Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя



Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя
Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя
Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя
Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2631850:

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

Изобретение относится к области турбо-машиностроения, в частности к авиационному моторостроению, и может быть использовано в рабочих колесах осевых компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД). В известном рабочем колесе осевого компрессора газотурбинного двигателя, включающем установленные на диске ротора рабочие лопатки, каждая из которых содержит хвостовик и перо, ограниченное выпуклой и вогнутой поверхностями с выполненными на них в средней части по высоте пера лопатки бандажными полками, бандажные полки смежных лопаток соединены между собой с образованием не менее одного антивибрационного бандажного кольца несимметричного профиля, выпуклая сторона которого расположена со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, согласно изобретению кольцо снабжено компенсационными ребрами симметричного аэродинамического профиля, выполненными по меньшей мере на одной из бандажных полок каждой лопатки и расположенных вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, при этом размер ребер в радиальном направлении равен сумме 0,1 длины лопатки и величины зазора между торцом лопатки и стационарным корпусом. Профиль полок, образующих антивибрационное бандажное кольцо, выполнен в виде профиля крыла, на выпуклой и вогнутой поверхностях пера каждой лопатки могут быть выполнены расположенные по высоте две и более бандажные полки, образующие бандажные кольца, а бандажные полки выполнены в средней части пера на расстоянии от торца лопатки, равном 0,2…0,7 ее длины. Применение изобретения позволяет снизить уровень механических напряжений в перьях рабочих лопаток, замках и дисках ротора ГТД за счет частичной компенсации центробежных сил аэродинамической силой, возникающей на антивибрационных полках рабочих лопаток при обтекании их воздухом (газом). Снижение уровня механических напряжений, в свою очередь, влечет снижение массы, габаритов и стоимости узлов, повышение надежности работы из-за улучшения условий работы антивибрационных бандажных полок рабочих лопаток осевого компрессора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области турбо-машиностроения, в частности к авиационному моторостроению, и может быть использовано в рабочих колесах осевых компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД).

Для уменьшения динамических напряжений в рабочих лопатках осевых компрессоров, имеющих большое удлинение, применяются бандажные и антивибрационные полки. Бандажная антивибрационная полка, являясь частью конструкции пера лопатки, под действием центробежных сил создает дополнительную нагрузку на лопатки и диски роторов турбомашин, снижая их ресурс. Для уменьшения вибрационных напряжений используют методы аэродинамического демпфирования вибрационных полок в газовом потоке.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя, включающее установленные на диске ротора рабочие лопатки, каждая из которых содержит хвостовик и перо, ограниченное выпуклой и вогнутой поверхностями с выполненными на них в средней части по высоте пера лопатки бандажными полками, бандажные полки смежных лопаток соединены между собой с образованием не менее одного антивибрационного бандажного кольца несимметричного профиля, выпуклая сторона которого расположена со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале.

/RU 2013 148 589 А МПК F04D 29/00, F04D 29/38 Опубликовано 10.05.2015 г./

В известном рабочем кольце антивибрационные полки выполнены как одно целое с пером лопатки. Полки образуют кольцо несимметричного профиля, выпуклая сторона которого расположена со стороны диска вдоль линий тока воздуха. При работе газотурбинного двигателя на таких полках образуется аэродинамическая сила, направленная в сторону диска, которая частично компенсирует нагрузку на детали ротора от воздействия на них центробежных сил, создаваемых антивибрационной полкой. Однако величина образующейся на бандажном кольце аэродинамической силы недостаточна для более эффективной компенсации дополнительной нагрузки на детали ротора от центробежных сил.

Задача изобретения - разработать рабочее колесо с лопатками с бандажными полками, которые при работе осевого компрессора снижают дополнительную нагрузку на детали ротора за счет воздействия на них центробежных сил.

Ожидаемый технический результат - снижение массы, габаритов и стоимости изготовления рабочего колеса ступени, повышение надежности работы антивибрационных полок и качества демпфирования колебаний лопаток.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном рабочем колесе осевого компрессора газотурбинного двигателя, включающем установленные на диске ротора рабочие лопатки, каждая из которых содержит хвостовик и перо, ограниченное выпуклой и вогнутой поверхностями с выполненными на них в средней части по высоте пера лопатки бандажными полками, бандажные полки смежных лопаток соединены между собой с образованием не менее одного антивибрационного бандажного кольца несимметричного профиля, выпуклая сторона которого расположена со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, согласно изобретению кольцо снабжено компенсационными ребрами симметричного аэродинамического профиля, выполненными по меньшей мере на одной из бандажных полок каждой лопатки и расположенных вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, при этом размер ребер в радиальном направлении равен сумме 0,1 длины лопатки и величины зазора между торцом лопатки и стационарным корпусом. Профиль полок, образующих антивибрационное бандажное кольцо, выполнен в виде профиля крыла, на выпуклой и вогнутой поверхностях пера каждой лопатки могут быть выполнены расположенные по высоте две и более бандажные полки, образующие бандажные кольца, а бандажные полки выполнены в средней части пера на расстоянии от торца лопатки, равном 0,2…0,7 ее длины.

Наличие антивибрационных (бандажных) полок аэродинамического профиля, образующих бандажное кольцо, позволяет снизить уровень механических напряжений в перьях рабочих лопаток, замках и дисках ротора за счет частичной компенсации центробежных сил аэродинамической силой, возникающей при обтекании рабочей лопатки воздухом (газом) при работе двигателя. Вместе с тем выше и ниже бандажного кольца образуется вихревое движение газовых потоков, приводящее к возникновению аэродинамической силы, совпадающей по направлению с направлением центробежных сил от верхнего потока и уравновешивающей ее силы от нижнего потока. Для нейтрализации аэродинамической силы от вихревого движения газового потока выше бандажного кольца предусмотрены компенсационные ребра аэродинамического профиля, выполненные по меньшей мере на одной из бандажных полок каждой лопатки. Компенсационные ребра предотвращают образование вихревого движения и возникновение аэродинамической силы, совпадающей по направлению с направлением центробежных сил, при этом уравновешивающая аэродинамическая сила от нижнего вихревого потока, направленная в сторону хвостовика лопатки, позволяет дополнительно снизить уровень механических напряжений в перьях рабочих лопаток, замках и дисках ротора.

Бандажные полки, образующие антивибрационное бандажное кольцо, выполняют на расстоянии от торца лопатки, определяемом исходя из условия равновесия динамически уравновешенных колебаний диска с лопатками при двух и большем числе узловых диаметров. Для всех форм колебаний дисков все окружности узловых диаметров оптимально должны располагаться на расстоянии от торца лопатки, равном 0,2…0,7 ее длины. При расположении бандажной полки на расстоянии от торца лопатки, меньшем 0,1 ее длины, компенсационные ребра будут касаться стационарного корпуса, а при расстоянии от торца лопатки более 0,7 ее длины дополнительное демпфирование вибраций и нейтрализация аэродинамической силы от вихревого движения газового потока выше бандажного кольца практически не осуществляется. На выпуклой и вогнутой поверхностях пера каждой лопатки по ее высоте могут быть выполнены две и более бандажные полки, образующие бандажные кольца. Число колец выбирается из необходимости демпфирования вибраций.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - рабочее колесо ступени осевого компрессора;

Фиг. 2 - антивибрационные бандажные полки на лопатке;

Фиг. 3 - сечение аэродинамического профиля полок.

Рабочее колесо ступени осевого компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) содержит диск 1 с установленными на нем рабочими лопатками 2, каждая из которых содержит хвостовик и перо, ограниченное выпуклой и вогнутой поверхностями с выполненными на них в средней части по высоте пера лопатки бандажными полками 3. Полки ограничены выпуклой 4 расположенной со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале и вогнутой 5 поверхностями и входной и выходной кромками 6. Бандажные полки смежных лопаток соединены между собой по контактной поверхности 7 с образованием не менее одного антивибрационного бандажного кольца несимметричного профиля. По меньшей мере на одной из бандажных полок каждой лопатки выполнены компенсационные ребра 8, расположенные вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале.

При работе газотурбинного двигателя в межлопаточных каналах компрессора образуется высокоскоростное течение воздуха (газа), а на рабочие лопатки 2 компрессора воздействуют центробежные, аэродинамические силы и вибрационные нагрузки. При обтекании антивибрационных бандажных полок 3, образующих кольцо, потоком воздуха (газа) вследствие разницы длин выпуклой 4 расположенной со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале и вогнутой 5 поверхностей на них начинает воздействовать аэродинамическая сила, направленная в сторону оси вращения ротора, возникающая вследствие того, что внутренние поверхности антивибрационной полки, ограничивающие профиль в сечении, имеют большую площадь, чем наружные поверхности 7.

Компенсационные ребра, выполненные бандажных полках, предотвращают образование вихревого движения, а уравновешивающая аэродинамическая сила от нижнего вихревого потока позволяет дополнительно снизить уровень механических напряжений в перьях рабочих лопаток, замках и дисках ротора.

Предложенная конструкция рабочего колеса ступени компрессора ГТД позволяет снизить уровень механических напряжений в перьях рабочих лопаток, замках и дисках ротора газотурбинного двигателя за счет частичной компенсации центробежных сил аэродинамической силой, возникающей на антивибрационных полках рабочих лопаток при обтекании их воздухом (газом). При этом снижение уровня механических напряжений, в свою очередь, влечет снижение массы, габаритов и стоимости узлов, повышение надежности работы из-за улучшения условий работы антивибрационных бандажных полок рабочих лопаток.

1. Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя, включающее установленные на диске ротора рабочие лопатки, каждая из которых содержит хвостовик и перо, ограниченное выпуклой и вогнутой поверхностями с выполненными на них в средней части по высоте пера лопатки бандажными полками, бандажные полки смежных лопаток соединены между собой с образованием не менее одного антивибрационного бандажного кольца несимметричного профиля, выпуклая сторона которого расположена со стороны диска вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, отличающееся тем, что оно снабжено компенсационными ребрами симметричного аэродинамического профиля, выполненными по меньшей мере на одной из бандажных полок каждой лопатки и расположенных вдоль линий тока воздуха в межлопаточном канале, при этом размер ребер в радиальном направлении равен сумме 0,1 длины лопатки и величины зазора между торцом лопатки и стационарным корпусом.

2. Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что профиль полок, образующих антивибрационное бандажное кольцо, выполнен в виде профиля крыла.

3. Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что на выпуклой и вогнутой поверхностях пера каждой лопатки выполнены расположенные по высоте две и более бандажные полки, образующие бандажные кольца.

4. Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя по п. 1, отличающееся тем, что бандажные полки выполнены в средней части пера на расстоянии от торца лопатки, равном 0,2…0,7 ее длины.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к изготовлению импеллера турбомашины, включающего ступицу и лопатки, путем послойного аддитивного наращивания слоев из порошкового материала.

Изобретение относится к способам изготовления лопаток турбомашин. Способ изготовления полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава заключается в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам из алюминиевого сплава заданного профиля и размеров, их фиксации, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом.

Осевой вентилятор имеет мотор (1), на котором со стороны ротора закреплена крыльчатка (24), от втулки (ступицы) которой отходят лопасти вентилятора (24), имеющие передний и задний кант (26, 27).

Длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: лонжерона, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала.

Лопатка газотурбинного двигателя, имеющая множество секций лопатки, упакованных вдоль радиальной оси (Z-Z). Каждая секция лопатки расположена вдоль продольной оси (Х-Х) между передней кромкой и задней кромкой и вдоль тангенциальной оси (Y-Y) между стороной корытца и стороной спинки.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций и способам изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов.

Лопатка компрессора имеет аэродинамическую часть заданного профиля по существу в соответствии со значениями X, Y и Z декартовой системы координат, представленными в масштабируемой таблице, выбранной из группы таблиц, состоящей из Таблиц 1-11, в которой значения X, Y и Z декартовой системы координат являются безразмерными значениями, приведенными с возможностью преобразования в размерные расстояния путем умножения значений X, Y и Z декартовой системы координат на некоторое число, при этом X и Y представляют собой координаты, которые, будучи соединенными непрерывными дугами, задают сечения профиля аэродинамической части на каждой высоте Z, при этом сечения профиля аэродинамической части на каждой высоте Z соединены друг с другом с формированием полного профиля аэродинамической части.

Предлагается создание вентилятора охлаждения для двигателя, узла вентилятора охлаждения и транспортного средства, оснащенного узлом вентилятора охлаждения. Вентилятор охлаждения включает: первый лопастной вал (100), несущий множество лопастей (110); второй лопастной вал (200), несущий множество лопастей (210), установленный на первом лопастном валу (100) и вращающийся относительно первого лопастного вала (100); приводной двигатель, соединенный с первым лопастным валом (100), для вращения первого лопастного вала (100); торсионная пружина (300), первый конец которой соединен с первым лопастным валом (100), а второй конец соединен со вторым лопастным валом (200).

Группа изобретений относится к способу изготовления лопасти вентилятора и к устройству для его реализации. Осуществляют нагревание листовой заготовки c последующим прижатием к форме для лопасти вентилятора.

Группа изобретений относится к турбомашиностроению и может быть использована при изготовлении турбовентиляторных или турбореактивных двигателей воздушных судов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой.

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано при изготовлении металлических элементов усиления, предназначенных для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины.

Двухъярусная ступень паровой турбины содержит двухъярусный сопловой аппарат и двухъярусное рабочее колесо. Сопловой аппарат ступени выполнен в виде единой неразборной конструкции с конической перегородкой, разделяющей сопловые лопатки верхнего яруса от сопловых лопаток нижнего яруса.

Электрически проводящая структура для пропускания и отвода электрического тока от основного тела выходной направляющей лопасти в наружную опорную структуру содержит обшивку из металла, покрывающую переднюю кромку основного тела лопасти, и электрически проводящую прокладку из металла, содержащую контактную часть, имеющую такой размер, чтобы перекрывать одним концом обшивку, и часть в виде шайбы, предназначенную для ввода болта для затягивания в опорную структуру, при этом одно или больше соединений, выбранных из группы, содержащей сварку, точечную сварку, пайку, соединение с помощью электрически проводящей пасты и зажим, создают соединение между концом обшивки и контактной частью.

Изобретение относится к способу изготовления заменяющей лопатки для турбомашины. Согласно указанному способу определяют геометрические характеристики контура ступицы и корпуса снабженного старой лопаткой проточного канала, а также осевое положение центра тяжести пера старой лопатки, которая с одной стороны зажата в ступице или в корпусе.

Изобретение относится к газотурбинному двигателю. Газотурбинный двигатель включает в себя множество лопаток, собранных в кольцеобразный ряд лопаток и частично образующих путь горячего газа и путь охлаждающей текучей среды, узел с ответвлениями, расположенный на стороне основания ряда лопаток, и нагнетающие элементы (130), распределенные вокруг узла с ответвлениями, выполненного с возможностью придавать в наиболее узком зазоре пути охлаждающей текучей среды движение потоку охлаждающей текучей среды, текущей через него.

Узел пера лопатки и полки включает перо и полку, на поверхности которой установлено перо, причем поверхность полки имеет углубление между передней кромкой и задней кромкой пера лопатки.

Изобретение относится к общей области газовых турбин для самолетных или вертолетных двигателей и более конкретно к способу изготовления лопаток, который способствует минимизации напряжений и веса во время механической обработки.

Лопасть вентилятора турбореактивного двигателя содержит хвостовик, концевую часть, переднюю и заднюю кромки. Передняя кромка лопасти имеет угол стреловидности, больший чем или равный +28° на участке лопасти, который расположен на радиальной высоте, лежащей в диапазоне от 60% до 90% от общей радиальной высоты лопасти, измеренной от ее хвостовика в направлении ее концевой части.

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано при конструировании ступеней паровых и газовых турбин, компрессоров и направлено на повышение аэродинамической эффективности лопаточной решетки турбомашины.

Изобретение относится к энергетике. Выпрямитель газотурбинного двигателя, содержащий множество лопаток, расположенных вокруг кольца с центром на оси газотурбинного двигателя, при этом каждая лопатка имеет переднюю кромку и проходит между концом ножки и концом головки. Передняя кромка на конце ножки каждой лопатки смещена в сторону входа в направлении оси газотурбинного двигателя относительно передней кромки на конце головки. Смещение передней кромки между ее двумя концами превышает на 10% высоту лопасти, измеренную в направлении оси газотурбинного двигателя, при этом касательная наборная кривая, образованная положением в касательном направлении к кольцу центров тяжести последовательных лопаточных секций по высоте лопатки, является кривой, постоянно увеличивающейся к спинке лопатки. Также представлен газотурбинный двигатель. Изобретение позволяет улучшить характеристики лопатки выпрямителя и уменьшить отрывы воздуха с головки лопатки. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх