Рабочее колесо седьмой ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо седьмой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочей лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно в ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п.=(166,1÷239,2) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hср профиля пера лопатки Rд/Hcp=(7,2÷10,8). Обод диска снабжен кольцевыми полками для разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней ротора КВД и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам высокого давления (КВД) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД).

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. (Ю.С. Елисеев и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. 2-е изд. Москва. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2000. с. 621-624).

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки и паз в ободе диска имеет трапециевидный профиль. Перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером выполнена полка с формированием проточной части (А.А. Иноземцев и др. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 2. Москва. Машиностроение 2008, с. 39-42).

Известно рабочее колесо компрессора, имеющее диск с установленными в пазу рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Паз диска выполнен с уширением по глубине в поперечном сечении паза. (US 2013/0171343, 04.07.2013 г., фиг. 1, 2). Аналогичные решения известны из US 2005/0025622 А1, фиг. 1, US 2009/0246029 А1, фиг. 5, US 2005/0129522 А1, фиг. 1, US 1606029, фиг. 3, 4.

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска рабочего колеса, влияющих на формирование конфигурации и площадь проходного сечения проточной части и размещение в пазу обода диска лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса ротора компрессора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой установки лопатки в рабочем колесе ротора, что затрудняет получение оптимального сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора, а также обеспечение оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса при минимуме материалоемкости.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора высокого давления ТРД с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации диска и лопаток, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД в седьмой ступени КВД, подачи воздушного потока в последующие ступени КВД с повышенным запасом ГДУ на всех режимах работы и ресурса двигателя без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что лопатка рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления КВД турбореактивного двигателя ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления (ТНД) с валом, турбину высокого давления (ТВД) и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками и лопаточными венцами, при этом обод диска рабочего колеса наделен пазом для установки лопаток, согласно изобретению, лопатка содержит перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, а также выполненные за одно целое с пером хвостовик и корневая полка с конической поверхностью по обе стороны пера, образующей фрагмент втулочной поверхности проточной части двигателя седьмой ступени КВД, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение αп=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hcp=(166,1÷239,2) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; кроме того, перо лопатки 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 максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом Gу.т., равным

Gу.т.=(Cк-Cп)/Hср=(2,5÷3,7)⋅10-2 [м/м],

где Ск - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Сп - то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки.

При этом хвостовик лопатки может иметь подошву с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами, верхние грани каждого из которых наклонены к условной плоскости подошвы хвостовика на угол β1=(29÷40)°, а нижние грани выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы хвостовика угол β2=(48÷69)°.

Хвостовик может быть выполнен с соотношением средней высоты Hср профиля пера лопатки к средней высоте hcp хвостовика, составляющим Hср/hcp=(4,9÷6,7).

Перо лопатки может быть выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.- направлению полета), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо лопатки может быть выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Поставленная задача в части лопаточного венца решается тем, что лопаточный венец рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, обод которых наделен пазом для установки рабочих лопаток, согласно изобретению, содержит лопатки, равномерно разнесенные по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД выполнена с конфигурацией и параметрами, описанными выше, кроме того, торцы корневой полки каждой лопатки выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части, для чего полка каждой лопатки выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне седьмой ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода диска и составляющим не менее 6°.

Поставленная задача в части диска ротора компрессора решается тем, что диск рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, снабженных лопатками, включающими хвостовик, корневую полку и перо, согласно изобретению, диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно, при этом радиус диска Rд от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска снабжен по контуру кольцевым пазом для размещения в нем хвостовиков рабочих лопаток и разделен пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча с периферийными кольцевыми коническими полками с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок лопаток втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска седьмой ступени ротора КВД, при этом внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска Bоб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; причем фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, причем в зоне разъемного стыка участки кольцевых полок указанных дисков выполнены с возможностью соединения внахлест, кроме того, полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов.

При этом радиус центрального отверстия ступицы Rц.о.с. может быть выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска, считая последний от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна.

Паз диска может быть снабжен не менее чем одним заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток и фиксирующих элементов для фиксации положения лопаток в пазу.

Диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым -девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковые втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Паз обода диска может быть выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной части паза и разделенным заужением, образованным двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами, выполненными со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика лопатки, при этом нижнее уширение кольцевого паза обода диска выполнено с гранями, образующими замковую конфигурацию типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней, составляющим (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным поверхностям хвостовика лопатки, а верхнее уширение паза выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска седьмой ступени КВД.

Длина периметра кольцевого паза в ободе диска может быть выполнена достаточной для размещения в нем хвостовиков лопаток с угловой частотой Yл, определенной в диапазоне значений Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад].

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, при этом радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска; причем внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска Bоб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, для чего в полотне диска выполнены отверстия, радиус условной окружности расположения центров которых вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

При этом диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, для чего полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительное кольцо с другой стороны, которые радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстий под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенные относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад].

При этом лопатки могут быть равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, составляющим β1=(29÷40)°, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазу лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

Перо лопатки может быть выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п=(αпк)/Нср=(166,1÷239,2) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - то же, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки; кроме того, перо лопатки 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 максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки обода диска могут быть выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора.

Поставленная задача в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение αп=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Нср=(166,1÷239,2) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - то же, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки; при этом лопатки, равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], причем обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска седьмой ступени ротора КВД с углом ϕ наклона образующей внешней поверхности обода к оси ротора, идентичным внешней поверхности корневой полки лопатки, для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, кроме того, рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска от оси вала ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода диска в средней радиальной плоскости полотна диска к средней высоте Hср профиля пера лопатки, составляющим Rд/Hср=(7,2÷10,8).

При этом диск выполнен с радиусом Rд от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна, составляющим (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Ra диска в средней радиальной плоскости полотна диска.

Диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки обода диска могут быть выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора, причем в зоне разъемного стыка с дисками шестой и восьмой ступеней участки полок выполнены с возможностью соединения внахлест.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД ТРД, включающего диск и рабочие лопатки, в совокупности составляющие лопаточный венец рабочего колеса, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,5% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД ТРД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент обода диска рабочего колеса с лопатками, вид сбоку;

на фиг. 3 - фрагмент лопаточного венца рабочего колеса, вид сверху;

на фиг. 4 - лопатка рабочего колеса, вид сверху;

на фиг. 5 - перо лопатки рабочего колеса, поперечный разрез;

на фиг. 6 - хвостовик лопатки рабочего колеса, вид спереди;

на фиг. 7 - обод диска рабочего колеса, продольный разрез;

на фиг. 8 - фрагмент обода диска с заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток, продольный разрез;

на фиг. 9 - фрагмент обод диска с фиксирующим элементом для фиксации положения лопаток в пазу, продольный разрез.

Многоступенчатый компрессор высокого давления турбореактивного двигателя включает корпус с проточной частью, турбину низкого давления с валом, турбину высокого давления и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с передней опорой и с трубчатой частью вала ротора с другой стороны.

В группе изобретений, объединенных единым творческим замыслом, рабочее колесо седьмой ступени ротора компрессора (фиг. 1) содержит диск 1, наделенный пазом 2 для установки рабочих лопаток 3, в совокупности составляющих лопаточный венец рабочего колеса.

Лопатки лопаточного венца содержат каждая выполненные за одно целое хвостовик 4, перо 5 и корневую полку 6 с конической поверхностью по обе стороны пера 5. Диск 1 рабочего колеса выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 7 с центральным отверстием 8, полотно 9 и обод 10, наделенный пазом 2 для установки хвостовиков 4 лопаток. Лопатки 3 равномерно разнесены по периметру диска 1 с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад]. Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 и выпуклой спинкой 12, сопряженными входной и выходной кромками 13 и 14.

Хвостовик 4 лопатки выполнен для установки в паз 2 обода 10 диска 1. Хвостовик 4 лопатки выполнен с конфигурацией боковых и опорной поверхностей, конгруэнтной профилю ответных поверхностей паза 2 с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера 5 к оси 15 ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение αп=(36,8÷52,9)°.

Перо 5 лопатки (фиг. 4) выполнено с переменной относительно оси 15 ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hср=(166,1÷239,2) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - то же, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки.

Перо 5 лопатки (фиг. 5) выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 12 и корыта 11 относительно хорды 16, соединяющей входную и выходную кромки 13 и 14 пера лопатки. Максимальная толщина профиля пера 5 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу 17 с градиентом Gу.т., равным

Gу.т.=(Cк-Cп)/Hср=(2,5÷3,7)⋅10-2 [м/м],

где Cк - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Cп - то же, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки.

Хвостовик 4 лопатки (фиг. 6) имеет подошву 18 с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси 15 ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами. Верхние грани 19 каждого выступа наклонены к условной плоскости подошвы 18 хвостовика на угол β1=(29÷40)°. Нижние грани 20 выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы 18 хвостовика угол β2=(48÷69)°.

Торцы 21 корневой полки 6 каждой лопатки (фиг. 3) выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части. Для этого корневая полка 6 лопатки 3 выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне седьмой ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки 6 к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода 10 диска и составляющим не менее ϕ≥6°.

Лопатка 3 выполнена с отношением средней высоты Нср профиля пера 5 лопатки к средней высоте hcp хвостовика 4, составляющим Hср/hcp=(4,9÷6,7).

Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и выпуклой спинкой 12 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Диск 1 рабочего колеса седьмой ступени выполнен с радиусом Rд от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9, составляющим (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости. Радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для размещения передней опоры КВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска от оси 15 ротора КВД до верхней поверхности обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9 диска.

Для размещения хвостовиков лопаток 3 обод 10 диска 1 снабжен по контуру кольцевым пазом 2. Обод 10 разделен пазом 2 на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча 22, 23 с периферийными кольцевыми коническими полками 24 и 25 соответственно с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок 6 лопаток 3 втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска седьмой ступени ротора КВД.

Внешняя поверхность обода 10 выполнена с углом наклона образующей 26 относительно оси 15 ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GRоб., определенным в диапазоне

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска; Bоб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом.

При этом рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска 1 от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода 10 диска в средней радиальной плоскости полотна 9 диска к средней высоте Hср профиля пера 5 лопатки, составляющим Rд/Hcp=(7,2÷10,8).

Паз 2 обода 10 диска (фиг. 7) выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной частях 27 и 28 паза и разделенным заужением, которое образовано двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами 29. Выступы 29 выполнены со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика 4 лопатки. Уширение в нижней придонной части 28 паза 2 обода диска выполнено с гранями 30 с образованием замковой конфигурации типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней 30, составляющим (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным граням 19 и 20 хвостовика 4 лопатки. Уширение в верхней части 27 паза 2 выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза 2, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки 6 лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска седьмой ступени КВД.

Паз 2 обода 10 диска 1 снабжен не менее чем одним заходным отверстием 31 для установки в паз хвостовиков 4 лопаток (фиг. 8) и фиксирующих элементов 32 для фиксации положения лопаток в пазу. Для радиально-угловой фиксации положения лопаток 3 в ободе 10 диска кольцевой паз 2 выполнен с контактными выступами 29 с возможностью удерживания лопаток от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил. Нижняя грань выступа 29 расположена под углом к условной плоскости придонной части паза, идентичным углу β1 наклона ответной грани 20 хвостовика 4 лопатки к его подошве 18. От смещения в окружном направлении (фиг. 9) в кольцевом пазу 2 лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами 32. Фиксирующие элементы 32 выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза 2, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта 33.

Для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД обод 10 диска 1 выполнен с возможностью разъемного соединения фронтальной и тыльной полок 24 и 25 с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней соответственно (на чертежах не показано) и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора. В зоне разъемного стыка участки полок указанных дисков выполнены с возможностью соединения внахлест.

Полотно 9 диска 1 снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками 34 и 35 с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки. Кольцевые буртики 34 и 35 соответственно для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительного кольца с другой стороны (на чертежах не показано) радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси 36 стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца. В полотне 9 диска выполнены отверстия 37 под стяжные шпильки, эквидистантно разнесенные относительно оси ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад]. Радиус Rст условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно 9 диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями 38 для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки 24, 25 обода 10 диска выполнены выступающими за габарит пера 5 рабочей лопатки 3 на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора.

Пример реализации изобретения.

Рабочее колесо седьмой ступени КВД двигателя 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 7, полотно 9 и обод 10.

Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 22 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 145 мм; толщина полотна - 4 мм; ширина обода, ограниченного межлопаточным каналом - 15 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска - 540 и 544 мм соответственно; угол ϕ наклона внешней поверхности обода диска - 7°.

Лопатку 3 рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД 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 корневой полки 6. 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 12 пера 5 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 11 пера 5 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 4.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 5 и корневой полки 6 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 21 корневых полок 6 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.

Изготовленная таким образом лопатка состоит из объединенных в одно целое пера 5 с хвостовиком 4 и корневой полкой 6, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора ТРД.

Профиль пера 9 лопатки имеет следующие геометрические параметры:

- в корневом сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=1,5 мм; длина хорды 16, соединяющей входную и выходную кромки 13 и 14 пера лопатки - 17 мм; угол αк установки профиля пера к оси ротора составляет 38,2°;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=0,7 мм; длина хорды пера принята 17 мм; угол αп установки профиля пера составляет 45°;

- средняя высота Hср профиля пера составляет 28 мм;

- средняя высота hcp хвостовика составляет 5,5 мм.

Корневая полка 6 лопатки выполнена с шириной в окружном направлении 16 мм с контактными торцами 21, выполненными параллельно оси ротора и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки 6 к оси 15 ротора ϕ=7°.

На внешней стороне обода 10 выполняют протягиванием кольцевой паз 2 для крепления лопаток. Паз выполнен с двумя заходными отверстиями 31. Лопатки 3 удерживают от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил при помощи контактных выступов 29. Лопатки 3 удерживают в диске 1 от перемещения в окружном направлении 2 с помощью фиксирующих элементов 32. Лопатки 3 сопрягают по ответным торцам 21 смежных корневых полок.

В процессе работы ТРД диск 1 рабочего колеса седьмой ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от ТВД через барабанно-дисковую конструкцию вала ротора компрессора с включением в работу лопаток 3 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в компрессоре. На вогнутой поверхности в виде корыта 11 пера 5 лопатки 3 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 12 пера 5, 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 седьмой ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени компрессора. Одновременно диск 1 воспринимает центробежные нагрузки и через кольцевые полки 24 и 25 обода передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в группе изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 10, сочетания сужающегося полотна 9 и осевой ширины ступицы 7, компенсирующих ослабление полотна 9 диска центральным отверстием 8, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 8 в ступице 7 принят достаточным для пропуска вала ТВД и ремонтно-технологического доступа к соединениям вала компрессора. На внешней стороне обода 10 диска выполняют протягиванием кольцевой паз 2 для крепления лопаток, обеспечивая при этом возможность установки хвостовика и пера лопатки под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости. 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 пазу 2 диска 1 лопаток 3 рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла α неоправданно возрастают напряжения в лопатках на всех режимах работы компрессора, 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. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток ниже нижнего предела указанного диапазона Yл<13,85 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Yл>19,27 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске седьмой 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 и повышает ресурс рабочего колеса.

Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазона градиентов Gз.п=(166,1÷239,2) [град/м] по высоте Hср пера 5 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера лопатки со значениями градиента Gз.п<166,1 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы компрессора, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 12 пера 5 лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 16 пера 5 по высоте лопатки до значений градиента Gз.п., превышающих верхний предел, 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 седьмой ступени ротора с предыдущими и последующими ступенями компрессора.

Технический результат повышения ресурса рабочего колеса в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 5 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента Gу.т.=(2,54÷3,7)⋅10-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера лопатки. При значениях градиента Gу.т.<2,5⋅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 Gу.т>3,78⋅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 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.

Технический результат группы изобретений достигается также при реализации изобретения с заявленным диапазоном соотношений (Rд/Rп.к.) и (Rд/Hср), т.к. уменьшение значений указанных отношений приведет к неоправданному уменьшению радиуса диска, нерасчетному увеличению радиальной высоты рабочих лопаток, что как следствие нарушит входные и выходные аэродинамические параметры конструкции рабочего колеса и потока рабочего тела - воздуха, а также ухудшит газодинамическую устойчивость на переходных режимах работы двигателя. Увеличение значений указанных отношений приведет к аэродинамически недопустимому уменьшению площади проходного сечения проточной части двигателя в зоне седьмой ступени компрессора ТРД, что нарушит требуемый динамический баланс расхода рабочего тела и потребует перепроектирования геометрических параметров проточной части последующих ступеней КВД. Кроме того, уменьшение градиента GR.об<0,11 приведет к недопустимому негативно малому приросту радиуса диска седьмой ступени и соответственно не обеспечит требуемое уменьшение проходного сечения проточной части на осевом участке ширины обода диска, что не позволит получить необходимый прирост давления рабочего тела, которое должно быть получено в зоне седьмой ступени КВД ТРД для достижения технического результата при реализации изобретения.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров рабочего колеса седьмой ступени достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора двигателя без увеличения материалоемкости.

1. Лопатка рабочего колеса седьмой ступени, имеющего диск, обод которого наделен пазом, и лопаточный венец, в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления (КВД) турбореактивного двигателя (ТРД), содержащего корпус с проточной частью, вал ротора КВД и турбину высокого давления (ТВД), характеризующаяся тем, что лопатка содержит перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, а также выполненные за одно целое с пером хвостовик и корневая полка с конической поверхностью по обе стороны пера, образующей фрагмент втулочной поверхности проточной части двигателя седьмой ступени КВД, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(31,8÷45,7)°, a в периферийном сечении пера значение αп=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; кроме того, перо лопатки 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 максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом Gy.т., равным

где Ск - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Сп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки.

2. Лопатка рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик лопатки имеет подошву с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами, верхние грани каждого из которых наклонены к условной плоскости подошвы хвостовика на угол β1=(29÷40)°, а нижние грани выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы хвостовика угол β2=(48÷69)°.

3. Лопатка рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик выполнен с соотношением средней высоты Нср профиля пера лопатки к средней высоте hcp хвостовика, составляющим Нср/hcp=(4,9÷6,7).

4. Лопатка рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

5. Лопатка рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

6. Лопаточный венец рабочего колеса седьмой ступени, имеющего диск, обод которого наделен пазом для установки рабочих лопаток, в составе ротора многоступенчатого КВД ТРД, содержащего корпус с проточной частью, вал ротора КВД и ТВД, характеризующийся тем, что содержит лопатки, равномерно разнесенные по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД выполнена по любому из пп. 1-5, кроме того, торцы корневой полки каждой лопатки выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части, для чего полка каждой лопатки выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне седьмой ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода диска и составляющим не менее 6°.

7. Диск рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, снабженных лопатками, включающими хвостовик, корневую полку и перо, характеризующийся тем, что диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно, при этом радиус диска Rд от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска снабжен по контуру кольцевым пазом для размещения в нем хвостовиков рабочих лопаток и разделен пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча с периферийными кольцевыми коническими полками с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок лопаток втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска седьмой ступени ротора КВД, при этом внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска; Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; причем фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, причем в зоне разъемного стыка участки кольцевых полок указанных дисков выполнены с возможностью соединения внахлест, кроме того, полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов.

8. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что радиус центрального отверстия ступицы Rц.o.c. выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска, считая последний от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна.

9. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что паз диска снабжен не менее чем одним заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток и фиксирующих элементов для фиксации положения лопаток в пазу.

10. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что диск седьмой ступени объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковые втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

11. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

12. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что паз обода диска выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной частях паза и разделенным заужением, образованным двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами, выполненными со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика лопатки, при этом нижнее уширение кольцевого паза обода диска выполнено с гранями, образующими замковую конфигурацию типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней, составляющим (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным поверхностям хвостовика лопатки, а верхнее уширение паза выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки лопатки, выходящей в проточную часть, который, в свою очередь, выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска седьмой ступени КВД.

13. Диск рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что длина периметра кольцевого паза в ободе диска выполнена достаточной для размещения в нем хвостовиков лопаток с угловой частотой Yл, определенной в диапазоне значений Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад].

14. Рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, характеризующееся тем, что содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, при этом радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч.. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.c. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска; причем внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска; Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, для чего в полотне диска выполнены отверстия, радиус условной окружности расположения центров которых вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

15. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 14, отличающееся тем, что диск седьмой ступени объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, для чего полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительное кольцо с другой стороны, которые радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенные относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад].

16. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 14, отличающееся тем, что лопатки равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, составляющим β1=(29÷40)°, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазу лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

17. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 14, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; кроме того, перо лопатки 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 максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу.

18. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 14, отличающееся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

19. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 14, отличающееся тем, что кольцевые полки обода диска выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора.

20. Рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, характеризующееся тем, что содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера - значение αп=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; при этом лопатки, равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(13,85÷19,27) [ед/рад], причем обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска седьмой ступени ротора КВД с углом ϕ наклона образующей внешней поверхности обода к оси ротора, идентичным внешней поверхности корневой полки лопатки, для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, кроме того, рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска от оси вала ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода диска в средней радиальной плоскости полотна диска к средней высоте Нср профиля пера лопатки, составляющим Rдср=(7,2÷10,8).

21. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 20, отличающееся тем, что диск выполнен с радиусом Rд от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна, составляющим (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска.

22. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 20, отличающееся тем, что диск седьмой ступени объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Yкреп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна.

23. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 20, отличающееся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

24. Рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД по п. 20, отличающееся тем, что кольцевые полки обода диска выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора, причем в зоне разъемного стыка с дисками шестой и восьмой ступеней участки полок выполнены с возможностью соединения внахлест.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо шестой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо пятой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо четвертой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо первой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики.

Изобретение относится к газовым турбинам газотурбинных двигателей, - к рабочим охлаждаемым лопаткам турбин газотурбинных двигателей, используемым на приводах газоперекачивающих установок, в частности лопаткам, оснащенным развитой системой внутреннего конвективного охлаждения.

Изобретение относится к процессу обработки биомассы. Способ обработки исходного сырья - лигноцеллюлозной биомассы, в котором ее подвергают ожижению путем обработки горячей жидкой водой под давлением при докритических условиях, где температура составляет от 330°С до ниже 374°С и рН составляет менее 3,0.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Вал ротора КНД ГТД выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию.

Группа изобретений относится к области производства и эксплуатации газотурбинных двигателей. Компрессор низкого давления (КНД) двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя (ГТД) авиационного типа выполнен осевым, четырехступенчатым с входным направляющим аппаратом (ВНА).

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо восьмой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п=(187,6÷270,1) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,74÷0,96) от радиуса Rп.ч, периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hср профиля пера лопатки Rд/Hср=(8,3÷12,4). Обод диска снабжен кольцевыми полками для разъемного соединения с ответными полками обода дисков седьмой и девятой ступеней ротора КВД и объединения в пакет с указанными дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса восьмой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо девятой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п.=(220,8÷317,2) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,78÷0,97) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hcp профиля пера лопатки Rд/Hcp=(8,8÷13,2). Обод диска снабжен кольцевыми полками для соединения с ответными полками обода диска восьмой ступени ротора КВД и диска лабиринта и объединения в пакет с указанными дисками посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса девятой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к коробкам двигательных агрегатов (КДА) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) и способам работы двигательных агрегатов. Обеспечивает совокупное повышение КПД двигателя, повышение ресурса работы редукторов приводов с меньшими потерями энергии и снижением износа зубчатых венцов. Комплекс двигательных агрегатов КДА ТРД имеет соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД), центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов (КДА) и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА). Рабочий крутящий момент в процессе работы двигателя отбирают от вала РВД и последовательно направляют через главную коническую шестеренную пару ЦКП, рессору, сообщающую ЦКП с конической шестеренной парой главного конического привода (ГКП) КДА. Через установленную на входном валу ГКП КДА ведомую коническую шестерню подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо, сообщенное по крутящему моменту не менее чем через две контактирующие с ним цилиндрические зубчатые шестерни с образованием двух головных шестеренных пар многоступенчатых редукторов, разделяющих долевые потоки рабочего крутящего момента на две группы по числу агрегатов. Одну из указанных групп передают многоступенчатым редуктором через гибкий вал крутящий момент самолетным агрегатам выносной коробки (ВКА). Другая группа транспортирует долевые потоки крутящего момента посредством объединяемых в ней многоступенчатых редукторов двигательных агрегатов КДА. 8 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к коробкам двигательных агрегатов (КДА) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) и способам работы двигательных агрегатов. Комплекс двигательных агрегатов КДА ТРД имеет соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД), центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов (КДА) и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА). Рабочий крутящий момент в процессе работы двигателя отбирают от вала РВД и последовательно направляют через главную коническую шестеренную пару ЦКП, рессору, сообщающую ЦКП с конической шестеренной парой главного конического привода (ГКП) КДА. Через установленную на входном валу ГКП КДА ведомую коническую шестерню подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо, сообщенное по крутящему моменту не менее чем через две контактирующие с ним цилиндрические зубчатые шестерни с образованием двух головных шестеренных пар многоступенчатых редукторов, разделяющих долевые потоки рабочего крутящего момента на две группы по числу агрегатов. Одна из указанных групп передает многоступенчатым редуктором через гибкий вал крутящий момент самолетным агрегатам выносной коробки (ВКА). Другая группа транспортирует долевые потоки крутящего момента посредством объединяемых в ней многоступенчатых редукторов двигательных агрегатов КДА. Изобретение обеспечивает совокупное повышение КПД двигателя, повышение ресурса работы редукторов приводов с меньшими потерями энергии и снижением износа зубчатых венцов. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Коробка двигательных агрегатов КДА ТРД содержит корпус и крышку, выполненных с уступообразным плоским дном и цилиндрическими стенками переменной кривизны. Корпус КДА седлообразно размещен на промежуточном корпусе двигателя. Корпус КДА выполнен с проемами для монтажа ЦС, НП, ДЦН и узел гибкого вала для передачи крутящего момента к агрегатам ВКА. Крышка КДА выполнена с проемами для монтажа на них MA, HP и НФ. Редуктор ввода крутящего момента в КДА выполнен содержащим главную коническую шестеренную пару ГКП ортогонально ориентированных конических ведущего и ведомого зубчатых колес, которая выполнена с передаточным числом iв.p.=(0,714÷0,99). В боковой стенке корпуса КДА выполнен проем для ввода крутящего момента через рессору, соединяющую ведущее колесо главной шестеренной конической пары КДА с ведомым коническим колесом ЦКП. Входной вал КДА выполнен совмещающим функцию вала ведомого колеса главной шестеренной пары КДА и функцию выполненного за одно целое с ним вала зубчатого цилиндрического колеса. Редукторы агрегатов сообщены по крутящему моменту с цилиндрическим зубчатым колесом с образованием разветвленной на две группы редукторов приводов с заявленным соотношением диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар. Ведущее колесо главной пары размещено на валу, установленном в шарико- и роликовом подшипниках. Ответное ведомое колесо установлено на входном валу КДА на опорно-упорном шариковом и опорном роликовом подшипнике. Зубья конических венцов ведущего и ведомого колес выполнены переменной высоты, уменьшающейся в сторону осевой вершины условного конуса вершин зубьев. Угол αо.д.к наклона образующей условного делительного конуса зубчатого венца к оси вала колеса определен в диапазоне αо.д.к1=(0,59÷0,85) [рад] для ведущего колеса и αо.д.к2=(0,74÷1,04) [рад] для ведомого колеса. Угол спирали βш, выраженный в той же проекции как угол между касательной к линии зуба к средней точке последней и радиусом той же точки, проведенным от оси вала колеса, вариантно определен в диапазоне значений βш=(0,21÷0,32) [рад]. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД на 2% и более чем в два раза повышение ресурса двигателя. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Коробка двигательных агрегатов КДА ТРД содержит корпус и крышку. Корпус КДА размещен на промежуточном корпусе двигателя. На корпусе КДА смонтированы центробежный топливоподкачивающий насос, суфлер центробежный и насос плунжерный. Со стороны днища корпуса к КДА подведен концевой сильфонно-шарнирный узел гибкого вала. На крышке КДА установлены маслоагрегат, топливный насос-регулятор и насос форсажный. Края проемов в корпусе и крышке КДА выполнены с утолщенной кольцевой отбортовкой под фланцевое, хомутовое соединение или под автономный переходный элемент соединения агрегата с КДА. Во внутреннем объеме КДА смонтирована система многоступенчатых редукторов приводов агрегатов. Редуктор ввода крутящего момента в КДА содержит главную коническую шестеренную пару ГКП, соединенную через рессору с ЦКП. Входной вал КДА выполнен совмещающим функции вала ведомого колеса главной шестеренной пары КДА и вала главного раздаточного колеса. Разветвленная система редукторов зубчатых передач содержит узлы ввода как пускового, так и рабочего крутящих моментов агрегатам соответственно через главное раздаточное колесо и ГКП КДА и ЦКП на вал РВД и, кроме того, с возможностью реверсной передачи в обратную сторону рабочего крутящего момента от вала РВД редукторам приводов ВКА. Передаточное число «кольцевого» участка редукторов от вала ввода в КДА пускового крутящего момента до рессоры, соединяющей ГКП КДА с ЦКП превышает в (2,1÷4,2) раз реверсное передаточное число того же «кольцевого» участка редукторов для передачи в обратном направлении рабочего крутящего момента от вала РВД. Изобретение позволяет повысить КПД на 2% и более чем в два раза повысить ресурс двигателя. 7 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо второй ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п=(150,2÷216,2) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,59÷0,85) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части. Рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска к средней высоте Нср профиля пера лопатки, составляющим Rд/Нср=(2,3÷3,6). Полотно диска снабжено кольцевыми буртиками для разъемного соединения фланцами примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД и конической диафрагмы диска четвертой ступени. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса второй ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, а именно титаната бария, используемого в качестве сырья для изготовления сегнетоэлектрической керамики. Способ получения мелкокристаллического титаната бария включает обработку в реакторе в статическом режиме смеси порошков диоксида титана и оксида бария паром воды в сверхкритических условиях: при температуре от 380 до 420°С и давлении от 22,5 до 30,5 МПа, в течение 16-48 часов, после чего реактор охлаждают до комнатной температуры, полученный титанат бария сначала высушивают при температуре 70±20°С в течение 10-12 ч, промывают раствором уксусной кислоты с концентрацией 5-10 мас.%, затем дистиллированной водой и снова высушивают при температуре 70±20°С до постоянного веса. Изобретение позволяет получать однофазный титанат бария с размером кристаллов 40-300 нм с содержанием основного вещества не менее 99,98%. 2 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл., 8 пр.

Изобретение относится к получению монокристаллов алмазов, в частности, легированных азотом и фосфором, при высоких давлениях и температурах, которые могут быть использованы в устройствах электроники. Способ выращивания легированных азотом и фосфором монокристаллов алмаза в области высоких давлений 5,5-6,0 ГПа и температур 1600-1750°С осуществляют на затравочном кристалле, который предварительно запрессовывают в подложке из хлорида цезия и отделяют от источника углерода, азота и фосфора металлом-растворителем, в качестве которого используют сплав железа, алюминия и углерода. Между источником углерода, азота и фосфора и затравочным кристаллом создают разность температур 20-50°С. Сплав железа, алюминия и углерода в металле-растворителе берут при следующем соотношении компонентов, вес.%: железо 92,5-95,0; алюминий 2,5-0,5; углерод 5,0-4,0. Смесь источника углерода, азота и фосфора берут при следующем соотношении компонентов, вес.%: углерод (графит) 95,0-97,0; фосфор 5,0-3,0; адсорбированный азот 0,001±0,0005. Нагрев осуществляют до начальной температуры в зоне роста на 100-250°С выше температуры плавления сплава металла-растворителя, производят выдержку при этой температуре от 50 до 150 ч. Массовая скорость роста кристаллов составляет более 2 мг/ч. Технический результат заключается в контролируемом легировании выращиваемого на затравке монокристалла алмаза примесями фосфора и азота в условиях воздействия высоких давления и температуры. Полученные крупные монокристаллы алмаза (весом более 0,6 карат) содержат примесь азота в концентрации 0,1-17,8 частей на миллион атомов углерода и фосфор в концентрации 0,5-5 частей на миллион атомов углерода. 2 ил., 3 пр.
Наверх