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 31-40 из 140.
20.12.2014
№216.013.111b

Установка для испытаний маслонасосов системы смазки авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установке для испытаний маслонасосов системы смазки авиационного газотурбинного двигателя. Установка дополнительно содержит изолированную сменную камеру с магистралью суфлирования, генератор воздушно-масляной сети, магистраль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535802
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.1861

Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к способу комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных авиационных и наземных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении. Вибродатчик устанавливают на вибровод, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537669
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.210d

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Упругодемпферная опора ротора турбомашины содержит подшипник, установленный на валу, статорный элемент. Статорный элемент содержит обечайку и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку. Последняя обечайка соединена со статорным элементом посредством разрезной втулки и образует с ним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539909
Дата охранного документа: 27.01.2015
20.02.2015
№216.013.27b6

Упругая опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругих опор роторов турбомашин. Упругая опора содержит установленный на валу подшипник, статорный элемент, обечайку, по меньшей мере, две спицы и кольцевой элемент с фланцем. Обечайка закреплена на наружном кольце...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541623
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2ba6

Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для регулирования положения направляющих аппаратов компрессора авиационного газотурбинного двигателя. Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542631
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bbf

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, а также регулировочную втулку и упорную гайку. Вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542656
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c29

Щеточное уплотнение

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточным уплотнениям, предназначенным для уплотнения ротора относительно статора. Техническим результатом является повышение износостойкости и надежности щеточного уплотнения. Щеточное уплотнение содержит кольцевой пучок щеток,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542773
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.3eb3

Приводной центробежный суфлер для высокотемпературного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к элементам систем газотурбинных двигателей и может быть использовано в качестве суфлера-сепаратора в маслосистемах авиационных высокотемпературных ГТД. В известном приводном центробежном суфлере, содержащем пристыкованный к КПА корпус с каналами подвода газомасляной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547539
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3eb4

Масляная система газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и касается устройства маслосистемы газотурбинного двигателя. В масляной системе, содержащей подключенную к масляным полостям опор ротора магистраль откачки масловоздушной эмульсии, сообщенную с маслобаком, и центробежный суфлер с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547540
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.415a

Центробежный суфлер

Центробежный суфлер относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции центробежного суфлера системы суфлирования авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Центробежный суфлер содержит ротор с установленной на нем центробежной крыльчаткой, размещенной в цилиндрической расточке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548228
Дата охранного документа: 20.04.2015
Показаны записи 31-40 из 153.
20.12.2014
№216.013.111b

Установка для испытаний маслонасосов системы смазки авиационного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установке для испытаний маслонасосов системы смазки авиационного газотурбинного двигателя. Установка дополнительно содержит изолированную сменную камеру с магистралью суфлирования, генератор воздушно-масляной сети, магистраль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535802
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.1861

Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к способу комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных авиационных и наземных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении. Вибродатчик устанавливают на вибровод, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537669
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.210d

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Упругодемпферная опора ротора турбомашины содержит подшипник, установленный на валу, статорный элемент. Статорный элемент содержит обечайку и закрепленную на наружном кольце подшипника обечайку. Последняя обечайка соединена со статорным элементом посредством разрезной втулки и образует с ним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539909
Дата охранного документа: 27.01.2015
20.02.2015
№216.013.27b6

Упругая опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругих опор роторов турбомашин. Упругая опора содержит установленный на валу подшипник, статорный элемент, обечайку, по меньшей мере, две спицы и кольцевой элемент с фланцем. Обечайка закреплена на наружном кольце...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541623
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2ba6

Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для регулирования положения направляющих аппаратов компрессора авиационного газотурбинного двигателя. Система управления положением направляющих аппаратов компрессора двухвального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542631
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bbf

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, а также регулировочную втулку и упорную гайку. Вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542656
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c29

Щеточное уплотнение

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к щеточным уплотнениям, предназначенным для уплотнения ротора относительно статора. Техническим результатом является повышение износостойкости и надежности щеточного уплотнения. Щеточное уплотнение содержит кольцевой пучок щеток,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542773
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.3eb3

Приводной центробежный суфлер для высокотемпературного газотурбинного двигателя

Изобретение относится к элементам систем газотурбинных двигателей и может быть использовано в качестве суфлера-сепаратора в маслосистемах авиационных высокотемпературных ГТД. В известном приводном центробежном суфлере, содержащем пристыкованный к КПА корпус с каналами подвода газомасляной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547539
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3eb4

Масляная система газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и касается устройства маслосистемы газотурбинного двигателя. В масляной системе, содержащей подключенную к масляным полостям опор ротора магистраль откачки масловоздушной эмульсии, сообщенную с маслобаком, и центробежный суфлер с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547540
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.415a

Центробежный суфлер

Центробежный суфлер относится к области авиадвигателестроения, а именно к конструкции центробежного суфлера системы суфлирования авиационного газотурбинного двигателя (ГТД). Центробежный суфлер содержит ротор с установленной на нем центробежной крыльчаткой, размещенной в цилиндрической расточке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548228
Дата охранного документа: 20.04.2015

Похожие РИД в системе