Ротор турбокомпрессора газотурбинного двигателя

Авторы патента:

Семериков Иван Алексеевич (RU)

Тункин Анатолий Иванович (RU)

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

Владельцы патента RU 2487274:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. Ротор турбокомпрессора газотурбинного двигателя включает ротор компрессора высокого давления, ротор турбины высокого давления и трубу. Труба установлена между двумя отборами воздуха, расположенными внутри ротора компрессора высокого давления. Часть трубы, расположенная под ротором турбины высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…10 мм. Часть трубы, расположенная между ротором компрессора высокого давления и ротором турбины высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…20 мм. Труба зафиксирована на валу ротора турбины высокого давления от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя. Изобретение позволяет повысить надежность работы турбокомпрессора за счет увеличения радиального зазора между трубой и валом низкого давления, а также за счет уменьшения утечек воздуха из полости с большим давлением в полость с меньшим давлением. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель Sam-146, где труба, разделяющая отборы воздуха, проходящие через компрессор высокого давления, ставится за ротором, под диском двигателя (Справочник ЦИАМ «Иностранные авиационные двигатели», В.А.Скибин, В.И.Солонин, изд. дом «Авиамир», Москва, 14 выпуск, стр.193-195).

Недостатком известной конструкции является то, что труба по диаметру должна проходить под ступицей диска двигателя.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является двигатель GP7200, у которого ротор турбокомпрессора включает ротор компрессора высокого давления, ротор турбины высокого давления, трубу, установленную между двумя отборами воздуха, расположенными внутри ротора компрессора высокого давления (Справочник ЦИАМ «Иностранные авиационные двигатели», В.А.Скибин, В.И.Солонин, изд. дом. «Авиамир», Москва, 14 выпуск, 2005 г., стр.176-179).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является то, что диаметр трубы был уменьшен для обеспечения возможности постановки трубы в ротор под опорой. При этом становится невозможным увеличение зазоров между валами роторов высокого и низкого давлений.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности работы турбокомпрессора за счет увеличения радиального зазора между трубой и валом низкого давления, а также за счет уменьшения утечек воздуха из полости с большим давлением в полость с меньшим давлением.

Заявленный технический результат достигается тем, что в роторе турбокомпрессора газотурбинного двигателя, включающем ротор компрессора высокого давления, ротор турбины высокого давления, трубу, установленную между двумя отборами воздуха, расположенными внутри ротора компрессора высокого давления, часть трубы, расположенная под ротором турбины высокого давления выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…10 мм, а часть трубы, расположенная между ротором компрессора высокого давления и ротором турбины высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…20 мм, при этом труба зафиксирована на валу ротора турбины высокого давления от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя.

При этом труба зафиксирована на валу ротора турбины высокого давления с помощью байонетного или цангового соединения.

Труба выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материалов сопрягаемых с ней деталей.

Выполнение трубы турбокомпрессора с частью, расположенной под ротором турбины высокого давления с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…10 мм, и частью, расположенной между ротором компрессора высокого давления и ротором турбины высокого давления с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…20 мм, обеспечивает увеличение радиальных зазоров между валом низкого давления и трубой, исключая при прогибе вала ротора низкого давления его касание с частью трубы ротора высокого давления, находящейся внутри ротора турбины высокого давления (в месте прогиба вала ротора турбины низкого давления) и частью трубы, находящейся внутри ротора компрессора высокого давления (в месте максимального прогиба вала ротора низкого давления), что повышает надежность работы турбокомпрессора.

Диаметр трубы под компрессором высокого давления больше, чем диаметр трубы под турбиной высокого давления, из-за наличия места максимального прогиба вала ротора, находящегося под компрессором высокого давления.

Выполнение соотношения наружного и внутреннего диаметров части трубы турбокомпрессора, расположенной под ротором турбины высокого давления, менее 2 мм является недостаточным для увеличения радиального зазора между трубой и валом ротора турбины низкого давления, а более 10 мм - увеличивает внутренний диаметр дисков турбины высокого давления, что недопустимо снижает их прочность.

Выполнение соотношения наружного и внутреннего диаметров части трубы турбокомпрессора, расположенной между ротором компрессора высокого давления и ротором турбины высокого давления, менее 2 мм не обеспечивает увеличение радиального зазора между трубой и валом ротора турбины низкого давления, а более 20 мм приводит к увеличению внутреннего диаметра дисков компрессора высокого давления, что снижает их прочность.

Фиксация трубы на валу ротора турбины высокого давления от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя с помощью байонетного или цангового соединения также повышает надежность работы турбокомпрессора.

Выполнение трубы из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материалов сопрягаемых деталей, способствует уменьшению утечек воздуха из полости с большим давлением в полость с меньшим давлением, что также повышает надежность работы турбокомпрессора.

На фиг.1 изображен продольный разрез ротора турбокомпрессора газотурбинного двигателя с трубой в рабочем положении.

На фиг.2 - продольный разрез ротора турбокомпрессора со сдвинутой вглубь ротора трубой.

На фиг.3 - элемент А на фиг.1 в увеличенном виде (байонетное соединение).

На фиг.4 - продольный разрез ротора турбокомпрессора в месте фиксации трубы и сборка трубы с валом турбины высокого давления (байонетное соединение).

На фиг.5 - сечение В-В на фиг.4 в увеличенном виде в месте фиксации от углового поворота.

На фиг.6 - элемент А на фиг.1 в увеличенном виде до сборки трубы с валом турбины высокого давления и развертка трубы в месте расположения крепежных элементов (цанговое соединение).

На фиг.7 - вид сверху Г на цанговое соединение в элементе А.

На фиг.8 - элемент А на фиг.1 в увеличенном виде, труба установлена в вал турбины высокого давления (цанговое соединение).

Ротор 1 турбокомпрессора газотурбинного двигателя (см. фиг.1) состоит из ротора 2 компрессора высокого давления и ротора 3 турбины высокого давления (см. фиг.1, 2). Из середины ротора 2 компрессора высокого давления отбирается воздух и по трубам 4 отбора попадает в полость 5. Из-за первой ступени компрессора также отбирается воздух для продувки полости 6 между ротором 2 компрессора высокого давления и валом низкого давления 7. Между двумя отборами расположена труба 8. Часть трубы 8, расположенная под ротором 3 турбины высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала 9 ротора турбины высокого давления на 2…10 мм. Часть трубы 8, расположенная между ротором 3 турбины высокого давления и ротором 2 компрессора высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала 9 ротора 3 турбины высокого давления на 2…20 мм. Труба 8 зафиксирована на валу 9 ротора 3 турбины высокого давления от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя с помощью байонетного или цангового соединения. Труба 8 выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у материалов сопрягаемых деталей.

Для фиксации трубы 8 от осевого перемещения с помощью байонетного соединения (см. фиг.3, 4) на валу 9 ротора 3 турбины высокого давления выполнены кольцевые выступы 10. На трубе 8 выполнены кольцевые выступы 11. В кольцевых выступах 10 выполнены проточки 12 (фиг.4). На кольцевых выступах 11 выполнены в определенном угловом положении пазы 13 (фиг.5).

Для фиксации трубы 8 от осевого перемещения с помощью цангового соединения на валу 9 ротора 3 турбины высокого давления выполнены кольцевые проточки 14 (фиг.6). На трубе 8 (см. фиг.7) выполнены радиальные проточки 15 и упругие консольные балки 16, на которых выполнены радиальные выступы 17. Наружный диаметр выступов 17 превышает внутренний диаметр вала 9.

При сборке ротора 1 турбокомпрессора газотурбинного двигателя трубу 8 устанавливают до постановки ротора 3 турбины высокого давления и перемещают трубу 8 вперед, вглубь ротора 2 компрессора высокого давления до упора трубы 8 в деталь 18 (см. фиг.2). После этого устанавливается ротор 3 турбины высокого давления. Для соединения роторов 2 и 3 применяются болты 19. По окончании сборки болтового соединения труба 8 перемещается назад в сторону ротора 3 турбины высокого давления, где на валу 9 ротора 3 турбины фиксируется от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя при работе.

При фиксации трубы 8 с помощью байонетного соединения труба 8 устанавливается в такое угловое положение, что кольцевые выступы 11 совмещаются с проточками 12 и труба 8 устанавливается в вал 9 и упирается в торцевую наклонную поверхность 20. После этого труба 8 поворачивается и выступы 10 совмещаются с выступами 11. Возможность осевого перемещения трубы устраняется. От поворота вокруг оси двигателя труба 8 фиксируется деталью 21 (см. фиг.8). На детали 21 выполнены радиальные проточки 22, с учетом того что образующиеся выступы 23 входят в пазы 13. Деталь 21 соединена с валом 8 при помощи шлицевого соединения, поэтому она лишена возможности поворота и, соответственно, фиксирует от поворота трубу 8.

При фиксации трубы 8 с помощью цангового соединения при постановке трубы 8 в рабочее положение необходимо к ней приложить осевое усилие. Под действием этого усилия упругие балки 16 прогибаются и выступы 17 проходят внутри вала 9 и устанавливаются (защелкиваются) в проточки 14. Внутренний диаметр вала 9 в месте, где выполнены проточки 14, больше диаметра выступов 17. Поэтому при попадании выступов 17 в проточку 14 балки 16 разжимаются и труба 8 контактирует с валом 9 в точках 24 и 25 (фиг.8). Тем самым труба фиксируется от осевого перемещения. Под действием сил трения и центробежных сил в точках контакта труба 8 не будет поворачиваться вокруг оси двигателя.

При работе турбокомпрессора газотурбинного двигателя повышается его надежность за счет увеличения радиального зазора между трубой 8 и валом низкого давления 7 благодаря увеличению диаметра трубы 8 в месте прогиба вала низкого давления, что исключает контакт вала с трубой 8 между собой. Выполнение трубы 8 из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материалов сопрягаемых деталей, способствует уплотнению полостей 5 и 6, что уменьшает утечки воздуха из полости с большим давлением в полость с меньшим давлением, что также повышает надежность работы.

1. Ротор турбокомпрессора газотурбинного двигателя, включающий ротор компрессора высокого давления, ротор турбины высокого давления, трубу, установленную между двумя отборами воздуха, расположенными внутри ротора компрессора высокого давления, отличающийся тем, что часть трубы, расположенная под ротором турбины высокого давления выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…10 мм, а часть трубы, расположенная между ротором компрессора высокого давления и ротором турбины высокого давления, выполнена с наружным диаметром больше внутреннего диаметра вала ротора турбины высокого давления на 2…20 мм, при этом труба зафиксирована на валу ротора турбины высокого давления от осевого перемещения и поворота вокруг оси двигателя.

2. Ротор турбокомпрессора по п.1, отличающийся тем, что труба зафиксирована на валу ротора турбины высокого давления с помощью байонетного или цангового соединения.

3. Ротор турбокомпрессора по п.1, отличающийся тем, что труба выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у материалов сопрягаемых с ней деталей.

Изобретение относится к турбовентиляторным двигателям авиационного применения. .

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 газотурбинного двигателя // 2396468

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.

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 // 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.

Сверхзвуковой компрессорный ротор и сверхзвуковая компрессорная установка // 2565253

Сверхзвуковой компрессорный ротор содержит роторный диск (48), имеющий верхнюю по потоку поверхность (60), нижнюю по потоку поверхность (62) и радиально наружную поверхность (58), которая имеет входную поверхность (148), выходную поверхность (150) и переходную поверхность (152). Ротор также содержит лопатки (46), присоединенные к указанной радиально наружной поверхности, причем смежные лопатки образуют пару лопаток и ориентированы с образованием между каждой парой смежных лопаток проточного канала (86), причем указанная входная поверхность ограничивает входную плоскость (154), проходящую между входным отверстием и переходной поверхностью, а выходная поверхность ограничивает выходную плоскость (156), которая проходит между указанным выходным отверстием и переходной поверхностью. Ротор содержит по меньшей мере один сверхзвуковой наклонный участок (110) сжатия, расположенный в указанном проточном канале. Изобретение направлено на облегчение регулировки ориентирования текучей среды через проточный тракт сверхзвукового компрессора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

Рабочее колесо вентилятора или компрессора и способ его изготовления // 2578256

Изобретение относится к компрессоростроению. Рабочее колесо, в котором лопатки соединены с опорным кольцом, передним и задним фланцами, хвостовик лопатки защемлен межлопаточным креплением. Способ изготовления рабочего колеса включает раскрой материала лопаток и заготовок для опорного кольца, переднего и заднего фланцев. Раскрой для лопаток осуществляют с обеспечением выхода за пределы контура хвостовика материала по форме поверхности, ограниченной хвостовиками на опорном кольце, переднем и заднем фланцах. При прессовании лопаток материал, выходящий за контур хвостовика, сохраняется в исходном состоянии. Затем в сепаратор пресс-формы укладывают заготовки для оформления переднего фланца и профиля опорного кольца. Далее устанавливают лопатки в полость сепаратора, пропитывают связующим и укладывают материал, выходящий за контур хвостовика. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, на него укладывают слои материала межлопаточного крепления и заднего фланца. Задачей изобретения является снижение массы и повышение прочности рабочего колеса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Рабочее колесо вентилятора и компрессора и способ его изготовления из композиционного материала // 2617752

Изобретение относится к области турбостроения. Рабочее колесо газотурбинного двигателя содержит лопатки, неразъемно-соединенные с опорным кольцом, передним и задним фланцами. Хвостовик лопатки дополнительно защемлен межлопаточным креплением, монолитно выполненным с опорным кольцом, передним и задним фланцами. Защитная металлическая накладка на входной кромке защемлена хвостовиком лопатки, передним фланцем и межлопаточным креплением. Осуществляют раскрой слоев материала лопаток и единых заготовок для опорного кольца, переднего и заднего фланцев. Раскрой для лопаток осуществляют с обеспечением выхода материала, предназначенного для межлопаточного крепления, за пределы контура хвостовика. Прессуют лопатки совместно с металлической накладкой на входной кромке. Укладывают в сепаратор пресс-формы заготовки для оформления переднего фланца и аэродинамического профиля опорного кольца. Устанавливают лопатки в полость сепаратора, пропитывают связующим и укладывают материал, выходящий за контур хвостовика. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, на него укладывают слои материала межлопаточного крепления и заднего фланца. Устанавливают нажимной пуансон, подают давление на эластичный пуансон. Обеспечивается повышение прочности и жесткости рабочего колеса при снижении удельной массы. 2 н.п. ф-лы, 11 ил.