Осевой компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к осевым компрессорам газотурбинных двигателей (ГТД) и позволяет снизить вес конструкции ротора осевого компрессора ГТД. Осевой компрессор газотурбинного двигателя содержит статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса, соединенные между собой последовательно с помощью призонных болтов. Каждое рабочее колесо содержит лопатки, состоящие из профилированного пера и хвостовика, диски, имеющие обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстия в нем под призонные болты. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками, расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска, кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку под лопатками спрямляющих аппаратов, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени. Хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне, полки в сборе образуют трактовые втулочные барабанные оболочки рабочих колес и имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы. На ободах дисков рабочих колес выполнены ответные клиновидные кольцевые углубления, которые при установке и затяжке призонных болтов первых и вторых дисков каждого рабочего колеса образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток. 3 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к осевым компрессорам газотурбинных двигателей.

Серьезными факторами, определяющими ресурс, удельную массу и технологичность современных осевых компрессоров, являются прочность и масса рабочих лопаток и дисков рабочих колес. В настоящее время комплексное решение проблемы обеспечения требуемых параметров прочности и массы рабочих лопаток и дисков рабочих колес достигается применением рабочих колес, в которых диски и рабочие лопатки выполнены за одно целое, получившее название "блиск" (см. книгу "Иностранные авиационные двигатели", издание XIII, ЦИАМ, Москва, 2000 г., стр.85...86, двигатель F119).

Существенными недостатками таких конструкций является высокая стоимость изготовления, низкий процент выхода готовой продукции, низкая ремонтопригодность, а при появлении в эксплуатации нерасчетных вынужденных высокочастотных колебаний или автоколебаний лопаток возникает необходимость новых разработок, что значительно удлиняет цикл доводки и стоимость работ в целом. Таким образом, известное направление разработок является неэкономичным, и поэтому создание конструкции с отдельно выполненными рабочими лопатками, соединенными с ротором традиционными методами, например осевой компрессор с креплением рабочих колес призонными болтами, по-прежнему остается актуальным (см. книгу "Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей" под редакцией Хронина Д.В., Москва, Машиностроение, 1989 г., стр.92...93).

Это известное устройство является наиболее близким техническим решением. Устройство содержит статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса, соединенные между собой последовательно с помощью призонных болтов, каждое рабочее колесо состоит из лопаток, включающих в себя профилированное перо и хвостовик, и дисков, имеющих обод, полотно, ступицу и кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты.

Однако наличие на диске в известном осевом компрессоре массивного обода Т-образной формы, выполненного зацело с полотном диска с кольцевым пазом для размещения и крепления в нем хвостовиков рабочих лопаток, значительно утяжеляет конструкцию ротора.

Задачей изобретения является снижение веса конструкции ротора осевого компрессора газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что осевой компрессор газотурбинного двигателя, содержащий статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса, соединенные между собой последовательно с помощью призонных болтов, каждое рабочее колесо которого состоит из лопаток, состоящих из профилированного пера и хвостовика, дисков, имеющих обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты, при этом каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками, расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана, оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска, кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку под лопатками спрямляющих аппаратов, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени, причем хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне, полки в сборе образуют трактовые втулочные барабанные оболочки рабочих колес и имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы, а на ободьях дисков рабочих колес выполнены ответные клиновидные кольцевые углубления, которые при установке и затяжке призонных болтов первых и вторых дисков каждой рабочего колеса образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток.

Выполнение рабочего колеса осевого компрессора с двумя дисками, расположенными последовательно по потоку газо-воздушного тракта компрессора и соединенными между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями под призонные болты в полотне второго диска, кольцевой бурт которого образует трактовую (барабанную) оболочку под лопатками спрямляющих аппаратов и выполняет роль междисковой проставки каждой последующей ступени, позволяет уменьшить массу как полотна диска, так и его обода. Выполнение хвостовиков рабочих лопаток в виде полок с ребрами жесткости на их внутренних сторонах, полки образуют в сборе трактовые втулочные оболочки рабочих колес, с клиновидными кольцевыми выступами на передних и задних сторонах полок, которые контактируют ответными клиновидными кольцевыми углублениями, выполненными на ободьях дисков рабочих колес, и в сборе при установки и затяжке призонных болтов первых и вторых дисков образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост", позволяет обеспечить надежное крепление рабочих лопаток на диске без использования массивного традиционного обода Т-образной формы, что также приводит к снижению веса ротора компрессора на 20...25%, обеспечивая при этом необходимую прочность барабана ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема продольного разреза осевого компрессора газотурбинного двигателя.

На фиг.2 представлена в увеличенном масштабе ступень рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

На фиг.3 представлен в увеличенном масштабе элемент I фиг.2, поясняющий крепление хвостовиков лопаток между двумя дисками и соединение первого и второго дисков рабочего колеса в барабан ротора компрессора.

Осевой компрессор газотурбинного двигателя содержит статор 1 с лопатками 2 спрямляющих аппаратов, ротор 3 барабанно-дискового типа, включающий рабочие колеса 4, соединенные призонными болтами 5, с лопатками 6, профилированными перьями 7 и хвостовиками 8, диски с ободьями 9 и кольцевыми буртами 10 с фланцами 11, имеющими отверстия 12 под болты 5. Каждое рабочее колесо 4 снабжено двумя дисками 13 и 14 с посадочными поясками 15 и сквозными отверстиями 16 под призонные болты 5. На ободе 9 второго диска выполнен кольцевой бурт 17, образующий трактовую барабанную оболочку 18 под лопатками 2 спрямляющих аппаратов. Хвостовики 8 рабочих лопаток 6 выполнены в виде полок 19 с ребрами жесткости 20 и в сборе образуют трактовую втулочную барабанную оболочку 21 рабочих колес 4 и снабжены на переднем 22 и заднем 23 торцах по потоку клиновидными кольцевыми выступами 24 и 25 соответственно, а на ободьях 9 дисков рабочих колес 4 выполнены им ответные соответственно клиновидные кольцевые углубления 26 и 27 и в сборе при затяжке болтов 5 в обоих дисках образуется кольцевой паз 28 типа "ласточкин хвост".

При работе двигателя в дисках 13 и 14 на величину напряжений и закон их распределения в направлении радиуса дисков влияют наличие и размеры ободьев 9 и величины центробежных сил рабочих лопаток 6, а также величины собственной массы дисков 13 и 14 и присоединных к дискам элементов конструкций: кольцевые бурты 10 и 17, фланцы 11, трактовых барабанных оболочек 18 и 21 и т.п.Выполнение хвостовиков 8 рабочих лопаток 6 в виде полок 19 с ребрами жесткости 20, с клиновидными кольцевыми выступами 24 и 25 на переднем 22 и заднем 23 торцах оформляют замковое соединение типа "ласточкин хвост", которое по своим геометрическим размерам требует меньшую массу ободьев дисков 13 и 14, чем соединение типа "ласточкин хвост" в его традиционном исполнении, а следовательно, и не требует традиционных размеров самого обода для его размещения. Введение двух дисков 13 и 14 с ободьями 9 меньших размеров с клиновидными кольцевыми углублениями 26 и 27, которые при установке и затяжке призонных болтов 5 в сборе образуют кольцевой паз 28, ответный под паз типа "ласточки хвост", который формируют клиновидные кольцевые выступы 24 и 25 полок 19, обеспечивает надежное крепление рабочих лопаток 6 ротора 3 с меньшими размерами и массой. Изменение размеров в меньшую сторону ободьев 9 дисков 13 и 14, хвостовиков 8 рабочих лопаток 6, трактовых барабанных оболочек 19 и 21 приводит к снижению нагрузок на диски 13 и 14, а следовательно, и к уменьшению их геометрических размеров, что в целом приводит вес двух дисков 13 и 14, примерно к такой же величине веса одного диска безободной его части при выполнении крепления лопаток, как в известном техническом решении, описанном в прототипе.

Для увеличения жесткости конструкции барабана ротора 3 на внутренней стороне полок 19 хвостовиков 8, при необходимости, могут быть выполнены ребра 20 жесткости, количество и размеры которых, их конкретная пространственная форма и местоположение, а также геометрические размеры дисков 13 и 14, размеры полок 19, ободьев 9 и барабанных оболочек 19 и 21 устанавливаются при проектировании ротора 3 осевого компрессора расчетным или экспериментальным путем.

Таким образом, выполнение конструкции рабочих колес ротора осевого компрессора газотурбинного двигателя с двумя последовательно установленными на них дисками, позволяет сформировать в рабочем колесе кольцевой паз типа "ласточкин хвост", обеспечить надежное крепление рабочих лопаток без использования массивного обода на дисках и при этом снизить массу ротора осевого компрессора газотурбинного двигателя на 20...25% в целом.

Осевой компрессор газотурбинного двигателя, содержащий статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса, соединенные между собой последовательно с помощью призонных болтов, каждое рабочее колесо которого состоит из лопаток, состоящих из профилированного пера и хвостовика, дисков, имеющих обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты, при этом каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками, расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана, оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска, кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку под лопатками спрямляющих аппаратов, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени, причем хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне, полки в сборе образуют трактовые втулочные барабанные оболочки рабочих колес и имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы, а на ободах дисков рабочих колес выполнены ответные клиновидные кольцевые углубления, которые при установке и затяжке призонных болтов первых и вторых дисков каждого рабочего колеса образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток.