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 91-100 из 140.
10.04.2016
№216.015.2cd5

Радиальный роликовый подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роликовым подшипникам качения. Радиальный роликовый подшипник качения содержит безбортовое наружное кольцо (1), внутренняя поверхность которого образует цилиндрическую дорожку качения, двухбортовое внутреннее кольцо (2), между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579373
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b95

Способ эксплуатации газотурбинного двигателя в наземных установках

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок. Перед запуском двигателя в нагнетающую магистраль подают масло через дополнительный маслонасос и дополнительную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583490
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3bf8

Газожидкостный сепаратор

Изобретение относится к созданию оборудования для разделения многофазных смесей, в частности к сепараторам газ/жидкость, действие которых основано на разности плотностей фаз. Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус с патрубком подачи газожидкостной смеси, внутренний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583268
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3d0c

Способ эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния систем управления авиационными газотурбинными двигателями. Способ безопасной эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя включает сравнение фактического значения параметра технического состояния элементов конструкции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583318
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.06.2016
№216.015.484b

Способ исследования динамических свойств вращающегося ротора

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам снижения вибраций турбомашин, и может быть использовано в авиационных газотурбинных двигателях, испытательных стендах, роторы которых оборудованы упругими опорами. Способ включает установку ротора на нелинейную и жесткую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585800
Дата охранного документа: 10.06.2016
12.01.2017
№217.015.592c

Приводной осевой центробежный суфлер

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и касается элементов системы суфлирования авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Перед опорным подшипником установлен через радиальное отверстие в валу стопор в виде цилиндрического штифта так, что выступающие за пределы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588307
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.59a0

Маслобак авиационного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к маслобаку системы смазки авиационного двигателя, устанавливаемого на сверхзвуковые маневренные самолеты. Суфлирующая магистраль с заборником в нижней части корпуса выполнена отдельно от блока суфлирующих магистралей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588324
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.663a

Роторная машина объемного типа

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для привода потребителей механической энергии. Роторная машина объемного типа содержит корпус 1 с профильным элементом 2, выполненным в виде выступа, пустотелое колесо-разделитель 6 с отверстием под элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592361
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6687

Двухседельный поплавковый клапан

Изобретение относится к двухседельному поплавковому клапану и предназначено для автоматизации процесса заправки баков рабочими жидкостями в конструкции масляного либо топливного бака при предполетной подготовке летательного аппарата. Двухседельный поплавковый клапан содержит корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592359
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6b4c

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя

Изобретение относится к способам регулирования турбореактивного двигателя в зависимости от целей полета самолета, в частности обеспечения максимальной продолжительности и дальности полета. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя включает управление суммарным расходом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592562
Дата охранного документа: 27.07.2016
Показаны записи 91-100 из 153.
10.04.2016
№216.015.2cd5

Радиальный роликовый подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роликовым подшипникам качения. Радиальный роликовый подшипник качения содержит безбортовое наружное кольцо (1), внутренняя поверхность которого образует цилиндрическую дорожку качения, двухбортовое внутреннее кольцо (2), между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579373
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.05.2016
№216.015.3b95

Способ эксплуатации газотурбинного двигателя в наземных установках

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок. Перед запуском двигателя в нагнетающую магистраль подают масло через дополнительный маслонасос и дополнительную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583490
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3bf8

Газожидкостный сепаратор

Изобретение относится к созданию оборудования для разделения многофазных смесей, в частности к сепараторам газ/жидкость, действие которых основано на разности плотностей фаз. Газожидкостный сепаратор содержит вертикальный цилиндрический корпус с патрубком подачи газожидкостной смеси, внутренний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583268
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3d0c

Способ эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния систем управления авиационными газотурбинными двигателями. Способ безопасной эксплуатации авиационного газотурбинного двигателя включает сравнение фактического значения параметра технического состояния элементов конструкции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583318
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.06.2016
№216.015.484b

Способ исследования динамических свойств вращающегося ротора

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам снижения вибраций турбомашин, и может быть использовано в авиационных газотурбинных двигателях, испытательных стендах, роторы которых оборудованы упругими опорами. Способ включает установку ротора на нелинейную и жесткую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585800
Дата охранного документа: 10.06.2016
12.01.2017
№217.015.592c

Приводной осевой центробежный суфлер

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и касается элементов системы суфлирования авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Перед опорным подшипником установлен через радиальное отверстие в валу стопор в виде цилиндрического штифта так, что выступающие за пределы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588307
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.59a0

Маслобак авиационного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности к маслобаку системы смазки авиационного двигателя, устанавливаемого на сверхзвуковые маневренные самолеты. Суфлирующая магистраль с заборником в нижней части корпуса выполнена отдельно от блока суфлирующих магистралей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588324
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.663a

Роторная машина объемного типа

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для привода потребителей механической энергии. Роторная машина объемного типа содержит корпус 1 с профильным элементом 2, выполненным в виде выступа, пустотелое колесо-разделитель 6 с отверстием под элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592361
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6687

Двухседельный поплавковый клапан

Изобретение относится к двухседельному поплавковому клапану и предназначено для автоматизации процесса заправки баков рабочими жидкостями в конструкции масляного либо топливного бака при предполетной подготовке летательного аппарата. Двухседельный поплавковый клапан содержит корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592359
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6b4c

Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя

Изобретение относится к способам регулирования турбореактивного двигателя в зависимости от целей полета самолета, в частности обеспечения максимальной продолжительности и дальности полета. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя включает управление суммарным расходом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592562
Дата охранного документа: 27.07.2016

Похожие РИД в системе