РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F04D29/08 

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен ротор компрессора ГТД, для балансировки (устранения дисбаланса) которого используются балансировочные грузики, выполненные в виде отдельных сегментов и зафиксированные относительно диска с помощью болтов [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как болты имеют концентраторы напряжений в виде резьбы и, находясь в поле действия центробежных сил, могут оборваться, что приведет к поломке компрессора.

Наиболее близким к заявляемому является ротор компрессора ГТД, в котором балансировочные грузики выполнены в виде сегментов и устанавливаются на кольцевых осевых выступах дисков с помощью развальцованных заклепок [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за неудобства развальцовки заклепок, так как подход к ним закрыт рабочими лопатками. В условиях современного газотурбинного двигателя балансировочные грузики работают в условиях повышенных температур до 700^oС и высоких окружных скоростей до 300 м/с. Обрыв балансировочного грузика может вызвать поломку работающего двигателя. Одновременно жесткие требования предъявляются к удобству постановки балансировочных грузиков, так как это определяет время балансировки ротора компрессора газотурбинного двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении времени балансировки и в повышении надежности работы ротора компрессора путем исключения контакта кольцевого ребра диска со стержнем заклепки.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора ГТД с балансировочными грузиками согласно изобретению балансировочные грузики выполнены U-образной формы, установлены с радиальным зазором δ, равным от 0,05 до 1 мм, с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и зафиксированы в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d = 2δ, где D - диаметр крепежного отверстия в кольцевом ребре, d - диаметр стержня крепежного элемента.

Выполнение балансировочных грузиков U-образной формы позволяет за счет обхвата кольцевых радиальных ребер фиксироваться этим грузикам относительно этих ребер в осевом направлении, за счет чего обладающие повышенной жесткостью ребра уменьшают деформацию закомпрессорного лабиринта под действием центробежных сил от балансировочных грузиков, способствуя сохранению радиальных зазоров между лабиринтом и ответными ему статорными элементами двигателя, за счет чего повышается надежность крепления балансировочного грузика на кольцевом ребре.

Установка балансировочных грузиков с радиальным зазором величиной δ = 0,05. . .1 мм с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и фиксация в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d = 2δ, позволяет исключить контакт кольцевого ребра диска со стержнем заклепки, повышая надежность работы ротора компрессора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ротора компрессора ГТД.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде при невращающемся роторе компрессора.

На фиг. 3 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде при вращающемся роторе компрессора.

Ротор 1 компрессора ГТД состоит из вала 2, на котором с помощью шлиц 3 установлены диски 4 с рабочими лопатками 5 и промежуточными кольцами 6. На диске последней ступени 7 с помощью байонетного соединения 8 закреплен закомпрессорный дисковый лабиринт 9 с уплотнительными гребешками 10 на ободе 11, на внутренней поверхности которого выполнено направленное к оси компрессора радиальное кольцевое ребро 12 с отверстиями 13. На ребре 12 установлены U-образные сегментные балансировочные грузики 14, зафиксированные в окружном направлении относительно отверстий 13 с помощью крепежных элементов в виде заклепок 15, каждая из которых состоит из головки 16, стержня 17 и развальцованной юбочки 18. Относительно внутренней поверхности 19 радиального ребра 12 балансировочные грузики 14 своей посадочной поверхностью 20 установлены с радиальным зазором δ, причем D-d = 2δ. Заклепка 15 зафиксирована в радиальном и окружном направлениях относительно балансировочного грузика 14 по поверхностям 21 и 22 стержня 17 заклепки, а в осевом - путем развальцовки юбочки 18.

Работает устройство следующим образом. При сборке ротора компрессора 1 балансировочные грузики 14 могут свободно перемещаться в радиальном направлении в пределах зазора δ = 0,05...1 мм. При вращении ротора компрессора 1, например при его балансировке или при работе газотурбинного двигателя, под действием центробежных сил грузики 14 перемещаются в радиальном направлении от оси ротора компрессора и самоустанавливаются поверхностью 20 по поверхности 19 кольцевого радиального ребра 12. При этом стержень 17 заклепки 15, являющийся слабым элементом в данной конструкции, не контактирует с кольцевым ребром 12, за счет чего повышается надежность крепления балансировочного грузика 14 на кольцевом ребре 12. Сегментный балансировочный грузик 14 в зависимости от потребной массы может быть выполнен на большой дуге окружности и поэтому крепится двумя, тремя или большим количеством заклепок 15. В этом случае во избежание перерезания стержня 17 заклепки 15 разница диаметров D-d выбирается исходя из температурных деформаций кольцевого ребра 12 и грузика 14. Заявляемая конструкция является удобной с точки зрения постановки и крепления балансировочных грузиков 14, так как развальцовка юбочки 18 фиксирующей заклепки 15 производится с внешней стороны кольцевого ребра 12 в осевом направлении.

Источники информации
1. С. А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 1989 г., стр.66, рис.3.10.

2. С.А.Вьюнов, стр.95, рис.3.33 - прототип.

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения и позволяет уменьшить время балансировки и повысить надежность работы ротора компрессора. В роторе компрессора с балансировочными грузиками указанный технический результат достигается тем, что балансировочные грузики выполнены U-образной формы, установлены с радиальным зазором величиной δ=0,05-1 мм с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и зафиксированы в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d=2δ, где D - диаметр крепежного отверстия в кольцевом ребре, d - диаметр стержня крепежного элемента. 3 ил.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя с балансировочными грузиками, отличающийся тем, что балансировочные грузики выполнены U-образной формы, установлены с радиальным зазором величиной δ = 0,05-1 мм с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и зафиксированы в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d= 2δ, где D - диаметр крепежного отверстия в кольцевом ребре, d - диаметр стержня крепежного элемента.