РОТОР БАРАБАННОГО ТИПА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к турбомашиностроению и может быть использована в осевых компрессорах газотурбинных двигателей.
Известен, выбранный в качестве прототипа, ротор барабанного типа осевого компрессора (патент РФ № 2553839), содержащий металлический барабан с разнесенными по его длине кольцевыми рядами пазов на наружной поверхности, рабочие лопатки, установленные своими хвостовиками в пазах барабана, и силовые кольца из композиционного материала, размещенные вокруг наружной поверхности барабана. В указанном роторе, лопатки выполнены с нижней полкой пера и ножкой, расположенной между полкой и хвостовиком с поперечным разделением верхней поверхности хвостовика на две части. Пазы и установленные в них хвостовики вытянуты вдоль наружной поверхности барабана и выполнены в форме прямой призмы, имеющей расширяющееся в сторону ножки продольное сечение. Лопатка снабжена поперечной перегородкой. Полотно перегородки плотно прилегает к полотну ножки и нижней полке пера и может быть выполнено за одно целое с ними, при этом ширина перегородки больше ширины ножки и равна по верху перегородки ширине нижней полки пера. Композитные силовые кольца установлены с предварительным натягом на верхние поверхности хвостовиков, по меньшей мере, по одному на каждый кольцевой ряд верхних поверхностей хвостовиков.
Недостатком указанного ротора является ограниченная прочность и, как следствие, низкий ресурс ротора. Причиной этих недостатков является неравномерное распределение контактной нагрузки от центробежных сил по поверхности композитного силового кольца и соприкасающегося с ним хвостовика лопатки, возникающее при вращении ротора. Неравномерность распределения контактной нагрузки является следствием формы контактной поверхности, образованной чередованием участков цилиндрической поверхности барабана и плоских участков верхних поверхностей хвостовиков, выполненных в форме прямой призмы и вставленных в пазы барабана. При этом ребра хвостовика, ориентированные вдоль оси барабана, контактирующие с композитными силовыми кольцами, являются концентраторами напряжений в хвостовике и силовом кольце, что при высоких скоростях вращения ротора ведет к зарождению микротрещин в силовом кольце и в хвостовике, в участках, примыкающих к ребрам, и, в конечном счете, приводит к разрушению хвостовика с отрывом лопатки, либо к разрушению силового кольца и потерям лопаток всего венца.
Указанная неравномерность распределения нагрузки обусловливает снижение прочности ротора и его ресурса, а также накладывает ограничение на увеличение окружных скоростей ротора.
Задачей полезной модели является увеличение ресурса ротора осевого компрессора барабанного типа и обеспечение возможности увеличения окружных скоростей ротора.
Поставленная задача решается изменением формы хвостовиков лопаток и формы пазов, что приводит к более равномерному распределению нагрузки, возникающей от центробежных сил, по всей контактной поверхности хвостовика лопатки с композитным силовым кольцом.
В роторе барабанного типа осевого компрессора, содержащем металлический барабан с разнесенными по его длине кольцевыми рядами пазов на наружной поверхности и рабочие лопатки, рабочие лопатки выполнены с нижней полкой пера и ножкой. Ножка расположена между полкой и хвостовиком и разделяет верхнюю поверхность хвостовика поперек его длинной стороны на две части. Лопатки установлены хвостовиками в пазы барабана. На верхних поверхностях хвостовиков и барабана, находятся силовые кольца из композиционного материала, установленные с предварительным натягом, по меньшей мере, по одному, на каждый кольцевой ряд. Пазы и вставленные в них хвостовики выполнены в форме усеченного клина, обращенного широкой частью к ножке лопатки. Поверхности хвостовиков, обращенные к ножке и контактирующие с композитным силовым кольцом, выполнены в виде фрагмента цилиндрической поверхности. Радиус цилиндрической поверхности хвостовика, обращенной к ножке равен радиусу внешней поверхности барабана, сопряженной с ней. Ребра пазов и ребра хвостовиков, контактирующие с композитным силовым кольцом, ориентированные вдоль оси ротора, выполнены с округлением с радиусом от 0,6 мм до 1,8 мм.
В результате при работе осевого компрессора, нагрузки, возникающие во вращающемся роторе, как в барабане, так и в хвостовиках лопаток, контактирующих с композитными силовыми кольцами, и в самих силовых кольцах создают напряжения, распределенные существенно более равномерно по поверхности и в объеме. Ребра хвостовика ориентированные вдоль оси барабана более не являются концентраторами напряжений в хвостовиках и силовых кольцах.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении ресурса ротора осевого компрессора барабанного типа и в обеспечении возможности увеличения окружных скоростей ротора.