Диск осевого компрессора и осевой компрессор турбомашины
Изобретение относится к диску осевого компрессора турбомашины, содержащему систему центростремительного отбора воздуха для охлаждения турбины, расположенную в проточной части компрессора. Эта система отбора содержит каналы (9), выполненные за пределами рабочего сечения диска параллельно указанному сечению в утолщении, образующем выступы за пределами рабочего сечения на поверхности (7) указанного диска. Диск характеризуется тем, что каналы (9) отбора открыты в осевом направлении по существу на всей своей радиальной протяженности, что позволяет упростить конструкцию диска осевого компрессора. 2 н. и 5 з.п.ф., 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к моноблочному диску осевого компрессора турбомашины, содержащему систему центростремительного отбора воздуха для охлаждения турбины из проточной части компрессора. При этом указанная система содержит каналы, которые выполнены за пределами рабочего сечения диска параллельно указанному сечению в утолщении, образующем выступ за пределами указанного рабочего сечения на поверхности диска, и выходят в проточную часть компрессора через перемычку, предназначенную для соединения указанного диска с соседним диском.
Уровень техники
Для того чтобы не ослаблять прочность рабочего сечения диска, в патентном документе Франции №2614654 предложено выполнять каналы в утолщениях, которые выступают за пределы рабочего сечения диска и пересекают перемычку, служащую для соединения с соседним диском компрессора.
Указанные каналы формируют электроэрозионным методом, что является тонкой и дорогостоящей операцией. Кроме того, трудно осуществлять контроль стенок каналов.
Уровень техники отражен также в патентных документах США №4919590 и ФРГ №19617539. Согласно этим двум документам система охлаждения содержит отверстия, выполненные в соединительной перемычке диска вблизи выступов или ребер, сформованных на поверхности этого диска. Формирование указанных отверстий также является трудоемким.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании диска компрессора указанного выше типа, в котором упрощены механическое выполнение стенок каналов и контроль этих стенок при сохранении по существу тех же характеристик отбора воздуха в отношении давления, расхода и температур.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет того, что каналы отбора открыты в осевом направлении на всей своей радиальной протяженности, а соединительная перемычка выполнена с чередующимися выемками, которые частично ограничивают указанные каналы, и сплошными участками, предназначенными для соединения указанного диска с соседним диском. В оптимальном примере осуществления каждый канал отбора ограничен двумя по существу радиальными ребрами, выполненными на поверхности указанного диска и выступающими в осевом направлении.
Предпочтительно каналы отбора расположены на задней поверхности указанного диска и питаются отбираемым воздухом через проходы, образованные посредством выемок и переднего соединительного консольного фланца следующего диска компрессора.
Изобретение относится также к компрессору турбомашины, содержащему описанный выше диск.
В предпочтительном варианте компрессора по изобретению следующий диск компрессора содержит в своей массивной части, расположенной вблизи его оси, кольцевую уплотнительную втулку, вытянутую в осевом направлении в сторону указанных ребер. При этом протяженность ребер в осевом направлении выбрана увеличивающейся при приближении к указанной массивной части диска, на котором они выполнены, тогда как эта массивная часть данного диска снабжена коническим продолжением для отклонения воздушного потока в осевом направлении.
Перечень фигур чертежей
Пример осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает на виде в осевой плоскости барабан компрессора в соответствии с известным решением, при этом ось канала отбора лежит в данной плоскости,
фиг.2 изображает на виде в осевой плоскости барабан компрессора в соответствии с изобретением, при этом ось канала отбора лежит в данной плоскости,
фиг.3 изображает периферию диска на виде в разрезе по линии II-II на фиг.2,
фиг.4 изображает диск на виде сзади.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показаны диски 1, 2 и 3 трех последовательных ступеней компрессора турбомашины в соответствии с известным решением, характеризующим уровень техники. Диски 1-3 соединены между собой перемычками 5 и 6, приваренными к кольцевым консольным частям дисков, которые являются задними в каждой паре дисков.
Диск 2 имеет на своей задней или выходной поверхности 7 радиальные утолщения 8, которые разделены между собой углублениями и расположены за пределами рабочего сечения диска 2. Под рабочим сечением понимается сечение диска, рассчитанное с учетом характеристик сопротивления материалов на то, чтобы выдерживать нагрузки при вращении в условиях функционирования турбомашины.
В утолщениях 8 выполнены каналы 9 отбора. Эти каналы 9 отбора выходят через перемычку 6 в проточную часть 10, т.е. в зону нагретого потока воздуха между лопатками 11 диска 2 и лопатками 12 статора. Воздушный поток F, отбираемый каналом 9 отбора, течет к расположенной вблизи его оси (т.е. внутренней) массивной части 13 диска 2 и затем направляется по каналу в осевом направлении вдоль вала 14 турбины к подлежащим охлаждению частям турбины.
Каналы 9 отбора фактически представляют собой трубки, выполненные электроэрозионным методом. На фиг.1 позицией 15 обозначена часть стенки каждой такой трубки, удаленная от задней поверхности 7 диска 2.
На фиг.2-4 показаны те же диски 1, 2 и 3 компрессора турбины в соответствии с изобретением, соединенные между собой перемычками 5 и 6, приваренными к кольцевым консольным частям задних дисков.
Перемычка 6 диска 2 выполнена с чередующимися выемками 20 и сплошными участками 21. Когда перемычка укреплена сваркой или пайкой на переднем кольцевом консольном фланце 22 диска 3, выемки 20 образуют проходы, которые позволяют отбирать воздух в проточной части 10 нагретого потока воздуха между лопатками 11 диска 2 и лопатками 12 статора. Отобранные воздушные потоки F направляются радиально вдоль задней поверхности 7 диска парами радиальных ребер 22а и 22b, которые выступают от этой задней поверхности 7 в осевом направлении к следующему диску 3.
Эти ребра 22а и 22b выступают в осевом направлении из массивной части 13 диска 2 до сплошных участков 21 перемычки 6 по обе стороны от выемки 20.
Таким образом, каналы 9 отбора открыты в осевом направлении со стороны следующего диска 3 по всей своей радиальной протяженности. Кольцевой передний консольный фланец 22 диска 3 содержит закраину 23, которая направлена к оси вращения турбомашины и соединена сваркой или пайкой с наружными радиальными краями ребер 22а и 22b. Как ясно видно на фиг.2, осевая протяженность ребер 22а и 22b увеличивается по мере приближения к массивной части 13 диска 2. Следующий диск 3 имеет в своей массивной, расположенной вблизи его оси части кольцевую уплотнительную втулку 24, которая вытянута в осевом направлении в сторону оснований ребер 22а, 22b и обеспечивает уплотнение в этой зоне. На выходе каналов 9 отбора воздушные потоки F отклоняются в осевом направлении коническим продолжением 25 массивной части 13 диска 2.
1. Диск осевого компрессора турбомашины, содержащий систему центростремительного отбора воздуха для охлаждения турбины, расположенную в проточной части компрессора, при этом указанная система отбора содержит каналы (9), которые выполнены за пределами рабочего сечения диска параллельно указанному сечению в утолщении, образующем выступ за пределами указанного рабочего сечения на поверхности (7) указанного диска, и выходят в проточную часть компрессора через перемычку (6), предназначенную для соединения указанного диска с соседним диском (3), отличающийся тем, что каналы (9) отбора открыты в осевом направлении на всей своей радиальной протяженности, а указанная соединительная перемычка (6) выполнена с чередующимися выемками (20), которые частично ограничивают указанные каналы, и сплошными участками (21), предназначенными для соединения указанного диска с соседним диском (3).
2. Диск по п.1, отличающийся тем, что каналы (9) отбора ограничены двумя по существу радиальными ребрами (22а, 22b), выполненными на поверхности (7) указанного диска и выступающими в осевом направлении.
3. Диск по п.2, отличающийся тем, что каналы (9) отбора расположены на задней поверхности указанного диска и питаются отбираемым воздухом через проходы, образованные посредством указанных выемок (20), и переднего соединительного консольного фланца (22) следующего диска (3) компрессора.
4. Компрессор турбомашины, отличающийся тем, что содержит диск (2) по п.3.
5. Компрессор по п.4, отличающийся тем, что следующий диск (3) имеет в своей массивной части, расположенной вблизи его оси, кольцевую уплотнительную втулку (24), вытянутую в осевом направлении в сторону указанных ребер (22а, 22b).
6. Компрессор по п.4 или 5, отличающийся тем, что протяженность ребер (22а, 22b) в осевом направлении выбрана увеличивающейся при приближении к расположенной вблизи его оси массивной части (13) диска (2), на котором они выполнены.
7. Компрессор по п.6, отличающийся тем, что массивная часть (13) диска (2) снабжена коническим продолжением (25) для отклонения воздушного потока в осевом направлении.
