РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F04D29/26 

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, в том числе к роторам, в которых рабочие лопатки выполнены за одно целое с дисками.

Известен ротор компрессора газотурбинного двигателя, в котором диски компрессора установлены на валу шлицами, причем соседние диски соприкасаются между собой, т.е. стянуты как по ступицам, так и по ободам через промежуточные кольца (Патент РФ № 2218483, F04D 29/38, 2003).

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за негерметичности ротора компрессора на переходных режимах работы, так как на этих режимах температуры вала, ступиц дисков и промежуточных колец меняются по времени неодинаково, что приводит к образованию осевых зазоров между ступицами соседних дисков или между ободами дисков и промежуточными кольцами.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция ротора компрессора, состоящая из рабочих колес с выполненными на выносных элементах в соединении с валом шлицами, со стяжной гайкой, расположенной со стороны переднего колеса и установленной за ротором упорной конусной обечайкой, соединенной с валом (Патент РФ № 2347111, F04D 29/32, 2009).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за образования осевых зазоров между ободами соседних рабочих колес вследствие различной температурной деформации колес и вала на переходных режимах работы, что приводит к снижению радиальной жесткости ротора и его дисбалансу.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности ротора компрессора за счет исключения образования осевых зазоров между соседними рабочими колесами и обеспечения равнопрочности вала ротора по его длине.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора газотурбинного двигателя, включающем рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, согласно изобретению по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем H/h=1,1…2, где:

Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом;

h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом.

Выполнение рабочих колес по периферии с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический выступ и радиальные выступы, образующие с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом ободной части соседнего рабочего колеса байонетное соединение, исключает появление осевых зазоров между соседними рабочими колесами на любых режимах работы компрессора за счет фиксации между собой в осевом направлении соседних колес байонетным соединением, что повышает надежность ротора компрессора.

Байонетное соединение расположено с внутренней стороны обода соседнего колеса, что позволяет снизить нагрузку от центробежных сил на цилиндрическую кольцевую обечайку, что также повышает надежность ротора компрессора.

Выполнение байонетного соединения с заданными радиальными зазорами, а также контакт внешней поверхности осевого выступа цилиндрической обечайки с ответной поверхностью обода соседнего колеса обеспечивает герметичность ротора компрессора на всех режимах его работы, что также повышает надежность ротора компрессора.

Увеличение толщины стенок вала ротора от входа к его выходу позволяет выполнить вал ротора равнопрочным по его длине, что повышает его надежность.

При Н/h<1,1 снижается надежность вала ротора из-за несоблюдения условия равнопрочности по его длине. При Н/h<2 повышается масса вала ротора.

На фиг.1 показан продольный разрез ротора компрессора газотурбинного двигателя, на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя 1 состоит из рабочих колес 2, установленных шлицами 3 на валу 4. Каждое рабочее колесо состоит из диска 5 и выполненных за одно целое с ним рабочих лопаток 6. Между собой рабочие колеса 2 в осевом направлении зафиксированы передней гайкой 7 и задней конусной обечайкой 8, закрепленной на валу 4.

Рабочее колесо 2 по периферии 9 выполнено с кольцевой осевой обечайкой 10, на свободном конце 11 которой последовательно выполнены уплотнительный осевой кольцевой выступ 12 и радиальные выступы 13, образующие с радиальными выступами 14 ободной части 15 соседнего колеса 16 байонетное соединение 17.

Для обеспечения герметичности внутренней полости 18 ротора 1 байонетное соединение 17 выполнено с радиальными зазорами Δ₁ и Δ₂ и с внутренней стороны ободной части 15 соседнего колеса 16, а уплотняющий осевой цилиндрический выступ 12 кольцевой обечайки 10 контактирует своей внешней поверхностью 19 с ответной поверхностью 20 ободной части 15 колеса 16.

Воздух при сжатии в роторе 1 нагревается, что приводит к увеличению температуры вала 4 от первого колеса 21 к последнему 22, и для обеспечения равнопрочности вала 4 по его длине стенка 23 вала 4 выполнена увеличивающейся от входа 24 в ротор компрессора 1 к его выходу 25.

Работает данное устройство следующим образом.

При сборке ротора 1 рабочие колеса 2 зафиксированы в окружном направлении шлицами 3 на валу 4, что обеспечивает надежную работу байонетных соединений 17.

При работе ротора 1 на кольцевые обечайки 10 действуют значительные усилия от центробежных сил, что могло бы привести к пластическим деформациям обечаек 10 в радиальном направлении. Однако этого не происходит, так как обечайки 10 удерживаются со стороны соседнего колеса 16 байонетным соединением 17, что повышает надежность ротора 1.

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, в том числе к роторам, в которых рабочие лопатки выполнены за одно целое с дисками. Технический результат при использовании изобретения заключается в повышении надежности ротора компрессора за счет исключения образования осевых зазоров между соседними рабочими колесами и обеспечения равнопрочности вала ротора по его длине. Указанный технический результат достигается в роторе компрессора газотурбинного двигателя, включающем рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, причем по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем Н /h=1,1…2, где: Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом; h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом. 2 ил.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя, включающий рабочие колеса, вал и соединенную с валом корпусную заднюю обечайку, отличающийся тем, что по периферии рабочее колесо выполнено с кольцевой осевой обечайкой, на свободном конце которой последовательно расположены уплотняющий осевой цилиндрический и радиальный выступы, которые образуют с ответной поверхностью и ответным внутренним радиальным выступом обода соседнего рабочего колеса байонетное соединение с заданными радиальными зазорами, цилиндрический выступ свободного конца кольцевой осевой обечайки контактирует внешней поверхностью с ответной поверхностью обода, при этом вал ротора выполнен с увеличивающейся толщиной стенок от входа в ротор компрессора к его выходу, причем Н/h=1,1…2, где
Н - минимальная толщина стенки вала под последним колесом;
h - минимальная толщина стенки вала под первым колесом.