Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)



Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)
Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)
Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)
Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

 


Владельцы патента RU 2603377:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ОАО "УМПО") (RU)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо первой ступени вала ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (КНД ГТД) содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие, каждая, хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой. Обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок. Внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения Gоб=(0,32÷0,46) [м/м]. Обод диска снабжен равномерно разнесенной по периметру диска системой пазов для закрепления лопаток. Продольная ось каждого паза образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16,8÷24,1)°. Лопатка выполнена с переменным по высоте пера углом γ установки профиля пера относительно фронтальной линии решетки профилей лопаточного венца, убывающим с радиальным удалением от оси ротора с градиентом Gу.п=(144,9÷208,3) [град/м]. Кроме того, перо лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной. Максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом Gу.т.=(1,0÷1,44)·10-2 [м/м]. Изобретение позволяет повысить КПД и увеличить запас газодинамической устойчивости на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса ротора КНД без увеличения материалоемкости. 2 и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления (КНД) авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, которое состоит из лопаток, имеющих профилированное перо и хвостовик, а также дисков, имеющих обод, полотно и ступицу. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска. Хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне. Полки имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы. На ободах дисков рабочих колес выполнены ответные клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток (RU 2269678 С1, опубл. 10.02.2006).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, содержащее диск, лопатки с хвостовиком, средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». На боковых контактных гранях хвостовиков лопаток выполнены фаски по хорде, меньшей радиуса округления. Средство осевой фиксации лопаток выполнено в виде разрезного кольца и прорезей под разрезное кольцо в упорном выступе диска и хвостовике лопаток. Величина радиуса округления и фаски выбраны из расчета предельной нормативной прочности (RU 2476729 С1, опубл. 27.02.2013).

Известно рабочее колесо осевого компрессора, которое состоит из диска компрессора с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Лопатки на диске установлены под углом к потоку рабочего тела (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. -М.:. Наука 2011, стр. 257-263).

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска, влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса первой ступени ротора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой ориентации упомянутых пазов в ободе диска, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и, как следствие, сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса при минимуме материалоемкости.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке рабочего колеса ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (ГТД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД первой ступени, подачи воздушного потока в последующие ступени КНД при повышении запасов ГДУ на всех режимах работы двигателя и ресурса без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению выполнено в качестве рабочего колеса первой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине первой ступени вала ротора и силового объединения с ободом диска последующей ступени, при этом внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения Gоб, определенным в диапазоне

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, Bоб - осевая ширина обода; кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой пазов для хвостовиков лопаток, при этом продольная ось подошвы каждого из пазов образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16,8÷24,1)°, a пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(5,1÷6,8) [ед/рад], где N - число пазов в ободе диска, и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, причем 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.=(Скп)/Нср=(1,0÷1,44)·10-2 [м/м],

где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - то же, периферийного; Нср - средняя высота пера лопатки.

При этом тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска может быть развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу, а фронтальная по ходу потока рабочего тела полка обода диска снабжена в подошве каждого паза сквозным отверстием для пропуска фиксатора хвостовика лопатки.

Полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, может быть снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°, причем конический кольцевой элемент полотна выполнен с возможностью силового соединения с коническим элементом цапфы для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора.

Конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска может быть выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост».

Входная и выходная кромки пера лопатки могут быть выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом Gу.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

Gу.х.=(Lп.х.-Lк.х.)/Нср=(8,4÷12,1)·10-2 [м/м],

где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; Lк.x. - то же, длина корневой хорды; Нср - средняя высота пера лопатки;

Каждая лопатка может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной на среднем радиусе Rср от оси ротора, составляющем (0,77÷0,92) от среднего радиуса лопатки, считая от оси ротора, с контактными торцами, которые расположены под углом (22÷28)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера.

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

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

Поставленная задача в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению выполнено в качестве рабочего колеса первой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине первой ступени вала ротора и силового объединения с ободом диска последующей ступени, кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой равномерно разнесенных по периметру диска пазов для установки хвостовиков лопаток, число которых принято от 32 до 48 лопаток, при этом пазы выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, причем перо лопатки выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γуст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γуст.к.=(67,5÷75,5)°, а в периферийном сечении - значение γуст.п.=(36,9÷44,9)°, при этом угол γуст установки профиля пера выполнен убывающим по высоте лопатки с градиентом Gу.п. изменения угла γуст., имеющем значения в диапазоне

Gу.п.=(γуст.к.уст.п.)/Hср=(144,9÷208,3) [град/м],

где γуст.к - угол установки профиля в корневом сечении пера лопатки; γуст.п - то же, в периферийном сечении пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.

При этом тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска может быть развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу, а фронтальная по ходу потока рабочего тела полка обода диска снабжена в подошве каждого паза сквозным отверстием для пропуска фиксатора хвостовика лопатки.

Полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, может быть снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°, причем конический кольцевой элемент полотна выполнен с возможностью силового соединения с коническим элементом цапфы для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора.

Конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска может быть выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост», при этом продольная ось подошвы каждого из пазов образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16,8÷24,1)°, а базовые поверхности боковых граней паза встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью и подошвой паза γ=(56÷80)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

Перо лопатки может быть 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.=(Cкп)/Hср=(1,0÷1,44)·10-2 [м/м],

где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - то же, периферийного; Нср - средняя высота пера лопатки;

Входная и выходная кромки пера лопатки могут быть выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом Gу.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

Gу.х.=(Lп..х.-Lк.х.)/Hср=(8,4÷12,1)·10-2 [м/м],

где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; Lк.x. - то же, длина корневой хорды; Нср - средняя высота пера лопатки;

Каждая лопатка может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной на среднем радиусе Rср от оси ротора, составляющем (0,77÷0,92) от среднего радиуса лопатки, считая от оси ротора, с контактными торцами, которые расположены под углом (22÷28)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера.

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

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец пера лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,2% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо первой ступени вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент рабочего колеса первой ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;

на фиг. 3 - фрагмент обода диска рабочего колеса первой ступени, фронтальная проекция;

на фиг. 4 - фрагмент обода диска рабочего колеса первой ступени, фронтальная проекция;

на фиг. 5 - лопатка рабочего колеса первой ступени, вид сверху;

на фиг. 6 - паз обода диска первой ступени вала ротора КНД, продольный разрез.

Рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, выполнено в качестве рабочего колеса первой ступени вала ротора.

Рабочее колесо первой ступени содержит диск 1 в виде моноэлемента, включающего ступицу 2 с центральным отверстием 3, полотно 4 и обод 5, а также лопатки 6. Каждая лопатка 6 включает хвостовик 7 и перо 8 с профилем, образованным вогнутым корытом 9 и выпуклой спинкой 10, сопряженными входной и выходной кромками 11 и 12.

Обод 5 диска соединен с полотном 4 с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок - фронтальной полки 13 и тыльной полки 14. Обод 5 диска 1 выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине первой ступени вала ротора и силового объединения с ободом диска последующей ступени.

Внешняя поверхность 15 обода 5 выполнена с углом наклона образующей относительно оси 16 вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения Gоб, определенным в диапазоне

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, Воб - осевая ширина обода.

Обод 5 диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера 8 на условную осевую плоскость, проходящую через ось 16 вала ротора и совмещенную с продольной осью пера 8 лопатки 6, снабжен системой пазов 17 для хвостовиков 7 лопаток. Продольная ось подошвы 18 каждого из пазов 17 образует с осью 16 вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера 8 лопатки, угол αк установки хвостовика 7 лопатки, определенный в диапазоне значений αк=(16,8÷24,1)°. Пазы 17 равномерно разнесены по периметру диска 1 с угловой частотой

Yп=N/2π=(5,1÷6,8) [ед/рад],

где N - число пазов в ободе диска.

Пазы 17 выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 19, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком 7 лопатки по типу «ласточкин хвост». Базовые поверхности боковых граней 19 паза 17 встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью 19 и подошвой 18 паза γ=(56÷80)°. Переход от боковой грани 19 к подошве 18 выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

Перо 8 лопатки выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γуст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки 11 и 12, образуя хорду 20 профиля, и фронтальной линией 21 решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γуст.к.=(67,5÷75,5)°, а в периферийном сечении значение γуст.п.=(36,9÷44,9)°. В качестве оси пера 8 лопатки принята продольная ось профиля пера, совпадающая с осью закрутки профиля.

Угол γуст установки профиля пера 8 выполнен убывающим по высоте лопатки с градиентом Gу.п изменения угла γуст, имеющем значения в диапазоне

Gу.п.=(γуст.к.уст.п)/Hср=(144,9÷208,3) [град/м],

где γуст.к. - угол установки профиля в корневом сечении пера лопатки; γуст.п. - то же, в периферийном сечении пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.

Перо 8 лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 10 и корыта 9 относительно хорды 20, соединяющей входную и выходную кромки 11 и 12 пера 8 лопатки. Максимальная толщина профиля пера 8 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера 8 к периферийному торцу 22 с градиентом Gу.т., равным

Gу.т.=(Скп)/Hср=(1,0÷1,44)·10-2 [м/м],

где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - то же, периферийного; Нср - средняя высота пера лопатки.

Кроме того, входная и выходная кромки 11 и 12 пера 8 лопатки выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу 22 лопатки с градиентом Gу.х. увеличения соединяющей их хорды 20, равным

Gу.х.=(Lп.х.-Lк.х.)/Hср=(8,4÷12,1)·10-2 [м/м],

где Lп.х - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; Lк.х. - то же, длина корневой хорды; Нср - средняя высота пера лопатки.

Тыльная полка 14 обода 5 диска развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера 8 рабочей лопатки диска первой ступени на ширину, достаточную для размещения в полке 14 элементов 23 лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с диском первой ступени ротора по рабочему телу. Фронтальная полка 13 обода 5 диска снабжена в подошве 18 каждого паза 17 сквозным отверстием (на чертежах не показано) для пропуска фиксатора хвостовика 7 лопатки.

Полотно 4 с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу 5, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом 24. Кольцевой элемент 24 выполнен с углом β наклона образующей к оси 12 вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности 15 обода 5 на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°. Кольцевой элемент 24 полотна 4 выполнен с возможностью силового соединения с коническим элементом цапфы для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора.

Каждая лопатка 6 снабжена с двух сторон пера 8 антивибрационной полкой 25, расположенной на среднем радиусе Rср, от оси 12 вала ротора, составляющем (0,77÷0,92) от среднего радиуса лопатки 6, считая от оси вала ротора, с контактными торцами 26. Торцы выполнены под углом (22÷28)° к оси вала ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера 8 лопатки, и наклонены в сторону корыта 9 профиля пера 8.

Перо 8 лопатки выполнено с корытом 9, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.- направлению полета) и со спинкой 10 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо 8 лопатки выполнено с корытом 9, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой 10 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец 22 пера 8 лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

Пример реализации изобретения

Рабочее колесо первой ступени КНД ГТД состоит из диска 1 и установленных на нем рабочих лопаток 6. Диск первой ступени изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные за одно целое массивную ступицу 2, полотно 4 и обод 5. Профили полотна 4 и ступицы 2 формируют обтачиванием заготовки с последующей полировкой.

Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 34 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 120 мм; средняя толщина полотна - 9 мм; ширина обода - 61 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска - 364 мм и 415 мм соответственно; угол наклона внешней поверхности обода диска - 21°.

Лопатку рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД 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 хвостовика 7 и антивибрационной полки 25. 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 10 пера 8 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 9 пера 8 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 7.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 8 и антивибрационной полки 25 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 26 антивибрационной полки 25 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.

Изготовленная таким образом лопатка 6 состоит из объединенных в одно целое пера 8 с хвостовиком 7 и антивибрационной полкой 25, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД ГТД.

Профиль пера 8 лопатки имеет следующие геометрические параметры:

- в корневом сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=4,6 мм; длина хорды пера - 59 мм; угол γуст.к установки профиля пера между соединяющей входную и выходную кромки 11 и 12 профиля хордой 20 и фронтальной линией 21 решетки лопаточного венца составляет 71,5°;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=2,6 мм; длина хорды пера принята 75 мм; угол γуст.п установки профиля пера составляет 40,9°;

- средняя высота профиля пера составляет 172,6 мм.

Антивибрационная полка 25 лопатки выполнена с толщиной стенки 5 мм и размещена на среднем радиусе от оси ротора 339 мм, с контактными торцами 26, выполненными под углом 25° к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки.

На внешней стороне обода 5 диска 1 выполняют протягиванием замковые пазы 17 для крепления лопаток 6 путем установки хвостовика 7 в пазу 17 обода 5 диска. В рабочем колесе первой ступени устанавливают 37 лопаток. Пазы 17 выполнены со следующими геометрическими параметрами: угол наклона контактных поверхностей с хвостовиком лопатки к донной плоскости паза составляет 70°; ширина основания паза - 20 мм.

Лопатки 6 удерживают от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил при помощи контактных выступов замка типа «ласточкин хвост». Каждую лопатку 6 удерживают в диске 1 от перемещения в направлении протяжки паза 17 с помощью штифта. Лопатки 6 сопрягают по ответным торцам смежных антивибрационных полок.

Таким образом, рабочее колесо первой ступени имеет следующие геометрические параметры: минимальный и максимальный диаметры внутренней поверхности рабочего колеса - 364 мм и 415 мм; аналогично периферийной поверхности рабочего колеса - 742,5 мм и 729,5 мм; максимальная ширина первой ступени ротора - 63 мм.

В процессе работы ГТД диск 1 рабочего колеса первой ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от турбины низкого давления (ТНД) через барабанно-дисковую конструкцию вала ротора КНД с включением в работу лопаток 6 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в КНД. На вогнутой поверхности в виде корыта 9 пера 8 каждой лопатки 6 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 10 пера 8, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся лопатки 6 рабочего колеса ротора передают энергию воздушному потоку, направляя сжимаемый поток на лопатки статора первой ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени КНД. Одновременно диск 1 воспринимает центробежные нагрузки и через конический кольцевой элемент 24 и фронтальную полку 13 обода 5 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса первой ступени ротора КНД, а именно радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 5 с разноплечими кольцевыми полками 13 и 14, принятого сочетания тонкого полотна 4 и осевой ширины ступицы 2, компенсирующей ослабление полотна 4 диска центральным отверстием 3, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 3 в ступице 2 принят достаточным для свободного пропуска шлицевой трубы при монтаже и ремонтных операциях сборки компрессора.

Функциональное назначение диска первой ступени обеспечивать передачу механической энергии на лопатки рабочего колеса достигают при соблюдении условия заявленной геометрической конфигурацией диска в пределах указанного диапазона отношений разности выходного и входного радиусов к ширине обода 5 диска. Выход градиента Gоб за пределы заявленного диапазона Gоб=(0,32÷0,46) приведет к недопустимому рассогласованию радиальных параметров входного и выходного проходных сечений проточной части первой ступени и последовательно примыкающей к ней ступеней КНД, не обеспечит необходимых перепадов давлений рабочего тела в указанных ступенях КНД, что, как следствие, приведет к снижению КПД, запасов ГДУ компрессора и ресурса диска, а также к дополнительному эксплуатационному расходу топлива и повышенному износу двигателя. Кроме того, при таком асимметричном решении ширины разноплечих кольцевых конических наклонных полок 13 и 14 обода 5 остаются равноплечими относительно условной средней плоскости полотна 4 диска фронтальная полка 13 и кольцевой участок тыльной полки 14 обода 5 диска, выходящие в проточную часть. Дополнительное уширение тыльной полки 14 обода 5 диска относительно ширины фронтальной полки 13 необходимо и достаточно для размещения в полке 14 элементов 23 лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора и работает на технический результат изобретения, повышая ресурс диска.

На внешней стороне обода 5 диска выполняют протягиванием систему пазов 17 для закрепления лопаток 6. Пазы 17 расположены под углом αк к оси вала ротора. Технический результат изобретения достигают при выполнении пазов, расположенных под углом αк, принятым из заявленного диапазона (16,8÷24,1)°, так как при этом обеспечивается возможность установки хвостовика 7 и пера 8 лопатки 1 под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса первой ступени ротора КНД и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости диска. Выход значений угла αк 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 пазах 17 диске лопаток 6 рабочего колеса первой ступени ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла αк>24,1° отклонения оси паза 17 диска от оси вращения ротора неоправданно возрастают напряжения в лопатках на всех режимах работы КНД, 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. Кроме того, пазы 17 равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(5,1÷6,8) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении с гранями 19, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток 6 и соответственно пазов 17 на диске 1 для закрепления хвостовиков лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток и соответственно пазов 17 на ободе 5 диска ниже нижнего предела указанного диапазона Yп<5,1 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Yп>6,8 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток 6 в лопаточном венце, образуемом на диске 1, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом.

Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазона градиентов угла γ между соединяющей входную и выходную кромки 11 и 12 профиля хордой 20 и фронтальной линией 21 решетки лопаточного венца, составляющем в корневом сечении γуст.к.=(65,7÷75,5)° и в периферийном сечении значение γуст.п.=(36,9÷44,9)°, а также найденных в изобретении границ диапазонов градиентов Gу.п.=(144,9÷208,3) [град/м] по высоте Нср пера 8 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера 8 лопатки со значениями градиента Gу.п<144,9 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы КНД, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 10 пера лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 20 пера 8 по высоте лопатки до значений градиента Gу.п., превышающих верхний предел Gу.п.>208,3 [град/м], приводит к недопустимому уменьшению угла раскрытия периферийного участка пера 8 лопатки, что в свою очередь приводит к снижению КПД, негативному уменьшению диапазона ГДУ компрессора и недопустимому рассогласованию работы первой ступени ротора с последующими ступенями КНД.

Градиент Gу.х. увеличения хорды 20 пера 8 лопатки 6 по средней высоте Нср пера 8 лопатки характеризует парусность пера, образованную в результате углового расхождения входной и выходной боковых кромок 11 и 12 пера 8 от втулки до периферийного торца 22. Парусность пера 8 по высоте лопатки спрофилирована по упомянутому градиенту Gх углового расширения хорды 20 пера с заявленным диапазоном Gу.х.=(8,4÷12,1)·10-2 [м/м], при котором обеспечивается получение технического результата изобретения. Уменьшение отношения разности длин периферийной и корневой хорд пера 8 к средней высоте Нср пера (Gу.х.<8,4·10-2) приводит к образованию недостаточной густоты заполнения периферийного кольцевого участка площади поперечного сечения проточной части лопаточного венца периферийными участками пера лопаток в проекции на условную плоскость, нормальную к оси ротора. Как следствие, возникает недопустимое снижение запаса ГДУ, сужение диапазона газодинамической устойчивости работы компрессора и существенному снижению КПД за счет возможного срыва воздушного потока со спинки 10 пера лопатки. Увеличение (Gу.х.>12,1·10-2) приводит к неоправданному увеличению потерь от трения потока о профиль пера лопатки и к снижению КПД компрессора.

Технический результат повышения ресурса рабочего колеса в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 8 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента Gу.т.=(1,0÷1,44)·10-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера 8 лопатки. При значениях градиента Gу.т.<1,0·10-2 [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.>1,44·10-2 [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 8 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.

Кроме того, полотно 4 снабжено коническим кольцевым элементом 24, выполненным с углом β наклона образующей к оси 16 вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности 15 обода 5 на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°, что обеспечивает оптимальное повышение объемной жесткости соединения полотна 4 с конической диафрагмой и ресурса диска в условиях многократных изгибно-крутильных нагружений в процессе эксплуатации компрессора, обеспечивает необходимую компактность узла без увеличения материалоемкости диска. Выход Δ за пределы заявленного диапазона приводит к неоправданному увеличению осевых габаритов и повышению материалоемкости конической диафрагмы как переходного элемента передней опоры диска, а также к неоправданному повышению концентрации напряжений от односторонних внеосевых динамических нагрузок на полотно и к снижению ресурса диска, не оказывая положительного влияния на технический результат изобретения.

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

1. Рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, характеризующееся тем, что выполнено в качестве рабочего колеса первой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине первой ступени вала ротора и силового объединения с ободом диска последующей ступени, при этом внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения Gоб, определенным в диапазоне
,
Где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, Воб - осевая ширина обода; кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой пазов для хвостовиков лопаток, при этом продольная ось подошвы каждого из пазов образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16,8÷24,1)°, a пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yп=(5,1÷6,8) [ед/рад], где N - число пазов в ободе диска, и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, причем 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
,
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - то же, периферийного; Нср - средняя высота пера лопатки.

2. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу, а фронтальная по ходу потока рабочего тела полка обода диска снабжена в подошве каждого паза сквозным отверстием для пропуска фиксатора хвостовика лопатки.

3. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°, причем конический кольцевой элемент полотна выполнен с возможностью силового соединения с коническим элементом цапфы для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора.

4. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост».

5. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что входная и выходная кромки пера лопатки выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом Gy.x. увеличения соединяющей их хорды, равным
,
где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; Lк.х. - то же, длина корневой хорды; Нср - средняя высота пера лопатки;

6. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что каждая лопатка снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной на среднем радиусе Rcp от оси ротора, составляющем (0,77÷0,92) от среднего радиуса лопатки, считая от оси ротора, с контактными торцами, которые расположены под углом (22÷28)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера.

7. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

8. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

9. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 1, отличающееся тем, что периферийный торец пера лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

10. Рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя (ГТД), имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, характеризующееся тем, что выполнено в качестве рабочего колеса первой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом обод диска соединен с полотном с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок и выполнен выходящим в проточную часть с образованием внутреннего контура последней на осевой длине первой ступени вала ротора и силового объединения с ободом диска последующей ступени, кроме того, обод диска со стороны, обращенной к проточной части, на участке осевой ширины, соизмеримой с проекцией ширины пера на условную осевую плоскость, проходящую через ось вала ротора и совмещенную с продольной осью пера лопатки, снабжен системой равномерно разнесенных по периметру диска пазов для установки хвостовиков лопаток, число которых принято от 32 до 48 лопаток, при этом пазы выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, причем перо лопатки выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γуст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γуст.к.=(67,5÷75,5)°, а в периферийном сечении значение γуст.п.=(36,9÷44,9)°, при этом угол γуст установки профиля пера выполнен убывающим по высоте лопатки с градиентом Gу.п. изменения угла γуст., имеющем значения в диапазоне
,
где γуст.к. - угол установки профиля в корневом сечении пера лопатки; γуст.п. - то же в периферийном сечении пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.

11. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу, а фронтальная по ходу потока рабочего тела полка обода диска снабжена в подошве каждого паза сквозным отверстием для пропуска фиксатора хвостовика лопатки.

12. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол φ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-φ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°, причем конический кольцевой элемент полотна выполнен с возможностью силового соединения с коническим элементом цапфы для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора.

13. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что конфигурация поперечного сечения каждого паза в ободе диска выполнена под замковое соединение с хвостовиком по типу «ласточкин хвост», при этом продольная ось подошвы каждого из пазов образует с осью вала ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к продольной оси пера лопатки, угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(16,8÷24,1)°, а базовые поверхности боковых граней паза встречно наклонены одна к другой с образованием углов γ между боковой гранью и подошвой паза γ=(56÷80)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

14. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что 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

где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - то же, периферийного; Нср - средняя высота пера лопатки;

15. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что входная и выходная кромки пера лопатки выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом Gу.x. увеличения соединяющей их хорды, равным
,
где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; Lк.х. - то же, длина корневой хорды; Нср - средняя высота пера лопатки;

16. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что каждая лопатка снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной на среднем радиусе Rcp от оси ротора, составляющем (0,77÷0,92) от среднего радиуса лопатки, считая от оси ротора, с контактными торцами, которые расположены под углом (22÷28)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера.

17. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

18. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

19. Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления по п. 10, отличающееся тем, что периферийный торец пера лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне первой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с фронтальной и тыльной полками, разделенными кольцевым пазом, и полотно.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск третьей ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск третьей ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием и снабженную кольцевым коническим силовым элементом с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки, равными ответным параметрам упомянутой конической диафрагмы цапфы задней опоры вала.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск второй ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск второй ступени ротора компрессора низкого давления ТРД диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с пазами для заведения хвостовиков лопаток рабочего колеса и полотно, снабженное наклонными полками.

Лопатка турбомашины включает перо, вытянутое в радиальном направлении между ножкой и вершиной, в осевом направлении - между передней кромкой и задней кромкой, а в тангенциальном направлении - между корытом и спинкой.

Изобретение относится к турбореактивным или турбовинтовым самолетам. Лопаточное колесо турбомашины, содержащее диск, внешняя периферия которого образована по меньшей мере с одним гнездом для установки ножек лопаток и вставкой (7), установленной между каждой ножкой лопатки и дном гнезда.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с фронтальной и тыльной полками, разделенными кольцевым пазом, и полотно.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск третьей ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск последней ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск третьей ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием и снабженную кольцевым коническим силовым элементом с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки, равными ответным параметрам упомянутой конической диафрагмы цапфы задней опоры вала.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск второй ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск второй ступени ротора компрессора низкого давления ТРД диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с пазами для заведения хвостовиков лопаток рабочего колеса и полотно, снабженное наклонными полками.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и теплоэнергетики и может быть использовано при разработке паротурбинных энергоустановок. Валопровод турбоагрегата содержит скрепленные между собой соединительными муфтами и установленные на подшипниковых опорах роторы многоцилиндровой паровой турбины и электрогенератора.

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины, содержащий корпус в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси и выполненный в нем один и более венец со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных по наружной поверхности через равные промежутки в поперечном направлении, при этом корпус содержит металломатричный композит с перекрестной укладкой армирующих волокон, средства для крепления хвостовиков лопатки выполнены в виде корневого элемента под сварку по форме профиля лопатки, а металломатричный композит сформирован по всей наружной поверхности тела вращения слоем толщиной, не превышающей высоту корневого элемента.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Передняя опора вала ротора КНД ГТД содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части.
Наверх