SK6122000A3 - Compressor stage rotor - Google Patents

Description

Rotor stupňa kompresora

Oblasť techniky

Vynález sa týka rotora stupňa kompresora, ktorý je vhodný najmä ako integrálne axiálne alebo axiálno-radiálne koleso dúchadla dvojprúdových turbínových motorov.

Doterajší stav techniky

Známe riešenia integrálnych rotorov stupňov kompresora, to je rotorov, u ktorých tvoria lopatky a náboj jeden celok vyrobený z jedného kusa materiálu, majú nábojovú časť vytvorenú variantne v tvare disku alebo v tvare hrubostenného prstenca alebo v tvare prstenca s prednou a zadnou prírubou, priľahlým v smere prúdenia vzduchu k prednému a zadnému čelu náboja. V prípade potreby prichytenia rotorov stupňov kompresora k rotoru alebo hriadeľu kompresora pomocou príruby a hriadeľovej časti integrálnych s rotorovým stupňom kompresora, je táto hriadeľová časť vytvorená medzi prírubou a nábojom. Všetky tieto známe vyhotovenia sú nevýhodné tým, že v mieste koreňového rezu lopatky, v ktorom je lopatka napojená na náboj, je vhodné rozloženie napätosti pri rotácii dosiahnuteľné iba pre relatívne úzke rotorové stupne kompresora a ich praktické použitie je tým obmedzené iba pre úzke axiálne rotorové stupne kompresora s krátkou tetivou lopatiek, čo je aerodynamický zviazané s veľkým počtom lopatiek a s relatívne nízkym stlačením v stupni. Takéto riešenie nie je vhodné pre rotor dúchadla. Použitie známych riešení integrálnych rotorov stupňov kompresora pre široké stupne s dlhou tetivou a následne s nízkym počtom lopatiek pre axiálne i axiálno-radiálne stupne kompresora, s vynúteným prechodom náboja do zúženej diskovej časti z hľadiska prijateľnej hmotnosti a hmotného momentu zotrvačnosti rotora, za rotácie vyvoláva nadmernú napätosť v strednej časti dĺžky koreňového rezu lopatky. Toto je spôsobené tým, že lopatka sa za rotácie snaží premiestniť na väčší priemer ako tuhá doska približne rovnomerne po celej dĺžke náboja, ale náboj sa premiestňuje po dĺžke nerovnomerne. Keďže predná i zadná nevystužená časť náboja sa premiestňujú za rotácie na väčší priemer za lopatkami, pričom stredná, diskovou časťou vystužená časť náboja sa za rotácie zväčšuje minimálne, potom v tejto strednej oblasti koreňového rezu lopatiek dochádza k procesu akoby vytrhnutia lopa tiek z náboja. Za účelom eliminácie vzniku trhlín v mieste koreňa lopatky sú známe opatrenia spočívajúce vo vytvorení masívnej diskovej časti a zväčšení hrúbky koreňového profilu lopatky, čo má v konečnom dôsledku nevýhody spočívajúce v zhoršovaní aerodynamických vlastností stupňa, zvýšení hmotnosti, zvýšení hmotného momentu zotrvačnosti, nízkej životnosti a bezpečnosti proti roztrhnutiu takýchto rotorov stupňa kompresora.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje rotor stupňa kompresora, ktorého lopatky upravené na vonkajšej ploche náboja a náboj tvoria jeden integrálny celok, opatrený prírubou na pripojenie k rotoru alebo hriadeľu kompresora, podľa vynálezu ktorého podstata spočíva v tom, že náboj rotora stupňa kompresora je vytvorený v tvare bubnového tenkostenného prstenca a na vnútornej ploche náboja sú vytvorené aspoň dve obvodové rebrá, ktoré sú umiestnené v priestore medzi predným čelom a zadným čelom náboja s odstupom od predného čela a zadného čela náboja. Vzájomný rozstup obvodových rebier je väčší ako je odstup krajného obvodového rebra od príslušného predného čela a zadného čela náboja.

Ďalej podstata vynálezu spočíva v tom, že aspoň na jednom obvodovom rebre je vytvorený obvodový nákružok, ktorým je rozšírené príslušné obvodové rebro mimo miesta napojenia obvodového rebra na vnútornú plochu náboja, aby bolo možné rotor vyvažovať odberom materiálu. Je vhodné, aby priemer vnútornej obvodovej plochy nákružku bol väčší ako priemer vnútornej obvodovej plochy obvodového rebra.

Podstatou vynálezu je tiež to, že za účelom dosiahnutia väčšej rovnomernosti tuhosti náboja pre relatívne široké axiálno-radiálne stupne, je na náboji v mieste priľahlom k prednému čelu vytvorené zosilnenie.

Podstatou vynálezu je nakoniec to, že príruba určená na upevnenie rotora k hriadeľu alebo rotoru kompresora je na niektoré z obvodových rebier napojená prostredníctvom hriadeľovej časti.

Výhody rotora stupňa kompresora podľa vynálezu sú v tom, že umožňuje použiť axiálne i axiálno-radiálne široké rotorové stupne kompresora s relatívne dlhou tetivou lopatiek a s relatívne vysokým stlačením v stupni pre kolesá ventilátora, a to bez zhoršenia aerodynamických vlastností stupňa, nakoľko nie je potrebné zväčšovať hrúbku koreňového profilu lopatky z pevnostných dôvodov. Ďalšie výhody sú v pod statnom znížení (20-30%) hmotnosti, znížení hmotného momentu zotrvačnosti, vysokej životnosti a bezpečnosti proti roztrhnutiu takýchto rotorov stupňa kompresora.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou výkresu, na ktorom znázorňuje obr. 1 čiastočný pozdĺžny rez rotorom stupňa kompresora vo vyhotovení bez zosilnenia náboja v mieste priľahlom k prednému čelu a bez opatrenia niektorého z rebier nákružkom a obr. 2 čiastočný pozdĺžny rez rotorom stupňa kompresora vo vyhotovení so zosilnením opatreným zavádzacím priemerom a s nákružkom na jednom z rebier.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Rotor stupňa kompresora podľa obr. 1 je vytvorený z náboja 2 a lopatiek 1 ako jeden integrálny celok. Náboj 2 je vytvorený bubnovým tenkostenným prstencom. K vonkajšej ploche 10 náboja 2 sú napojené lopatky 1 Na vnútornej ploche 11 náboja 2 sú vytvorené dve obvodové rebrá 4, ktoré sú pozdĺžne umiestnené do priestoru medzi predné čelo 9 a zadné čelo 8 náboja 2 s odstupom od predného čela 9 a zadného čela 8 náboja 2. Vzájomný rozstup obvodových rebier 4 je väčší ako odstupy obvodových rebier 4 od predného čela 9 a zadného čela 8 náboja 2. Pre dosiahnutie vysokého stlačenia v stupni a pre zabezpečenie stabilnej práce motora v prípade nerovnomernosti a rozruchov prúdu vzduchu na vstupe do motora je potrebné použiť relatívne široké stupne. Vystužením dvomi obvodovými rebrami 4 je náboj 2 dostatočne pozdĺžne rovnomerne tuhý i pre relatívne široké axiálne stupne. Pre rovnomernú tuhosť náboja 2 pre relatívne široké, axiálno-radíálne stupne je vhodné použiť na vystuženie náboja 2 dve obvodové rebrá 4 spolu so zosilnením 14 náboja 2 v mieste priľahlom k prednému čelu 9 náboja 2 tak, ako je znázornené na obr. 2. Zosilnenie 14 je pre centrovanie priľahlých častí rotora opatrené zavádzacím priemerom 15. Pre vyvažovanie odberom materiálu sú obvodové rebrá 4 rozšírené obvodovým nákružkom 7 tak, že nákružkom 7 je rozšírené príslušné obvodové rebro 4 mimo miesta jeho napojenia rádiusom 12 na vnútornú plochu 11 náboja 2. Priemer vnútornej obvodovej plochy 13 nákružku 7 je väčší ako priemer vnútornej obvodovej plochy 16 obvodového rebra 4. Opísané vytvorenie nákružku 7 umožňuje vyvažovanie odberom materiálu nákružku 7 pri zanedbateľných zmenách napätosti a obvodovej tuhosti náboja 2 a obvodových rebier 4. K hriadeľu alebo rotoru kompresora je rotor pripevnený bežnými prostriedkami prostredníctvom príruby 3, ktorá je na niektoré z obvodových rebier 4 napojená prostredníctvom hriadeľovej časti 5. Vzduch, stláčaný v priestore medzi lopatkami 1 postupuje v axiálnom, respektíve v axiálno-radiálnom smere k osi 6 rotácie smerom od predného čela 9 náboja 2 k zadnému čelu 8 náboja 2. Vonkajšia plocha 10 náboja 2 rotora stupňa kompresora je tvarovaná podľa aerodynamických požiadaviek na prúdenie vzduchu stupňom.

Priemyselná využiteľnosť

Rotor podľa vynálezu je vhodné použiť pre široké stupne s dlhou tetivou najmä pre axiálne i axiálno-radiálne stupne kompresora.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rotor stupňa kompresora, ktorého lopatky upravené na vonkajšej ploche náboja a náboj tvoria jeden integrálny celok, opatrený prírubou na pripojenie k rotoru alebo hriadeľu kompresora, vyznačujúci sa tým, že náboj (2) je vytvorený v tvare bubnového tenkostenného prstenca a na vnútornej ploche (11) náboja (2) sú vytvorené aspoň dve obvodové rebrá (4), ktoré sú umiestnené v priestore medzi predným čelom (9) a zadným čelom (8) náboja (2) s odstupom od predného čela (9) a zadného čela (8) náboja (2), pričom vzájomný rozstup obvodových rebier (4) je väčší ako je odstup krajného obvodového rebra (4) od príslušného predného čela (9) a zadného čela (8) náboja (2).
2. 2. Rotor stupňa kompresora podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedno z obvodových rebier (4) je opatrené obvodovým nákružkom (7) tak, že nákružkom (7) je rozšírené príslušné obvodové rebro (4) mimo miesta napojenia obvodového rebra (4) na vnútornú plochu (11) náboja (2).
3. 3. Rotor stupňa kompresora podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že priemer vnútornej obvodovej plochy (13) nákružku (7) je väčší ako priemer vnútornej obvodovej plochy (16) obvodového rebra (4).
4. 4. Rotor stupňa kompresora podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že v mieste priľahlom k prednému čelu (9) náboja (2) je na náboji (2) vytvorené zosilnenie (14).
5. 5. Rotor stupňa kompresora podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že príruba (3) je na niektoré z obvodových rebier (4) napojená prostredníctvom hriadeľovej časti (5).