Ступень осевого компрессора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к машиностроению, а именно турбомашинам, и может быть использовано в конструктивных элементах роторов компрессоров ГТД, а именно: в устройствах крепления лопаток, и повышает надежность, вибро- и ударную прочность рабочего колеса осевого компрессора. Ступень осевого компрессора ГТД имеет лопаточные венцы рабочего колеса и кольцевой бандаж, выполненный в виде опорного силового кольца, наружная часть которого изготовлена из композиционного материала, а внутренняя - из металла, при этом внутреннее металлическое кольцо имеет пазы для крепления в них хвостовиков концевой части лопатки, а в пазах замков установлены виброизоляционные, амортизационные элементы, например плоские пружины. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к турбомашинам, например к осевым компрессорам газотурбинных двигателей (ГТД).

В современных ГТД при скорости вращения ротора двигателя более 10000 об/мин, на лопатки рабочего колеса действует ряд сил и наиболее существенной из них является сила растяжения от центробежных сил при вращении ротора двигателя.

В этих условиях необходимо повысить ударостойкость лопаточных венцов и свести к минимуму вероятность обрыва лопатки, т.е. обеспечить высокую надежность и живучесть ОК.

Известна ступень осевого компрессора ГТД, описанная в патенте на изобретение №2211381, кл. F 04 D 29/34, опубликованного 27.08.2003 г., бюл. №24, принятая за прототип, имеющая лопаточные венцы рабочего колеса и кольцевой бандаж, причем последний выполнен в виде внешнего опорного силового кольца для хвостовиков концевого сечения лопаток, которые крепятся в нем посредством трапециевидного замка типа «ласточкин хвост», для чего внутренняя поверхность опорного силового кольца выполнена металлической и имеет пазы.

Недостатком такой конструкции турбомашины является то, что под воздействием центробежных сил при вращении ступени осевого компрессора ГТД происходит деформация его элементов, причем при применении в конструкции различных материалов эта деформация будет не одинаковой, что вызовет дополнительные напряжения в местах сопряжения элементов конструкции, из-за которых напряжения в этих элементах может превысить предельные допустимые значения. Кроме того, при ускоренном движении ротора ГТД из-за инерционных сил, действующих на силовое кольцо, будут возникать дополнительные нагрузки в самой лопатке и в замках крепления лопатки в диске и силовом кольце, в ее корневой и концевой частях.

Технической задачей изобретения является повышение надежности, вибро- и ударной прочности рабочего колеса осевого компрессора, уменьшение возникающих дополнительных напряжений в сопряженных деталях, более «мягкое», безударное парирование ударных и инерционных воздействий на рабочее колесо.

Сущность изобретения заключается в том, что в ступени осевого компрессора ГТД, имеющей лопаточные венцы рабочего колеса и его внешнее силовое кольцо, в котором внутренняя часть имеет пазы, в которых посредством замков крепятся концы пера лопатки, в замки крепления лопатки между боковыми стенками пазов и концами замковой части торцевых концов лопатки установлены виброизоляционные, амортизационные элементы, например плоские пружины.

Технический результат заявляемого изобретения обеспечивается конструкцией замка, например, с плоскими пружинами, которая позволяет избежать дополнительных напряжений в устройстве, их деформаций от центробежных сил при вращении ротора ГТД и температурных напряжений и перераспределить нагрузки, действующие на систему диск - лопатка - силовое кольцо.

Существенным отличительным признаком изобретения являются виброизоляционные и амортизационные элементы, например плоские пружины, установленные в замках крепления лопатки.

На чертеже приведена схема ступени осевого компрессора ГТД.

Описание устройства.

Ступень осевого компрессора ГТД состоит из диска 1, на котором крепятся корневые хвостовики 2 пера лопаток 3 с помощью трапециевидного замка 4. В периферийной части рабочего колеса имеется кольцевой бандаж в виде внешнего силового кольца 5, наружная часть которого выполнена из композиционного материала, а внутренняя - из металла с пазами 6 для крепления в них хвостовиков 7 конца пера лопаток. В пазах 6 установлены виброизоляционные и амортизационные элементы, например плоские пружины 8, позволяющие снизить нагрузки, действующие на систему диск 1 - лопатка 3 - силовое кольцо 5. Пружины 8, при необходимости, могут быть установлены с предварительной натяжкой. Это дает возможность подбирать жесткость, количество и конфигурацию пружин, что позволяет «мягче» парировать газодинамические и другие возможные нагрузки, в том числе и ударные (демпфирование - силой трения и жесткостью пружины), а также инерционные силы от силового кольца при ускоренном вращении ротора ГТД.

Пружины 8 установлены в зазоре 9 между боковыми стенками пазов 6 и концами замковой части торцевых концов лопатки 3.

С целью обеспечения оптимальных условий работы ступени осевого компрессора ГТД количество, конфигурация и жесткость указанных элементов, например пружин, подбирается по месту.

Во время работы осевого компрессора, пружины 8 позволяют предварительно установить с натягом систему диск - лопатка - силовое кольцо, чтобы в процессе раскрутки ротора ГТД максимальных оборотов получить оптимальные условия работы данной конструкции, перераспределить нагрузки. Пружины 8 воспринимают ударные нагрузки и обеспечивают виброизоляцию и амортизацию.

Источники информации

1. Патент на изобретение №2211381, кл. F 04 D 29/34, опубл. 27.08.2003 г., бюл. №24 (прототип).

Ступень осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащая лопаточные венцы рабочего колеса и его внешнее силовое кольцо, в котором внутренняя часть имеет пазы, причем в пазах посредством замков крепятся концы пера лопатки, отличающаяся тем, что в замках крепления лопатки в зазоре между боковыми стенками пазов и концами замковой части торцевых концов лопатки установлены виброизоляционные, амортизационные элементы, например плоские пружины.