ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

Полезная модель относится к компрессорам авиационных газотурбинных двигателей.
Компрессор является основным элементом авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).
Известны многоступенчатые радиальные компрессоры (патент США №5,490,760, патент США №4,579,509), которые включает проточную часть, где течет сжимаемый воздух, рабочие колеса с множеством лопаток, которые расположены в проточной части и способны вращаться с рабочим колесом вокруг оси приводного вала.
Известен двухступенчатый радиальный компрессор газотурбинного двигателя (ГТД), расположенный на одном валу с турбиной, которая приводит компрессор (патент США 4,993,220, 1991 г.).
Особенностью известных конструкций компрессора, состоящих из двух центробежных ступеней, является то, что оба центробежных колеса расположены на одном валу газогенератора ГТД.
Известен газотурбинный двигатель, например авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, содержащий компрессор, вал которого приводится во вращение валом турбины (заявка РФ №2007114108). Вал компрессора и вал турбины соединены устройством, в котором конец ведущего вала содержит прямолинейные шлицы и заходит в охватывающую часть ведомого вала, содержащего прямолинейные шлицы, соответствующие шлицам ведущего вала. Шлицевая зона ведомого вала содержит, по меньшей мере, одну цилиндрическую часть, обладающую большей гибкостью при кручении и находящуюся вблизи продольного конца шлицевой зоны. В более гибкой части шлицы ведомого вала и/или ведущего вала подвергают механической обработке таким образом, чтобы устранить любой контакт между ними при передаче крутящего момента.
Данное техническое решение направлено на соединение вала компрессора и вала турбины. Оно не касается соединения центробежных колес расположенных на одном валу газогенератора ГТД.
Двухступенчатый центробежный компрессор с одновальной компоновкой характерен сложными и трудоемкими работами по отстройке ротора от критических колебаний во всем диапазоне рабочих частот вращения, что вынуждает иногда частично оставлять зоны опасных частот вращения ротора газогенератора.
Кроме того, одновальная компоновка двухступенчатого центробежного компрессора требует трудоемких монтажных работ из-за установки упруго-демпферных колец в подшипниковых узлах вала, сложных в изготовлении и требующих подвода и отвода к ним масла. Сборка-разборка одновального центробежного компрессора при всей своей относительной простоте очень трудоемкая, что особенно затрудняет ремонтные работы.
В основу полезной модели положена задача улучшения отстройки ротора от критических колебаний на всем диапазоне рабочих частот вращения при снижении трудоемкости монтажных работ двухступенчатого центробежного компрессора.
Технический результат - вывод критических частот вращения на частоты вращения выше максимальной расчетной частоты вращения, снижение трудоемкости монтажа.
Поставленная задача решается тем, что двухступенчатый центробежный компрессор для газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного, содержит два рабочих центробежных колеса, каждое центробежное колесо установлено на собственном валу, один из которых является ведущим, а второй ведомым, концы валов - цапфы - опираются на подшипники и сцеплены соединительной рессорой, причем для сцепления и передачи крутящего момента от колеса второй ступени колесу первой ступени на переднем и заднем концах рессоры выполнены наружные шлицы и наружная кольцевая проточка, задняя цапфа вала центробежного колеса первой ступени и передняя цапфа вала центробежного колеса второй ступени содержат внутренние шлицы и внутреннюю кольцевую проточку, соответствующие наружным шлицам и наружной кольцевой проточке на концах рессоры, а наружные кольцевые проточки рессоры и внутренние проточки цапф валов заполнены шариками, которые под действием центробежных сил смещаются от оси компрессора и связывают цапфы валов с рессорой, образуя замковое соединение при работе, автоматически расцепляемое при останове. переднем и заднем концах рессоры выполнены наружные шлицы и наружная кольцевая проточка, задняя цапфа вала центробежного колеса первой ступени и передняя цапфа вала центробежного колеса второй ступени содержат внутренние шлицы и внутреннюю кольцевую проточку, соответствующие наружным шлицам и наружной кольцевой проточке на концах рессоры, а наружные кольцевые проточки рессоры и внутренние проточки цапф валов заполнены шариками, которые под действием центробежных сил смещаются от оси компрессора и связывают цапфы валов с рессорой, образуя замковое соединение при работе, автоматически расцепляемое при останове.
Полезная модель поясняется описанием и чертежом, где показан фрагмент двухступенчатого центробежного компрессора авиационного двигателя с узлом соединения двух вращающихся валов первого и второго центробежного колеса согласно полезной модели (принципиальная схема).
Двухступенчатый центробежный компрессор содержит два рабочих колеса - первое центробежное колесо 1 (1-ая ступень) и второе центробежное колесо 2 (2-я ступень), установленных в основном корпусе, образующем проточную часть, содержащую лопаточные венцы радиальных диффузоров.
Согласно полезной модели, центробежное колесо 1 установлено на собственном валу 3, а центробежное колесо 2 - на валу 4.
Каждый вал 3 и 4 на концах содержит цапфы - переднюю 10 и заднюю 11, на которые установлены опорные подшипники качения.
На передние цапфы 10 установлены роликовые подшипники качения - опорный роликоподшипник 6 на конце вала 3 и опорный роликоподшипник 8 на конце вала 4.
На задние цапфы 11 установлены радиально-упорные подшипники - радиально-упорный подшипник 5 на конце вала 3 и радиально-упорный подшипник 7 на конце вала 4.
Валы 3 и 4 соединены между собой специальной соединительной рессорой 9.
Для сцепления, валы 3 и 4 и соединительная рессора 9 содержат шлицы и проточки (на чертеже не показаны). На передней части рессоры 9 выполнены наружные шлицы и наружная кольцевая проточка, на задней части также - наружные шлицы и наружная кольцевая проточка, задняя цапфа 11 вала 3 центробежного колеса 1 первой ступени содержит внутренние шлицы и внутреннюю кольцевую проточку, соответствующие наружным шлицам и наружной кольцевой проточке рессоры 9 (передний конец), передняя цапфа 10 вала 4 центробежного колеса 2 второй ступени содержит внутренние шлицы и внутреннюю кольцевую проточку, соответствующие наружным шлицам и наружной кольцевой проточке на заднем конце рессоры 9.
Шлицевые соединения рессоры с центробежными колесами обеспечивают передачу крутящего момента от второго колеса к первому.
Внутренние кольцевые проточки цапф 10 и 11 центробежных колес 1 и 2 заполнены шариками (не показаны), связывающими заднюю цапфу 11 первого колеса 1 с передним концом рессоры 9 и заднего конца рессоры 9 с передней цапфой 10 второго колеса 2.
При работе центробежного компрессора поток воздуха входит в рабочее колесо вдоль оси двигателя, а в рабочем колесе происходит поворот потока в радиальном направлении. При вращении центробежных колес шарики в проточках рессоры и цапф под действием центробежных сил смещаются от оси компрессора, образуя замковое соединение рессоры с цапфами центробежных колес. Замковое шариковое соединение рессоры с центробежными колесами обеспечивает суммирование осевой силы колес и позволяет исключить необходимость постановки упруго-демпферных колец в подшипниковых узлах вала,
Замковое сцепление центробежных колес образуется и действует при работе центробежного компрессора. При останове компрессора центробежные колеса перестают вращаться, шарики смещаются в исходное положение к оси компрессора и замковое соединение автоматически расцепляется.
Полезная модель позволяет осуществить вывод критических частот вращения ротора на 20-25% выше максимальной расчетной частоты вращения компрессора без вышеуказанной постановки упруго-демпферных колец в подшипниковых узлах, сложных в изготовлении и требующих подвода и отвода к ним масла.
Таким образом, полезная модель обеспечивает вывод критических частот вращения на частоты вращения выше максимальной расчетной частоты вращения, не требует установки упруго-демпферных колец в подшипниковых узлах, то есть улучшает отстройку ротора от критических колебаний на всем диапазоне рабочих частот вращения при снижении трудоемкости монтажных работ двухступенчатого центробежного компрессора.
Полезная модель может быть использована в авиационных двигателях, а также в наземных энергетических установках, в специальных установках, перекачивающих газовые смеси в магистральных газопроводах, а также в двигателях для наземного и водного транспорта.