участке между пазами в створе канавки в зоне выступа в полке обода диска выполнены одно или два последовательных радиальных отверстия соответственно для фиксации стопорным элементом и демонтажа контровочного кольца, кроме того фронтальная полка обода диска снабжена понизу в зоне примыкания к полотну кольцевым пазом для установки балансировочных грузов, и отверстиями во фронтальной стенке паза для фиксации указанных грузов.The front flange of the disk rim can be made with an annular protrusion in the upper part of the flange, provided with a bottom intermittent annular groove made in the body of the protrusion in the sections between the grooves for the shanks with a depth sufficient to establish a split retaining ring in the lower part of the height of the shank of the blade, not less than in one section between the grooves in the groove alignment in the protrusion zone, one or two consecutive radial holes are made in the flange of the disk rim for fixing by the locking element and dem the floor of the locking ring, in addition, the front shelf of the disk rim is provided with a ring groove in the adjoining area of the blade for installation of balancing weights, and holes in the front wall of the groove for fixing said weights.

Каждая лопатка может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, с контактными торцами, которые выполнены под углом (22÷28)° к оси вала ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера, а хвостовик лопатки снабжен канавкой для фиксации лопатки в диске от смещения хвостовика вдоль оси паза разрезным контровочным кольцом.Each blade can be 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, with contact ends that are made at an angle of (22 ÷ 28) ° to the axis of the rotor shaft in the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the axis of the feather blade and tilted toward the trough of the profile of the feather, and the shank of the blade is provided with a groove for fixing the blade in the disk from shifting the shank along the axis of the groove with a split locking ring.

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, при этом при этом максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_y.т., равнымThe blade feather can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade, while the maximum thickness of the profile of the feather blade is made the largest in the root section and decreasing the height of the pen to the peripheral end with a gradient of G _y.t. equal to

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_сз=(1,3÷2,1)·10^-2 [м/м],G _ut = (C _to -C _p ) / N _sz = (1.3 ÷ 2.1) · 10 ^-2 [m / m],

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; С_п - то же, периферийного сечения; 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 same peripheral section; N _cf - the average height of the feather blades.

Опорной концевой участок цапфы может быть выполнен с системой сквозных отверстий, объединенных с внутренней стороны цапфы кольцевой проточкой с возможностью образования масляного коллектора для охлаждения втулки контактного уплотнения передней опоры, при этом примыкающий к опорному промежуточный участок цапфы выполнен с диаметром, превышающем диаметр опорного участка на радиальную величину, достаточную для образования упора и предотвращения осевого смещения подшипника и контактного уплотнения на опорном участке цапфы, а промежуточный участок цапфы предназначен для размещения двухъярусного бесконтактного лабиринтного уплотнения, уменьшающего утечки в проточную часть воздуха наддува указанного уплотнения, снабженного системой сквозных отверстий по периметру указанного участка цапфы, объединенных с внутренней стороны цилиндрической оболочки тела цапфы кольцевой проточкой, выполненной с возможностью образования подводящего коллектора, предназначенного для подачи воздуха в двухъярусное лабиринтное уплотнение, возможность осевой фиксации которого предусмотрена соответствующим радиальным уступом, образованным увеличенным диаметром выполненного свободным прикорневого участка цапфы, объединенного со ступицей диска.The supporting end portion of the trunnion can be made with a system of through holes, connected on the inner side of the trunnion by an annular groove with the possibility of forming an oil manifold for cooling the sleeve of the contact seal of the front support, with the diameter adjacent to the supporting intermediate portion of the trunnion exceeding the diameter of the supporting portion by a radial a value sufficient to form a stop and prevent axial displacement of the bearing and contact seal on the bearing portion of the journal, and between The trunnion section is designed to accommodate a two-tier non-contact labyrinth seal, which reduces leakage into the air flow part of the pressurization of the specified seal, equipped with a through-hole system around the perimeter of the trunnion section, united by an annular groove on the inside of the cylindrical shell body of the trunnion, with the possibility of forming a supply manifold designed for supplying air to a two-tier labyrinth seal, the possibility of axial fixing of which is provided the wound with a corresponding radial ledge formed by the enlarged diameter of the free, radical root portion of the spigot combined with the hub of the disk.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.The feather of the blade can be made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view along the np - direction of flight) and with the back of the feather convex towards the side of rotation of the rotor and in the direction of rotation of the clockwise direction.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).The blade feather can be made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (n.p. view) and with a back of the pen convexing towards the side of rotation of the rotor and counterclockwise rotation direction (clockwise view )

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 в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению, содержит диск, наделенный пазами и лопаточным венцом, число лопаток в котором принято от 29 до 39 лопаток, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки содержат каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками; при этом полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу с градиентом G_п уменьшения толщины в указанном направлении, равнымThe task in terms of the impeller according to the second embodiment is solved by the fact that the impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low-pressure compressor of a gas turbine engine, having a housing with a flowing part tapering from the inlet, according to the invention, contains a disk endowed with grooves and a blade blade, the number of blades in which 29 to 39 blades are adopted, the disk being made in the form of a single element, including a hub with a central hole, a web and a rim, and the blades contain each shank and feather with Ilem formed concave trough and a convex back, paired input and output edges; wherein the blade web is made with a section of height-variable cross section, tapering conically from the hub to the rim with a gradient G _{n of} decreasing thickness in the indicated direction equal to

G_п=(δ_п.п.-δ_к.п.)/H_cp=(0,11÷0,15) [м/м],G _n = (δ _pp _KP _{-δ) / H cp = (0,11 ÷} 0,15) [ m / m],

где δ_п.п. - толщина периферийной части полотна диска; δ_к.п. - толщина прикорневой части полотна; Н_ср - радиальная высота полотна диска между участками сопряжений со ступицей и ободом; а ступица выполнена как одно целое с цапфой передней опоры вала ротора, односторонне развитой ко входу в КНД и выполненной с переменным диаметром, ступенчато уменьшающимся не менее чем через два уступа от полотна диска к опорному концевому участку цапфы, кроме того внешняя поверхность обода диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось вала ротора, и с радиусом, возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела, при этом угол наклона образующей внешней поверхности обода диска к оси вала ротора составляет φ=(17÷25)°, причем обод соединен с полотном диска с образованием фронтальной и тыльной кольцевых конических полок, тыльная из которых снабжена кольцевым элементом, выполненным для последующего неразъемного соединения с фронтальной полкой полотна диска второй ступени, а пазы равномерно разнесены по периметру обода диска и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, при этом перо лопатки выполнено с углом у установки профиля, определенным как угол между соединяющей входную и выходную кромки профиля хордой и фронтальной линией решетки лопаточного венца, имеющий в проекции на условную плоскость, перпендикулярную к оси пера, в корневом сечении профиля значение γ_к=(69,7÷77,7)°, кроме того лопатка выполнена с переменным по высоте пера углом γ установки профиля пера относительно фронтальной линии решетки профилей лопаточного венца, убывающим с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом G_у.п., имеющем значения в диапазонеwhere δ _p.p. - the thickness of the peripheral part of the disk blade; δ _c.p. - the thickness of the basal part of the canvas; H _cf - the radial height of the blade web between the sections of the mates with the hub and rim; and the hub is made integrally with the axle of the front support of the rotor shaft, one-sidedly developed to the entrance to the low pressure valve and made with a variable diameter, stepwise decreasing not less than two ledges from the blade web to the supporting end portion of the axle, in addition, the outer surface of the rim of the disk is made component an axial section of the internal contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the rim generatrix on the axis of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial section of the low pressure valve towards the flow of the working fluid, while the angle of inclination forming the outer surface of the rim of the disk to the axis of the rotor shaft is φ = (17 ÷ 25) °, and the rim is connected to the disk blade with the formation of the front and rear annular conical shelves, the back of which is equipped with an annular element made for subsequent permanent connection with the front shelf of the canvas the second-stage disk, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk rim and are made with mutually inclined side faces having in cross-section the configuration of the element of the castle connection with the shank of the blade, p At the same time, the blade feather is made with the angle at the profile installation, defined as the angle between the chord connecting the input and output edges of the profile and the front line of the blade of the blade of the crown of the blade, having in the projection on a conditional plane perpendicular to the axis of the pen, in the root section of the profile, the value γ _k = ( 69,7 ÷ 77,7) °, furthermore provided with a variable vane adjustment angle γ stylus pen installation profile line grating relative to the front profiles blade row, with decreasing radial distance from the rotor shaft axis gradient G _{uniformizing parameter} having values in the range

G_у.п.=(γ_к-γ_п)/H_ср=(157,1÷225,9) [град/м].G _{uniformizing parameter} = (γ _to -γ _p ) / H _cf = (157.1 ÷ 225.9) [deg / m].

где γ_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; γ_п - то же, в периферийном сечении; Н_ср - средняя высота пера лопатки.where γ _to - the angle of installation of the profile of the feather of the scapula, in the root section; γ _p - the same in the peripheral section; N _cf - the average height of the feather blades.

Входная и выходная кромки пера могут быть выполнены расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равнымThe input and output edges of the pen can be made diverging to the peripheral end of the blade with a gradient of G _u.x. an increase in the connecting chords equal to

G_y.x.=(L_п.х.-L_к.х.)/Н_ср=(9,3-13,3)·10^-2 [м/м],G _yx = (L _p.h. -L _k.h. ) / N _sr = (9.3-13.3) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.x. - то же, длина корневой хорды; 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 conditional plane perpendicular to the axis of the feather blade; L _c.x. - the same, the length of the root chord; N _cf - the average height of the feather blades.

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, при этом при этом максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_у.т., равнымThe blade feather can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade, while the maximum thickness of the profile of the feather blade is made the largest in the root section and decreasing height to the peripheral end of the pen with a gradient G _{of standard fuel} equal to

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_ср=(1,3÷2,1)·10^-2 [м/м],G _ut = (C _to -C _p ) / N _cf = (1.3 ÷ 2.1) · 10 ^-2 [m / m],

Опорной концевой участок цапфы может быть выполнен с системой сквозных отверстий, объединенных с внутренней стороны цапфы кольцевой проточкой с возможностью образования масляного коллектора для охлаждения втулки контактного уплотнения передней опоры, при этом примыкающий к опорному промежуточный участок цапфы выполнен с диаметром, превышающем диаметр опорного участка на радиальную величину, достаточную для образования упора и предотвращения осевого смещения подшипника и контактного уплотнения на опорном участке цапфы, а промежуточный участок цапфы предназначен для размещения двухъярусного бесконтактного лабиринтного уплотнения, уменьшающего утечки в проточную часть воздуха наддува указанного уплотнения, снабженного системой сквозных отверстий по периметру указанного участка цапфы, объединенных с внутренней стороны цилиндрической оболочки тела цапфы кольцевой проточкой, выполненной с возможностью образования подводящего коллектора, предназначенного для подачи воздуха в двухъярусное лабиринтное уплотнение, возможность осевой фиксации которого предусмотрена соответствующим радиальным уступом, образованным увеличенным диаметром выполненного свободным прикорневого участка цапфы, объединенного со ступицей диска.The supporting end portion of the trunnion can be made with a system of through holes, connected on the inner side of the trunnion by an annular groove with the possibility of forming an oil manifold for cooling the sleeve of the contact seal of the front support, with the diameter adjacent to the supporting intermediate portion of the trunnion exceeding the diameter of the supporting portion by a radial a value sufficient to form a stop and prevent axial displacement of the bearing and contact seal on the bearing portion of the journal, and between The trunnion section is designed to accommodate a two-tiered non-contact labyrinth seal, which reduces leakage into the air flow part of the pressurization of the specified seal, equipped with a through-hole system around the perimeter of the trunnion section, united by an annular groove on the inner side of the trunnion cylindrical shell, which can form a supply manifold designed for supplying air to a two-tier labyrinth seal, the possibility of axial fixing of which is provided the wound with a corresponding radial ledge formed by the enlarged diameter of the free, radical root portion of the spigot combined with the hub of the disk.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса первой ступени ротора КНД ТРД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,4% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.The technical result of the invention, achieved by the above set of essential features of the impeller of the first stage of the rotor of the low pressure turbojet engine, is to increase efficiency and expand the range of regimes of gas-dynamic stability of the compressor by 2.4% with an increase in the resource of the impeller by 2 times.

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

на фиг. 1 изображено рабочее колесо первой ступени вала ротора КНД, продольный разрез;in FIG. 1 shows the impeller of the first stage of the shaft of the rotor KND, a longitudinal section;

на фиг. 2 - фрагмент рабочего колеса первой ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;in FIG. 2 - a fragment of the impeller of the first stage of the shaft of the rotor KND, frontal projection;

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 - лопатка рабочего колеса первой ступени, вид сверху;in FIG. 4 - the blade of the impeller of the first stage, top view;

на фиг. 5 - паз обода диска первой ступени вала ротора КНД, продольный разрез.in FIG. 5 - groove of the rim of the disk of the first stage of the shaft of the rotor KND, a longitudinal section.

Рабочее колесо первой ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, содержит диск 1, наделенный пазами 2, и лопаточный венец, наделенный рабочими лопатками 3.The impeller of the first stage of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of a low-pressure compressor of a turbojet engine, having a housing with a flowing part tapering from the inlet, contains a disk 1 endowed with grooves 2 and a blade ring endowed with working blades 3.

Диск 1 выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 4 с центральным отверстием 5, полотно 6 и обод 7. Каждая лопатка 3 содержит хвостовик 8 и перо 9 с профилем, образованным вогнутым корытом 10 и выпуклой спинкой 11, сопряженными входной и выходной кромками 12 и 13.The disk 1 is made in the form of a single element, including a hub 4 with a central hole 5, a web 6 and a rim 7. Each blade 3 contains a shank 8 and a feather 9 with a profile formed by a concave trough 10 and a convex back 11, conjugated by the input and output edges 12 and 13 .

Полотно 6 диска 1 выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы 4 к ободу 7 с градиентом G_у.т. уменьшения толщины в указанном направлении, равнымThe web 6 of the disc 1 formed with a variable adjustment section, conically tapers from the hub 4 to the rim 7 with a gradient G _{of fuel equivalent} thickness reduction in the indicated direction equal to

G_у.т.=(δ_П.П.-δ_к.п.)/Н_ср=(0,11÷0,15) [м/м],G _ut = (δ _P.P.- δ _c.p. ) / N _av = (0.11 ÷ 0.15) [m / m],

где δ_п.п. - толщина периферийной части полотна диска; δ_к.п. - толщина прикорневой части полотна; Н_ср - радиальная высота полотна диска между участками сопряжений со ступицей и ободом.where δ _p.p. - the thickness of the peripheral part of the disk blade; δ _c.p. - the thickness of the basal part of the canvas; H _cf - the radial height of the blade web between the sections of the mates with the hub and rim.

Ступица 7 выполнена как одно целое с цапфой 14 передней опоры вала ротора, односторонне развитой ко входу в КНД. Цапфа 14 передней опоры выполнена с переменным диаметром, ступенчато уменьшающимся не менее чем через два уступа 15 от полотна 6 диска 1 к опорному концевому участку 16 цапфы.The hub 7 is made integrally with the pin 14 of the front support of the rotor shaft, one-sidedly developed to the entrance to the low pressure valve. The axle 14 of the front support is made with a variable diameter, gradually decreasing not less than two ledges 15 from the blade 6 of the disk 1 to the supporting end section 16 of the axle.

Внешняя поверхность 17 обода 7 диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось 18 вала ротора, и с радиусом, возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела.The outer surface 17 of the rim 7 of the disk is made constituting the axial portion of the inner contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the generatrix of the rim on the axis 18 of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial section of the low pressure valve towards the flow of the working fluid.

Обод 7 соединен с полотном 6 диска 1 с образованием фронтальной и тыльной кольцевых конических полок - фронтальной полки 19 и тыльной полки 20. Тыльная полка 20 снабжена кольцевым элементом 21, выполненным для последующего неразъемного соединения с фронтальной полкой полотна диска второй ступени. Пазы 2 равномерно разнесены по периметру обода 7 диска 1 с угловой частотой Y_п=(4,6÷6,2) [ед/рад]. Пазы 2 выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 22, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком 8 лопатки 3. Расположенная в плоскости, параллельной оси вала ротора, продольная ось подошвы каждого паза 2 образует с осью 18 вала ротора в проекции на указанную плоскость угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16÷22)°.The rim 7 is connected to the blade 6 of the disk 1 with the formation of the front and rear annular conical shelves - the front shelf 19 and the rear shelf 20. The rear shelf 20 is equipped with an annular element 21 made for subsequent one-piece connection with the front shelf of the disk blade of the second stage. The grooves 2 are evenly spaced around the perimeter of the rim 7 of the disk 1 with an angular frequency Y _p = (4.6 ÷ 6.2) [units / rad]. The grooves 2 are made with mutually inclined side faces 22 having a cross-sectional configuration of the locking element with the shank 8 of the blade 3. Located in a plane parallel to the axis of the rotor shaft, the longitudinal axis of the sole of each groove 2 forms with the axis 18 of the rotor shaft in projection onto the specified plane the angle α of the installation of the shank of the blade, defined in the range of values α = (16 ÷ 22) °.

Входная и выходная кромки 12 и 13 пера 9 выполнены расходящимися к периферийному торцу 23 лопатки 3 с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды 24, равнымThe input and output edges 12 and 13 of the pen 9 are made diverging to the peripheral end 23 of the blade 3 with a gradient G _{yx of} increasing the chords 24 connecting them equal to

G_у.х.=(L_п.x.-L_к.x.)/H_cp=(9,3÷13,3)·10^-2 [м/м],G _uh = (L _p.x.- L _c.x. ) / H _cp = (9.3 ÷ 13.3) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.x. - то же, длина корневой хорды; 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 conditional plane perpendicular to the axis of the feather blade; L _c.x. - the same, the length of the root chord; N _cf - the average height of the feather blades.

Пазы 2 в ободе 7 диска 1 выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями 22, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком 8 лопатки по типу «ласточкин хвост». Базовые поверхности боковых граней 22 паза 2 выполнены встречно наклонными одна к другой с образованием углов β между боковой гранью 22 и подошвой 25 паза, равных β=(63÷78)°, и сопряжены с подошвой 25 через скругления радиусом г, равным (0,33÷0,38) ширины устья паза.The grooves 2 in the rim 7 of the disk 1 are made in cross section with side faces 22 forming an element of the castle connection with the shank 8 of the blade of the type "dovetail". The base surfaces of the side faces 22 of the groove 2 are counter-inclined one to the other with the formation of angles β between the side face 22 and the sole 25 of the groove equal to β = (63 ÷ 78) °, and are conjugated with the sole 25 through fillets of radius r equal to (0, 33 ÷ 0.38) the width of the mouth of the groove.

Фронтальная полка 19 обода 7 диска выполнена с кольцевым выступом 26 в верхней части полки. Кольцевой выступ снабжен понизу прерывистой кольцевой канавкой, выполненной в теле выступа на участках между пазами 2 для хвостовиков 8 глубиной, достаточной для заведения разрезного контровочного кольца (на чертежах не показано) в нижнюю часть высоты хвостовика лопатки. Не менее чем на одном участке между пазами 2 в створе канавки в зоне выступа во фронтальной полке 19 обода 7 диска выполнены одно или два последовательных радиальных отверстия 27 соответственно для фиксации стопорным элементом 28 и демонтажа контровочного кольца. Фронтальная полка 19 обода 7 диска снабжена понизу в зоне примыкания к полотну 6 кольцевым пазом 29 для установки балансировочных грузов, и отверстиями 30 во фронтальной стенке паза для фиксации указанных грузов.The front shelf 19 of the rim 7 of the disk is made with an annular protrusion 26 in the upper part of the shelf. The annular protrusion is provided with a bottom intermittent annular groove made in the body of the protrusion in the sections between the grooves 2 for the shanks 8 with a depth sufficient to establish a split locking ring (not shown) in the lower part of the height of the shank of the blade. At least in one area between the grooves 2 in the groove alignment in the protrusion zone in the front flange 19 of the disk rim 7, one or two consecutive radial holes 27 are made, respectively, for fixing by the locking element 28 and dismantling the lock ring. The front shelf 19 of the rim 7 of the disk is provided with a bottom in the area adjacent to the blade 6 with an annular groove 29 for installing balancing weights, and holes 30 in the front wall of the groove for fixing these weights.

Каждая лопатка 3 снабжена с двух сторон пера 9 антивибрационной полкой 31, расположенной в зоне одной трети высоты пера 9 от периферийного торца 23 пера лопатки, с контактными торцами 32. Контактные торцы 32 выполнены под углом (22÷28)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта 10 профиля пера 9. Хвостовик 8 лопатки 3 снабжен канавкой 33 для фиксации лопатки 3 в диске 3 от смещения хвостовика 8 вдоль оси паза 2 разрезным контровочным кольцом со стопором.Each blade 3 is equipped on both sides of the pen 9 with an anti-vibration shelf 31 located in the area of one third of the height of the pen 9 from the peripheral end 23 of the blade pen, with contact ends 32. Contact ends 32 are made at an angle (22 ÷ 28) ° to the rotor axis in the projection on the conditional axial plane of the rotor, normal to the axis of the blade feather, and inclined toward the trough 10 of the profile of feather 9. The shank 8 of the blade 3 is provided with a groove 33 for fixing the blade 3 in the disk 3 from the shift of the shank 8 along the axis of the groove 2 with a split locking ring with a stopper.

Перо 9 лопатки 3 выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 11 и корыта 10 относительно хорды 24, соединяющей входную и выходную кромки 12 и 13 пера лопатки. Максимальная толщина профиля пера 9 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу 23 с градиентом G_y.x., равнымThe feather 9 of the blade 3 is made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the backrest 11 and the trough 10 relative to the chord 24 connecting the input and output edges 12 and 13 of the feather blade. The maximum thickness of the profile of the pen 9 of the scapula is made the largest in the root section and decreasing in height of the pen to the peripheral end face 23 with a gradient of G _yx equal to

Опорной концевой участок 16 цапфы 14 выполнен с системой сквозных отверстий 34, объединенных с внутренней стороны цапфы кольцевой проточкой с возможностью образования масляного коллектора для охлаждения втулки контактного уплотнения передней опоры. Примыкающий к опорному промежуточный участок 35 цапфы 14 выполнен с диаметром, превышающем диаметр опорного участка 16 на радиальную величину, достаточную для образования упора и предотвращения осевого смещения подшипника и контактного уплотнения на опорном участке цапфы. Промежуточный участок 35 цапфы 14 предназначен для размещения двухъярусного бесконтактного лабиринтного уплотнения, уменьшающего утечки в проточную часть воздуха наддува. Промежуточный участок 35 цапфы 14 снабжен системой сквозных отверстий 36 по периметру указанного участка цапфы, объединенных с внутренней стороны цилиндрической оболочки тела цапфы кольцевой проточкой, выполненной с возможностью образования подводящего коллектора, предназначенного для подачи воздуха в двухъярусное лабиринтное уплотнение. Осевая фиксация лабиринтного уплотнения предусмотрена соответствующим радиальным уступом 15, образованным увеличенным диаметром выполненного свободным прикорневого участка 37 цапфы 14, объединенного со ступицей 4 диска.The supporting end portion 16 of the pin 14 is made with a system of through holes 34, combined from the inside of the pin with an annular groove with the possibility of forming an oil manifold for cooling the sleeve of the contact seal of the front support. Adjacent to the supporting intermediate portion 35 of the pin 14 is made with a diameter exceeding the diameter of the supporting portion 16 by a radial amount sufficient to form a stop and prevent axial displacement of the bearing and the contact seal on the supporting portion of the pin. The intermediate section 35 of the pin 14 is designed to accommodate a two-tier non-contact labyrinth seal, which reduces leakage into the flowing part of the boost air. The intermediate section 35 of the pin 14 is provided with a system of through holes 36 around the perimeter of the specified section of the pin, united on the inner side of the cylindrical shell of the body of the pin with a ring groove configured to form a supply manifold for supplying air to the two-tier labyrinth seal. Axial fixation of the labyrinth seal is provided for by the corresponding radial ledge 15, formed by the increased diameter of the free root section 37 of the axle 14, combined with the hub 4 of the disk.

Перо 9 лопатки 3 выполнено с корытом 10, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой 11 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.The feather 9 of the blade 3 is made with a trough 10, turned concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np - direction of flight) and with a back 11 of the pen, convex to the side against rotation of the rotor and in the direction of rotation of the clockwise direction.

Вариатно перо 9 лопатки 3 выполнено с корытом 10, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой 11 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).Variant feather 9 of the blade 3 is made with a trough 10, turned concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (view n.p.) and with a back 11 of the pen, convex towards the side of rotation of the rotor and counterclockwise direction of rotation of the clockwise direction (view in n .P.).

Периферийный торец 23 пера 9 лопатки 3 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 23 of the pen 9 of the blade 3 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 the smooth rotation of the blade of the impeller in the rotor of the low pressure sensor.

По второму варианту изобретения рабочее колесо первой ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, содержит диск 1, наделенный пазами 2, и лопаточный венец. Число лопаток 3 в лопаточном венце принято от 29 до 39 лопаток.According to a second embodiment of the invention, the impeller of the first stage of the rotor, including the shaft of the drum-disk construction of a low-pressure compressor of a turbojet engine having a housing with a flow part tapering from the inlet, comprises a disk 1 endowed with grooves 2 and a blade ring. The number of blades 3 in the scapula is taken from 29 to 39 scapulae.

Диск 1 выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 4 с центральным отверстием 5, полотно 6 и обод 7. Каждая лопатка 3 содержит хвостовик 8 и перо 9 с профилем, образованным вогнутым корытом 10 и выпуклой спинкой 11, сопряженными входной и выходной кромками 12 и 13. Лопаточный венец имеет решетку профилей пера 9 лопатки с фронтальной линией 38 (фиг. 6).The disk 1 is made in the form of a single element, including a hub 4 with a central hole 5, a web 6 and a rim 7. Each blade 3 contains a shank 8 and a feather 9 with a profile formed by a concave trough 10 and a convex back 11, conjugated by the input and output edges 12 and 13 The spade has a lattice of profiles of the pen 9 of the scapula with the front line 38 (Fig. 6).

G_y.x.=(δ_п.п.-δ_к.п.)/Н_ср=(0,11÷0,15) [м/м],G _yx = (δ _pp _KP -δ) / N _cp = (0,11 ÷ 0,15) [m / m],

Внешняя поверхность 17 обода 7 диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось 18 вала ротора, и с радиусом, возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела. Угол наклона образующей внешней поверхности 17 обода 7 диска к оси 18 вала ротора составляет φ=(17÷25)°.The outer surface 17 of the rim 7 of the disk is made constituting the axial portion of the inner contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the generatrix of the rim on the axis 18 of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial section of the low pressure valve towards the flow of the working fluid. The angle of inclination of the generatrix of the outer surface 17 of the rim 7 of the disk to the axis 18 of the rotor shaft is φ = (17 ÷ 25) °.

Обод 7 соединен с полотном 6 диска 1 с образованием фронтальной и тыльной кольцевых конических полок - фронтальной полки 19 и тыльной полки 20. Тыльная полка 20 снабжена кольцевым элементом 21, выполненным для последующего неразъемного соединения с фронтальной полкой полотна диска второй ступени. Пазы 2 равномерно разнесены по периметру обода 7 диска 1 и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 22, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком 8 лопатки 3.The rim 7 is connected to the blade 6 of the disk 1 with the formation of the front and rear annular conical shelves - the front shelf 19 and the rear shelf 20. The rear shelf 20 is equipped with an annular element 21 made for subsequent one-piece connection with the front shelf of the disk blade of the second stage. The grooves 2 are evenly spaced around the perimeter of the rim 7 of the disk 1 and are made with mutually inclined side faces 22 having in cross section the configuration of the element of the castle connection with the shank 8 of the blade 3.

Перо 9 лопатки 3 выполнено с углом γ установки профиля, определенным как угол между соединяющей входную и выходную кромки 12 и 13 профиля хордой 24 и фронтальной линией 38 решетки лопаточного венца, имеющий в проекции на условную плоскость, перпендикулярную к оси пера, в корневом сечении профиля значение γ_к=(69,7÷77,7)°, а в периферийном сечении значение γ_п=(19,2÷27,2)°.The feather 9 of the blade 3 is made with the profile installation angle γ defined as the angle between the chord 24 connecting the input and output edges 12 and 13 of the profile 24 and the frontal line 38 of the blade crown lattice, having a projection onto a conventional plane perpendicular to the axis of the pen in the root section of the profile the value of γ _k = (69.7 ÷ 77.7) °, and in the peripheral section, the value of γ _p = (19.2 ÷ 27.2) °.

Лопатка 3 выполнена с переменным по высоте пера углом γ установки профиля пера относительно фронтальной линии 38 решетки профилей лопаточного венца, убывающим с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом G_y.п, имеющем значения в диапазонеThe blade 3 is made with a stylus angle γ of setting the profile of the pen relative to the front line 38 of the lattice of the blade profile of the blade, decreasing with a radial distance from the axis of the rotor shaft with a gradient of G _y , having values in the range

G_у.п.=(γ_к-γ_п)/Н_ср=(157,1÷225,9) [град/м].G _{uniformizing parameter} = (γ _to -γ _p ) / N _sr = (157.1 ÷ 225.9) [deg / m].

Пример реализации изобретения.An example implementation of the invention.

Рабочее колесо первой ступени КНД ТРД состоит из диска 1 и установленных на нем рабочих лопаток 3. Диск 1 изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 4, полотно 6 и обод 7.The impeller of the first stage of the low pressure turbojet engine consists of a disk 1 and rotor blades 3 mounted on it. Disk 1 is made by die-forging from a forgings in the form of a single element, which includes a complete massive hub 4, web 6 and rim 7.

Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина цапфы и ступицы - 164 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 75 мм; толщина полотна - 16,5 мм на диаметре 167 мм, толщина полотна - 11 мм на диаметре 252 мм; ширина обода - 71 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска -365 мм и 413 мм соответственно; угол φ наклона внешней поверхности обода диска - 19°.The manufactured disk has the following geometric parameters: overall width of the journal and hub - 164 mm; diameter of the central hole of the hub - 75 mm; web thickness - 16.5 mm on a diameter of 167 mm, web thickness - 11 mm on a diameter of 252 mm; rim width - 71 mm; minimum and maximum diameters of the outer surface of the rim of the disk -365 mm and 413 mm, respectively; the angle φ of the inclination of the outer surface of the rim of the disk is 19 °.

Лопатку рабочего колеса первой ступени ротора КНД ТРД 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 8 и антивибрационной полки 31. 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 9 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 10 пера 9 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 8.The blade of the impeller of the first stage of the rotor KND TRD is stage-by-stage made from a rod 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 is performed by electric upsetting with local thickenings at the locations of the shank 8 and anti-vibration shelf 31. In the next step, the blank is subjected to general heating in an electric furnace to the state of thermoplasticity and hot forging is performed, using a stamp consisting of two reciprocal profiled half-matrices. The working surface of one of the half-matrix stamp includes a section whose shape is made mating spatial surface of the back 11 of the pen 9 of the scapula. 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 9 of the scapula. After that, the blade is subjected to mechanical processing, including grinding the flap milling, pulling the shank 8.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 9 и антивибрационной полки 31 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 32 антивибрационной полки 31 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.The refinement of the streamlined surfaces of the profiles of the pen 9 and the anti-vibration shelf 31 is performed by milling and subsequent polishing. The contact ends 32 of the anti-vibration shelf 31 are strengthened by applying a high-strength layer to them.

Изготовленная таким образом лопатка состоит из объединенных в одно целое пера 9 с хвостовиком 8 и антивибрационной полкой 31, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД ТРД.The blade made in this way consists of a single pen 9 with a shank 8 and an anti-vibration shelf 31, made as a segment of the assembled ring of the blade ring of the impeller of the first stage of the rotor of the low pressure turbojet engine.

Профиль пера 9 лопатки имеет следующие геометрические параметры:The profile of the pen 9 of the scapula has the following geometric parameters:

- в корневом сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля С_max=5,9 мм; длина хорды пера - 67,4 мм; угол γ_к установки профиля пера между соединяющей входную и выходную кромки 12 и 13 профиля хордой 24 и фронтальной линией 38 решетки лопаточного венца составляет 73,7°; угол α установки профиля пера 9 к оси вращения ротора составляет 16°;- in the root section, the profile of the feather blade is made with a maximum thickness of the profile With _max = 5.9 mm; pen chord length - 67.4 mm; the angle γ _{to the} installation of the profile of the pen between connecting the input and output edges 12 and 13 of the profile chord 24 and the front line 38 of the lattice of the blade of the crown is 73.7 °; the angle α of the installation profile of the pen 9 to the axis of rotation of the rotor is 16 °;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля С_max=2,2 мм; длина хорды пера принята 92 мм; угол γ_п установки профиля пера составляет 23°;- in the peripheral section, the profile of the feather blade is made with a maximum profile thickness With _max = 2.2 mm; feather chord length adopted 92 mm; the angle γ _p setting the profile of the pen is 23 °;

- средняя высота Н_ср профиля пера составляет 258 мм.- the average height H _cf pen profile is 258 mm

Антивибрационная полка 31 лопатки выполнена с толщиной стенки 5 мм и размещена на среднем радиусе от оси ротора 405 мм, с контактными торцами 32, выполненными под углом 25° к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки.The anti-vibration shelf 31 of the blade is made with a wall thickness of 5 mm and is placed at an average radius from the axis of the rotor of 405 mm, with contact ends 32 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.

На внешней стороне обода выполняют протягиванием замковые пазы для крепления лопаток в количестве 34 штук. Пазы выполнены со следующими геометрическими параметрами: угол наклона контактных поверхностей с хвостовиком лопатки к донной плоскости паза составляет 70°; ширина основания паза - 22 мм.On the outer side of the rim, pulling the locking grooves for attaching the blades in the amount of 34 pieces. The grooves are made with the following geometric parameters: the angle of inclination of the contact surfaces with the shank of the blade to the bottom plane of the groove is 70 °; the width of the base of the groove is 22 mm.

Лопатки 6 удерживают от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил при помощи контактных выступов замка типа «ласточкин хвост». Лопатки 3 удерживают в диске 1 от перемещения в направлении протяжки паза 2 с помощью штифта. Лопатки 3 сопрягают по ответным торцам смежных антивибрационных полок.The blades 6 are kept from moving in the radial direction from the action of centrifugal forces using the contact protrusions of the dovetail lock. The blades 3 are held in the disk 1 from moving in the direction of broaching the groove 2 with a pin. The blades 3 are mated on the mating ends of adjacent anti-vibration shelves.

Таким образом, рабочее колесо первой ступени имеет следующие геометрические параметры: минимальный и максимальный диаметры внутренней поверхности рабочего колеса - 364 мм и 413 мм; аналогично периферийной поверхности рабочего колеса - 915 мм и 897 мм; максимальная ширина первой ступени ротора - 71 мм.Thus, the impeller of the first stage has the following geometric parameters: the minimum and maximum diameters of the inner surface of the impeller - 364 mm and 413 mm; similar to the peripheral surface of the impeller - 915 mm and 897 mm; the maximum width of the first stage of the rotor is 71 mm.

В процессе работы ТРД диск 1 рабочего колеса первой ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от турбины низкого давления (ТНД) через барабанно-дисковую конструкцию вала ротора КНД с включением в работу лопаток 3 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в КНД. На вогнутой поверхности в виде корыта 10 пера 9 каждой лопатки 3 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 11 пера 9, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся лопатки 3 рабочего колеса ротора передают энергию воздушному потоку, направляя сжимаемый поток на лопатки статора первой ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени КНД. Одновременно диск 1 воспринимает центробежные нагрузки и через конический кольцевой элемент 21 и фронтальную полку 19 обода 7 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.During the operation of the turbojet engine, the first stage impeller disk 1 is driven into rotation by transmitting torque from a low pressure turbine (LP) through the drum-disk design of the low pressure rotor rotor shaft with the impeller blades 3 being turned on. As a result of which there is an injection of air flow in the CPV. On the concave surface in the form of a trough 10 of the feather 9 of each blade 3, an increased pressure zone is created, and on the convex surface forming the backrest 11 of the feather 9, a reduced pressure zone is created thereby enhancing the formation of a directed air flow. Rotating blades 3 of the rotor impeller transmit energy to the air flow, directing the compressible flow to the stator vanes of the first stage, and after alignment in the last, the flow enters the subsequent stages of the low pressure valve. At the same time, the disk 1 accepts centrifugal loads and transfers radial and axial loads to the rotor shaft bearings through the conical ring element 21 and the front shelf 19 of the rim 7.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса первой ступени ротора КНД, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 7, принятого сочетания сужающегося полотна 6 с заявленным градиентом G_п=(0,11÷015) и осевой ширины ступицы 4 с цапфой, компенсирующих ослабление полотна 6 диска центральным отверстием 5, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 5 в ступице 4 принят достаточным для пропуска шлицевой трубы при монтаже и ремонтных операциях сборки компрессора.The technical result of the present invention is achieved by a combination of design solutions and geometric parameters of the main elements of the impeller disk of the first stage of the KND rotor, namely, the radial parameters of the disk, the geometric configuration of the rim 7, the accepted combination of tapering web 6 with the stated gradient G _p = (0, 11 ÷ 015) and the axial width of the hub 4 with a trunnion, compensating for the weakening of the blade 6 of the disk by the Central hole 5, which leads to a decrease in material consumption and increase the maximum allowable effort in the elements of the disk. The diameter of the hole 5 in the hub 4 is accepted sufficient to pass the spline pipe during installation and repair operations of the compressor assembly.

На внешней стороне обода 7 диска выполняют протягиванием систему пазов 2 для закрепления лопаток. Пазы 2 расположены под углом к оси 18 вала ротора. Технический результат изобретения достигают при выполнении пазов, расположенных под утлом α, принятым из заявленного диапазона (16÷22)°, 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 первой 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 2 диска 1 лопаток 3 рабочего колеса первой ступени ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла α>22° отклонения оси паза 2 диска от оси 18 вала 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 2 равномерно разнесены по периметру обода 75 диска с угловой частотой Y_п=(4,64÷6,2) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями 22, встречно наклонными одна к другой под углом β=(63÷78)° к подошве 25 паза и сопряженные с подошвой 25 через скругления, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток и соответственно пазов 2 на диске для закрепления хвостовиков лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток и соответственно пазов на ободе диска ниже нижнего предела указанного диапазона Y_п<4,6 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Y_п>6,2 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске первой ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом. Кроме того, заявленная геометрия паза обеспечивает повышение концентрации при действии эксплуатационных нагрузок, точности геометрии межлопаточных каналов и формы решетки совместно с рабочими лопатками и повышает ресурс рабочего колеса.On the outer side of the rim 7 of the disk perform pulling a system of grooves 2 for fixing the blades. The grooves 2 are located at an angle to the axis 18 of the rotor shaft. The technical result of the invention is achieved by performing grooves located under the angle α, taken from the claimed range (16 ÷ 22) °, since this makes it possible to install the shank and feather of the blade at an angle that creates the greatest pressure drop at the inlet and outlet of the working fluid stream from the impeller of the first stage of the KND rotor and the most favorable working conditions are created, increasing the supply of the gas turbine, efficiency and resource with a minimum material consumption of the disk. Exceeding the stated range of the angle α will lead to a significant limitation of the GDU stock during multi-mode operation of the compressor, a decrease in the efficiency of the rotor stage and an increase in the risk of an accidentally dangerous stall of the air flow from the blades 3 of the impeller 3 of the first stage of the compressor rotor with the resulting loss of the GDU installed in the slots 2 of the disk 1 . With an increase in the angle α> 22 °, the deviations of the axis of the groove 2 of the disk from the axis 18 of the rotor shaft unjustifiably increase the voltage in the blades at all KND operation modes, which leads to a decrease in the resource of the “disk-blade wreath” system, an increase in the material consumption of the blades mounted on the disk, and, in ultimately, to make the compressor heavier and reduce the operational efficiency of the engine. In addition, the grooves 2 are evenly spaced around the perimeter of the rim 75 of the disk with an angular frequency Y _p = (4.64 ÷ 6.2) [units / rad] and are made in cross section with side faces 22 that are obliquely inclined to each other at an angle β = (63 ÷ 78) ° to the sole 25 of the groove and mated with the sole 25 through fillets forming an element of the castle connection with the shank of the blade. The technical result of the invention is provided by saturating the blade rim with the number of blades and, respectively, the grooves 2 on the disk for fixing the shanks of the blades located with an angular frequency taken from the range found in the invention. With a decrease in the number of blades and, accordingly, the grooves on the rim of the disk below the lower limit of the specified range Y _p <4.6 [u / rad], the lag of the flow from the rotation of the blade rim increases and the risk of loss of the HLD in the indicated compressor stage increases. Exceeding the upper boundary of the specified range Y _p > 6.2 [units / rad] and a corresponding increase in the number of blades in the blade rim formed on the disk of the first stage leads to an unjustified deterioration in efficiency and the risk of premature blocking of the working fluid flow with the blade rim. In addition, the claimed geometry of the groove provides an increase in concentration under the action of operational loads, the accuracy of the geometry of the interscapular channels and the shape of the lattice together with the rotor blades and increases the resource of the impeller.

Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазона градиентов угла γ между соединяющей входную и выходную кромки 12 и 13 профиля хордой 24 и фронтальной линией 38 решетки лопаточного венца, составляющем в корневом сечении γ_уст.к=(69,74÷77,7)°, а в периферийном сечении значение γ_п=(19,2÷27,2)°, а также найденных в изобретении границ диапазонов градиентов G_у.п.=(157,1÷225,9) [град/м] по высоте Н_ср пера 9 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера 9 лопатки со значениями градиента G_у.п.<157,1 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы КНД, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 11 пера 9 лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 24 пера 9 по высоте лопатки до значений градиента G_у.п., превышающих верхний предел G_у.п.>225,9 [град/м], приводит к недопустимому уменьшению угла раскрытия периферийного участка пера 9 лопатки, что в свою очередь приводит к снижению КПД, негативному уменьшению диапазона ГДУ компрессора и недопустимому рассогласованию работы первой ступени ротора с последующими ступенями КНД.Similar processes take place with obtaining a positive result when observing and negative when going beyond the boundaries of the range of gradients of the angle γ found between the input and output edges 12 and 13 of the profile 24 and the front line 38 of the lattice of the scapular crown in the root section γ _ust.k = (69,74 ÷ 77,7) °, and in a peripheral section of the value γ _n = (19,2 ÷ 27,2) °, and also found in the present invention ranges boundaries _{uniformizing parameter} gradients G = (157.1 ÷ 225.9) [deg / m] along the height H _{cf of the} pen 9 of the scapula. When performing three-dimensional profile of the blade 9, the pen with the gradient values G _{uniformizing parameter} <157.1 [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 pen 11 of the blade 9 with the resulting loss of the GDD increases. Increasing the installation angle difference relationship of the chord 24 of the pen 9 on the height of the blade to the gradient values G _{uniformizing parameter} Exceeding the upper limit _{uniformizing parameter} G > 225.9 [deg / m], leads to an unacceptable decrease in the opening angle of the peripheral section of the pen 9 of the scapula, which in turn leads to a decrease in efficiency, a negative decrease in the range of the GDU of the compressor and an unacceptable mismatch in the operation of the first stage of the rotor with subsequent steps of the low pressure switch.

Градиент G_y.x. увеличения хорды 24 пера 9 лопатки 3 по средней высоте Н_ср пера 9 лопатки характеризует парусность пера, образованную в результате углового расхождения входной и выходной боковых кромок 12 и 13 пера 9 от втулки до периферийного торца 23. Парусность пера 9 по высоте лопатки спрофилирована по упомянутому градиенту G_x углового расширения хорды 24 пера с заявленным диапазоном G_y.x.=(9,3÷13,3)·10^-2 [м/м], при котором обеспечивается получение технического результата изобретения. Уменьшение отношения разности длин периферийной и корневой хорд пера 9 к средней высоте Н_ср пера (G_y.x.<9,3·10^-2) приводит к образованию недостаточной густоты заполнения периферийного кольцевого участка площади поперечного сечения проточной части лопаточного венца периферийными участками пера 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 пера лопатки. Увеличение (G_y.x.>13,3·10^-2) приводит к неоправданному увеличению потерь от трения потока о профиль пера лопатки и к снижению КПД компрессора.The gradient G _{yx of the} increase in the chord 24 of the pen 9 of the scapula 3 according to the average height H _{cp of the} scapula 9 of the scapula characterizes the feathering of the pen formed as a result of the angular divergence of the input and output side edges 12 and 13 of the pen 9 from the sleeve to the peripheral end 23. Sailing of the pen 9 along the height of the scapula profiled according to the mentioned gradient G _{x of the} angular expansion of the chord 24 of the pen with the declared range G _yx = (9.3 ÷ 13.3) · 10 ^-2 [m / m], which provides the technical result of the invention. Reducing the ratio to the average height difference between the peripheral lengths and chord root pen 9 H _cf. pen (G _yx <9,3 · 10 ^-2) leads to formation of insufficient filling density of the peripheral portion of the annular flow cross-sectional area of the blade crown of peripheral portions of the blades in the projection of the pen on a conditional 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 feather 11. The increase (G _yx > 13.3 · 10 ^-2 ) leads to an unjustified increase in losses from the friction of the flow on the profile of the feather blade and to reduce the efficiency of the compressor.

Технический результат повышения ресурса рабочего колеса в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 9 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента G_у.т.=(1,3÷2,1)·10^-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера 9 лопатки. При значениях градиента G_у.т.<1,3·10^-2 [м/м] возникает излишнее повышение материалоемкости вследствие неоправданного реальными сочетаниями нагрузок увеличения толщины периферийной части пера лопатки, что приводит к завышению массы компрессора и снижению экономичности двигателя. При значениях градиента G_у.т.>2,1·10^-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 9 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.The technical result increasing the impeller resource twice achieved under condition the thickness difference ratio to the average height of the blade 9 pen received within the invention found in the gradient G of said _{fuel equivalent} range of values = (1.3 ÷ 2.1) · 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 9 of the scapula. When the gradient values G _{reference fuel} <1.3 · 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 feather unjustified by real load combinations, which leads to an overestimation of the mass of the compressor and a decrease in engine efficiency. When the gradient values G _{reference fuel} > 2.1 · 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 the bending vibrations of the pen profile 9 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 рабочего колеса первой ступени достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя без увеличения материалоемкости лопатки.Thus, by improving the design and aerodynamic parameters of the impeller of the first stage, 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 impeller of the first stage of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of a low-pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (TRD), having a housing with a flow part tapering from the inlet, characterized in that it contains a disk endowed with grooves and a blade ring, this disk is made in the form of a single element, including a hub with a Central hole, the canvas and the rim, and the blades contain each shank and feather with a profile formed by a concave trough and a convex back, paired with the input and output edges and; wherein the blade web is made with a section of height-variable cross section, tapering conically from the hub to the rim with a gradient G _{n of} decreasing thickness in the indicated direction equal to
G _n = (δ _pp - δ _KP) / N _cp = (0,11 ÷ 0,15) [m / m],
where δ _p.p. - the thickness of the peripheral part of the disk blade; δ _c.p. - the thickness of the basal part of the canvas; H _cf - the radial height of the blade web between the sections of the mates with the hub and rim; and the hub is made integrally with the axle of the front support of the rotor shaft, one-sidedly developed to the entrance to the low pressure valve and made with a variable diameter, stepwise decreasing not less than two steps from the blade web to the supporting end portion of the axle, in addition, the outer surface of the disk rim is made component of the axial section of the inner contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the generatrix of the rim on the axis of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial section of the CPV towards the flow of the working fluid, and the rim is connected with the disk blade with the formation of the front and rear ring conical shelves, the rear of which is equipped with an annular element made for subsequent permanent connection with the front shelf of the disk blade of the second stage, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk rim with an angular frequency Y _p = (4.6 ÷ 6,2) [units / rad] and are made with mutually inclined lateral faces having in cross section the configuration of the element of the locking connection with the shank of the blade, in addition, the grooves for the establishment of the shank of the blades are uniformly different hay along the perimeter of the rim of the disk, while the sole of each groove is located in a plane parallel to the axis of the rotor shaft, and the longitudinal axis of the sole of the groove forms, with the axis of the rotor shaft, projected onto the specified plane, the blade installation angle α defined in the range of α = (16 ÷ 22) °, and the input and output edges of the pen are made diverging to the peripheral end of the blade with a gradient of G _у.х. an increase in the connecting chords equal to
G _uh = (L _p.h. - L _k.h. ) / H _cp = (9.3 ÷ 13.3) · 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 conditional plane perpendicular to the axis of the feather blade; L _c.h. - the same, the length of the root chord; N _cf - the average height of the feather blades.

2. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the grooves in the rim of the disk are made in cross section with side faces forming an element of the lock connection with the shank of the blade according to the dovetail type, and the base surfaces of the side faces the grooves are counter-inclined one to the other with the formation of angles β between the side face and the sole of the groove equal to β = (63 ÷ 78) °, and are conjugated to the sole through fillets with a radius r equal to (0.33 ÷ 0.38) of the width of the mouth of the groove .

3. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the front shelf of the disk rim is made with an annular protrusion in the upper part of the shelf, provided with a lower intermittent annular groove made in the body of the protrusion in the sections between the grooves for the shanks with a depth of sufficient to insert a split lock ring into the lower part of the height of the shank of the blade, and at least one section between the grooves in the groove in the protrusion zone in the flange of the disk rim has one or two radial holes, respectively, for fixing the locking element and dismantling the locking ring, in addition, the front shelf of the disk rim is provided with a lower groove in the abutment zone of the blade with an annular groove for installing balancing weights, and holes in the front wall of the groove for fixing these weights.

4. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that each blade 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, with contact ends that are made at an angle (22 ÷ 28) ° to the axis of the rotor shaft in the projection onto the conditional axial plane of the rotor, normal to the axis of the feather blade, and tilted towards the trough of the feather profile, and the shank of the blade is provided with a groove for fixing the blade in the disk from shifting the shank along the axis p aza split lock ring.

5. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is 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 blade feather while the maximum thickness of the profile of the feather blade is made the largest in the root section and decreasing in height of the feather to the peripheral end with a gradient of G _weight equal to
G _ut = (C _k - C _p ) / N _sr = (1.3 ÷ 2.1) · 10 ^-2 [m / m],
where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With _p - the same peripheral section; N _cf - the average height of the feather blades.

6. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the supporting end portion of the axle is made with a system of through holes combined with an annular groove on the inside of the axle with the possibility of forming an oil manifold to cool the front seal contact bush, this adjacent to the supporting intermediate portion of the trunnion is made with a diameter exceeding the diameter of the supporting portion by a radial amount sufficient to form a stop and prevent axes axial displacement of the bearing and the contact seal on the supporting portion of the journal, and the intermediate section of the journal is designed to accommodate a two-tier non-contact labyrinth seal, which reduces leakage into the flowing part of the air of the pressurization of this seal, equipped with a system of through holes around the perimeter of the specified segment of the journal, combined from the inside of the cylindrical shell of the body trunnions with an annular groove configured to form a supply manifold for supplying air to a two-tier labyrinth seal, the possibility of axial fixation of which is provided for by the corresponding radial ledge, formed by the increased diameter of the free, radical root portion of the journal connected to the hub of the disk.

7. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np - direction of flight), and with the back of the pen convex to the side against the rotation of the rotor and in the clockwise direction of rotation.

8. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view), and with 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 in n.p.).

9. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 1, characterized in that the peripheral end face of the blade pen is beveled with the 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 unobstructed rotation of the impeller blades as part of the rotor of the KND engine.

10. The impeller of the first stage of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (TRD), having a housing with a flowing part tapering from the inlet, characterized in that it contains a disk endowed with grooves and a blade rim, the number of blades in which 29 to 39 blades are received, the disk being made in the form of a single element including a hub with a central hole, a web and a rim, and the blades contain each shank and feather with a profile formed by a concave trough and convex a back, conjugate inlet and outlet edges; wherein the blade web is made with a section of height-variable cross section, tapering conically from the hub to the rim with a gradient G _{n of} decreasing thickness in the indicated direction equal to
G _n = (δ _pp - δ _KP) / N _cp = (0,11 ÷ 0,15) [m / m],
where δ _p.p. - the thickness of the peripheral part of the disk blade; δ _c.p. - the thickness of the basal part of the canvas; H _cf - the radial height of the blade web between the sections of the mates with the hub and rim; and the hub is made integrally with the axle of the front support of the rotor shaft, one-sidedly developed to the entrance to the low pressure valve and made with a variable diameter, stepwise decreasing not less than two steps from the blade web to the supporting end portion of the axle, in addition, the outer surface of the disk rim is made constituting an axial section of the inner contour of the flowing part with an axial length equal to the projection of the rim generatrix onto the axis of the rotor shaft, and with a radius increasing in the axial cross-section of the low pressure valve towards the flow of the working fluid, while the angle of inclination forming the outer surface of the rim of the disk to the axis of the rotor shaft is φ = (17 ÷ 25) °, and the rim is connected to the disk blade with the formation of the front and rear annular conical shelves, the back of which is equipped with an annular element made for subsequent permanent connection with the front shelf of the canvas second stage disk
and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the rim of the disk and are made with mutually inclined side faces having a cross-sectional configuration of the element of the locking connection with the shank of the blade, while the feather of the blade is made with the angle γ of the installation profile, defined as the angle between the chord connecting the input and output edges of the profile and the front line of the lattice of the blade of the crown, having a projection on a conditional plane perpendicular to the axis of the pen, in the root section of the profile, the value of γ _k = (69.7 ÷ 77.7) °, in addition, the blade is made with variable adjustment pen angle γ Profile Fitting pen relative frontal grid lines profiles blade row, with decreasing radial distance from the rotor shaft axis gradient G _u.p having values in the range
G _{uniformizing parameter} = (γ _k - γ _p ) / N _sr = (157.1 ÷ 225.9) [deg / m].
where γ _to - the angle of installation of the profile of the feather of the scapula, in the root section; γ _p - the same in the peripheral section; N _cf - the average height of the feather blades.

11. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the grooves in the rim of the disk are made in cross section with side faces forming an element of the lock connection with the shank of the blade according to the dovetail type, and the base surface of the side faces the grooves are counter-inclined one to the other with the formation of angles β between the side face and the sole of the groove equal to β = (63 ÷ 78) °, and are conjugated to the sole through fillets with a radius r equal to (0.33 ÷ 0.38) of the width of the mouth of the groove .

12. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the front shelf of the disk rim is made with an annular protrusion in the upper part of the shelf, provided with a lower intermittent annular groove made in the body of the protrusion in the sections between the grooves for the shanks with a depth of sufficient to insert a split locking ring into the lower part of the blade shank height, moreover, at least one section between the grooves in the groove alignment in the protrusion zone in the flange of the disk rim has one or two of the last Important radial holes, respectively, for fixing with the locking element and dismantling the lock ring, in addition, the front flange of the disk rim is provided with a lower groove in the abutment area of the blade with an annular groove for installing balancing weights and with holes in the front wall of the groove for securing these weights.

13. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that each blade 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, with contact ends that are made at an angle (22 ÷ 28) ° to the axis of the rotor shaft in the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the axis of the feather blade and tilted towards the side of the feather profile, and the shank of the blade is provided with a groove to fix the blade in the disk from shifting the shank along the axis groove with a split locking ring.

14. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to p. 10, characterized in that the input and output edges of the pen are made diverging to the peripheral end of the blade with a gradient of G _C an increase in the connecting chords equal to
G _uh = (L _p.h. - L _k.h. ) / H _cp = (9.3 ÷ 13.3) · 10 ^-2 [m / m],
where L _p.x is the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conditional plane perpendicular to the axis of the feather blade; L _c.h. - the same, the length of the root chord; N _cf - the average height of the feather blades.

15. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the blade feather is 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 blade feather while the maximum thickness of the profile of the feather blade is made the largest in the root section and decreasing in height of the feather to the peripheral end with a gradient of G _weight equal to
G _ut = (C _k - C _p ) / N _sr = (1.3 ÷ 2.1) · 10 ^-2 [m / m],
where C _to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With _p - the same peripheral section; N _cf - the average height of the feather blades.

16. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the supporting end portion of the axle is made with a system of through holes combined with an annular groove on the inside of the axle with the possibility of forming an oil manifold to cool the front seal contact sleeve, this adjacent to the supporting intermediate section of the trunnion is made with a diameter exceeding the diameter of the supporting section by a radial amount sufficient to form a stop and prevent axle bearing displacement and contact seal on the supporting portion of the journal, and the intermediate section of the journal is designed to accommodate a two-tier non-contact labyrinth seal, which reduces leakage into the flowing part of the air of the pressurization of this seal, equipped with a system of through holes around the perimeter of this section of the journal, united on the inside of the cylindrical shell of the body trunnions with an annular groove configured to form an intake manifold for air supply into a two-tier labyrinth seal, the possibility of axial fixation of which is provided for by the corresponding radial ledge formed by the increased diameter of the free, radical root portion of the journal connected to the hub of the disk.

17. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the feather of the blade is made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np - direction of flight), and with the back of the pen convex to the side against the rotation of the rotor and in the clockwise direction of rotation.

18. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the feather of the blade is made with a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view), and with 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 in n.p.).

19. The impeller of the first stage of the rotor of the low-pressure compressor according to claim 10, characterized in that the peripheral end of the blade pen is beveled with the 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 unobstructed rotation of the impeller blades as part of the rotor of the KND engine.