РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE AXIAL COMPRESSOR WHEEL

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, применимо в области компрессоростроения и может быть использовано в рабочих колесах осевых компрессоров газотурбинных двигателей.
Как правило, лопатки осевых компрессоров крепятся к диску с помощью соединений типа ласточкин хвост. Проектирование подобных соединений предусматривает выполнение условия, чтобы опорные поверхности лопаток располагались в соединительном элементе диска в максимально совмещенном положении. Однако все соединительные элементы диска и лопатки должны быть выполнены с зазором, в том числе и в местах угловых сопряжений граней, чтобы позволить осуществить сборку элемента лопатки. Кроме того, места угловых сопряжений граней пазов диска являются концентраторами напряжений, которые обычно компенсируют частичным округлением граней пазов, а радиальные сопряжения на гранях хвостовиков лопаток для упрощения обработки выполняют в виде фаски по толщине хвостовиков лопатки, что при определенном ресурсе работы двигателя не вызывает их разрушения. Образующиеся при этом зазоры обеспечивают минимум перетекания воздуха или газа из области повышенного давления (за колесом) на вход по зазорам в замковом соединении. С повышением ресурса работы двигателя, выполненные округления уже не исключают разрушение граней, а увеличение радиуса округления приводит к недопустимым перетеканиям воздуха или газа из области повышенного давления.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащее диск с упорным выступом и пазами, выполненными по окружности диска и образованными опорной плоскостью диска и двумя боковыми контактными гранями, направленными по плоскостям, противоположно наклоненным относительно продольной плоскости диска, лопатки с хвостовиком, контур опорной плоскости и боковых контактных граней которого повторяет внутренний контур паза, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост».
8
/RU №2368814, МПК F04D 29/34, F01D 5/30, опубл. 2009/.
В известном рабочем колесе, за счет использования пластин закрывающих зазоры в местах соединения лопатки с диском, минимизированы расходы перетекающего газа. Однако колесо отличается сложностями в сборке и монтаже, характеризуется значительным увеличением веса, а наличие закладных элементов снижает надежность его работы, что не позволяет значимо увеличить рабочий ресурс колеса и сократить затраты на его производство и эксплуатацию.
Задача изобретения - разработать рабочее колесо осевого компрессора, обладающее свойствами, позволяющими увеличить его рабочий ресурс.
Ожидаемый технический результат - снижение веса колеса в сборке, сведение до минимума перетекания газа через зазоры в замковом соединении.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном рабочем колесе осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащем диск с упорным выступом и соединительными элементами диска, выполненными по окружности диска и образованными опорной плоскостью диска и двумя боковыми контактными гранями, направленными по плоскостям, противоположно наклоненным относительно продольной плоскости диска, лопатки с хвостовиком, контур опорной плоскости и боковых контактных граней которого повторяет внутренний контур соединительных элементов диска, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост», по предложению, угловые сопряжения опорной плоскости и боковых контактных граней соединительных элементов диска выполнены скругленными по радиусу, а на боковых контактных гранях хвостовиков лопаток выполнены фаски по хорде, меньшей радиуса округления, средство осевой фиксации лопаток выполнено в виде разрезного кольца и прорезей под разрезное кольцо в упорном выступе диска и хвостовике лопаток, разрезное кольцо установлено в прорези и образует замковое соединение, при этом величина радиуса округления и фаски выбраны из расчета предельной нормативной прочности, а средство для перекрытия зазоров выполнено в виде элемента, плотно прилегающего к диску со стороны расположения упорного выступа. Средство для перекрытия зазоров может быть выполнено в виде утолщений по фаске на боковых контактных гранях хвостовиков лопаток, утолщение скруглено по радиусу округления соединительном элементе диска и сопрягается с ним. Средство для перекрытия зазоров может быть выполнено в виде разрезного кольца с выступами, равномерно распределенными по внутренней стороне разрезного кольца, при этом выступы выполнены с возможностью перекрытия отверстий от зазоров по контуру соединений пазов диска и лопаток при установленном разрезном кольце в замковом соединении. В каждом выступе разрезного кольца могут быть выполнены отверстия.
Фиг.1 - рабочее колесо скомплектовано лопаткой с утолщением;
Фиг.2 - рабочая лопатка с утолщением;
Фиг.3 - рабочее колесо скомплектовано лопаткой с фаской;
Фиг.4 - рабочая лопатка с фаской;
Фиг.5 - разрезное кольцо.
Рабочее колесо осевого компрессора содержит диск 1 с упорным выступом 2, соединительный элемент диска 3, ограниченный опорной поверхностью 4 и боковыми контактными поверхностями 5, лопатку 6 с хвостовиком 7, повторяющим контуры соединительного элемента диска 3, разрезное кольцо 8. На хвостовике 7 лопатки 6 выполнена фаска 9 и прорезь 10 под разрезное кольцо 8. Хвостовик 7 лопатки на конце фаски 9 содержит утолщение 11, округление 12. Разрезное кольцо 8 может содержать выступы 13, равномерно расположенные по внутреннему периметру кольца 8. Выступы 13 могут содержать отверстия 14.
При сборке рабочего колеса утолщение 11 на фаске 9 хвостовика 7 сопрягается с округлением 12 соединительного элемента диска 3. Радиус округления устанавливают в соответствии с прочностным расчетом (например, для машин этого вида равным 2-8 мм), а размеры и углы фасок хвостовиков лопаток выбирают из условия обеспечения сборки рабочего колеса. Хвостовик 7 фиксируется от осевого перемещения в замковом соединении с помощью обычного (без выступов) разрезного кольца и прорезей в упорном выступе 2 и прорезей 10 в хвостовике 7. При отсутствии утолщения 11 на фаске 9 хвостовик 7 лопатки 6 фиксируется от осевого перемещения в замковом соединении с помощью разрезного кольца 8 с выступами 13. Количество выступов 13 равно количеству лопаток 6, а размеры выступов определяются габаритами рабочего колеса и в широкой их части перекрывают торец замка лопатки 6.
При вращении рабочего колеса осевого компрессора под действием центробежных сил утолщение 11 прижимается к округленной поверхности 12, препятствуя перетокам газа, при этом разрезное кольцо упирается в упорный выступ 2 и фиксирует лопатку 6 от осевого перемещения. При отсутствии утолщения 11 на фаске 9, под действием центробежных сил выступы 13 на разрезном кольце 8 прижимаются к торцу диска и перекрывают в замковом соединении отверстия между хвостовиком 7 лопатки и соединительным элементом диска 3. Одновременно кольцо 8 фиксирует лопатку 6 от осевого перемещения. Фиксацию кольца от вращения вокруг оси осуществляют любым известным средством.
Использование изобретения обеспечивает снижение веса колеса в сборке, сокращает до минимума перетекания газа через зазоры в замковом соединении, позволяет улучшить удельные параметры двигателя, повысить ресурс его работы.