КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F04D17/00 F04D29/58 

Изобретение относится к высоконапорным компрессорам газотурбинных двигателей, в том числе наземного применения.

Известен компрессор ГТД с комбинированным неразъемно-разъемным ротором [1].

Недостатком известной конструкции является низкая ремонтопригодность сваренных между собой дисков ротора, а также отсутствие системы охлаждения этих дисков.

Наиболее близким к заявляемому является компрессор с ротором дискового типа, состоящим из дисков, лопаток, рабочих трактовых колец и вала, причем диски крепятся на валу с помощью шлиц и стянуты в осевом направлении с помощью гаек [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является отсутствие охлаждения ступиц дисков, что приводит к снижению их надежности. Для повышения экономичности двигателей современные компрессоры выполняются с высокой степенью сжатия и, как следствие, с высокой температурой воздуха на выходе из компрессора, т.е. в случае отсутствия охлаждения температура диска последней ступени компрессора превышает температуру дисков турбины высокого давления данного двигателя. Так как в роторе дискового типа диски выполняются с шлицами на внутреннем диаметре ступицы, которые являются концентраторами напряжений в зоне максимальных напряжений диска, то в сочетании с высокими температурами все это приводит к появлению трещин по шлицам и к поломке дисков.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности компрессора путем охлаждения ступиц дисков.

Сущность технического решения заключается в том, что в компрессоре ГТД, содержащем ротор с дисками, установленными на шлицевом валу, согласно изобретению закомпрессорная разгрузочная полость пониженного давления соединена с осевыми полостями между шлицевыми радиальными выступами вала. Осевые полости между шлицевыми радиальными выступами вала на входе соединены с проточной частью компрессора через междисковую полость.

Соединение закомпрессорной разгрузочной полости пониженного давления с осевыми полостями между шлицевыми радиальными выступами вала позволяет за счет осевых полостей просочившемуся через стыки ступиц охлаждающему воздуху охлаждать ступицы дисков, повышая их надежность и надежность компрессора в целом.

Соединение осевых полостей между шлицевыми радиальными выступами вала на входе с проточной частью компрессора через междисковую полость позволяет более интенсивно охлаждать ступицы дисков. Выбор интенсивности охлаждения определяется величиной термических напряжений на ступицах дисков.

На фиг. 1 - изображен продольный разрез компрессора двигателя.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и дискового ротора 3, состоящего из шлицевого вала 4, дисков 5 с рабочими лопатками 6 и рабочих трактовых колец 7 между дисками 5. Для охлаждения ступиц 8 дисков, особенно последних ступеней, а также вала 4, осуществляется отбор охлаждающего воздуха 9 из-за промежуточной ступени 10 компрессора 1, для чего в кольце 7 этой ступени выполнены отверстия 11, соединяющие проточную часть 12 компрессора с междисковой полостью 13. В осевом кольцевом выступе 14 диска 5 промежуточной ступени 10 выполнены пазы 15, соединяющие междисковую полость 13 с осевыми полостями 16, которые на выходе через пазы 17 в ступице 18 закомпрессорного лабиринтного диска 19 соединены с закомпрессорной разгрузочной полостью низкого давления 20. Закомпрессорная полость 20 на выходе соединена с наружным контуром двигателя (не показано) или с атмосферой. Радиальные шлицевые выступы 21, между которыми выполнены осевые полости 16 и по которым установлены диски 5, выполнены по всей длине вала 4, что увеличивает изгибную жесткость вала 4 и ротора 3.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя холодный воздух 9 из проточной части 12 компрессора 1, из-за промежуточной ступени 10 под действием перепада давления через отверстия 11 в трактовом рабочем кольце 7 поступает в междисковую полость 13, а оттуда через пазы 15 в выступе 14 диска поступает в осевые полости 16, образованные между радиальными шлицевыми выступами 21. При этом охлаждающий воздух омывает изнутри ступицы 8 дисков 5, охлаждая их, а также вал 4. Далее воздух 9 охлаждает ступицу 18 закомпрессорного лабиринта 19 и вытекает в закомпрессорную разгрузочную полость 20 пониженного давления и далее - в наружный контур двигателя или в атмосферу. Выбор промежуточной ступени компрессора для данной системы охлаждения зависит от давления в разгрузочной закомпрессорной полости и гидравлического сопротивления каналов и полостей, по которым течет охлаждающий воздух. Кроме того, важно, чтобы термические напряжения, которые возникают при охлаждении ступиц дисков, не уменьшили запасов прочности этих дисков. Поэтому для охлаждения дисков иногда достаточно воздуха, который просачивается через стыки 22, по которым взаимно опираются ступицы 8 дисков 5 при затяжке гайки 23, так как стыки 22 не являются абсолютно герметичными. Как показал эксперимент, такое охлаждение приводит к снижению температуры ступицы 8 последнего диска на 80^oC, что является оптимальным снижением температуры.

Источники информации:
1. С.А.Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД".- М.: Машиностроение, 1989 г., стр.95, рис. 3. 33.

2. Там же, стр. 89, рис. 3.27 - прототип.

Изобретение относится к высоконапорным компрессорам ГТД, в том числе наземного применения, и позволяет повысить надежность компрессора путем охлаждения ступиц дисков. Компрессор содержит ротор с дисками, установленными на шлицевом валу. Закомпрессорная разгрузочная полость пониженного давления соединена с осевыми полостями между шлицевыми радиальными выступами вала. Осевые полости между шлицевыми радиальными выступами вала на входе соединены с проточной частью компрессора через междисковую полость. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Компрессор газотурбинного двигателя, содержащий ротор с дисками, установленными на шлицевом валу, отличающийся тем, что закомпрессорная разгрузочная полость пониженного давления соединена с осевыми полостями между шлицевыми радиальными выступами вала. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что осевые полости между шлицевыми радиальными выступами вала на входе соединены с проточной частью компрессора через междисковую полость.