Металлокерамическое рабочее колесо центробежной турбомашины
Использование: газотурбостроение, в частности конструкции металлокерамических рабочих компрессора. Сущность изобретения: рабочее колесо компрессора содержит основной керамический диск 1 с выходными прямолинейными рабочими лопатками 2, соединенный диффузионной сваркой с его торцем 3 вспомогательный керамический диск 5, включающий залитую
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882163/06 (22) 16,11.90 (46) 15.04.93. Бюл, N 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения (72) В.Х.Дуберштейн, Б.С.Каневский, А.А.Коман и А,Н.Цуриков (56) Патент Франции N. ã22443399229988, . кK л. F 01 0 5/02,1986. Патент США М 4125344, кл. 416-183, 1978, Ъ(! Ж вЂ” 1809175 А1 (54) МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБОМАШИНЫ (57) Использование: газотурбостроение, в частности конструкции металлокерамических рабочих компрессора. Сущность изобретения: рабочее колесо компрессора содержит основной керамический диск 1 с выходными прямолинейными рабочими лопатками 2, соединенный диффузионной сваркой с его торцем 3 вспомогательный керамический диск 5, включающий залитую 1809175 40 головку 7 металлической шпильки 6, и полую металлическую втулку 8 с закрученными входными лопатками 9, насаженную на коническую поверхность 10 втулки 5 на шпильке 6 посредством гайки 11 и упругой прокладки 12 установлен полый металлический вал 13 с кольцевым торцем 14, контактирующим с диском 8, лопатки 9 и 2 снабжены на входе и выходе обтекаеИзобретение относится к турбостроению, в частности к конструкциям роторов металлокерамических (МКр) турбомашин, преимущественно газотурбинных двигателей. 5 Цель изобретения — повышение надежности рабочего колеса турбомашины. На фиг. 1 представлено устройство металлокерамического колеса компрессора; на фиг. 2 — взаимное расположение керами- 10 ческих и рабочих лопаток в колесе; на фиг. 3 — узел соединения полых втулки и вала, ЦБКр содержит керамический выходной диск 1 с выходными прямолинейными лопатками 2 и торцами 3, 4, вспомогатель- 15 ный керамический диск 5, закрепленный диффузионной сваркой на торце 3 и снабженный резьбовой металлической шпилькой 6 с залитой в керамике диска головкой 7, а также полый металлический диск 8 с 20 входными закрученными лопатками 9. Диски 8 и 5 соединены по сопряженным коническим поверхностям 10. На шпильке 6 гайкой 11 и упругим элементом 12 закреплен полый металлический вал 13 с торцем 25 14, контактируемым или сваренным с входным торцем втулки 8 и снабженным (13) подшипниками II5. Лопатки 9 включают входные 16 и выходные 17 обтекаемые кромки и снабжены воздухоподводящей улиткой 18. Кера- 30 мические прямолинейные лопатки 2 включают входные 19 и выходные 20 обтекаемые кромки, Полый металлический вал 6 может быть снабжен обтекателем 21,соединенным сваркой 22 с металлическим диском 35 8. Головка 7 шпильки 6 может быть свободно установлена в торцевом коническом отверстии вспомогательного керамического диска 5. При этом диск 5 заключен в замкнутом объеме, образованном поверхностями головки 7, обтекателя 2 и дисков 8, 1, На последних лопатки 2 и 9 на фиг, 3 не показаны, Предложенное колесо изготовляют следующим образом. Изготовляют элементы 1, 8, 6, 13. Затем методом заливки изготовляют конструкцию диска 5 со шпилькой 6. После мыми кромками 16, 17 и 19, 20, причем кромки 19 и 17 смещены между собой по окружности на полшага лопаток, керамический диск 5 может быть снабжен торцевой проточкой, в которой свободно по оси установлена головка 7 шпильки 6; вал 13 снабжен обтекателем 21, соединенным электросваркой 22 с торцем втулки 8. 2 з.п, ф-лы, 3 ил. этого диффузионной сваркой соединяют торцевые поверхности 3 керамических дисков 1 и 5. После этого на диск 5 и шпильку 6 устанавливают полые втулку 8 и полый вал 13 и крепят их гайкой 11, Колесо компрессора работает следующим образом. Поступающий на вход закрученных лопаток 9 воздух сжимается и в виде скоростного потока подается на вход прямолинейных лопаток 2, где и происходит основное сжатие воздуха. При этом мощности компрессоров, образованных упомянутыми лопатками 9 и 2, различны, например их отношение 2: 8, Крутящий момент между дисками 1 и 8 передается через сваренные керамические торцевые поверхности 3, поэтому качество сварки должно быть высоким. При подводе всей мощности компрессора со стороны диска 1 через поверхность 3 будет передаваться только часть мощности (20%). В последнем случае целесообразно использовать конструкцию на фиг, 3. В компрессоре изменение температуры прокачиваемого сжатого воздуха от стоянки до рабочего режима составит например 0-500 С, а при использовании воздухоохладителя -0200 С. При этом изменение температуры головки 7 шпильки 6 в центре керамического диска составит не более 0-200 С, что вполне обеспечит надежную работу узла соединения металлической шпильки 6 с керамическим диском 5. Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем, Если в прототипе на стыке прямолинейных и закрученных лопаток из-за образующихся выступающих кромок происходит срыв потока воздуха, то в изобретении за счет смещение лопаток относительно друг друга и наличия в лопатках обтекаемых кромок срыв потока воздуха исключается. В предложенной конструкции керамический диск прямолинейных лопаток выполнен сплошным без осевого отверстия, а в прототипе предусмотрено осевое отверстие для вала подвода мощности, 1809175. В прототипе снабженный валом и закрученными лопатками металлический диск . соединяют с торцем керамического диска методом диффузионной сварки или спеканием, а в изобретении металлический вал соединяют со вспомогательным керамическим диском путем .заливки, а основной керамический диск соединяют со вспомогательным керамическим диском. При этом температура упомянутых соединенных деталей (керамика-металл) в изобретении меньше, чем у прототипа, За счет выполнения в изобретении входного металлического диска полым снижается вес рабочего колеса компрессора. . Все это повышает надежность металлокерамического рабочего колеса компрессора, Формула изобретения 1. Металлокерамическое рабочее колесо центробежной турбомашины, преимущественно компрессора, содержащее установленный на металлическом валу, закрепленном в подшипниках, несущий диск, состоящий иэ сопряженных между собой по торцам, снабженных центрирующими проточками входного металличегкого и выходного керамического дисков, каждый из которых снабжен соответственно закрученными металлическими лопатками и прямолиней5 ными керамическими лопатками, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, выходной керамической диск выполнен цельным, а входной металлический диск и вал — полыми, при этом вал 10 расположен со стороны входа компрессора, а в полости металлического диска размещен соединенный с выходным керамическим диском диффузионной сваркой или спеканием дополнительный керамический диск с осе15 вым металлическим резьбовым стержнем, один конец которого методом заливки закреплен в дополнительном диске, а другой размещен в полости вала. 2. Колесопоп.1. отличающееся 20 тем, что вал жестко преимущественно сваркой соединен с входным металлическим диском по торцовой поверхности. 3. Колесопоп.1, отличающееся тем, что дополнительный диск имеет торцо25 вую проточку, а стержень снабжен головкой. размещенной по оси проточки. 1809175 Составитель А. Кокан Техред М,Моргентал Корректор С.Шекмар Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1273 Тираж Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
