13.01.2017
217.015.6e24

БАРАБАН РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины выполнен в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси с одним и более венцами, со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности, при этом барабан выполнен из металломатричного композита с перекрестной укладкой армирующих волокон, а средства для крепления хвостовиков лопаток выполнены в виде корневых элементов под сварку по форме профиля лопатки, при этом на внутренней поверхности барабана из композита выполнены наплывы, фланцы или цапфы с закладными элементами под сварку, причем наплывы расположены под корневыми элементами. Металломатричный композит сформирован сплавлением одной части намотанных, по меньшей мере, под одним углом и другой части из «свалянных» волокон из SiC, заключенных в матрицу из титанового сплава. Изобретение обеспечивает снижение массы, повышение надежности, прочности ободной части барабана, а также повышение технологичности изготовления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации, в частности к конструкции барабана, образующего ротор компрессора осевого типа, в котором используется один барабан для установки нескольких венцов лопаток различных ступеней.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату является барабан ротора турбомашины, выполненный в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси, с одним и более венцами со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности (RU №2314437, МПК F04D 29/28, опубл. 10.01.2008 г.).

Недостатками конструкции барабана являются большой вес материала барабана, высокая стоимость изготовления конструкции из-за наличия большого количества операций при обработке лопаток в составе ротора, недостаточная технологичность конструкции, обусловленная необходимостью изготовления каждого рабочего колеса из цельной металлической заготовки с крайне низким коэффициентом использования материала, наличие большого количества разнообразных операций по обработке лопаток в составе рабочего колеса, недостаточная ремонтопригодность конструкции, обусловленная невозможностью замены лопаток в рабочем колесе при их повреждении.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании барабана, позволяющего устранить описанные выше недостатки.

Ожидаемый технический результат - снижение массы, повышение технологичности изготовления конструкции, повышение надежности, повышение прочности ободной части барабана, повышение ремонтопригодности.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что барабан ротора турбомашины, выполненный в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси, с одним и более венцами со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности, согласно изобретению выполнен из металломатричного композита с перекрестной укладкой армирующих волокон, а средства для крепления хвостовиков лопаток выполнены в виде корневых элементов под сварку по форме профиля лопатки, при этом на внутренней поверхности барабана из композита выполнены наплывы, фланцы или цапфы с закладными элементами под сварку, причем наплывы расположены под корневыми элементами. Металломатричный композит может быть сформирован сплавлением одной части намотанных, по меньшей мере, под одним углом и другой части из «свалянных» волокон из SiC, заключенных в матрицу из титанового сплава.

Согласно изобретению барабан в качестве композитного материала содержит металломатричный композит в виде сплава, армированного неметаллическими волокнами с перекрестной их укладкой. В сущности, настоящее изобретение предлагает использование композитного материала, содержащего волокна и матрицу из сплава, для изготовления барабана, при этом композитный материал играет роль элемента, воспринимающего нагрузки от центробежных сил, действующих на барабан, а также нагрузки, создаваемые воздействием центробежных сил на лопатки. Одновременно композит формирует проточную часть барабана и является основой для крепления стыковочных элементов (фланцев и т.д.). Используемые волокна предпочтительно являются длинными наматываемыми волокнами, которые придают композитному элементу высокую механическую прочность на растяжение, что при их намотке в форме барабана обеспечивает повышенную (по сравнению с материалом барабана) прочность на воздействие центробежных сил, в особенности жесткость. Предпочтительно использование карбид-кремниевых волокон. Однако возможно также использование волокон из других материалов, таких как бор (в виде карбида бора или карбонитрида бора), карбида титана, карбонитрида титана и оксида алюминия. Данные материалы значительно более легкие, что приводит к существенному снижению массы конструкции.

Другой особенностью изобретения является то, что средства для крепления хвостовика лопатки на барабане выполнены в виде корневого элемента под сварку по форме профиля лопатки, что позволяет уменьшить необходимые размеры ступиц «дисков» (вплоть до вырождения ступиц), что обусловлено меньшей нагрузкой на барабан от центробежных сил за счет снижения массы лопаток и ободной части и повышения прочности его ободной части.

Металломатричный композит формируют по всей наружной поверхности тела вращения слоем с толщиной, не превышающей высоту корневого элемента, что обеспечивает прочностные свойства барабана. При этом толщина слоя покрытия не должна превышать высоту корневого элемента, формирующего поверхность под сварку пера лопатки, что обеспечивает повышение технологичности конструкции, минимизирует размеры заготовок рабочих лопаток, существенно снижает объем механической обработки и сохраняет возможность замены отдельных лопаток.

Металломатричный композит с перекрестной укладкой армирующих волокон может изготавливаться по различным технологиям. Например, методом послойной намотки волокон и засыпкой порошкообразным сплавом после каждого слоя и последующего сплавления сплава с образованием металлокомпозита. В качестве сплава могут использоваться сплавы на основе титана, никеля, алюминия.

Предпочтительно металломатричный композит на корпусе может быть сформирован из одной части намотанных, по меньшей мере, под одним углом и другой части из «свалянных» волокон из SiC, заключенных в матрицу из титанового сплава с их последующим сплавлением. Выполнение в металломатричном композите слоя из «свалянных» волокон позволяет исключить возникновение в композите направленных очагов деформации.

Изобретение поясняется чертежами

Фиг.1 - барабан ротора турбомашины;

Фиг.2 - узлы А и Б барабана.

Барабан ротора турбомашины представляет собой корпус 1, сваренный из моноколес до стадии приварки лопаток к сформированному на диске корневому элементу лопатки 2. Для обеспечения прочности конструкции периферийная часть барабана формируется из металломатричного композита 3 с перекрестной укладкой армирующих волокон 4, еще до приварки лопаток. Со стороны проточной части поверхность далее не обрабатывается, лопатки привариваются к выступающим над слоем металломатричного композита корневым элементам.

При работе корпус 1 барабана и металломатричный композит 3 с перекрестной укладкой армирующих волокон подвергаются воздействию центробежной силы вследствие его вращения. Ориентированная наружу результирующая радиальная центробежная сила, которая складывается из центробежных усилий, создаваемых в корпусе 1 и в композите 3, компенсируется за счет работы на растяжение волокон металломатричного композита.

Применение изобретения позволяет существенно снизить массу конструкции за счет применения легкого и прочного металломатричного композитного материала, дополнительно уменьшить массу конструкции уменьшением необходимого размера ступиц «дисков» (вплоть до вырождения ступиц), обусловленного меньшей нагрузкой на барабан от центробежных сил за счет снижения массы и повышения прочности его ободной части, повысить технологичность конструкции, что обеспечивается возможностью полной автоматизации изготовления барабана ротора, минимизации размеров заготовок рабочих лопаток и существенного снижения объемов механической обработки лопаток из-за отсутствия замковой части, повысить надежность конструкции, что обеспечивается более высокими прочностными свойствами металломатричного композитного материала по сравнению с однородным металлом, и повысить ремонтопригодность конструкции, что обеспечивается возможностью замены отдельных лопаток срезкой их по месту приварки и последующей приваркой новой лопатки без разборки ротора.


БАРАБАН РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
БАРАБАН РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
БАРАБАН РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 140.
20.04.2013
№216.012.37ba

Защитная маскирующая система для летательного аппарата, подвергающегося радиолокационному облучению

Изобретение относится к средствам защиты и маскирования объектов от систем радиолокационного облучения и опознавания, захвата, автоматического сопровождения и целеуказания, работающих в радиолокационном диапазоне электромагнитного спектра. Защитная маскирующая система для летательного аппарата,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479819
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.40c3

Радиопоглощающий материал

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу. Радиопоглощающий материал состоит из полимерного связующего, наполнителя в виде смеси порошкообразного феррита и карбонильного железа с диаметром частиц сферической формы 10-50 мкм и смеси фуллеренов С-60 и С-70. Радиопоглощающий материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482149
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.04.2014
№216.012.b411

Способ определения температуры газа перед турбиной на форсажном режиме турбореактивного двигателя

Изобретение относится к авиации и предназначено для определения температуры газа при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей на форсажных режимах. Техническим результатом, объективно достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение точности определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511814
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8de

Способ оценки изменений технического состояния газотурбинного двигателя и определения мест и причин неисправностей в процессе эксплуатации

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, а именно к контролю технического состояния во время их испытаний и эксплуатации для принятия решения по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В качестве дополнительного параметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513054
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.04.2014
№216.012.be93

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514527
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.05.2014
№216.012.bfad

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514818
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.bfaf

Ротор газотурбинного двигателя

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, энергетических установках паро- и гидротурбинах. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514820
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c730

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя содержит неподвижный и подвижный корпусы, а также экраны, жестко прикрепленные к их внутренней поверхности с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха. Экран подвижного корпуса установлен между подвижным и неподвижным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516751
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c733

Шестеренчатый насос

Изобретение относится к гидравлическим машинам, используемым в области авиадвигателестроения, в частности к насосам с вращающимися во взаимном зацеплении элементами. Шестеренчатый насос содержит корпус 1 со съемными торцевыми крышками 2, ось 3 с осевым отверстием, приводной вал 4, по меньшей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516754
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.cede

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518729
Дата охранного документа: 10.06.2014
Показаны записи 1-10 из 153.
20.04.2013
№216.012.37ba

Защитная маскирующая система для летательного аппарата, подвергающегося радиолокационному облучению

Изобретение относится к средствам защиты и маскирования объектов от систем радиолокационного облучения и опознавания, захвата, автоматического сопровождения и целеуказания, работающих в радиолокационном диапазоне электромагнитного спектра. Защитная маскирующая система для летательного аппарата,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479819
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.40c3

Радиопоглощающий материал

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу. Радиопоглощающий материал состоит из полимерного связующего, наполнителя в виде смеси порошкообразного феррита и карбонильного железа с диаметром частиц сферической формы 10-50 мкм и смеси фуллеренов С-60 и С-70. Радиопоглощающий материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482149
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.04.2014
№216.012.b411

Способ определения температуры газа перед турбиной на форсажном режиме турбореактивного двигателя

Изобретение относится к авиации и предназначено для определения температуры газа при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей на форсажных режимах. Техническим результатом, объективно достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение точности определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511814
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8de

Способ оценки изменений технического состояния газотурбинного двигателя и определения мест и причин неисправностей в процессе эксплуатации

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, а именно к контролю технического состояния во время их испытаний и эксплуатации для принятия решения по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В качестве дополнительного параметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513054
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.04.2014
№216.012.be93

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514527
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.05.2014
№216.012.bfad

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514818
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.bfaf

Ротор газотурбинного двигателя

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, энергетических установках паро- и гидротурбинах. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514820
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c730

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя содержит неподвижный и подвижный корпусы, а также экраны, жестко прикрепленные к их внутренней поверхности с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха. Экран подвижного корпуса установлен между подвижным и неподвижным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516751
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c733

Шестеренчатый насос

Изобретение относится к гидравлическим машинам, используемым в области авиадвигателестроения, в частности к насосам с вращающимися во взаимном зацеплении элементами. Шестеренчатый насос содержит корпус 1 со съемными торцевыми крышками 2, ось 3 с осевым отверстием, приводной вал 4, по меньшей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516754
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.cede

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518729
Дата охранного документа: 10.06.2014

Похожие РИД в системе