УСТРОЙСТВО ОТБОРА ВОЗДУХА В РОТОРЕ КОМПРЕССОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к роторам компрессоров высокого давления турбореактивных двигателей.

Известен ротор компрессора газотурбинного двигателя, в котором трубы отбора воздуха выполнены двойными с креплением к специальному фланцу (патент US №5275534, МПК F01D 11/00 F01D 5/06, F02C 7/18, публ. 04.01.1994). Недостатком известной конструкции является малая длина труб отбора, сложность фланцевого соединения, наличие стопорного кольца.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является ротор компрессора газотурбинного двигателя (патент RU №2386864, МПК F04D 29/32, публ. 20.04.2010), принятый за прототип, содержащий переднее и заднее рабочие колеса, устройство отбора охлаждающего воздуха внутри ротора, состоящее из пазов отбора воздуха, труб отбора воздуха для направления охлаждающего воздуха в турбину, при этом трубы отбора воздуха выполнены с выступами, верхним и нижним скосами, на переднем рабочем колесе и заднем рабочем колесе расположены упорные бурты, трубы отбора воздуха установлены в радиальном направлении по упорным буртам, пазы отбора воздуха выполнены над трубами отбора воздуха из тракта.

Недостатками известной конструкции, принятой за прототип, являются низкая эффективность устройства отбора воздуха вследствие повышенных потерь давления воздуха при повороте потока через пазы для забора воздуха в стыке ободов колес над трубами отбора воздуха из тракта, а также наличие концентраторов напряжений в отверстиях под установку труб отбора в верхнем и нижнем выступах диска и низкая технологичность его изготовления из-за необходимости выполнения данных выступов для крепления труб отбора.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается только при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является низкая эффективность работы устройства отбора воздуха вследствие повышенных потерь давления воздуха при повороте потока через пазы отбора воздуха над трубами отбора воздуха из тракта.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы устройства отбора воздуха в роторе компрессора турбореактивного двигателя за счет уменьшения потерь давления воздуха, необходимого для охлаждения турбины.

Техническая проблема решается тем, что в устройстве отбора воздуха в роторе компрессора турбореактивного двигателя, состоящем из пазов для отбора воздуха, труб отбора воздуха для направления охлаждающего воздуха в турбину, при этом трубы отбора воздуха выполнены с выступами, с верхним и нижним скосами, на переднем рабочем колесе и заднем рабочем колесе расположены упорные бурты, трубы отбора воздуха установлены в радиальном направлении по упорным буртам, пазы для отбора воздуха выполнены над трубами отбора воздуха из тракта, согласно изобретению, пазы отбора воздуха выполнены во фланце заднего рабочего колеса прямоугольными со скруглениями в углах, с соотношением длины L паза к ширине Е паза, равным 2…2,5, и под углом α между осью паза и осью двигателя и под углом β между осью паза и осью трубы отбора воздуха с соотношением угла α к углу β, равным 1…2, трубы отбора воздуха исполнены с верхним и нижним скосами, выполненными соответственно под углами γ и δ относительно оси двигателя и равными 30°…60°, трубы отбора воздуха установлены в верхнее и нижнее отверстия фигурного кольца, фигурное кольцо расположено на выступах труб отбора воздуха между упорными буртами переднего и заднего рабочего колеса.

В предлагаемом изобретении, в отличии от прототипа, использование прямоугольных пазов отбора воздуха со скруглениями в углах с соотношением длины L паза к ширине Е паза, равным 2…2,5, расположенных под углом α между осью паза и осью двигателя и под углом β между осью паза и осью трубы отбора воздуха с соотношением угла α к углу β, равным 1…2, труб отбора воздуха с верхним и нижним скосами, выполненными соответственно под углами γ и δ относительно оси двигателя и равными 30°…60° и фигурного кольца для крепления труб отбора воздуха в роторе компрессора позволяет повысить эффективность работы устройства отбора воздуха в роторе компрессора высокого давления за счет уменьшения потерь давления воздуха, отбираемого в роторе компрессора для охлаждения турбины, а также исключить концентраторы напряжений в дисках ротора от размещения устройства отбора воздуха.

Уменьшение соотношения длины L паза к ширине Е паза менее 2 приводит к повышению скорости потока в пазах и увеличению потерь давления воздуха в устройстве отбора воздуха. Увеличение соотношения длины L паза к ширине Е паза более 2,5 приводит к снижению циклической долговечности диска в местах выполнения пазов для отбора воздуха.

Изменение соотношения угла α к углу β и диапазона 30°…60° углов γ и δ на меньшую или большую величину приводит к ухудшению затекания потока воздуха в устройстве отбора и ухудшению параметров отбираемого воздуха по расходу, температуре и давлению.

В предлагаемом изобретении, в отличии от прототипа, фигурное кольцо для крепления труб отбора воздуха в роторе компрессора позволяет исключить концентраторы напряжений в диске и повысить технологичность его изготовления.

Соотношение площадей проходных сечений пазов и труб отбора воздуха выбраны из условия обеспечения заданных параметров отбора воздуха с минимальными потерями.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ротора компрессора высокого давления турбореактивного двигателя.

На фиг. 2 изображено устройство отбора воздуха в увеличенном виде.

На фиг. 3 изображен паз отбора воздуха.

На фиг. 4 изображен паз отбора воздуха.

На фиг. 5 изображено фигурное кольцо (вид снизу).

На фиг. 6 изображено фигурное кольцо (вид сверху).

В ротор компрессора (без позиции) входят заднее рабочее колесо 2, имеющее спрофилированные под угол выхода из переднего рабочего колеса 1 пазы 9 отбора воздуха из тракта, фигурное кольцо 10, трубы отбора воздуха 11, переднее рабочее колесо 3, лабиринт за компрессором высокого давления 4 и труба 8. Трубы отбора воздуха 11 установлены в радиальном направлении относительно оси двигателя (компрессора). Фигурное кольцо 10 устанавливается между упорным буртом 12 переднего рабочего колеса 1 и упорным буртом 13 заднего рабочего колеса 2 с осевым и радиальным натягом. Трубы отбора воздуха 11 установлены по упорным буртам 12 и 13 с помощью фигурного кольца 10. Трубы отбора воздуха 11 устанавливаются с натягом в фигурное кольцо 10 и фиксируются в радиальном перемещении выступом 14 на трубах отбора воздуха. Трубы отбора воздуха 11 расположены в одной плоскости с пазами 9 отбора воздуха из тракта. Трубы отбора воздуха 11 имеют скосы на верхнем конце 15 для приема воздуха, забираемого из тракта компрессора, а на нижнем конце 16 для направления воздуха между ступицами 5, 6, 7 рабочих колес 2, 3 и лабиринта за компрессором высокого давления 4 и трубой 8 в турбину. Выполнение пазов 9 отбора воздуха прямоугольной формы со скруглениями 17 в углах и расположением под углом α между осью паза и осью двигателя и под углом β между осью паза и осью трубы отбора воздуха 11, а также исполнение труб отбора воздуха 11 с верхним и нижним скосами, выполненными соответственно под углами γ и δ относительно оси двигателя и равными 30°…60° уменьшает потери давления воздуха, отбираемого в роторе компрессора для охлаждения турбины, что повышает эффективность работы устройства отбора воздуха.

Соотношение длины L паза к ширине Е паза в диапазоне 2…2,5 и соотношение угла α между осью паза и осью двигателя и угла β между осью паза и осью трубы отбора воздуха в диапазоне 1…2, а также углы γ и δ между верхним и нижним скосами труб отбора и осью двигателя, находящиеся в диапазоне 30°…60°, подобраны из условия обеспечения необходимых параметров воздуха для охлаждения турбины с максимальной эффективностью работы устройства отбора воздуха.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя воздух отбирается из тракта компрессора (без позиции) через пазы отбора воздуха 9 и направляется сначала в верхний скос 15 труб отбора 11 и затем по трубам 11 в нижний скос 16 и далее под ступицами 5, 6, 7 рабочих колес 2, 3 и лабиринта за компрессором высокого давления 4 и трубой 8 для организации полости отбора в ротор в сторону турбины для ее охлаждения.

Устройство отбора воздуха в роторе компрессора высокого давления заявляемой конструкции по результатам успешных испытаний в составе опытного газогенератора внедрено в конструкцию базового компрессора высокого давления газотурбинного двигателя.

Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет повысить эффективность работы устройства отбора воздуха за счет уменьшения потерь давления воздуха, отбираемого в роторе компрессора высокого давления турбореактивного двигателя для охлаждения турбины.