×
13.01.2017
217.015.86c0

Результат интеллектуальной деятельности: ДИСК ЧЕТВЁРТОЙ СТУПЕНИ ВАЛА РОТОРА КОМПРЕССОРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с фронтальной и тыльной полками, разделенными кольцевым пазом, и полотно. Фронтальная полка обода снабжена понизу кольцевым элементом с гребнями лабиринта, а торец кольцевого элемента диска выполнен под неразъемную стыковку с ответным кольцевым соединительным элементом третьей ступени. Полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, сужающимся от ступицы к ободу. Ступица выполнена с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна в (5,5÷7,3) раза. Средний радиус диска от оси вала ротора до внешней поверхности обода в условной плоскости симметрии полотна составляет (0,54÷0,78) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя. Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в повышении КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса диска рабочего колеса последней четвертой ступени КНД без увеличения материалоемкости диска. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей.

Известен диск четвертой ступени ротора осевого компрессора низкого давления (КНД) авиационного двигателя, включенный в систему дисков вала рабочих колес ротора компрессора. Диск рабочего колеса включает обод, полотно, ступицу, кольцевой бурт с фланцем и отверстиями в нем под призонные болты (RU 2269678 С1, опубл. 10.02.2006).

Известен диск четвертой ступени ротора компрессора низкого давления авиационного двигателя, включенный в систему из четырех дисков, образующих силовую оболочку вала ротора компрессора. Диск содержит обод для установки и приведения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления (ТНД) турбореактивного двигателя (ТРД) (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 общей конфигурации диска, влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия диска четвертой ступени ротора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой ориентации упомянутых пазов в ободе диска, 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 при минимуме материалоемкости диска.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке диска рабочего колеса четвертой ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (ТРД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД ступени, согласованности в предыдущими ступенями КНД при повышении запасов ГДУ на всех режимах работы двигателя и ресурса без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что диск рабочего колеса четвертой ступени вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с проточной частью, ротор с валом барабанно-дисковой конструкции и шлицевую трубу, согласно изобретению выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод с фронтальной и тыльной по ходу потока рабочего тела полками, разделенными по периметру обода кольцевым пазом для заведения хвостовиков лопаток рабочего колеса, и полотно, при этом фронтальная полка обода диска снабжена понизу кольцевым элементом с гребнями лабиринта для подвижного соединения с крышкой лабиринта на внутреннем кольце - обечайке лопаточного венца направляющего аппарата третьей ступени, а торец указанного кольцевого элемента диска выполнен под неразъемную стыковку с ответным кольцевым соединительным элементом - тыльной полкой полотна диска предшествующей третьей ступени, при этом полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, сужающимся от ступицы к ободу, а ступица выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна, нормальной к оси вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна в (5,5÷7,3) раза, при этом средний радиус диска от оси вала ротора до внешней поверхности обода в условной плоскости симметрии полотна составляет (0,54÷0,78) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, кроме того, внешняя поверхность обода диска выполнена с возможностью последующего образования осевого участка внутреннего контура проточной части КНД полками заводимых в кольцевой паз лопаток с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось вала ротора.

При этом полотно с тыльной стороны по ходу потока рабочего тела может быть снабжено кольцевым приливом для последующей калибровки толщины и длины участков дуги последнего при балансировке диска.

Кольцевой элемент с лабиринтом, отходящий от нижней части фронтальной полки обода диска в направлении навстречу потоку рабочего тела, может быть выполнен с углом наклона относительно оси вала ротора, практически повторяющим угол наклона образующей соответствующего кольцевого участка внутреннего контура проточной части.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков диска рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД ТРД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,4% при повышении ресурса диска в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен диск четвертой ступени вала ротора КНД, продольный разрез.

Турбореактивный двигатель содержит корпус 1 с проточной частью 2, ротор с валом барабанно-дисковой конструкции и шлицевую трубу. Диск рабочего колеса четвертой ступени вала ротора компрессора низкого давления ТРД выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 3 с центральным отверстием 4, обод 5 с фронтальной и тыльной по ходу потока рабочего тела полками 6 и 7 соответственно, разделенными по периметру обода 5 кольцевым пазом 8 для заведения хвостовиков лопаток рабочего колеса, и полотно 9.

Фронтальная полка 6 обода 5 диска снабжена понизу кольцевым элементом 10 с гребнями 11 лабиринта для подвижного соединения с крышкой лабиринта (на чертежах не показано) с истираемым покрытием внутреннего кольца - обечайке лопаточного венца направляющего аппарата третьей ступени. Торец 12 кольцевого элемента 10 диска выполнен под неразъемную стыковку с ответным кольцевым соединительным элементом - тыльной полкой полотна диска предшествующей третьей ступени.

Полотно 9 диска выполнено с переменным по высоте сечением, сужающимся от ступицы 3 к ободу 5. Ступица 3 выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна 8, нормальной к оси 13 вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части 14 полотна 8 в (5,5÷7,3) раза.

Средний радиус Rcp диска от оси 13 вала ротора до внешней поверхности 15 обода 5 в условной плоскости симметрии полотна 9 составляет (0,54÷0,78) от радиуса Rпр периферийного контура проточной части двигателя. Внешняя поверхность 15 обода 5 диска выполнена с возможностью последующего образования осевого участка внутреннего контура проточной части КНД полками заводимых в кольцевой паз 8 лопаток с осевой длиной, равной проекции образующей обода 5 на ось 13 вала ротора.

Полотно 9 с тыльной стороны по ходу потока рабочего тела снабжено кольцевым приливом 16 для последующей калибровки толщины и длины участков дуги последнего при балансировке диска.

Кольцевой элемент 10 с лабиринтом выполнен отходящим от нижней части фронтальной полки 6 обода 5 диска в направлении навстречу потоку рабочего тела и выполнен с углом наклона относительно оси 13 вала ротора, практически повторяющим угол наклона образующей соответствующего кольцевого участка внутреннего контура проточной части 2.

Диск последней ступени КНД ТРД изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 6, полотно 5 и обод 4. Профили полотна 5 и ступицы 6 формируют обтачиванием заготовки с последующей полировкой.

Изготовленный диск имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 32 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 290 мм; средняя толщина полотна - 5 мм; ширина обода - 57 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска -524 мм и 528 мм соответственно; угол наклона внешней поверхности обода диска - 2°.

На внешней стороне обода 5 диска расположен кольцевой паз 8 для крепления лопаток в количестве 38 штук. Паз 8 изготовлен точением. Паз 8 выполнен со следующими геометрическими параметрами: угол наклона контактных поверхностей с хвостовиком лопатки к донной плоскости паза составляет 35°; ширина основания паза - 50 мм.

При запуске турбореактивного двигателя диск последней ступени приводится во вращение крутящим моментом, передаваемым от ТНД, и включает в работу лопатки рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание рабочего тела в КНД. Одновременно диск воспринимает центробежные нагрузки.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД, а именно радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 5 с кольцевыми полками 6 и 7, принятого сочетания сужающего полотна 9 и осевой ширины ступицы 3, компенсирующей ослабление полотна 9 диска центральным отверстием 4. Выполнение ширины ступицы 3, превышающей толщину прикорневой части полотна 9 в (5,5÷7,3) раза, приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 4 в ступице 3 принят достаточным для свободного пропуска шлицевой трубы при монтаже и ремонтных операциях сборки компрессора.

Функциональное назначение диска четвертой ступени обеспечивать передачу механической энергии на лопатки рабочего колеса достигают при соблюдении условия, когда радиус Rcp диска от оси 13 вала ротора до внешней поверхности 15 обода 5 в средней плоскости полотна 9 составляет (0,54÷0,78) от радиуса Rпр периферийного контура проточной части 2 двигателя. Выход за указанный диапазон в область отношений (Rcp/Rпр)<0,54 приводит к неоправданному завышению материалоемкости лопаток рабочего колеса, перегруженности диска крутящим моментом от ТНД, рассогласованию с аэродинамической работой предыдущих ступеней и, как следствие, к снижению КПД компрессора, запасов ГДУ и ресурса диска. Выход за найденный в изобретении допустимый диапазон соотношений параметров (Rcp/Rпр)>0,78 недопустимо снизит площадь входного сечения проточной части и расход рабочего тела в зоне последней четвертой ступени компрессора при неоправданном повышении материалоемкости диска и, как следствие, приведет к снижению КПД, запасов ГДУ компрессора и ресурса диска, а также к дополнительному эксплуатационному расходу топлива и повышенному износу двигателя.

В кольцевом пазу имеется заводное отверстие прямоугольной формы для монтажа 38 лопаток (на чертежах не показано). При уменьшении числа лопаток нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Увеличение числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске четвертой ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом.

Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров диска рабочего колеса четвертой ступени достигают повышение КПД и увеличении запаса ГДУ на всех режимах работы компрессора при повышении ресурса диска рабочего колеса четвертой ступени КНД без увеличения материалоемкости диска.


ДИСК ЧЕТВЁРТОЙ СТУПЕНИ ВАЛА РОТОРА КОМПРЕССОРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ДИСК ЧЕТВЁРТОЙ СТУПЕНИ ВАЛА РОТОРА КОМПРЕССОРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 250 items.
10.01.2013
№216.012.196f

Выходное устройство турбины авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к элементам конструктивной связи между корпусом турбины авиационного газотурбинного двигателя и ее внутренними элементами, а именно к конструкции выходного устройства турбины. Выходное устройство турбины содержит полые профилированные стойки корпуса, размещенные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472003
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2078

Сопловой аппарат турбомашины с конвективно-пленочным охлаждением

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах. Сопловой аппарат турбомашины с конвективно-пленочным охлаждением содержит профили лопаток, соединенные полками, участок рассеивания, в виде углубления с внутренней стороны полок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473813
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.23ed

Выходное устройство турбины

Выходное устройство турбины содержит профилированные стойки корпуса, размещенные в проточной части за рабочим колесом последней ступени турбины. У стоек средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины. Средние линии входных участков профилей стоек повернуты к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474699
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.23f9

Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и система для его осуществления

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей. Способ регулирования, реализуемый системой регулирования, заключается в формировании расхода топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя при использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474711
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b93

Лопатка турбомашины

Изобретение относится к охлаждению осевой турбомашины и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части лопатки турбины высокого давления. Лопатка турбомашины содержит газодинамический профиль, ограниченный внешними выпуклой и вогнутой поверхностями, канал вдоль входной кромки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476682
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bc2

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя содержит диск с упорным выступом и соединительными элементами диска, лопатки с хвостовиком, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». Соединительные элементы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476729
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bc9

Подшипник скольжения с наноструктурным антифрикционным керамическим покрытием

Изобретение относится к подшипникам скольжения и может быть использовано в авиационной, газонефтедобывающей, автомобильной и других областях промышленности. Подшипник скольжения включает корпус и установленный на корпусе, по меньшей мере, один элемент скольжения, по меньшей мере, поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476736
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c3a

Способ контроля технического состояния и обслуживания двухроторного газотурбинного двигателя при его эксплуатации

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, к контролю технического состояния во время их эксплуатации для принятия решений по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В известном способе контроля технического состояния в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476849
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e58

Энергосберегающий подшипник скольжения

Изобретение относится к подшипникам скольжения и может быть использовано в авиакосмической, нефтедобывающей, нефтеперекачивающей, нефтеобрабатывающей и иных областях промышленности. Подшипник скольжения включает корпус и смонтированные на корпусе элементы скольжения, поверхности скольжения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477395
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.375d

Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины

Изобретение относится к охлаждению газотурбинного двигателя и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части и полок лопатки турбины высокого давления. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины содержит канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479726
Дата охранного документа: 20.04.2013
Showing 1-10 of 336 items.
10.01.2013
№216.012.196f

Выходное устройство турбины авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к элементам конструктивной связи между корпусом турбины авиационного газотурбинного двигателя и ее внутренними элементами, а именно к конструкции выходного устройства турбины. Выходное устройство турбины содержит полые профилированные стойки корпуса, размещенные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472003
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2078

Сопловой аппарат турбомашины с конвективно-пленочным охлаждением

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах. Сопловой аппарат турбомашины с конвективно-пленочным охлаждением содержит профили лопаток, соединенные полками, участок рассеивания, в виде углубления с внутренней стороны полок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473813
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.23ed

Выходное устройство турбины

Выходное устройство турбины содержит профилированные стойки корпуса, размещенные в проточной части за рабочим колесом последней ступени турбины. У стоек средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины. Средние линии входных участков профилей стоек повернуты к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474699
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.23f9

Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинного двигателя и система для его осуществления

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей. Способ регулирования, реализуемый системой регулирования, заключается в формировании расхода топлива через, по крайней мере, два дозатора в группы форсунок в зависимости от режима работы двигателя при использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474711
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b93

Лопатка турбомашины

Изобретение относится к охлаждению осевой турбомашины и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части лопатки турбины высокого давления. Лопатка турбомашины содержит газодинамический профиль, ограниченный внешними выпуклой и вогнутой поверхностями, канал вдоль входной кромки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476682
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bc2

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя содержит диск с упорным выступом и соединительными элементами диска, лопатки с хвостовиком, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». Соединительные элементы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476729
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bc9

Подшипник скольжения с наноструктурным антифрикционным керамическим покрытием

Изобретение относится к подшипникам скольжения и может быть использовано в авиационной, газонефтедобывающей, автомобильной и других областях промышленности. Подшипник скольжения включает корпус и установленный на корпусе, по меньшей мере, один элемент скольжения, по меньшей мере, поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476736
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c3a

Способ контроля технического состояния и обслуживания двухроторного газотурбинного двигателя при его эксплуатации

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, к контролю технического состояния во время их эксплуатации для принятия решений по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В известном способе контроля технического состояния в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476849
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.03.2013
№216.012.2e58

Энергосберегающий подшипник скольжения

Изобретение относится к подшипникам скольжения и может быть использовано в авиакосмической, нефтедобывающей, нефтеперекачивающей, нефтеобрабатывающей и иных областях промышленности. Подшипник скольжения включает корпус и смонтированные на корпусе элементы скольжения, поверхности скольжения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477395
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2013
№216.012.375d

Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины

Изобретение относится к охлаждению газотурбинного двигателя и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части и полок лопатки турбины высокого давления. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины содержит канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479726
Дата охранного документа: 20.04.2013
+ добавить свой РИД