Результат интеллектуальной деятельности: КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, рабочие лопатки которого установлены на дисках с помощью осевых замковых соединений типа "ласточкин хвост", а спрямляющие лопатки закреплены в статоре неразъемным соединением с помощью сварки [1].

Недостатком такой конструкции является низкая ремонтопригодность статора, так как спрямляющие лопатки закреплены на статоре сваркой.

Наиболее близким к заявляемому по конструкции является компрессор газотурбинного двигателя, в котором рабочие и направляющие лопатки установлены соответственно на дисках и в кольцах направляющих аппаратов с помощью осевых замковых соединений типа "ласточкин хвост" [2].

Недостатком такой конструкции является увеличенный вес замковых соединений и компрессора в целом, пониженный кпд из-за увеличенных утечек воздуха по замковым соединениям и пониженная надежность из-за повышенных напряжений в замковых соединениях рабочих лопаток в зоне выхода осевого замка на торец обода диска.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и кпд за счет снижения уровня напряжений в зоне концентраторов, снижения веса дисков и паразитных утечек воздуха.

Данная задача решается за счет того, что в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем ротор и статор с установленными в них рабочими и направляющими лопатками с помощью осевых замковых соединений типа "ласточкин хвост", согласно изобретению со стороны подошвы замка лопатки выполнена выборка шириной l и глубиной h, боковые стороны которой параллельны торцам замка, причем Н/h=2,5...12; L/n=2,5...7 и L/l=1,4...2, где
Н - радиальная высота замка лопатки;
L - осевая длина замка лопатки;
n - расстояние от торца замка до выборки вдоль оси компрессора.

Заявляемая конструкция позволяет снизить уровень напряжений на ободе диска в зоне выхода паза замка на торец обода диска путем выполнения выборки со стороны подошвы замка лопатки. Это связано с тем, что выборка местно уменьшает радиальную жесткость замка, и под действием центробежных сил от пера лопатки часть замка с пониженной жесткостью упруго деформируется в большей степени, чем части замка, прилегающие к входной и выходной кромкам. По этой причине в центральной части замка, преимущественно по оси симметрии полотна диска, контактные напряжения в замковом соединении повышены, а в зоне входной и выходной кромок рабочих лопаток, т.е. в зоне выхода паза типа "ласточкин хвост" на торец обода диска контактные напряжения понижены, что повышает надежность конструкции, т.к. предотвращает образование трещин в зоне размещения концентраторов напряжений, которыми являются острые кромки в месте выхода паза на торец обода диска.

При работе двигателя между входной и выходной кромками рабочей лопатки существует перепад давления, за счет которого воздух перетекает по зазорам в замковом соединении в направлении, обратном течению воздуха в проточной части компрессора. В этом случае выборка в замке лопатки работает как полость внезапного расширения, в которой перетекающий воздух расширяется и потому тормозится, теряя свою энергию, тем самым уменьшая величину утечек в замковых соединениях.

В направляющих лопатках выборки служат для размещения части резьбового хвостовика болта крепления направляющего аппарата. Донышко выборки является местом клеймения лопаток.

Кроме того, заявляемая конструкция позволяет снизить вес компрессора за счет облегчения замков и, соответственно, дисков компрессора.

При выполнении отношения Н/h меньше 2,5 будет излишне ослабляться замок, что снизит надежность лопаток.

В случае, когда Н/h>12 возрастут утечки через замковое соединение и увеличится вес компрессора.

Увеличение веса компрессора и возрастание утечек по замкам будет наблюдаться в случае, если L/n<2,5, а при L/n>7 будет излишне ослаблен замок лопатки, что снизит его надежность, что также вероятно при L/l<1,4.

При L/l>2 возрастают вес компрессора и напряжения в зоне выхода паза замка на торец обода диска.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг.1 показан продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя. На фиг. 2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.3 показано сечение А-А на фиг.2.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2, на шлицевом валу 3 которого установлены диски 4 с рабочими лопатками 5 и статора 6, в корпусе 7 которого с помощью болтов 8 закреплены кольца направляющих аппаратов 9 с направляющими лопатками 10.

Рабочие лопатки 5 и направляющие лопатки 10 установлены соответственно в дисках 4 и в кольцах направляющих аппаратов 9 с помощью замкового соединения типа "ласточкин хвост" 11, состоящего из замка 12, 13, рабочей 5 или направляющей 10 лопатки и паза 14, 15 в дисках 4 или в кольцах направляющих аппаратов 9.

Пазы 14, 15 в диске 4 выполнены преимущественно вдоль оси компрессора 1 или под острым углом к ней.

Диск 4 состоит из полотна 16 и обода 17; между торцами 18 и 19 ободов 17 соседних дисков установлены рабочие кольца 20, по которым работают направляющие лопатки 10.

В замках 12 и 13 типа "ласточкин хвост" рабочих 5 и направляющих 10 лопаток, со стороны подошвы замка 21, выполнены выборки 22 и 23 соответственно, осевой длиной l, глубиной h и расстоянием n от торца 24, замка 12, 13 лопатки, причем боковые поверхности 25 выборок 22 и 23 параллельны торцам 24 замков лопаток 5, 10.

В выборках 23 направляющих лопаток 10 частично размещены резьбовые хвостовики 26 болтов 8, а на поверхности 27 донышка выборок 22, 23 наносится клеймение лопаток 5, 10.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе компрессора 1 сжатый воздух за счет перепада давлений между входной и выходной кромками рабочих 5 и направляющих 10 лопаток стремится перетекать по зазорам в замковых соединениях 11, вызывая тем самым снижение кпд компрессора 1.

Снижению паразитных утечек воздуха способствуют выборки 23, 22, выполненные со стороны подошвы замков 12 и 13 лопаток 5 и 10 и работающие как полости внезапного расширения с последующим торможением потока перетекающего воздуха.

Одновременно повышается прочность рабочих дисков 4 из-за снижения веса замков 12 рабочих лопаток 5, а также из-за перераспределения напряжений в замковом соединении 11 рабочей лопатки 5 с диском 4 по длине паза 14, в результате чего снижается уровень напряжений в зоне концентраторов, т.е. в зоне выхода паза 14 на торцы 18, 19 ободов 17 дисков 4.

Источники информации
1. Г.С.Скубачевский. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей, М., "Машиностроение", 1981, стр. 19, рис. 3.40.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30, Москва, Машиностроение, 1971 г., стр. 19, рис. 6.