МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D19/02 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя, ротор дискового типа которого состоит из шлицевого вала и установленных на нем дисков с рабочими лопатками, причем диски стянуты между собой в осевом направлении гайками [1]. Недостатком такой конструкции является низкая надежность из-за повышенных вибраций вследствие дисбаланса ротора.

Наиболее близким к заявляемому является многоступенчатый компрессор с ротором дискового типа, на шлицевом валу которого установлены диски с рабочими лопатками, а на диске последней ступени установлен закомпрессорный лабиринт с кольцевым радиальным ребром для установки балансировочных грузиков [2].

Недостатком такой конструкции, принятой за прототип, является повышенный уровень вибраций компрессора из-за увеличенного дисбаланса дисков между первой и последней ступенями компрессора.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности многоступенчатого компрессора путем устранения дисбаланса дисков, установленных между первой и последней ступенями.

Сущность технического решения заключается в том, что в многоступенчатом компрессоре газотурбинного двигателя, в роторе которого диск первой ступени выполнен с радиальным ребром для установки балансировочных грузиков, на диске последней ступени установлен закомпрессорный лабиринт с радиальным ребром для балансировочных грузиков, согласно изобретению диски ротора, размещенные между первым и последним дисками, выполнены с балансировочными кольцевыми выступами на радиусе перехода от полотна к ободу, часть дисков выполнена с балансировочными выступами со стороны входа в компрессор, а остальные диски, начиная с n-го до предпоследнего, выполнены с балансировочными выступами со стороны выхода из компрессора, при этом

n=(0,4...0,6)z; Н=(1...4)R; L=(0,8...4)R; h=(0,05...0,2)R; l=(0,05...0,2)R,

где n - порядковый номер диска со стороны входа в компрессор;

z - число ступеней компрессора;

R - радиус перехода от полотна к ободу диска по балансировочному выступу;

Н - радиальная высота балансировочного выступа со стороны обода диска;

L - осевая длина балансировочного выступа со стороны полотна диска;

1 - толщина балансировочного выступа со стороны полотна диска;

h - толщина балансировочного выступа со стороны обода диска.

Выполнение на дисках ротора, размещенных между первым и последним дисками, балансировочных кольцевых выступов на радиусе перехода от полотна к ободу возможно из-за низкого уровня напряжений в этой части диска и позволяет минимизировать вес компрессора.

Балансировочный выступ расположен на максимальном расстоянии от оси компрессора, что позволяет производить балансировку с максимальной эффективностью при минимальном съеме металла с балансировочного выступа. Масса балансировочного выступа при этом может быть минимальной.

Размещение балансировочных выступов у части дисков, начиная с n=0,4...0,6z и последующих, кроме последнего, со стороны выхода из компрессора, а у всех остальных, кроме первого, со стороны входа в компрессор, позволяет производить балансировку дисков в роторе компрессора попарно, т.е. с передней и задней сторон, начиная с середины ротора компрессора, что облегчает постановку дисков на шлицевые выступы вала и их балансировку.

При n<0,4 z будет затруднена постановка и балансировка дисков со стороны выхода из компрессора, а в случае n>0,6 z - постановка и балансировка дисков со стороны входа в компрессор.

Если Н<R, балансировка дисков будет затруднена из-за уменьшения радиальной высоты балансировочного выступа. Однако при Н>4R излишне увеличится вес дисков и ротора компрессора в целом.

При L<0,8R будет затруднена балансировка дисков из-за уменьшения осевой длины балансировочного выступа и уменьшения его массы, но в случае L>4R - наблюдается излишнее увеличение веса дисков.

При h<0,05R излишне уменьшится масса балансировочного выступа и будет затруднена балансировка диска, а в случае, если h>0,2R, увеличится масса балансировочного выступа и масса ротора компрессора.

При 1<0,05R наблюдается уменьшение массы балансировочного выступа, что затрудняет балансировку диска, а в случае 1>0,05R увеличивается масса балансировочного выступа и масса ротора компрессора.

На фиг.1 показан продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя; на фиг.2 показан элемент I фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.3 показан элемент II фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.4 показан элемент III фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.5 показан элемент IV фиг.3 в увеличенном виде.

Многоступенчатый компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и ротора 3, на шлицевом валу 4 шлицами 5 установлены диски 6, стянутые по своим ступицам 7 передней 8 и задней 9 гайками.

Между ободами 10 дисков 6 установлены рабочие кольца 11, образующие втулку 12 ротора 3 компрессора 1.

Диск первой ступени 13 выполнен со стороны входа 14 в компрессор с кольцевым радиальным ребром 15, на котором устанавливаются балансировочные грузики 16.

На диске последней ступени 17 установлен закомпрессорный лабиринт 18, на котором со стороны выхода 19 из компрессора выполнено кольцевое радиальное ребро 20 для постановки балансировочных грузиков 21.

На остальных, кроме первого и последнего дисков, на радиусе 22 величиной R перехода от полотна 23 к ободу 10 выполнены балансировочные кольцевые выступы 24 радиальной высотой H, осевой длиной L, толщиной со стороны полотна I и толщиной со стороны обода h, частичный съем металла с которого позволяет балансировать диски 6.

Для обеспечения съема и постановки дисков 6 при балансировке на шлицевой вал 4, часть дисков, начиная с n=0,4...0,6z от входа 14 в компрессор, выполнены с балансировочным выступом со стороны выхода из компрессора, а остальные диски выполнены с балансировочным выступом со стороны входа в компрессор.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя в многоступенчатом компрессоре 1 уровень вибрации сводится к минимуму. Диски первой и последней ступеней сбалансированы за счет балансировочных грузиков 16, 21. Дополнительно сбалансированы при этом часть дисков, начиная с n-го и кончая предпоследним, за счет снятия части металла с балансировочных выступов 24. Балансировка дисков в роторе компрессора при этом осуществляется попарно, т.е. с передней и задней сторон, начиная с середины ротора компрессора. Это облегчает постановку дисков 6 на шлицы 5 вала 4 и их балансировку.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1981, с. 89, рис.3.27.

2. Патент РФ №2176331, F 04 D 17/00, 2000.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности многоступенчатого компрессора путем устранения дисбаланса дисков, установленных между первой и последней ступенями. Этот технический результат достигается тем, что согласно изобретению диски ротора, размещенные между первым и последним дисками, выполнены с балансировочными кольцевыми выступами на радиусе перехода от полотна к ободу, часть дисков выполнена с балансировочными выступами со стороны входа в компрессор, а остальные диски, начиная с n-го до предпоследнего, выполнены с балансировочными выступами со стороны выхода из компрессора, при этом n=(0,4...0,6)z; Н=(1...4)R; L=(0,8...4)R; h=(0,05...0,2)R; I=(0,05...0,2)R, где n - порядковый номер диска со стороны входа в компрессор; z - число ступеней компрессора; R - радиус перехода от полотна к ободу диска по балансировочному выступу; Н - радиальная высота балансировочного выступа со стороны обода диска; L - осевая длина балансировочного выступа со стороны полотна диска; 1 - толщина балансировочного выступа со стороны полотна диска; h - толщина балансировочного выступа со стороны обода диска. 5 ил.

Многоступенчатый компрессор газотурбинного двигателя, в роторе которого диск первой ступени выполнен с радиальным ребром для установки балансировочных грузиков, на диске последней ступени установлен закомпрессорный лабиринт с радиальным ребром для балансировочных грузиков, отличающийся тем, что диски ротора, размещенные между первым и последним дисками, выполнены с балансировочными кольцевыми выступами на радиусе перехода от полотна к ободу, часть дисков выполнена с балансировочными выступами со стороны входа в компрессор, а остальные диски, начиная с n-го до предпоследнего, выполнены с балансировочными выступами со стороны выхода из компрессора, при этом

n=(0,4...0,6)z; H=(1...4)R; L=(0,8...4)R;

h=(0,05...0,2)R; I=(0,05...0,2)R,

где n - порядковый номер диска со стороны входа в компрессор;

z - число ступеней компрессора;

R - радиус перехода от полотна к ободу диска по балансировочному выступу;

Н - радиальная высота балансировочного выступа со стороны обода диска;

L - осевая длина балансировочного выступа со стороны полотна диска;

1 - толщина балансировочного выступа со стороны полотна диска;

h - толщина балансировочного выступа со стороны обода диска.