Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд



Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд
Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд

 


Владельцы патента RU 2630921:

Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "УМПО") (RU)

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п.=(149,1÷215,4) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части. Рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска к средней высоте Hср профиля пера лопатки, составляющем Rд/Hср=(3,1÷4,6). Обод диска снабжен кольцевыми полками для соединения с ответными полками смежных дисков - неразъемного соединения с диском второй ступени и разъемного соединения внахлест с диском четвертой ступени. Полотно диска снабжено кольцевыми буртиками для разъемного соединения фланцами примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД и конической диафрагмы диска четвертой ступени. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса третьей ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам высокого давления (КВД) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД).

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик (Ю.С. Елисеев и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. 2-е изд. Москва. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2000, стр. 621-624).

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки и паз в ободе диска имеет трапециевидный профиль. Перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером выполнена полка с формированием проточной части (А.А. Иноземцев и др. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 2. Москва. Машиностроение, 2008, стр. 39-42).

Известно рабочее колесо компрессора, имеющее диск с установленными в пазе рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Паз диска выполнен с уширением по глубине в поперечном сечении паза. (US 2013/0171343, 04.07.2013 г., фиг. 1, 2). Аналогичные решения известны из US 2005/0025622 А1, фиг. 1, US 2009/0246029 А1, фиг. 5, US 2005/0129522 А1, фиг. 1. US 1606029, фиг. 3, 4.

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска рабочего колеса, влияющих на формирование конфигурации и площадь проходного сечения проточной части и размещение в пазу обода диска лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой установки лопатки в рабочем колесе третьей ступени ротора, что затрудняет получение оптимального сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора, а также обеспечение оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса при минимуме материалоемкости.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора высокого давления ТРД с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации диска и лопаток, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД в третьей ступени КВД, подачи воздушного потока в последующие ступени КВД с повышенным запасом ГДУ на всех режимах работы и ресурса двигателя без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что лопатка рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления КВД турбореактивного двигателя ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления (ТНД) с валом, турбину высокого давления (ТВД) и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками и лопаточными венцами, при этом обод диска рабочего колеса наделен пазом для установки лопаток, согласно изобретению, лопатка содержит перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, а также выполненные за одно целое с пером лопатки хвостовик и корневая полка с конической поверхностью по обе стороны пера, образующей фрагмент втулочной поверхности проточной части двигателя третьей ступени КВД, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла а установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(28,6÷41,1)°, а в периферийном сечении пера значение αп=(38,0÷54,6)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hср=(149,1-215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки; кроме того 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.=(Cк-Cп)/Hср=(2,3÷3,5)⋅10-2 [м/м],

где Cк - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Cп - тоже, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки.

При этом хвостовик лопатки может иметь подошву с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси ротора, и может содержать уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами, верхние грани каждого из которых наклонены к условной плоскости подошвы хвостовика на угол β1=(29÷40)°, а нижние грани выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы хвостовика угол β2=(48÷69)°.

Хвостовик может быть выполнен с соотношением средней высоты Hср профиля пера лопатки к средней высоте hcp хвостовика, составляющем Hcp/hcp=(4,4÷5,9).

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

Вариантно перо лопатки может быть выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Поставленная задача в части лопаточного венца решается тем, что лопаточный венец рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, обод которых наделен пазом для установки рабочих лопаток, согласно изобретению, содержит лопатки, равномерно разнесенные по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад], при этом каждая лопатка лопаточного венца третьей ступени ротора КВД выполнена с конфигурацией и параметрами, описанными выше, кроме того торцы корневой полки каждой лопатки выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части, для чего полка каждой лопатки выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода диска и составляющим ϕ=(10÷16)°.

Поставленная задача в части диска ротора компрессора решается тем, что диск рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, снабженных лопатками, включающими хвостовик, корневую полку и перо, согласно изобретению, диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно, при этом радиус диска Rд от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска снабжен по контуру кольцевым пазом для размещения в нем хвостовиков рабочих лопаток и разделен пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча с периферийными кольцевыми коническими полками с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок лопаток втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска третьей ступени ротора КВД, кроме того внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне,

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом.

При этом радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы может быть выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска, считая последний от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна.

Паз диска может быть снабжен не менее чем одним заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток и фиксирующих элементов для фиксации положения лопаток в пазе.

Паз обода диска может быть выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной части паза и разделенным заужением, образованным двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами, выполненными со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика лопатки, при этом нижнее уширение кольцевого паза обода диска выполнено с гранями, образующими замковую конфигурацию типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней, составляющем (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным поверхностям хвостовика лопатки, а верхнее уширение паза выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска третьей ступени КВД.

Длина периметра кольцевого паза в ободе диска может быть выполнена достаточной для размещения в нем хвостовиков лопаток с угловой частотой Yл, определенной в диапазоне значений Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад].

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад].

Полотно диска может быть снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы, предназначенного для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени, при этом указанные буртики смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад].

Тыльная полка обода диска может быть выполнена с возможностью соединения внахлест с ответной фронтальной полкой обода диска последующей ступени барабанно-дисковой оболочки вала, причем в зоне стыка указанных дисков для разъемного соединения в тыльной полке выполнены отверстия под фиксирующие элементы типа штифты, а фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, при этом радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска, при этом обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска третьей ступени ротора КВД, кроме того внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне,

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; при этом для обеспечения передачи крутящего момента от вала ТВД обод диска выполнен с возможностью неразъемного соединения фронтальной полки с ответной полкой диска второй ступени и разъемного соединения внахлест тыльной полки с ответной полкой обода диска четвертой ступени с включением обода диска третьей ступени в качестве консольного элемента в силовую оболочку вала ротора, выполненного барабанно-дисковой конструкции в пределах осевой длины КВД, кроме того полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени.

При этом лопатки могут быть равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад].

Для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз может быть выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, составляющем β1=(29÷40)°, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазе лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой конструкции вала ротора КВД, расположенными в зоне верхней половины высоты полотна, считая от обода диска, и эквидистантно радиально разнесенными по окружности с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад], а расположенные в зоне одной трети высоты полотна, считая от ступицы, кольцевые буртики с двух сторон полотна смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад], кроме того фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

Перо лопатки может быть выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hcp=(149,l÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - тоже, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки; кроме того 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.

Кольцевые полки обода диска могут быть выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора, при этом разъемное соединение внахлест в зоне стыка дисков третьей и четвертой ступеней выполнено посредством фиксирующих элементов типа штифтов.

Поставленная задача в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, при этом диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем переменной по ширине и высоте пера толщиной и образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(28,6÷41,1)°, a в периферийном сечении пера значение αп=(38,0÷54,6)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hср=(149,1÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - тоже, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки; при этом лопатки равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад], причем обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска третьей ступени ротора КВД с углом ϕ наклона образующей внешней поверхности к оси ротора, идентичным внешней поверхности корневой полки лопатки, при этом рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска от оси вала ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода диска в средней радиальной плоскости полотна диска к средней высоте Hср профиля пера лопатки, составляющем Rд/Hср=(3,1÷4,6).

При этом радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна может составлять (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска.

Для обеспечения передачи крутящего момента от вала ТВД обод диска может быть выполнен с возможностью неразъемного соединения фронтальной полки с ответной полкой диска второй ступени и разъемного соединения внахлест тыльной полки с ответной полкой обода диска четвертой ступени с включением обода диска третьей ступени в качестве консольного элемента в силовую оболочку вала ротора, выполненного барабанно-дисковой конструкции в пределах осевой длины КВД, кроме того полотно диска снабжено с двух сторон расположенными в зоне одной трети высоты полотна, считая от ступицы, кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени, при этом кольцевые буртики смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад].

Для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазе лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой конструкции вала ротора КВД, расположенными в зоне верхней половины высоты полотна от обода диска и эквидистантно радиально разнесенными по окружности с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад], а фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса третьей ступени ротора КВД ТРД, включающего диск и рабочие лопатки, в совокупности составляющие лопаточный венец рабочего колеса, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,5% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо третьей ступени ротора КВД ТРД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент обода диска рабочего колеса с лопатками, вид сбоку;

на фиг. 3 - фрагмент лопаточного венца рабочего колеса, вид сверху;

на фиг. 4 - лопатка рабочего колеса, вид сверху;

на фиг. 5 - перо лопатки рабочего колеса, поперечный разрез;

на фиг. 6 - хвостовик лопатки рабочего колеса, вид спереди;

на фиг. 7 - обод диска рабочего колеса, продольный разрез;

на фиг. 8 - фрагмент обода диска с заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток, продольный разрез;

на фиг. 9 - фрагмент обода диска с фиксирующим элементом для фиксации положения лопаток в пазе, продольный разрез.

Многоступенчатый компрессор высокого давления турбореактивного двигателя включает корпус с проточной частью, турбину низкого давления с валом, турбину высокого давления и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с передней опорой и с трубчатой частью вала ротора с другой стороны.

В группе изобретений, объединенных единым творческим замыслом, рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора (фиг. 1) содержит диск 1, наделенный пазом 2 для установки рабочих лопаток 3, в совокупности составляющих лопаточный венец рабочего колеса.

Лопатки лопаточного венца содержат каждая выполненные за одно целое хвостовик 4, перо 5 и корневую полку 6 с конической поверхностью по обе стороны пера 5. Диск 1 рабочего колеса выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 7 с центральным отверстием 8, полотно 9 и обод 10, наделенный пазом 2 для установки хвостовиков 4 лопаток. Лопатки 3 равномерно разнесены по периметру диска 1 с угловой частотой Yл=(9,71÷ 13,53) [ед/рад]. Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 и выпуклой спинкой 12, сопряженными входной и выходной кромками 13 и 14.

Хвостовик 4 лопатки выполнен для установки в паз 2 обода 10 диска 1, имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза 2 с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера 5 к оси 15 ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(28,6÷41,1)°, a в периферийном сечении пера значение αп=(38,0÷54,6)°.

Перо 5 лопатки (фиг. 4) выполнено с переменной относительно оси 15 ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Hср=(149,1÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп - тоже, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки.

Перо 5 лопатки (фиг. 5) выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 12 и корыта 11 относительно хорды 16, соединяющей входную и выходную кромки 13 и 14 пера лопатки. Максимальная толщина профиля пера 5 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу 17 с градиентом Gу.т, равным

Gу.т.=(Cк-Cп)/Hср=(2,3÷3,5)⋅10-2 [м/м],

где Cк - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Cп - тоже, в периферийном сечении; Hср - средняя высота пера лопатки.

Хвостовик 4 лопатки (фиг. 6) имеет подошву 18 с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси 15 ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами. Верхние грани 19 каждого выступа наклонены к условной плоскости подошвы 18 хвостовика на угол β1=(29÷40)°. Нижние грани 20 выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы 18 хвостовика угол β2=(48÷69)°.

Торцы 21 корневой полки 6 каждой лопатки (фиг. 3) выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части. Для этого корневая полка 6 лопатки 3 выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки 6 к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода 10 диска и составляющим ϕ=(10÷16)°.

Лопатка 3 выполнена с отношением средней высоты Hср профиля пера 5 лопатки к средней высоте hcp хвостовика 4, составляющем Hср/hcp=(4,4÷5,9).

Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и выпуклой спинкой 12 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Радиус Rд диска 1 рабочего колеса третьей ступени от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9 составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости. Радиус Rц.о.с.. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска от оси 15 ротора КВД до верхней поверхности обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9 диска.

Для размещения хвостовиков лопаток 3 обод 10 диска 1 снабжен по контуру кольцевым пазом 2. Обод 10 разделен пазом 2 на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча 22, 23 с периферийными кольцевыми коническими полками 24 и 25 соответственно с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок 6 лопаток 3 втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска третьей ступени ротора КВД.

Внешняя поверхность обода 10 выполнена с углом наклона образующей 26 относительно оси 15 ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR об., определенным в диапазоне,

,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска Bоб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом.

При этом рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска 1 от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода 10 диска в средней радиальной плоскости полотна 9 диска к средней высоте Hср профиля пера 5 лопатки, составляющем Rд/Hcp=(3,1÷4,6).

Паз 2 обода 10 диска (фиг. 7) выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной частях 27 и 28 паза и разделенным заужением, которое образовано двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами 29. Выступы 29 выполнены со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика 4 лопатки. Уширение в нижней придонной части 28 паза 2 обода диска выполнено с гранями 30 с образованием замковой конфигурации типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней 30, составляющем (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным граням 19 и 20 хвостовика 4 лопатки. Уширение в верхней части 27 паза 2 выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза 2, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки 6 лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска третьей ступени КВД.

Паз 2 обода 10 диска 1 снабжен не менее чем одним заходным отверстием 31 для установки в паз хвостовиков 4 лопаток (фиг. 8) и фиксирующих элементов 32 для фиксации положения лопаток в пазе. Для радиально-угловой фиксации положения лопаток 3 в ободе 10 диска кольцевой паз 2 выполнен с контактными выступами 29 с возможностью удерживания лопаток от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил. Нижняя грань выступа 29 расположена под углом к условной плоскости придонной части паза, идентичным углу β1 наклона ответной грани 20 хвостовика 4 лопатки к его подошве 18. От смещения в окружном направлении (фиг. 9) в кольцевом пазе 2 лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами 32. Фиксирующие элементы 32 выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза 2, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта 33.

Для обеспечения передачи крутящего момента от вала ТВД обод 10 диска 1 рабочего колеса третьей ступени выполнен с возможностью неразъемного соединения фронтальной полки 24 с ответной полкой диска второй ступени и разъемного соединения внахлест тыльной полки 25 с ответной полкой обода диска четвертой ступени (на чертежах не показано) с включением обода 10 диска 1 третьей ступени в качестве консольного элемента в силовую оболочку вала ротора, выполненного барабанно-дисковой конструкции в пределах осевой длины КВД. В зоне стыка полок дисков третьей и четвертой ступеней для разъемного соединения в тыльной полке 25 выполнены отверстия 34 под фиксирующие элементы типа штифты. Кольцевые полки 24, 25 обода 10 диска выполнены выступающими за габарит пера 5 рабочей лопатки 3 на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора.

Кроме того, полотно 9 диска 1 снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками 35 и 36. Буртики 35, 36 расположены в зоне одной трети высоты полотна 9, считая от ступицы 7. С фронтальной стороны диска буртик 35 выполнен для центрирования фланца примыкающего к полотну 9 цапфы передней опоры ротора КВД. С тыльной стороны буртик 36 выполнен для центрирования фланца кольцевого фрагмента конической диафрагмы для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени. Буртики 35 и 36 смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий 35 под крепежные детали типа призонных болтов, которые выполнены с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад].

В зоне верхней половины высоты полотна, считая от обода 10 диска, полотно 9 диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями 38 для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой конструкции вала ротора КВД, эквидистантно радиально разнесенными по окружности с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад],

Фронтальная полка 24 обода 10 диска снабжена не менее чем двумя отверстиями 39 для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

Пример реализации изобретения.

Рабочее колесо третьей ступени КВД двигателя состоит из диска 1 и установленных на нем рабочих лопаток 3. Диск 1 изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 7, полотно 9 и обод 10.

Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 19 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 150 мм; толщина полотна - 4 мм; ширина обода, ограниченного межлопаточным каналом - 27 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска - 465 мм и 480 мм соответственно; угол ф наклона внешней поверхности обода диска - 13°.

Лопатку 3 рабочего колеса третьей ступени ротора КВД ТРД 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 корневой полки 6. 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 12 пера 5 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 11 пера 5 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 4.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 5 и корневой полки 6 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 21 корневых полок 6 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.

Изготовленная таким образом лопатка состоит из объединенных в одно целое пера 5 с хвостовиком 4 и корневой полкой 6, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора ТРД.

Профиль пера 9 лопатки имеет следующие геометрические параметры:

- в корневом сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Сmax=2,9 мм; длина хорды 16, соединяющей входную и выходную кромки 13 и 14 пера лопатки - 36 мм; угол αк установки профиля пера к оси ротора составляет 34,5°;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Сmax=1,2 мм; длина хорды пера принята 36 мм; угол αп установки профиля пера составляет 47°;

- средняя высота Hср профиля пера составляет 61 мм;

- средняя высота hcp хвостовика составляет 13 мм.

Корневая полка 6 лопатки выполнена с шириной в окружном направлении 21 мм с контактными торцами 21, выполненными параллельно оси ротора и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки 6 к оси 15 ротора ϕ=13°.

На внешней стороне обода 10 выполняют протягиванием кольцевой паз 2 для крепления лопаток. Паз выполнен с двумя заходными отверстиями 31. Лопатки 3 удерживают от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил при помощи контактных выступов 29. Лопатки 3 удерживают в диске 1 от перемещения в окружном направлении 2 с помощью фиксирующих элементов 32. Лопатки 3 сопрягают по ответным торцам 21 смежных корневых полок.

В процессе работы ТРД диск 1 рабочего колеса третьей ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от ТВД через барабанно-дисковую конструкцию вала ротора компрессора с включением в работу лопаток 3 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в компрессоре. На вогнутой поверхности в виде корыта 11 пера 5 лопатки 3 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 12 пера 5, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся лопатки 3 рабочего колеса ротора передают энергию воздушному потоку, направляя сжимаемый поток на лопатки статора третьей ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени компрессора. Одновременно диск 1 воспринимает центробежные нагрузки и через кольцевые полки 24 и 25 обода 10 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в группе изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 10, сочетания сужающегося полотна 9 и осевой ширины ступицы 7, компенсирующих ослабление полотна 9 диска центральным отверстием 8, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 8 в ступице 7 принят достаточным для установки передней опоры вала ротора и пропуска вала ТВД и ремонтно-технологического доступа к соединениям вала компрессора. На внешней стороне обода 10 диска выполняют протягиванием кольцевой паз 2 для крепления лопаток, обеспечивая при этом возможность установки хвостовика и пера лопатки под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости диска. Выход значений угла а 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 пазу 2 диска 1 лопаток 3 рабочего колеса третьей ступени ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла а неоправданно возрастают напряжения в лопатках на всех режимах работы компрессора, 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. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток ниже нижнего предела указанного диапазона Yл<9,71 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Yл>13,53 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске третьей ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом. Кроме того, заявленная геометрия паза обеспечивает повышение концентрации при действии эксплуатационных нагрузок и повышает ресурс рабочего колеса.

Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазона градиентов Gз.п.=(149,1÷215,4) [град/м] по высоте Hср пера 5 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера лопатки со значениями градиента Gз.п.<149,1 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы компрессора, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 12 пера 5 лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 16 пера 5 по высоте лопатки до значений градиента Gз.п., превышающих верхний предел, приводит к недопустимому уменьшению угла раскрытия периферийного участка пера 9 лопатки, что в свою очередь приводит к снижению КПД, негативному уменьшению диапазона ГДУ компрессора и недопустимому рассогласованию работы третьей ступени ротора с предыдущими и последующими ступенями компрессора.

Технический результат повышения ресурса рабочего колеса в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 5 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента Gу.т.=(2,3÷3,5)⋅10-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера лопатки. При значениях градиента Gу.т.<2,3⋅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.>3,5⋅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 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.

Технический результат группы изобретений достигается также при реализации изобретения с заявленным диапазоном соотношений (Rд/Rп.к.) и (Rд/Hср), т.к. уменьшение значений указанных отношений приведет к неоправданному уменьшению радиуса диска, нерасчетному увеличению радиальной высоты рабочих лопаток, что как следствие нарушит входные и выходные аэродинамические параметры конструкции рабочего колеса и потока рабочего тела - воздуха, а также ухудшит газодинамическую устойчивость на переходных режимах работы двигателя. Увеличение значений указанных отношений приведет к аэродинамически недопустимому уменьшению площади проходного сечения проточной части двигателя в зоне третьей ступени компрессора ТРД, что нарушит требуемый динамический баланс расхода рабочего тела и потребует перепроектирования геометрических параметров проточной части последующих ступеней КВД. Кроме того, уменьшение градиента GR.об<0,18 приведет к недопустимому негативно малому приросту радиуса диска третьей ступени и соответственно не обеспечит требуемое уменьшение проходного сечения проточной части на осевом участке ширины обода диска, что не позволит получить необходимый прирост давления рабочего тела, которое должно быть получено во третьей ступени КВД ТРД для достижения технического результата при реализации изобретения.

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

1. Лопатка рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления (КВД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления (ТНД) с валом, турбину высокого давления (ТВД) и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками и лопаточными венцами, при этом обод диска рабочего колеса наделен пазом для установки лопаток, характеризующаяся тем, что лопатка содержит перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, а также выполненные за одно целое с пером лопатки хвостовик и корневая полка с конической поверхностью по обе стороны пера, образующей фрагмент втулочной поверхности проточной части двигателя третьей ступени КВД, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(28,6÷41,1)°, а в периферийном сечении пера значение αп=(38,0÷54,6)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п., определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Нср=(149,1÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; кроме того, 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=(2,3÷3,5)⋅10-2 [м/м],

где Ск - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; Сп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки.

2. Лопатка рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик лопатки имеет подошву с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами, верхние грани каждого из которых наклонены к условной плоскости подошвы хвостовика на угол β1=(29÷40)°, а нижние грани выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы хвостовика угол β2=(48÷69)°.

3. Лопатка рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик выполнен с соотношением средней высоты Нср профиля пера лопатки к средней высоте hcp хвостовика, составляющем Нср/hcp=(4,4÷5,9).

4. Лопатка рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

5. Лопатка рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 1, отличающаяся тем, что перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

6. Лопаточный венец рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, обод которых наделен пазом для установки рабочих лопаток, характеризующийся тем, что содержит лопатки, равномерно разнесенные по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад], при этом каждая лопатка лопаточного венца третьей ступени ротора КВД выполнена по любому из пп. 1-5, кроме того, торцы корневой полки каждой лопатки выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части, для чего полка каждой лопатки выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода диска и составляющим ϕ=(10÷16)°.

7. Диск рабочего колеса третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, снабженных лопатками, включающими хвостовик, корневую полку и перо, характеризующийся тем, что диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно, при этом радиус диска Rд от оси ротора КВД до условной конической поверхности, соосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска снабжен по контуру кольцевым пазом для размещения в нем хвостовиков рабочих лопаток и разделен пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча с периферийными кольцевыми коническими полками с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок лопаток втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска третьей ступени ротора КВД, кроме того внешняя

поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска, Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом.

8. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска, считая последний от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна.

9. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что паз диска снабжен не менее чем одним заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток и фиксирующих элементов для фиксации положения лопаток в пазе.

10. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что паз обода диска выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной части паза и разделенным заужением, образованным двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами, выполненными со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика лопатки, при этом нижнее уширение кольцевого паза обода диска выполнено с гранями, образующими замковую конфигурацию типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней, составляющем (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным поверхностям хвостовика лопатки, а верхнее уширение паза выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска третьей ступени КВД.

11. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что длина периметра кольцевого паза в ободе диска выполнена достаточной для размещения в нем хвостовиков лопаток с угловой частотой Yл, определенной в диапазоне значений Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад].

12. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад].

13. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы, предназначенного для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени, при этом указанные буртики смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад].

14. Диск рабочего колеса третьей ступени ротора КВД по п. 7, отличающийся тем, что тыльная полка обода диска выполнена с возможностью соединения внахлест с ответной фронтальной полкой обода диска последующей ступени барабанно-дисковой оболочки вала, причем в зоне стыка указанных дисков для разъемного соединения в тыльной полке выполнены отверстия под фиксирующие элементы типа штифты, а фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

15. Рабочее колесо третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, характеризующееся тем, что содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, при этом радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, соосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна, составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска, при этом обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска третьей ступени ротора КВД, кроме того, внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом GR.об., определенным в диапазоне,

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска, Воб - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; при этом для обеспечения передачи крутящего момента от вала ТВД - обод диска выполнен с возможностью неразъемного соединения фронтальной полки с ответной полкой диска второй ступени и

разъемного соединения внахлест тыльной полки с ответной полкой обода диска четвертой ступени с включением обода диска третьей ступени в качестве консольного элемента в силовую оболочку вала ротора, выполненного барабанно-дисковой конструкции в пределах осевой длины КВД, кроме того, полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени.

16. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 15, отличающееся тем, что лопатки равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад].

17. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 15, отличающееся тем, что для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, составляющем β1=(29÷40)°, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазе лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

18. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 15, отличающееся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой конструкции вала ротора КВД, расположенными в зоне верхней половины высоты полотна, считая от обода диска, и эквидистантно радиально разнесенными по окружности с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад], а расположенные в зоне одной трети высоты полотна, считая от ступицы, кольцевые буртики с двух сторон полотна смещены один относительно другого

на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад], кроме того, фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.

19. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД колеса по п. 7, отличающееся тем, что перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Нср=(149,1÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; кроме того, 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.

20. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД колеса по п. 7, отличающееся тем, что кольцевые полки обода диска выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора, при этом разъемное соединение внахлест в зоне стыка дисков третьей и четвертой ступеней выполнено посредством фиксирующих элементов типа штифтов.

21. Рабочее колесо третьей ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, характеризующееся тем, что содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, при этом диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с

центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем переменной по ширине и высоте пера толщиной и образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(28,6÷41,1)°, a в периферийном сечении пера значение αп=(38,0÷54,6)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера Gз.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

Gз.п.=(αпк)/Нср=(149,1÷215,4) [град/м],

где αк - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; αп – то же, в периферийном сечении; Нср - средняя высота пера лопатки; при этом лопатки равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Yл=(9,71÷13,53) [ед/рад], причем обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска третьей ступени ротора КВД с углом ϕ наклона образующей внешней поверхности к оси ротора, идентичным внешней поверхности корневой полки лопатки, при этом рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска от оси вала ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода диска в средней радиальной плоскости полотна диска к средней высоте Нср профиля пера лопатки, составляющем Rдср=(3,1÷4,6).

22. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 21, отличающееся тем, что радиус Rд диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, соосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна, составляет (0,63÷0,91) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус Rц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для свободного пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,24÷0,35) от радиуса Rд диска в средней радиальной плоскости полотна диска.

23. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 21, отличающееся тем, что для обеспечения передачи крутящего момента от вала ТВД обод диска выполнен с возможностью неразъемного соединения фронтальной полки с ответной полкой диска второй ступени и разъемного соединения внахлест тыльной полки с ответной полкой обода диска четвертой ступени с включением обода диска третьей ступени в качестве консольного элемента в силовую оболочку вала ротора, выполненного барабанно-дисковой конструкции в пределах осевой длины КВД, кроме того, полотно диска снабжено с двух сторон расположенными в зоне одной трети высоты полотна, считая от ступицы, кольцевыми буртиками, предназначенными для центрирования фланцев примыкающих к полотну с двух сторон цапфы передней опоры ротора КВД с фронтальной стороны диска и кольцевого фрагмента конической диафрагмы для неразъемного соединения с ответным кольцевым элементом диска четвертой ступени, при этом кольцевые буртики смещены один относительно другого на радиальную величину, достаточную для осевого совмещения отверстий под крепежные детали типа призонных болтов, выполненных с угловой частотой Yкреп=(3,82÷5,25) [ед/рад].

24. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 21, отличающееся тем, что для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазе лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

25. Рабочее колесо третьей ступени ротора КВД по п. 21, отличающееся тем, что полотно диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в полости барабанно-дисковой конструкции вала ротора КВД, расположенными в зоне верхней половины высоты полотна от обода диска и эквидистантно радиально разнесенными по окружности с угловой частотой Yвент=(4,14÷5,57) [ед/рад], а фронтальная полка обода диска снабжена не менее чем двумя отверстиями для сброса отработанного масла, конденсата и моющей жидкости.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо пятой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо четвертой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо первой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки.

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики.

Изобретение относится к газовым турбинам газотурбинных двигателей, - к рабочим охлаждаемым лопаткам турбин газотурбинных двигателей, используемым на приводах газоперекачивающих установок, в частности лопаткам, оснащенным развитой системой внутреннего конвективного охлаждения.

Изобретение относится к процессу обработки биомассы. Способ обработки исходного сырья - лигноцеллюлозной биомассы, в котором ее подвергают ожижению путем обработки горячей жидкой водой под давлением при докритических условиях, где температура составляет от 330°С до ниже 374°С и рН составляет менее 3,0.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Вал ротора КНД ГТД выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию.

Группа изобретений относится к области производства и эксплуатации газотурбинных двигателей. Компрессор низкого давления (КНД) двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя (ГТД) авиационного типа выполнен осевым, четырехступенчатым с входным направляющим аппаратом (ВНА).

Группа изобретений относится к области производства и эксплуатации газотурбинных двигателей. Компрессор низкого давления (КНД) двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя (ГТД) авиационного типа выполнен осевым четырехступенчатым с входным направляющим аппаратом (ВНА).

Группа изобретений относится к области производства и эксплуатации газотурбинных двигателей. Опора вала ротора компрессора низкого давления расположена в промежуточном корпусе двигателя и содержит выполненный опорно-упорным шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо шестой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит, каждая, хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно в ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п=(170,2÷242,9) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,71÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части. Рабочее колесо выполнено с отношением радиуса Rд диска к средней высоте Hср профиля пера лопатки, составляющим Rд/Hср=(5,4÷8,1). Обод диска снабжен кольцевыми полками для неразъемного соединения с ответными полками обода дисков пятой и седьмой ступеней ротора КВД. Диск снабжен кольцевым коническим элементом для неразъемного силового соединения с конической диафрагмой и последующего разъемного соединения с пакетом дисков седьмой, восьмой и девятой ступеней и диском лабиринтом. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса шестой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо седьмой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочей лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно в ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п.=(166,1÷239,2) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hср профиля пера лопатки Rд/Hcp=(7,2÷10,8). Обод диска снабжен кольцевыми полками для разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней ротора КВД и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо восьмой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п=(187,6÷270,1) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,74÷0,96) от радиуса Rп.ч, периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hср профиля пера лопатки Rд/Hср=(8,3÷12,4). Обод диска снабжен кольцевыми полками для разъемного соединения с ответными полками обода дисков седьмой и девятой ступеней ротора КВД и объединения в пакет с указанными дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса восьмой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений, связанных единым творческим замыслом, относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо девятой ступени вала ротора КВД ТРД содержит диск и образующие лопаточный венец рабочие лопатки. Диск включает ступицу с центральным отверстием, полотно и обод. Лопатка содержит каждая хвостовик, перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку по обе стороны пера, формируя совместно с ободом диска втулочную поверхность проточной части. При этом хорда боковых кромок пера в корневой зоне лопатки образует с осью ротора в проекции угол установки пера αк, нарастающий по радиальной высоте пера с градиентом закрутки пера, составляющим Gз.п.=(220,8÷317,2) [град/м]. Перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора. Внешняя поверхность обода диска выполнена с радиусом, возрастающим в осевом сечении КВД в сторону потока рабочего тела. Радиус Rд диска от оси ротора КВД до верхней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,78÷0,97) от радиуса Rп.ч. периферийного контура проточной части и с отношением радиуса Rд к средней высоте Hcp профиля пера лопатки Rд/Hcp=(8,8÷13,2). Обод диска снабжен кольцевыми полками для соединения с ответными полками обода диска восьмой ступени ротора КВД и диска лабиринта и объединения в пакет с указанными дисками посредством стяжных элементов. Технический результат, достигаемый группой изобретений, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса рабочего колеса девятой ступени ротора КВД без увеличения материалоемкости. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к коробкам двигательных агрегатов (КДА) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) и способам работы двигательных агрегатов. Обеспечивает совокупное повышение КПД двигателя, повышение ресурса работы редукторов приводов с меньшими потерями энергии и снижением износа зубчатых венцов. Комплекс двигательных агрегатов КДА ТРД имеет соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД), центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов (КДА) и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА). Рабочий крутящий момент в процессе работы двигателя отбирают от вала РВД и последовательно направляют через главную коническую шестеренную пару ЦКП, рессору, сообщающую ЦКП с конической шестеренной парой главного конического привода (ГКП) КДА. Через установленную на входном валу ГКП КДА ведомую коническую шестерню подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо, сообщенное по крутящему моменту не менее чем через две контактирующие с ним цилиндрические зубчатые шестерни с образованием двух головных шестеренных пар многоступенчатых редукторов, разделяющих долевые потоки рабочего крутящего момента на две группы по числу агрегатов. Одну из указанных групп передают многоступенчатым редуктором через гибкий вал крутящий момент самолетным агрегатам выносной коробки (ВКА). Другая группа транспортирует долевые потоки крутящего момента посредством объединяемых в ней многоступенчатых редукторов двигательных агрегатов КДА. 8 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к коробкам двигательных агрегатов (КДА) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) и способам работы двигательных агрегатов. Комплекс двигательных агрегатов КДА ТРД имеет соосные валы роторов высокого давления (РВД), низкого давления (РНД), центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов (КДА) и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА). Рабочий крутящий момент в процессе работы двигателя отбирают от вала РВД и последовательно направляют через главную коническую шестеренную пару ЦКП, рессору, сообщающую ЦКП с конической шестеренной парой главного конического привода (ГКП) КДА. Через установленную на входном валу ГКП КДА ведомую коническую шестерню подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо, сообщенное по крутящему моменту не менее чем через две контактирующие с ним цилиндрические зубчатые шестерни с образованием двух головных шестеренных пар многоступенчатых редукторов, разделяющих долевые потоки рабочего крутящего момента на две группы по числу агрегатов. Одна из указанных групп передает многоступенчатым редуктором через гибкий вал крутящий момент самолетным агрегатам выносной коробки (ВКА). Другая группа транспортирует долевые потоки крутящего момента посредством объединяемых в ней многоступенчатых редукторов двигательных агрегатов КДА. Изобретение обеспечивает совокупное повышение КПД двигателя, повышение ресурса работы редукторов приводов с меньшими потерями энергии и снижением износа зубчатых венцов. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх