РАБОЧЕЕ КОЛЕСО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее, к конструкции рабочих колес компрессоров газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного.
Известно рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала, содержащее рабочие лопатки, прикрепленные своими опорными элементами соответственно к радиально расположенным друг относительно друга поддерживающим элементам. Рабочие лопатки выполнены профилированными, за одно целое с ножкой, соединяющей перо и опорные элементы лопатки. Поддерживающий элемент представляет собой кольцо (пат. РФ 2239100, кл. F04D 29/26).
Недостаток аналога заключается в том, что при работе двигателя в силовых кольцах, удерживающих лопатки, возникают значительные по величине окружные напряжения, требующие увеличения поперечного сечения и веса силовых колец.
Известно рабочее колесо компрессора, содержащее отдельные сектора из слоистого композиционного материала на полимерной основе, объединенные в рабочее колесо, по меньшей мере, четырьмя несущими силовыми кольцами из композиционного материала, причем каждый сектор включает одну рабочую лопатку, хвостовая часть которой выполнена в виде ножки с криволинейной геометрией, определяемой полками, разделенными пазами, размещенными по высоте ножки, под соответствующие силовые кольца, размещенные в этих пазах (пат. РФ 2382910, кл. F04D 29/26).
Недостаток аналога заключается в том, что при работе двигателя в силовых кольцах, удерживающих отдельные сектора с лопатками, возникают значительные по величине окружные напряжения, зависящие от количества секторов или лопаток. Напряжения оказывают негативное влияние на ресурс рабочего колеса и массу конструкции.
Задачей полезной модели является увеличение ресурса рабочего колеса осевого или центробежного компрессора за счет исключения окружных напряжений, испытываемых силовыми кольцами в процессе работы и снижение массы рабочего колеса за счет исключения полотна и ступицы и сниженной массы силовых элементов.
Поставленная задача решается тем, что в рабочем колесе осевого или центробежного компрессора, содержащем поддерживающие элементы в форме опорных колец, связанных поперечными вставками, рабочие лопатки, установленные своими хвостовиками в пазах опорных колец, силовые элементы из композиционного материала, установленные так, что каждый из них попарно связывает противоположные лопатки. Лопатки выполнены с нижней полкой пера и ножкой, расположенной между полкой и хвостовиком с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика, по меньшей мере, на две части, при этом силовые элементы установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков, на каждый кольцевой ряд частей верхних поверхностей хвостовиков.
В предлагаемой полезной модели хвостовики лопаток передают центробежные силы, главным образом радиальные, непосредственно на силовые элементы. Таким образом, на четыре жгута силовых элементов приходится вся центробежная сила, создаваемая лопаткой.
Установка силовых элементов с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков способствует компенсации центробежных сил, создаваемых рабочими лопатками, сохранению геометрических параметров рабочего колеса, гарантирует надежность закрепления хвостовиков в пазах опорных колец.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение ресурса рабочего колеса компрессора и снижение его массы.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлены:
Рабочее колесо осевого или центробежного компрессора содержит поддерживающие элементы в форме опорных колец 1, связанных поперечными радиальными вставками 2, обеспечивающими жесткость опорных колец, рабочие лопатки 3, установленные своими хвостовиками в пазах опорных колец 1, и силовые элементы из композиционного материала 4, каждый из которых попарно связывает противоположные лопатки. Лопатки выполнены с нижней полкой пера 5 и ножкой 6, расположенной между полкой и хвостовиком 7 с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика на две части при этом силовые элементы 4 установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков, по одному, по меньшей мере, на каждый кольцевой ряд частей верхних поверхностей хвостовиков. Кольцами 8 силовые элементы 4 прижаты к шлицевой втулке 9 и опорным кольцам 1, за счет чего дополнительно передают часть вращательного момента от втулки 9 через силовые элементы 1 на хвостовики 7, как спицы на велосипедном колесе. Пазы на наружной поверхности опорных колец 1, закрепленных на втулке 9, передают к рабочим лопаткам 3 основную долю вращательного момента. Хвостовики 7 лопаток 3 передают только центробежные силы, главным образом радиальные, непосредственно на силовые элементы 4. Таким образом, на четыре линии жгутов силовых элементов приходится вся центробежная сила, созданная лопаткой 3.
Установка силовых элементов 4 с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков 7 способствует в рабочих условиях компенсации центробежных сил, создаваемых рабочими лопатками 3, радиальными вставками 2 и опорными кольцами 1, и сохранению геометрических параметров рабочего колеса.
Силовые элементы 4 формируются намоткой на кольцевой ряд верхних поверхностей хвостовика 7 натянутой нити из длинных волокон кремния или схожего по физическим свойствам материала, заключенных в матрицу из эпоксидной смолы или схожей по составу смолы с последующей термической обработкой. Возможно выполнение силовых элементов из волокон карбидов с металлической матрицей для высокотемпературных ступеней компрессора или турбины.
В условиях работы компрессора центробежная сила, создаваемая лопаткой 3, нижней полкой пера 5, ножкой 6, хвостовиком 7, опорными кольцами 1, воспринимается силовыми элементами 4 из композиционного материала, каждый из которых попарно связывает противоположные лопатки.