Результат интеллектуальной деятельности: РОТОР ТУРБОКОМПРЕССОРА

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в газотурбинных двигателях и газотурбинных установках, преимущественно малоразмерных.

Известны роторы центростремительного и центробежного компрессоров многоступенчатой компрессорной установки (заявка Франции №2294345, F 04 D, заявл. 13.12.74 г.), каждый из которых содержит рабочее колесо с радиальным движением потока, неподвижно закрепленное на валу.

Такой ротор имеет жесткую конструкцию, так как диски выполнены в виде сплошного полотна от границы проточной части до центрального отверстия.

Также известен ротор турбокомпрессора (патент США 3546880, кл. F 02 C 7/04, заявл. 4.08.69 г.), содержащий вал и неподвижно установленное на валу рабочее колесо. Движение потока в этом колесе может быть радиальным или осерадиальным. Рабочее колесо включает диск с полотном и ободом, имеющим различные диаметры на входе и выходе, причем со стороны меньшего диаметра обод имеет консольную часть.

При наличии консольной части обода конструкция ротора становится менее жесткой и имеет большую вероятность возникновения вынужденных колебаний, снижающих его динамическую прочность. Для предупреждения возникновения этих колебаний полотно диска изготавливают сплошным, что увеличивает массу ротора.

Технической задачей, на которую направлено изобретение, является увеличение жесткости ротора при снижении его массы.

Поставленная задача решается тем, что ротор турбокомпрессора, преимущественно малоразмерного двигателя, содержит вал и рабочее колесо с радиальным или осерадиальным движением потока, неподвижно установленное на валу. Рабочее колесо включает диск с полотном и ободом, имеющим различные диаметры на входе и выходе, причем со стороны меньшего диаметра обод имеет консольную часть.

Новым в изобретении является то, что увеличение жесткости ротора достигается установкой на валу ротора конической втулки с расширяющейся в сторону диска частью. Втулка со стороны, обращенной к диску, снабжена цилиндрической юбкой, неподвижно соединенной с диском между ободом и валом.

Для снижения массы ротора в консольной части обода выполнена выемка, образованная поверхностью, плавно переходящей в поверхность полотна диска, а в цилиндрической юбке выполнены отверстия.

На прилагаемых чертежах изображен предлагаемый ротор.

Фиг.1 - ротор с радиальным движением потока с установленной на валу конической втулкой;

фиг.2 - ротор с выемкой, выполненной в ободе рабочего колеса;

фиг.3 - ротор с осерадиальным движением потока в рабочем колесе с установленной на валу конической втулкой, снабженной юбкой;

фиг.4 - ротор с установленной на валу втулкой с юбкой, в которой выполнены отверстия.

Ротор турбокомпрессора содержит вал 1 и рабочее колесо с радиальным или осерадиальным движением потока, неподвижно установленное на валу 1. Рабочее колесо включает диск с полотном 2 и ободом 3, имеющим различные диаметры на входе и выходе. Диаметр 4 обода 3 на входе в колесо меньше, чем его диаметр 5 на выходе из колеса (фиг.3) Со стороны диаметра 4 обод 3 имеет консольную часть 6.

На валу 1 установлена коническая втулка 7 с расширяющейся частью, неподвижно соединенной с консольной частью 6 обода 3, например, сваркой 8.

Рабочее колесо установлено на валу 1 с упором в торец 9 вала 1 и поджато к нему гайкой 10.

Коническая втулка 7 снабжена цилиндрической юбкой 11 (фиг.3), расположенной со стороны, обращенной к диску. Юбка 11 неподвижно соединена с диском между ободом 3 и валом, например, пайкой. В юбке 11 выполнены отверстия 12 (фиг.4).

В консольной части 6 обода 3 выполнена выемка 13. Выемка 13 образована конической поверхностью 14, расширяющейся в сторону диска и плавно переходящей в поверхность полотна 2 диска.

Жесткое соединение консольной части 6 обода 3 с установленной на валу 1 конической втулкой 7 способствует тому, что при вращении ротора центробежные силы масс лопаток 15 рабочего колеса воспринимаются не только диском, но и конической втулкой 7. Изгибные напряжения в диске от аэродинамических сил, действующих на лопатки 15, от перепада давлений на рабочем колесе и от инерционных сил будут также восприниматься не только полотном 2 диска, но и конической втулкой 7.

При наличии конической втулки 7 рабочее колесо ротора в меридиональном сечении приобретает коробчатую форму, при этом повышается поперечная жесткость ротора. Повышение жесткости позволяет выполнить в ободе 3 диска выемку 13 или сделать тоньше полотно 2 диска, что снижает массу ротора. Кроме того, повышение жесткости ротора позволяет увеличить критическое число его оборотов.

В случае, когда коническая втулка 7 снабжена юбкой 11, неподвижно соединенной с диском между валом 1 и ободом 3, рабочее колесо ротора превращается в барабанно-дисковую конструкцию замкнутого типа. В такой конструкции центробежные силы масс рабочих лопаток 15 воспринимаются диском и конической втулкой 7, а осевое усилие от затяжки гайки 10 воспринимается в основном цилиндрической юбкой 11. Благодаря этому консольную часть 6 обода 3 можно выполнить меньшей толщины, что приведет к снижению центробежной силы от массы обода, нагружающей диск рабочего колеса и коническую втулку 7, и как следствие, к снижению массы ротора.

Неподвижное соединение юбки 11 с диском позволяет выполнить юбку 11 минимальной толщины, т.к. юбку можно рассматривать как цилиндрическую оболочку с жестко заделанными концами, нагруженную осевой силой от затяжки гайки 10 и центробежными силами масс оболочки. Критическая сила, при которой происходит потеря устойчивости оболочки, при этом больше, по сравнению с вариантом, где конец оболочки не имел бы неподвижного соединения с диском. Выполнение отверстий 12 в юбке 11 способствует снижению ее массы.

Все вышеперечисленное позволяет увеличить жесткость ротора, снизить его массу и инерционность. Снижение инерционности ротора приводит к уменьшению времени запуска малоразмерных авиационных турбореактивных двигателей.