Компрессор низкого давления газотурбинного двигателя авиационного типа (варианты) Российский патент 2017 года по МПК F04D29/32 B01J3/00 

Изобретения относятся к области производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к конструкциям и элементам компрессора низкого давления (КНД).

Известен компрессор ГТД, включающий упруго-демпферную опору ротора с упругим элементом опоры типа «беличье колесо» (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение 1989, стр. 373-377).

Известен компрессор ГТД, включающий опору ротора, выполненную корпусом опоры с упругим демпфером типа «беличье колесо» (Н.Н. Сиротин, А.С.Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 734-736, рис. 15.4, стр. 767).

К недостаткам указанных известных решений относится невысокая проработанность адаптации компрессора низкого давления к работе в стационарных наземных условиях.

Известен вал ротора барабанно-дискового типа осевого компрессора двигателя с дисками, попарно объединенными в ступени и расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана. Оба диска каждой ступени соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска в полотне второго диска. Кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени. На ободах дисков выполнены клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток ротора (RU 2269678 С1, опубл. 10.02.2006).

Известен компрессор низкого давления ГТД с валом ротора, включающим систему из четырех дисков, каждый из которых содержит обод для установки и приведения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления (ТНД) (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 249-259)

К недостаткам известных решений относятся отсутствие системы выбора совокупности необходимых параметров дисков, образующих конфигурацию вала ротора и влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе диска лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия вала ротора барабанно-дисковой конструкции с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации дисков, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и как следствие сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса вала ротора при минимуме материалоемкости дисков и их соединений в конструкции вала.

Известен компрессор низкого давления ГТД, выполненный с опорой вала ротора компрессора, включающей размещенные на валу подшипник, соединенный с корпусом опоры, систему смазки и охлаждения подшипника и уплотнительные элементы (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий «Газотурбинные двигатели». ОАО «Авиадвигатель» г. Пермь 2007 г. Стр. 196-199,рис.4.4.7.1_2).

Известен компрессор низкого давления ГТД, выполненный с опорой вала ротора компрессора, включающей подшипник с корпусом, соединительные элементы, уплотнения и систему смазки и охлаждения подшипника (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 762-763, рис. 1-5.18, стр. 763).

Недостатками известных решений являются невысокая адаптация компрессора низкого давления к долговременной непрерывной работе в условиях неподвижной внешней воздушной среды и низкая ремонтопригодность опоры вала ротора КНД из-за неоптимального расположения соединений.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в конструктивной проработке компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (ГТД) стационарного типа с улучшенными системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, системой подачи циркуляции смазочно-охлаждающей жидкости к элементам задней опоры ротора, а также в проработке вала ротора барабанно-дисковой конструкции КНД с дисками рабочих колес улучшенной аэродинамической конфигурации, пространственной жесткости узлов и элементов соединения дисков вала ротора, необходимыми для повышения КПД, газодинамической устойчивости и ресурса двигателя без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом (ВНА), имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов (НА) лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, причем КНД имеет переднюю и заднюю опоры вала ротора, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе (ПК) двигателя, а в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени; передняя опора вала ротора КНД выполнена содержащей роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части и снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, при этом статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен кольцевым элементом ступицы внутреннего корпуса ВНА КНД с образованием двух компактных кольцевых полостей, одна из которых заполнена жидкостью и снабжена упругим кольцом с обеспечением демпфирования колебаний вала упругим кольцом и замедлением перетоков жидкости через стенку ленты кольца, для чего упругое кольцо снабжено с двух сторон выступами, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой γ_в.у.к в диапазоне, составляющем γ_в.у.к=(2,55÷3,82) [ед/рад], а лента кольца снабжена перфорацией в виде рассредоточенных отверстий, кроме того статорная часть опоры включает формообразующие кольцевые элементы полостей наддува воздуха, суфлирования и масляной с закрепленными на них кольцевыми крышками лабиринтов и закрепленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего; вторая из указанных кольцевая полость статорной части опоры содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек, разделенных параллельными прорезями, причем упругие балочки расположены по периметру корпуса опоры с угловой частотой γ_п.б.к., определенной в диапазоне γ_п.б.к.=(7,2÷14,4) [ед/рад], а прорези между ними выполнены шириной, превышающей ширину балочек в (1,1÷2,4) раза; а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, состоящую из снабженного не менее чем одним уступом полого цилиндрического участка, на котором установлены внутреннее кольцо роликоподшипника и два многогребешковых кольца лабиринтов, которые совместно с ответными крышками лабиринтов разделяют масляную и суфлирующую полости, а также суфлирующую полость и полость наддува воздуха, объем которой ограничен третьим многогребешковым кольцом лабиринта, установленным на конической диафрагме передней цапфы, образующей с цилиндрическим участком одно целое и неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора.

При этом количество лопаток в лопаточных венцах рабочих колес может быть выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце РК второй ступени выполнено превышающем количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее, чем на 20%, в третьей не менее, чем на 50%.

Барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД может быть выполнена с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков рабочих колес всех ступеней, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя на осевом участке обтекания совокупности ободов дисков вала ротора потоком рабочего тела, для чего диски выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна диаметром проточной части, с соотношением величин диаметров (1,0):(1,1÷1,34):(1,18÷1,44):(1,21÷1,48), и с углами наклона ободов, формирующих конфигурацию поверхности проточной части с плавным сопряжением смежных торцов.

Цапфа передней опоры вала ротора КНД может быть снабжена торцевой втулкой с фланцем для поджатия внутреннего кольца роликоподшипника и расположенных за ним гребешковых колец лабиринтов к уступу цилиндрического участка цапфы, причем торцевая втулка цапфы содержит герметичную диафрагму, разделяющую объем втулки на масляную и воздушную полости, а в диафрагме выполнен выступающий в обе стороны от последней стакан, предназначенный для заведения шлицевой втулки, в которую установлен вал привода насоса откачки масла из масляной полости передней опоры.

Задняя опора вала ротора КНД может быть выполнена опорно-упорной и содержит шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, при этом статорная часть включает корпус опоры, выполненный заодно с корпусом шарикоподшипника и переходящий у торцов во внутреннее и внешнее силовые кольца разных диаметров для разъемных соединений ответными фланцами наружного кольца шарикоподшипника и промежуточного корпуса двигателя, а роторная часть задней опоры включает выполненные заодно нижнюю часть конической диафрагмы, неразъемно соединенной с диском третьей ступени барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД и заднюю цапфу, разъемно соединенную с цилиндрической составляющей вала, на которой установлен шарикоподшипник, два многогребешковых кольца лабиринтов и полифункциональный внешний стяжной элемент, выполненный с образованием открытого коллектора для сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника и кольцу лабиринта с выходом в масляную полость, при этом установленные на цилиндрической составляющей вала многогребешковые кольца в паре с ответными крышками лабиринтных уплотнений образуют подвижные уплотнения полостей наддува, суфлирования и масляной полости задней опоры, а третье многогребешковое кольцо расположено на конической диафрагме задней опоры вала и совместно с крышкой лабиринтного уплотнения подвижно замыкает с фронтальной стороны полость наддува.

Количество силовых профилированных стоек, снабженных регулируемо поворотными закрылками может быть принято в ВНА КНД выраженным в виде простого числа не менее 17 и не более 23 (ед).

Поставленная задача по второму варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит три секции, две из которых первая и вторая выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических наклонных полок для силового объединения с ободом дисков предшествующих и последующих ступеней и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом радиус R_д1 диска первой ступени от оси вала ротора до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,42÷0,61) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а полотно диска первой ступени с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом для силового соединения с конической диафрагмой цапфы передней опоры, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол ϕ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-ϕ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°.

При этом тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска первой ступени может быть развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу.

Внешняя поверхность обода диска первой ступени может быть выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_об, определенным в диапазоне

, где

R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, В_об - осевая ширина обода.

Поставленная задача по третьему варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, причем лопаточный венец рабочего колеса первой ступени ротора образован лопатками, которые установлены в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в.=(5,1÷6,8) (ед/рад), при этом лопатки содержит каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(61,5÷75,5)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(36,9÷44,9)°, причем перо лопатки выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_ср=(8,4÷12,1)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки; кроме того лопатка выполнена с отношением высоты h входной кромки профиля пера к средней хорде L_ср.х., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_ср.х.=(2,18÷3,13).

При этом каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки.

Замковое соединение пазов обода дисков каждой ступени с хвостовиками лопаток может быть выполнено по типу «ласточкин хвост».

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Поставленная задача по четвертому варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит три секции, две из которых первая и вторая выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических наклонных полок и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом радиус диска R_д2 второй ступени от оси до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,54÷0,77) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска выполнен с углом ϕ образующей внешней поверхности обода относительно оси вала ротора, составляющем ϕ=(12÷17)° и идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части, кроме того обод диска второй ступени выполнен с возможностью силового объединения с полкой обода диска первой ступени и через проставку с полотном диска третьей ступени.

При этом цилиндрическая проставка может быть снабжена фланцем для разъемного соединения с полотном диска третьей ступени, при этом во фланце выполнены отверстия, равномерно разнесенные по периметру фланца с угловой частотой Y_ф1=(5,3÷7,9) [ед/рад], кроме того цилиндрическая проставка выполнена шириной, достаточной для размещения в ней элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с диском второй ступени ротора по рабочему телу.

Замковое соединение пазов обода диска каждой ступени с хвостовиками может быть выполнено по типу «ласточкин хвост».

Внешняя поверхность обода диска второй ступени может быть выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_об2, определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, В_об - осевая ширина обода.

Поставленная задача по пятому варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, причем лопаточный венец рабочего колеса второй ступени ротора образован лопатками, которые установлены хвостовиками в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в.=(6,0÷8,2) (ед/рад), при этом лопатки содержат каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(65,2÷73,2)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(35,8÷43,8)°, причем перо лопатки выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_cp=(7,4÷10,7)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср -средняя высота пера лопатки; кроме того лопатка выполнена с отношением высоты h входной кромки профиля пера к средней хорде L_ср.х., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_cp.x.=(1,83÷2,63).

При этом каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки.

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Технический результат группы объединенных единым творческим замыслом изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков КНД ГТД, заключается в повышении эффективности системы упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, расширении диапазона рабочих режимов устойчивой работы компрессора на 2,2% с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты и повышении ресурса двигателя в 2 раза. Это достигают за счет повышения эффективности системы упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала, расширении диапазона рабочих режимов устойчивой работы двигателя с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты и уменьшения изнашивания элементов передней опоры КНД, что повышает ресурс компрессора в 2 раза и продолжительность межремонтной работы на 18-20%. Повышение ресурса компрессора достигают также за счет адаптации КНД, как части двигателя, более чувствительной к режиму поступления внешнего воздушного потока, к интенсивной работе в неподвижных условиях наземного функционирования, а также оптимизации рабочих характеристик задней опоры вала ротора КНД и ее элементов к этим специфическим условиям, а также в улучшении возможностей проведения монтажно-демонтажных работ полуавтоматическими или ручными приемами, например, в полевых условиях. А за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров дисков рабочих колес всех ступеней, объединенных в барабанно-дисковую конструкцию вала ротора, достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя, а также снижение материалоемкости и повышение изгибной жесткости ротора и максимальных допустимых напряжений в элементах диска.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен компрессор низкого давления ГТД, продольный разрез;

на фиг. 2 - передняя опора вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 3 - фрагмент упругого кольца, вид сбоку;

на фиг. 4 - барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 5 - рабочее колесо первой ступени ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 6 - лопатка рабочего колеса первой ступени ротора КНД, вид сверху;

на фиг. 7 - рабочее колесо второй ступени ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 8 - лопатка рабочего колеса второй ступени ротора КНД, вид сверху.

Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа выполнен осевым, четырехступенчатым. КНД наделен входным направляющим аппаратом 1, имеющим корпус 2 и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки (на чертежах не показано). Компрессор также наделен корпусом 3 статора КНД, соединенным с корпусом 2 ВНА. В корпусе 3 статора КНД установлены рабочие лопатки, образующие лопаточные венцы 4 направляющих аппаратов (НА) соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец 5 сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора.

КНД имеет переднюю и заднюю опоры 6 и 7. Передняя опора 6 закреплена в корпусе 2 ВНА КНД. Задняя опора 7 закреплена в промежуточном корпусе 8 двигателя. В опорах 6 и 7 установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие передней и задней опор ротора. Барабанно-дисковая составляющая наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска 9, 10, 11, 12 и лопаток, образующих лопаточный венец 13 соответствующей ступени. Количество лопаток в лопаточных венцах 13 рабочих колес выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце РК второй ступени выполнено превышающем количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее, чем на 20%, в третьей не менее, чем на 50%. Диски 9, 10, 11, 12 рабочих колес каждой ступени выполнены в виде моноэлемента, включающего обод 14, переходящий в усиленное ступицей 15 полотно 16 с центральным отверстием 17.

Барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД выполнена с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности 18 ободов 14 дисков 9, 10, 11, 12 рабочих колес всех ступеней, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя на осевом участке обтекания совокупности ободов дисков вала ротора потоком рабочего тела. Для этого диски 9, 10, 11, 12 выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна 16 диаметром проточной части, с соотношением величин диаметров (1,0):(1,11÷1,34):(1,18÷1,44):(1,21÷1,48), и с углами наклона ободов 14, формирующих конфигурацию поверхности проточной части с плавным сопряжением смежных торцов.

Количество силовых профилированных стоек, снабженных регулируемо поворотными закрылками, принято в ВНА КНД выраженным в виде простого числа не менее 17 и не более 23 единиц.

Передняя опора 6 вала ротора КНД (фиг. 2) выполнена содержащей роликоподшипник 19, разделяющий опору на статорную и роторную части и снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора. Статорная часть включает корпус 20 опоры, который соединен с корпусом 21 роликоподшипника 19 и охвачен с боковой поверхности примыкающим к нему кольцевым элементом ступицы 22 внутреннего корпуса 23 входного направляющего аппарата 1 КНД с образованием между ними двух компактных периферийных кольцевых полостей 24 и 25. Кольцевая полость 24 в рабочем состоянии заполнена жидкостью и снабжена автономным упругим кольцом 26. Упругое кольцо 26 разделяет кольцевую полость 24 на неодинаковые объемы по разные стороны кольца 26 с обеспечением демпфирования колебаний вала одновременно кольцом 26 и конструктивным замедлением возвратных перетоков жидкости через стенку ленты 27 кольца 26. Для этого упругое кольцо 26 снабжено выполненными по периметру ленты 27 кольца односторонними выступами 28 и 29 с внешней и внутренней стороны, а также перфорацией в виде рассредоточенных отверстий (на чертежах не показано). Выступы 28, 29 взаимно смещены по окружности через один с угловой частотой γ_в.у.к., определенной в диапазоне

γ_в.у.к.=N_в./2π=(2,55÷3,82) [ед/рад],

где N_в. - общее число выступов с обеих сторон ленты упругого кольца.

Кольцевая полость 25 содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный непосредственно в теле корпуса 20 опоры вала ротора в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек 30. Балочки 30 расположены по периметру корпуса 6 опоры с угловой частотой γ_б.б.к., определенной в диапазоне

γ_б.б.к.=N_б.б.к./2π=(7,2÷14,4) [ед/рад],

где N_б.б.к. - число упругих балочек в «беличьем колесе».

Балочки 30 разделены параллельными прорезями (на чертежах не показано), ширина которых в (1,1÷2,4) раза превышает ширину балочек 30.

Статорная часть опоры содержит масляную полость 31, полость 32 суфлирования и полость 33 наддува воздуха. Полости 31, 32, 33 выполнены формообразующими кольцевыми элементами 34, 35, 36 с закрепленными на них кольцевыми крышками 37, 38, 39 лабиринтов. Статорная часть опоры включает также закрепленное в корпусе 21 роликоподшипника 19 наружное кольцо 40 последнего.

Роторная часть опоры включает цапфу 41 передней опоры. Цапфа 41 состоит из полого цилиндрического участка 42 с не менее чем одним уступом 43 и конической диафрагмы 44. На цилиндрическом участке 42 цапфы 41 установлены внутреннее кольцо 45 роликоподшипника 19 и два гребешковых кольца 46, 47 лабиринта. Кольца 46, 47 лабиринта совместно с ответными крышками 37, 38 лабиринтов разделяют масляную полость 31 и полость 32 суфлирования, а также полость 32 суфлирования и полость 33 наддува воздуха. Объем полости 33 наддува воздуха ограничен третьим гребешковым кольцом 48 лабиринта, установленным на конической диафрагме 44 цапфы 41, образующей с цилиндрическим участком 42 одно целое и неразъемно соединенной с диском 9 первой ступени барабанно-дисковой составляющей вала ротора. Цапфа 41 передней опоры снабжена торцевой втулкой 49 с фланцем 50 для силового опирания внутреннего кольца 45 роликоподшипника 19 и расположенных за ним гребешковых колец 46, 47 лабиринтов с поджатием к уступу 43 на цилиндрическом участке 42 цапфы 41.

Торцевая втулка 49 цапфы 41 передней опоры вала ротора КНД выполнена многофункциональной, осесимметричной относительно оси вала ротора. Торцевая втулка 49 содержит герметичную диафрагму 51. Диафрагма 51 разделяет объем втулки на масляную полость 52 и воздушную полость 53, которая сообщена с полостью 33 наддува опоры. В диафрагме 51 выполнен за одно целое с ней выступающий в обе стороны от диафрагмы стакан 54. Фронтальная часть стакана 54 выполнена сообщенной с масляной полостью 52. Тыльная часть стакана 54 выполнена конструктивно выступающей в воздушную полостью 53 втулки и предназначенной для заведения шлицевой втулки 55. В шлицевую втулку 55 установлен вал 56 привода насоса откачки масла из масляной полости 31 передней опоры.

Задняя опора 7 вала ротора КНД выполнена опорно-упорной и содержит шарикоподшипник 57, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус 58 опоры, выполненный заодно с корпусом шарикоподшипника 57 и переходящий у торцов во внутреннее и внешнее силовые кольца 59 и 60 разных диаметров для разъемных соединений ответными фланцами наружного кольца 61 шарикоподшипника 57 и промежуточного корпуса 8 двигателя. Роторная часть задней опоры включает выполненные заодно коническую диафрагму 62, неразъемно соединенную с диском 11 третьей ступени барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД и заднюю цапфу 63, разъемно соединенную с цилиндрической составляющей 64 вала. На цилиндрической составляющей 64 вала установлен шарикоподшипник 57, два гребешковых кольца 65, 66 лабиринтов и полифункциональный внешний стяжной элемент 67 с образованием открытого коллектора для сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника 57 и гребешковому кольцу 65 лабиринта с выходом в масляную полость. Установленные на цилиндрической составляющей 64 вала гребешковые кольца 65, 66 в паре с ответными крышками лабиринтных уплотнений образуют подвижные уплотнения полостей наддува, суфлирования и масляной полости задней опоры. Третье гребешковое кольцо 68 расположено на конической диафрагме 62 задней опоры вала и совместно с крышкой лабиринтного уплотнения подвижно замыкает с фронтальной стороны полость наддува.

Барабанно-дисковая составляющая (фиг. 4) содержит три секции, две из которых первая и вторая выполнены неразборными. Первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу 41 передней опоры 7 вала ротора, диск 9 первой ступени, диск 10 второй ступеней и цилиндрическую проставку 69. Вторая секция включает диск 11 третьей ступени, сообщенный с цапфой 63 задней опоры 7 вала ротора и цилиндрической проставкой 70. Третья секция состоит из диска 12 четвертой ступени. Обод 14 каждого диска соединен с полотном 16 с образованием кольцевых конических наклонных полок 71 для силового объединения с ободом дисков предшествующих и последующих ступеней. Обод 14 каждого диска снабжен пазами (на чертежах не показано) для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала. Замковое соединение пазов обода дисков каждой ступени с хвостовиками лопаток выполнено по типу «ласточкин хвост».

Радиус диска 9 первой ступени R_д1 от оси вала ротора до внешней поверхности 18 обода 14 в средней плоскости полотна 16 составляет (0,42÷0,61) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости.

Полотно 16 диска 9 первой ступени (фиг. 5) с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу 14, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом 72 для силового соединения с конической диафрагмой 44 цапфы 41 передней опоры для передачи радиальных и осевых усилий на элементы передней опоры ротора. Кольцевой элемент 72 выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол ϕ наклона образующей внешней поверхности 18 обода 14 на величину Δ, равную Δ=(β-ϕ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°. Тыльная по ходу потока рабочего тела полка 73 обода 14 диска 9 первой ступени развита до контакта с ответной полкой 74 обода 14 диска 10 второй ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки 75 диска 9 первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов 76 лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с диском первой ступени ротора по рабочему телу.

Внешняя поверхность 18 обода 14 диска 9 первой ступени выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_об1, определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, В_об - осевая ширина обода диска первой ступени.

Лопаточный венец рабочего колеса первой ступени ротора образован лопатками 75, которые установлены в пазах диска 9 вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне

γ_л.в.=N_л.в./2π=(5,1÷6,8) (ед/рад),

где N_л.в. - число лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени ротора КНД.

Лопатки 75 рабочего колеса первой ступени (фиг. 6) содержит каждая хвостовик 77 и перо 78 с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками 79 и 80. Перо 78 выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки 79 и 80, образуя хорду 81 профиля, и фронтальной линией 82 решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(67,5÷75,5)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(36,9÷44,9)°. Перо 78 лопатки 75 выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки 79 и 80 пера лопатки. Входная и выходная кромки 79 и 80 пера 78 выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу 83 лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_cp=(8,4÷12,1)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

Лопатка 75 рабочего колеса первой ступени выполнена с отношением высоты h входной кромки 79 профиля пера 78 к средней хорде L_ср.х., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_ср.х.=(2,18÷3,13).

Каждая лопатка 75 лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора снабжена с двух сторон пера 78 антивибрационной полкой 84, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца 83 пера лопатки.

Перо 78 лопатки 75 лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Вариантно перо 78 лопатки 75 лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Радиус R_д2 диска 10 второй ступени (фиг. 7) в барабанно-дисковой составляющей от оси вала ротора до внешней поверхности 18 обода 14 в средней плоскости полотна составляет (0,54÷0,77) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости. Обод 14 диска 10 второй ступени выполнен с углом ϕ образующей внешней поверхности 18 обода относительно оси вала ротора, составляющим ϕ=(12÷17)° и идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части. Обод 14 диска 10 второй ступени выполнен с возможностью силового объединения фронтальной полкой 74 с тыльной полкой 73 обода диска 9 первой ступени и тыльной полкой 85 через цилиндрическую проставку 69 с полотном 16 диска 11 третьей ступени для передачи крутящего момента от ТНД и радиально-осевых усилий от совокупности объединенных в барабанно-дисковую конструкцию ступеней вала ротора.

Цилиндрическая проставка 69 снабжена фланцем 86 для разъемного соединения с полотном 16 диска 11 третьей ступени. Во фланце 86 выполнены отверстия, равномерно разнесенные по периметру фланца с угловой частотой

Y_ф1=N/2π=(5,3÷7,9) [ед/рад],

где N - число отверстий во фланце проставки.

Цилиндрическая проставка 69 выполнена шириной, достаточной для размещения в ней элементов 87 лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с диском второй ступени ротора по рабочему телу.

Внешняя поверхность 18 обода 14 диска 10 второй ступени выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_об2, определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска второй ступени, В_об - осевая ширина обода диска второй ступени.

Лопаточный венец рабочего колеса второй ступени ротора образован лопатками 88, которые установлены хвостовиками в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне

γ_л.в.=N_л.в./2π=(6,0÷8,2) (ед/рад),

где N_л.в. - число лопаток в лопаточном венце рабочего колеса второй ступени ротора КНД.

Лопатки 88 рабочего колеса второй ступени (фиг. 8) содержат каждая хвостовик 89 и перо 90 с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками 91 и 92. Перо 90 лопатки 88 выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки 91 и 92, образуя хорду 93 профиля, и фронтальной линией 94 решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(65,2÷73,2)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(35,8÷43,8)°.

Перо 90 лопатки 88 выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки 91 и 92 пера лопатки. Входная и выходная кромки 91 и 92 пера 90 выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу 95 лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_cp=(7,4÷10,7)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

Лопатка 88 выполнена с отношением высоты h входной кромки 92 профиля пера 90 к средней хорде L_ср.х., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_ср.х.=(1,83÷2,63).

Каждая лопатка 88 лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора снабжена с двух сторон пера 90 антивибрационной полкой 96, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца 95 пера лопатки.

Перо 90 лопатки 88 лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Вариантно перо 90 лопатки 88 лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Пример реализации изобретения

Вал ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя выполнен черырехступенчатым, барабанно-дисковой конструкцией, включающей рабочие колеса по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени.

Диски 9, 10, 11, 12 каждой ступени вала ротора КНД изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 15, полотно 16 и обод 14. Профили полотна 16 и ступицы 15 формируют обтачиванием заготовки с последующей полировкой. На внешней стороне обода 14 выполняют протягиванием замковые пазы для крепления лопаток рабочих колес. Ободы 14 дисков образуют относительно средней плоскости полотна 16 фронтальную и тыльную полки 71. Непосредственно полками 71 или через цилиндрические проставки 69, 70 диски объединены в силовую оболочку барабанно-дисковой конструкции вала ротора, сообщенную с опорами КНД и с валом ТНД с возможностью передачи от последней крутящего момента.

Собранный вал компрессора имеет следующие геометрические параметры: общая длина - 605 мм, длина барабанно-дисковой конструкции - 378 мм, входной диаметр по проточной части - 364 мм, выходной диаметр по проточной части - 528 мм, средние диаметры по проточной части дисков 1, 2, 3, 4 соответственно 391, 477, 513 и 528 мм. Лопаточный венец рабочего колеса каждой из ступеней ротора образован лопатками, которые установлены в пазах диска вала. Количество лопаток в лопаточных венцах рабочих колес выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце РК второй ступени выполнено превышающем количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее чем на 20%, в третьей не менее чем на 50%. От густоты решетки зависит угол поворота воздушного потока, т.е. степень повышения давления в венце и соответственно граница срыва. Чем больше густота, тем больше максимальный угол отклонения потока. Увеличение густоты решетки благоприятно для увеличения диапазона работы венца без развитого отрыва потока, но приводит к увеличению профильных потерь.

При монтаже передней опоры 6 вала ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя используют роликоподшипник 19 с внутренним и наружным кольцами 45 и 40 с телами качения в виде роликов и сепаратором между ними. Наружное кольцо 40 устанавливают в корпус 21 роликоподшипника, объединенный с кольцевым элементом 34 разделения масляной полости 31 и полости 32 суфлирования, снабженным крышкой 37 лабиринта. За внутренним кольцом 45 роликоподшипника 19 на цилиндрическом участке 42 передней цапфы 41 последовательно устанавливают гребешковые кольца 46 и 47 лабиринтов. Гребешковое кольцо 46 лабиринта разделяет масляную полость 31 и полость 32 суфлирования. Гребешковое кольцо 47 лабиринта разделяет полость 33 суфлирования с полостью 34 наддува воздуха. Третье гребешковое кольцо 48 лабиринта устанавливают на конической диафрагме 44 цапфы 41, подвижно ограничивая в сочетании с крышкой 39 лабиринта полость 33 наддува воздуха.

Корпус 20 передней опоры соединен с корпусом 21 роликоподшипника 19 и охвачен с боковой поверхности примыкающим к нему кольцевым элементом ступицы 22 внутреннего корпуса 23 ВНА КНД с образованием между ними двух компактных периферийных кольцевых полостей 24 и 25. В кольцевую полость 24 устанавливают упругое кольцо 26 и заполняют жидкостью типа авиационного моторного масла. Упругое кольцо 26 выполняют из стали в виде ленты 27. Упругое кольцо 26 снабжают выполненными по периметру ленты кольца односторонними выступами 28, 29 с внешней и внутренней стороны кольца, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой 1,6 [ед/рад]. Ленту 27 кольца 26 снабжают перфорацией в виде групп отверстий в количестве 4 штук на каждый участок между двумя смежными выступами. Кольцевая полость 25 содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный непосредственно в теле корпуса опоры вала ротора в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек 30, разделенных продольными прорезями.

Торцевую втулку 49 передней цапфы 41 вала ротора выполняют с корпусом в виде цилиндра переменного диаметра, условная описанная поверхность которого конгруэнтно вписана в ответную внутреннюю поверхность цапфы. Стенку корпуса втулки 49 выполняют точеной за одно целое с герметичной диафрагмой 51, в которой выполнен за одно целое, выступающий в обе стороны от диафрагмы стакан 54. Тыльную часть стакана 54 выполняют со вставной шлицевой втулкой 55 с установленным в ней гибким валом 56 откачивающего маслонасоса. Втулку 49 фиксируют от проворота в корпусе стакана 54 вставным штифтом. В корпусе втулки 49 с внешней стороны выполняют кольцевую канавку масляного коллектора и кольцевую канавку для уплотнительного кольца.

При монтаже задней опоры вала ротора (на чертежах не показано) компрессора низкого давления газотурбинного двигателя на фланец корпуса опоры прикрепляют фланцем кольцевые держатели крышки трех лабиринтов, разделяющего масляную полость и полость суфлирования. Весь пакет деталей стягивают крепежными винтами. На цилиндрическую составляющую вала КНД последовательно устанавливают гребешковые кольца двух лабиринтов. После чего на вал опускают ранее собранный корпус опоры. После установки корпуса опоры устанавливают на валу собранный шарикоподшипник, после чего производят затяжку пакета деталей, установленных на валу, внешним стяжным элементом. После затяжки гайки устанавливают крепежные винты наружного кольца шарикоподшипника. Далее на вал устанавливают шестерню (не показано) привода блока датчиков частоты вращения и фиксируют на валу собственной гайкой. В дальнейшем на соответствующие фланцы корпуса опоры устанавливают блок шестерен привода датчиков частоты вращения со смонтированной на них маслоподающей форсункой, после чего во внутреннюю полость вала устанавливается приводная рессора.

Работает компрессор низкого давления ГТД следующим образом.

При запуске двигателя вал ротора, объединяющий диски 9, 10, 11, 12 рабочих колес четырех ступеней КНД, приводится во вращение крутящим моментом, передаваемым от ТНД. От турбины низкого давления (ТНД) вращательное усилие (крутящий момент) через цилиндрическую составляющую передается барабанно-дисковой части компрессора. Крутящий момент от ТНД через рессору передается цилиндрической составляющей ротора. Цилиндрическая составляющая задней опоры вала и расположенные внутри нее стяжной болт, шлицевая и стяжная трубы практически не имеют ассиметрично расположенных относительно оси вращения вала элементов, что позволяет им избежать в процессе вращения собственных колебаний.

От цилиндрической составляющей задней опоры крутящий момент передается барабанно-дисковой составляющей, которая помимо прочего взаимодействует с неподвижной статорной частью задней опоры вала КНД через систему трех лабиринтов уплотнений. Лабиринты уплотнений препятствуют попаданию частиц масла из масляной полости в работающую с воздушным потоком барабанно-дисковую часть КНД.

Масло из открытого коллектора под воздействием центробежных сил подается и через систему продольных и радиальных каналов смазочно-охлаждающая жидкость поступает к телам качения шарикоподшипика кольцу лабиринта масляной полости. Таким образом, статорная и роторная части задней опоры взаимодействуют в единой масляной среде, которая в результате подвергается интенсивному перемешиванию.

Объединенные в силовую барабанно-дисковой составляющую вала ротора КНД ободы 14 дисков 9, 10, 11, 12 четырех ступеней включают в работу лопатки рабочих колес. В результате происходит нагнетание потока рабочего тела в КНД. При этом вал ротора КНД обеспечивает стабильность проектной формы и положение дисков всех ступеней в составе барабанно-дисковой конструкции на всех возможных режимах работы ТРД за счет восприятия силовой оболочкой вала сочетания нагрузок, возникающих в процессе работы компрессора, и через конические кольцевые элементы передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора с меньшими потерями энергии и при пониженных вибрациях.

При вращении вала возникающие колебания ротора демпфирует упруго-гидравлическая система передней опоры, включающая упругое кольцо 26, заключенное в кольцевой полости 24, заполненной под давлением моторным маслом. При динамическом радиальном колебательном надавливании вала на упругое кольцо 26, работающее в зоне сжатия как упругая криволинейная балка на двух опорах часть энергии колебания демпфируется за счет упругого сопротивления ленты 27 кольца происходит гасящий энергию колебания конструктивно замедленный переток жидкости из зоны сжатия в зону разряжения через калиброванные отверстия, чем также гасится энергия колебания вала. При переносе нажатия вала на другие участки кольца 26 процесс демпфирования колебаний повторяется, а в предшествующей зоне происходит конструктивно замедленный перфорацией ленты кольца возвратный переток жидкости, также создающий дополнительное демпфирование колебаний вала.

В другой кольцевой полости 25 корпуса опоры, содержащей систему упругих балочек 30, в процессе вращения вала и динамической смены режимов вращения происходит изменение критических частот колебаний вала и через систему балочек происходит вывод критических частот ниже предела диапазона рабочих режимов работы вала, чем достигается повышение безопасной работы компрессора. Статорная часть задней опоры вала ротора КНД закреплена по периметру в промежуточном корпусе двигателя и через шарикоподшипник обеспечивает стабильность работы роторной части при вращении вала относительно оси вращения вала.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров дисков всех ступеней, объединенных в барабанно-дисковую конструкцию вала ротора, достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя, а также снижение материалоемкости и повышение изгибной жесткости ротора и максимальных допустимых напряжений в элементах диска. За счет конструктивно проработанного корпуса передней опоры вала ротора с установленным в корпусе упругим кольцом с улучшенной системой демпфирования колебаний вала ротора, достигают расширения диапазона рабочих режимов устойчивой работы двигателя с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты, и повышение ресурса компрессора и двигателя в целом. За счет конструктивно проработанного корпуса задней опоры вала ротора с установленным каскадом уплотнений масляной полости, последовательно включающий три лабиринтных уплотнения, обеспечивают улучшенную работу смазочно-охлаждающей системы задней опоры, достигая тем самым повышение КПД, повышение безопасной работы и ресурса компрессора и двигателя в целом в процессе эксплуатации ГТД, в том числе в составе газоперекачивающих агрегатов для транспортировки газа или газотурбинной электростанции.

Группа изобретений относится к области производства и эксплуатации газотурбинных двигателей. Компрессор низкого давления (КНД) двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя (ГТД) авиационного типа выполнен осевым, четырехступенчатым с входным направляющим аппаратом (ВНА). Корпус статора КНД оснащен лопаточными венцами направляющих аппаратов (НА) лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней и сдвоенного спрямляющего аппарата. КНД имеет переднюю и заднюю опоры вала ротора. Передняя опора закреплена в корпусе ВНА КНД, задняя опора - в промежуточном корпусе (ПК) двигателя. Вал ротора включает барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых включает рабочие колеса по числу ступеней ротора. Подшипники разделяют опоры на статорную и роторную части. Статорная часть передней опоры включает корпус опоры, соединенный с корпусом подшипника и ступицей ВНА с образованием компактных кольцевых полостей. Одна полость снабжена упругим кольцом. Упругое кольцо снабжено выступами, взаимно смещенными по окружности с внешней и внутренней стороны кольца через один с угловой частотой γ_в.у.к.=(2,55÷3,82) [ед/рад]. Лента кольца снабжена перфорацией в виде рассредоточенных отверстий. Другая кольцевая полость содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала с системой упругих балочек, расположенных с найденной в изобретении частотой. Задняя опора вала ротора содержит опорно-упорный подшипник и внешний стяжной элемент. Корпус задней опоры снабжен дополнительным рядом отверстий для перетока масла в масляной полости. Барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД выполнена с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков рабочих колес всех ступеней, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя на осевом участке обтекания совокупности ободов дисков вала ротора потоком рабочего тела. Лопатки рабочих колес выполнены со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера между хордой профиля и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца. Изобретение позволяет расширить диапазон рабочих режимов устойчивой работы компрессора с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Компрессор низкого давления (КНД) двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя (ГТД) авиационного типа, характеризующийся тем, что выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом (ВНА), имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов (НА) лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, причем КНД имеет переднюю и заднюю опоры вала ротора, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе (ПК) двигателя, а в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени; передняя опора вала ротора КНД выполнена содержащей роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, и снабжена системой упругогидравлического демпфирования колебаний вала ротора, при этом статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен кольцевым элементом ступицы внутреннего корпуса ВНА КНД с образованием двух компактных кольцевых полостей, одна из которых заполнена жидкостью и снабжена упругим кольцом с обеспечением демпфирования колебаний вала упругим кольцом и замедлением перетоков жидкости через стенку ленты кольца, для чего упругое кольцо снабжено с двух сторон выступами, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой γ_в.у.к. в диапазоне, составляющем γ_в.у.к.=(2,55÷3,82) [ед/рад], а лента кольца снабжена перфорацией в виде рассредоточенных отверстий, кроме того статорная часть опоры включает формообразующие кольцевые элементы полостей наддува воздуха, суфлирования и масляной с закрепленными на них кольцевыми крышками лабиринтов и закрепленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего; вторая из указанных кольцевая полость статорной части опоры содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек, разделенных параллельными прорезями, причем упругие балочки расположены по периметру корпуса опоры с угловой частотой γ_п.б.к., определенной в диапазоне γ_п.б.к.=(7,2÷14,4) [ед/рад], а прорези между ними выполнены шириной, превышающей ширину балочек в (1,1÷2,4) раза; а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, состоящую из снабженного не менее чем одним уступом полого цилиндрического участка, на котором установлены внутреннее кольцо роликоподшипника и два многогребешковых кольца лабиринтов, которые совместно с ответными крышками лабиринтов разделяют масляную и суфлирующую полости, а также суфлирующую полость и полость наддува воздуха, объем которой ограничен третьим многогребешковым кольцом лабиринта, установленным на конической диафрагме передней цапфы, образующей с цилиндрическим участком одно целое и неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора.

2. Компрессор низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что количество лопаток в лопаточных венцах рабочих колес выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце РК второй ступени выполнено превышающим количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее чем на 20%, в третьей - не менее чем на 50%.

3. Компрессор низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД выполнена с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков рабочих колес всех ступеней, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя на осевом участке обтекания совокупности ободов дисков вала ротора потоком рабочего тела, для чего диски выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна диаметром проточной части, с соотношением величин диаметров (1,0):(1,1÷1,34):(1,18÷1,44):(1,21÷1,48) и с углами наклона ободов, формирующих конфигурацию поверхности проточной части с плавным сопряжением смежных торцов.

4. Компрессор низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что цапфа передней опоры вала ротора КНД снабжена торцевой втулкой с фланцем для поджатия внутреннего кольца роликоподшипника и расположенных за ним гребешковых колец лабиринтов к уступу цилиндрического участка цапфы, причем торцевая втулка цапфы содержит герметичную диафрагму, разделяющую объем втулки на масляную и воздушную полости, а в диафрагме выполнен выступающий в обе стороны от последней стакан, предназначенный для заведения шлицевой втулки, в которую установлен вал привода насоса откачки масла из масляной полости передней опоры.

5. Компрессор низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что задняя опора вала ротора КНД выполнена опорно-упорной и содержит шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, при этом статорная часть включает корпус опоры, выполненный заодно с корпусом шарикоподшипника и переходящий у торцов во внутреннее и внешнее силовые кольца разных диаметров для разъемных соединений ответными фланцами наружного кольца шарикоподшипника и промежуточного корпуса двигателя, а роторная часть задней опоры включает выполненные заодно нижнюю часть конической диафрагмы, неразъемно соединенной с диском третьей ступени барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД, и заднюю цапфу, разъемно соединенную с цилиндрической составляющей вала, на которой установлен шарикоподшипник, два многогребешковых кольца лабиринтов и полифункциональный внешний стяжной элемент, выполненный с образованием открытого коллектора для сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника и кольцу лабиринта с выходом в масляную полость, при этом установленные на цилиндрической составляющей вала многогребешковые кольца в паре с ответными крышками лабиринтных уплотнений образуют подвижные уплотнения полостей наддува, суфлирования и масляной полости задней опоры, а третье многогребешковое кольцо расположено на конической диафрагме задней опоры вала и совместно с крышкой лабиринтного уплотнения подвижно замыкает с фронтальной стороны полость наддува.

6. Компрессор низкого давления по п. 1, отличающийся тем, что количество силовых профилированных стоек, снабженных регулируемо поворотными закрылками, принято в ВНА КНД выраженным в виде простого числа не менее 17 и не более 23 (ед).

7. Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, характеризующийся тем, что выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит три секции, две из которых, первая и вторая, выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических наклонных полок для силового объединения с ободом дисков предшествующих и последующих ступеней и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом радиус R_д1 диска первой ступени от оси вала ротора до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,42÷0,61) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а полотно диска первой ступени с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним коническим кольцевым элементом для силового соединения с конической диафрагмой цапфы передней опоры, который выполнен с углом β наклона образующей к оси вала ротора, превышающим угол ϕ наклона образующей внешней поверхности обода на величину Δ, равную Δ=(β-ϕ), определенную в диапазоне Δ=(39÷47)°.

8. Компрессор низкого давления по п. 7, отличающийся тем, что тыльная по ходу потока рабочего тела полка обода диска первой ступени развита до контакта с ответной полкой обода диска последующей ступени и выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки первой ступени на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с указанным диском первой ступени ротора по рабочему телу.

9. Компрессор низкого давления по п. 7, отличающийся тем, что внешняя поверхность обода диска первой ступени выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_oб, определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, В_об - осевая ширина обода.

10. Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, характеризующийся тем, что выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, причем лопаточный венец рабочего колеса первой ступени ротора образован лопатками, которые установлены в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в.=(5,1÷6,8) (ед/рад), при этом лопатки содержат каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(67,5÷75,5)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(36,9÷44,9)°, причем перо лопатки выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_y.x.=(L_п.x.-L_к.х.)/H_cp=(8,4÷12,1)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки; кроме того лопатка выполнена с отношением высоты h входной кромки профиля пера к средней хорде L_cp.x., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_cp.x.=(2,18÷3,13).

11. Компрессор низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки.

12. Компрессор низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что замковое соединение пазов обода дисков каждой ступени с хвостовиками лопаток выполнено по типу «ласточкин хвост».

13. Компрессор низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

14. Компрессор низкого давления по п. 10, отличающийся тем, что перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса первой ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

15. Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, характеризующийся тем, что выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит три секции, две из которых, первая и вторая, выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических наклонных полок и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом радиус диска R_д2 второй ступени от оси до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,54÷0,77) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска выполнен с углом ϕ образующей внешней поверхности обода относительно оси вала ротора, составляющим ϕ=(12÷17)° и идентичным осевому углу относительно той же оси образующей внутреннего контура проточной части, кроме того обод диска второй ступени выполнен с возможностью силового объединения с полкой обода диска первой ступени и через проставку с полотном диска третьей ступени.

16. Компрессор низкого давления по п. 15, отличающийся тем, что цилиндрическая проставка снабжена фланцем для разъемного соединения с полотном диска третьей ступени, при этом во фланце выполнены отверстия, равномерно разнесенные по периметру фланца с угловой частотой Υ_ф1=(5,3÷7,9) [ед/рад], кроме того цилиндрическая проставка выполнена шириной, достаточной для размещения в ней элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с диском второй ступени ротора по рабочему телу.

17. Компрессор низкого давления по п. 15, отличающийся тем, что замковое соединение пазов обода диска каждой ступени с хвостовиками выполнено по типу «ласточкин хвост».

18. Компрессор низкого давления по п. 15, отличающийся тем, что внешняя поверхность обода диска второй ступени выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора, совпадающим с углом наклона образующей внутреннего контура проточной части, радиус которого монотонно изменяется в сторону потока рабочего тела с градиентом радиального расширения G_oб2, определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска, B_об - осевая ширина обода.

19. Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, характеризующийся тем, что выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, причем лопаточный венец рабочего колеса второй ступени ротора образован лопатками, которые установлены хвостовиками в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в.=(6,0÷8,2) (ед/рад), при этом лопатки содержат каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(65,2÷73,2)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(35,8÷43,8)°, причем перо лопатки выполнено с переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_y.x.=(L_п.x.-L_к.x.)/H_cp=(7,4÷10,7)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки; кроме того лопатка выполнена с отношением высоты h входной кромки профиля пера к средней хорде L_cp.x., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_cp.x.=(1,83÷2,63).

20. Компрессор низкого давления по п. 19, отличающийся тем, что каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки.

21. Компрессор низкого давления по п. 19, отличающийся тем, что перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.- направлению полета), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

22. Компрессор низкого давления по п. 19, отличающийся тем, что перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса второй ступени ротора КНД выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).