Ротор компрессора газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F04D29/26 - роторы компрессоров или нагнетателей для газов или паров

Владельцы патента RU 2396468:

Открытое акционерное общество "АВИАДВИГАТЕЛЬ" (RU)

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, в том числе к роторам, в которых рабочие лопатки выполнены за одно целое с дисками. Технический результат при использовании изобретения заключается в повышении надежности ротора компрессора за счет исключения образования осевых зазоров между соседними рабочими колесами и обеспечения равнопрочности вала ротора по его длине. Указанный технический результат достигается в роторе компрессора газотурбинного двигателя, включающем рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, причем по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем Н /h=1,1…2, где: Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом; h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом. 2 ил.

Известен ротор компрессора газотурбинного двигателя, в котором диски компрессора установлены на валу шлицами, причем соседние диски соприкасаются между собой, т.е. стянуты как по ступицам, так и по ободам через промежуточные кольца (Патент РФ № 2218483, F04D 29/38, 2003).

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за негерметичности ротора компрессора на переходных режимах работы, так как на этих режимах температуры вала, ступиц дисков и промежуточных колец меняются по времени неодинаково, что приводит к образованию осевых зазоров между ступицами соседних дисков или между ободами дисков и промежуточными кольцами.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция ротора компрессора, состоящая из рабочих колес с выполненными на выносных элементах в соединении с валом шлицами, со стяжной гайкой, расположенной со стороны переднего колеса и установленной за ротором упорной конусной обечайкой, соединенной с валом (Патент РФ № 2347111, F04D 29/32, 2009).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за образования осевых зазоров между ободами соседних рабочих колес вследствие различной температурной деформации колес и вала на переходных режимах работы, что приводит к снижению радиальной жесткости ротора и его дисбалансу.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности ротора компрессора за счет исключения образования осевых зазоров между соседними рабочими колесами и обеспечения равнопрочности вала ротора по его длине.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора газотурбинного двигателя, включающем рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, согласно изобретению по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем H/h=1,1…2, где:

Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом;

h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом.

Выполнение рабочих колес по периферии с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический выступ и радиальные выступы, образующие с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом ободной части соседнего рабочего колеса байонетное соединение, исключает появление осевых зазоров между соседними рабочими колесами на любых режимах работы компрессора за счет фиксации между собой в осевом направлении соседних колес байонетным соединением, что повышает надежность ротора компрессора.

Байонетное соединение расположено с внутренней стороны обода соседнего колеса, что позволяет снизить нагрузку от центробежных сил на цилиндрическую кольцевую обечайку, что также повышает надежность ротора компрессора.

Выполнение байонетного соединения с заданными радиальными зазорами, а также контакт внешней поверхности осевого выступа цилиндрической обечайки с ответной поверхностью обода соседнего колеса обеспечивает герметичность ротора компрессора на всех режимах его работы, что также повышает надежность ротора компрессора.

Увеличение толщины стенок вала ротора от входа к его выходу позволяет выполнить вал ротора равнопрочным по его длине, что повышает его надежность.

При Н/h<1,1 снижается надежность вала ротора из-за несоблюдения условия равнопрочности по его длине. При Н/h<2 повышается масса вала ротора.

На фиг.1 показан продольный разрез ротора компрессора газотурбинного двигателя, на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя 1 состоит из рабочих колес 2, установленных шлицами 3 на валу 4. Каждое рабочее колесо состоит из диска 5 и выполненных за одно целое с ним рабочих лопаток 6. Между собой рабочие колеса 2 в осевом направлении зафиксированы передней гайкой 7 и задней конусной обечайкой 8, закрепленной на валу 4.

Рабочее колесо 2 по периферии 9 выполнено с кольцевой осевой обечайкой 10, на свободном конце 11 которой последовательно выполнены уплотнительный осевой кольцевой выступ 12 и радиальные выступы 13, образующие с радиальными выступами 14 ободной части 15 соседнего колеса 16 байонетное соединение 17.

Для обеспечения герметичности внутренней полости 18 ротора 1 байонетное соединение 17 выполнено с радиальными зазорами Δ₁ и Δ₂ и с внутренней стороны ободной части 15 соседнего колеса 16, а уплотняющий осевой цилиндрический выступ 12 кольцевой обечайки 10 контактирует своей внешней поверхностью 19 с ответной поверхностью 20 ободной части 15 колеса 16.

Воздух при сжатии в роторе 1 нагревается, что приводит к увеличению температуры вала 4 от первого колеса 21 к последнему 22, и для обеспечения равнопрочности вала 4 по его длине стенка 23 вала 4 выполнена увеличивающейся от входа 24 в ротор компрессора 1 к его выходу 25.

Работает данное устройство следующим образом.

При сборке ротора 1 рабочие колеса 2 зафиксированы в окружном направлении шлицами 3 на валу 4, что обеспечивает надежную работу байонетных соединений 17.

При работе ротора 1 на кольцевые обечайки 10 действуют значительные усилия от центробежных сил, что могло бы привести к пластическим деформациям обечаек 10 в радиальном направлении. Однако этого не происходит, так как обечайки 10 удерживаются со стороны соседнего колеса 16 байонетным соединением 17, что повышает надежность ротора 1.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя, включающий рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, отличающийся тем, что по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем Н/h=1,1…2, где
Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом;
h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом.

Похожие патенты:

Рабочее колесо компрессора // 2382910

Изобретение относится к конструкции рабочих колес из композиционного материала компрессора газотурбинного двигателя, преимущественно газотурбинного, и позволяет при его использовании снизить напряжения во всех элементах рабочего колеса за счет многопараметрической оптимизации напряжений.

Способ лазерной сварки за один проход т-образного узла из металлических элементов // 2318640

Изобретение относится к способу лазерной сварки и может найти применение при изготовлении сварных узлов из двух или трех металлических элементов, в частности вентиляторов в турбореактивном двигателе.

Устройство для закрепления рабочего колеса на валу // 2297535

Изобретение относится к устройству для закрепления рабочего колеса на валу, в частности рабочего колеса турбонагнетателя на валу согласно ограничительной части п.1 формулы.

Компрессор газотурбинного двигателя // 2290544

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения и обеспечивает повышение надежности и к.п.д. .

Диск ротора газотурбинного двигателя (варианты) // 2281420

Деталь ротора компрессора, усовершенствованная связь между дисками с системами лопаток на линии ротора компрессора, турбомашина и способ монтажа связи (варианты) // 2279571

Изобретение относится к компрессорам высокого давления турбореактивных двигателей и позволяет обеспечить соответствие некоторым критериям, относящимся к снабженному системой лопаток диску, например критерию устойчивости к вибрациям, критерию достаточного срока службы или критерию устойчивости к возможной потере лопаток.

Способ изготовления рабочих колес центробежных машин // 2270935

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к способам изготовления рабочих колес центробежных компрессорных машин. .

Рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала и способ его изготовления // 2239100

Изобретение относится к области турбинного машиностроения, а именно к конструкциям рабочих колес центробежных компрессоров, в частности газотурбинных двигателей, и может быть использовано в авиационной ракетной технике и автомобильном двигателестроении.

Устройство крепления вентилятора на валу привода // 2231690

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве вентиляторов, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Лопасть осевого вентилятора // 2205297

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям лопастей осевых вентиляторов, которые могут быть использованы для охлаждения автомобильного двигателя.

Диагональный вентилятор // 2455528

Изобретение относится к вентиляторостроению и позволяет при его использовании обеспечить расширение области устойчивой работы и промышленного использования вентилятора путем уменьшения вращающегося срыва в его лопаточных венцах

Ротор компрессора газогенератора турбовентиляторного двигателя // 2485325

Изобретение относится к турбовентиляторным двигателям авиационного применения

Ротор турбокомпрессора газотурбинного двигателя // 2487274

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения

Рабочее колесо центробежного компрессора // 2518916

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к центробежным компрессорам. Рабочее колесо центробежного компрессора содержит несущий диск и расположенные с обеих его сторон лопатки, при этом лопатки, расположенные с одной стороны несущего диска, смещены по окружности относительно лопаток, расположенных с другой стороны несущего диска, на расстояние, не превышающее высоты лопаток на выходе из рабочего колеса. Техническим результатом изобретения является усиление перемешивания потоков, стекающих с передней и задней поверхности лопаток рабочего колеса, локализация вихревого следа на меньшем диаметре и предотвращение гидравлических потерь в лопаточном диффузоре, связанных с неоптимальным обтеканием лопаток диффузора потоком сжимаемой среды, включающим в себя вихревой след, повышение КПД центробежного компрессора. 3 ил.

Ротор центробежного компрессора // 2522152

Изобретение относится к компрессорной технике и может применяться для центробежных компрессоров при изготовлении роторов. Ротор центробежного компрессора содержит вал с упорным буртиком и рабочее колесо, ступица которого имеет посадочные цилиндрические пояски и взаимодействует с упорным буртиком. На цилиндрическом пояске участка ступицы колеса, примыкающего к упорному буртику, выполнен кольцевой выступ, а на поверхности вала - ответная ему проточка, при этом высота кольцевого выступа определяется из зависимости: h=к×α×Rвн×(ТТРК-ТХРК), где к=0,5±0,1; α - коэффициент линейного расширения материала колеса, 1/°C; Rвн - внутренний радиус рабочего колеса, мм; ТНРК - температура нагретого перед посадкой на вал рабочего колеса, °C; ТХРК - температура холодного рабочего колеса, °C. Использование изобретения позволит улучшить динамические характеристики ротора за счет обеспечения равномерного торцевого зазора между торцом ступицы колеса и упорным буртиком вала. 1 ил.

Ротор центробежного компрессора // 2522700

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к роторам высокоскоростных центробежных компрессоров. Ротор центробежного компрессора содержит вал и установленное на нем рабочее колесо, включающее основной и покрывной диски с лопатками, в центральной части ступицы основного диска выполнена кольцевая проточка, разделяющая цилиндрические опорные поверхности, при этом в нем в ступице около опорной поверхности, размещенной с противоположной стороны от покрывного диска, выполнен кольцевой паз, который сообщен с внешней средой четырьмя или более отверстиями, сгруппированными попарно, диаметрально противоположно, при этом хотя бы в отверстиях одной пары выполнена резьба. Использование изобретения обеспечивает повышение точности посадки колеса при сборке ротора и снижение деформаций поверхностей рабочего колеса. 3 ил.

Высоконапорный волновой нагнетатель // 2542173

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в компрессорах или энергопреобразовательных установках, работающих в паровых или газовых средах. Технический результат обеспечивается за счет того, что в высоконапорном центробежном компрессоре, состоящем из корпуса, с размещенным внутри на приводном валу несущим диском с радиальными рабочими лопатками, согласно изобретению, рабочие лопатки, образующие камеры нагнетания, выполнены в виде ломаной линии от оси своего направления, синхронно изогнуты, имея угол плавного изгиба 27,5 градусов. Изобретение направлено на увеличение интенсификации процесса сжатия и увеличения напорных характеристик устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Композиционные кольца для прикрепления рабочего колеса к валу // 2544124

Описаны системы и способы для прикрепления одного или большего количества рабочих колес к валу и прикрепления композиционных колец к задней и передней кромке на каждом рабочем колесе для фиксации рабочих колес при работе на высокой угловой скорости. Композиционные кольца изготовлены из материала, который обеспечивает большую удельную прочность и большую удельную жесткость по сравнению с материалом рабочих колес. На агрегатах с несколькими рабочими колесами между каждой парой рабочих колес устанавливают распорку. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ изготовления сварного рабочего колеса эксгаустера с двухсторонним входом "стил-ворк" // 2545120

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к рабочим колесам эксгаустера, дымососа и высокопроизводительных вентиляторов. Центральный диск, покрывные диски, лопатки и защитные накладки вырезают в установочный размер воздушно-плазменной резкой с возможностью образования в разрезе поверхности сопряжения, а кольца жесткости доводят до установочного размера точением заготовки в виде раскатного кольца, лопатки одной пары размещают на упомянутом диске диаметрально друг другу, сварное соединение производят в присутствие температуры в элементах соединения в зоне их сварки, контроль качества сварных соединений покрывных дисков с кольцами жесткости производят магнитопорошковой дефектоскопией, а остальных сварных соединений в сварном роторе производят ультразвуковой дефектоскопией, снятие напряжений после сварки выполняют вибростабилизационной обработкой, в качестве материала для изготовления защитных накладок используют износостойкий биметаллический лист. Изобретение направлено на снижение трудоемкости, материалоемкости и энергоемкости изготовления сварного рабочего колеса и его ремонта. 6 з.п. ф-лы.

Осевой вентилятор // 2546894

Изобретение относится к осевому вентилятору. Вентилятор содержит электрический двигатель, содержащий корпус, ротор, вращающийся внутри корпуса вокруг оси (R) вращения, вал, составляющий единое целое с ротором и имеющий, по меньшей мере, один концевой участок, выступающий из корпуса. Вентилятор содержит крыльчатку, оборудованную множеством лопастей, ступицу для установки лопастей, содержащую нижнюю стенку для соединения с валом, и, по меньшей мере, один участок по периметру, простирающийся от нижней стенки с образованием основания для соединения лопастей. Ступица образована жестким диском и содержит множество оснований (11a), которые тянутся от нижней стенки для каждой лопасти с образованием соединительной поверхности для соединения каждой лопасти с нижней стенкой. Изобретение направлено на создание вентилятора, снижающего накопления грязи, приводящей к остановке крыльчатки. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.