2573413 - Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты), вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Способ изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты), вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Вал ротора КНД ТРД выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию. Изготовление вала выполняют в три стадии. На первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опоры вала, диски и проставки. На второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции для последовательного их соединения с образованием вала ротора. Каждую секцию выполняют неразборной. В первую секцию монтируют, последовательно соединяя, цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и проставку. В состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу задней опоры вала ротора и проставку. Третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени. На третьей стадии монтажные секции последовательно соединяют через проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя проставку второй секции с третьей секцией. Диски всех ступеней изготавливают в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием. Обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности обода. Обод каждого диска снабжают пазами для лопаток ротора, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала. Количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска к диску от первой к третьей секции, в том числе, размещая продольные оси пазов в ободе диска с заявленными угловой частотой и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза. Технический результат группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, состоит в улучшении технологических параметров изготовления КНД, необходимых для повышения КПД и расширения запаса газодинамической устойчивости в полном диапазоне режимов работы компрессора на 2,2% при повышении ресурса вала ротора в 2 раза без увеличения материалоемкости компрессора. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Реферат

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления авиационных турбореактивных двигателей, в частности к способу изготовления вала ротора компрессора низкого давления.

Известен осевой компрессор двигателя, содержащий статор с лопатками спрямляющих аппаратов и ротор барабанно-дискового типа, включающий в себя отдельные рабочие колеса. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками, расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска в полотне второго диска. Кольцевой бурт второго диска образует трактовую барабанную оболочку, выполняя роль проставки между вторым и первым дисками каждой последующей рабочей ступени. На ободах дисков рабочих колес выполнены клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток (RU 2269678 С1, опубл. 10.02.2006).

Известен вал ротора компрессора низкого давления (КНД), включающий систему из четырех дисков, каждый из которых содержит обод для установки и приведения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления (ТНД) турбореактивного двигателя (ТРД) (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. М.: Наука, 2011, стр. 249-259, 313-317).

Известен способ изготовления вала ротора КНД ТРД, в котором соединения дисков компрессора между собой и с элементами конструкции ротора выполняют с помощью фланцевого соединения или торцевых шлиц. Вариантно при сборке ротора диски и цапфы стягивают либо одним центральным болтом, либо несколькими равномерно распределенными болтами или соединение дисков производят сваркой. Сварку выполняют по месту стыковки соединяемых дисков (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. М.: Наука, 2011, стр. 318-322).

К недостаткам известных решений относятся отсутствие системы выбора совокупности необходимых параметров дисков, образующих конфигурацию вала ротора и влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе диска пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия вала ротора барабанно-дисковой конструкции с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации дисков и угловой ориентации пазов в ободах дисков, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и как следствие сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса вала ротора при минимуме материалоемкости дисков и их соединений в конструкции вала.

Задача группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в вариантной разработке способа выполнения вала ротора КНД ТРД, а также собираемого этим способом вала ротора с дисками улучшенной аэродинамической конфигурации, пространственной жесткости узлов и элементов соединения дисков вала ротора, обеспечивающими получение формируемых дисками и проставками, вала, внутреннего контура и проходного сечения проточной части при одновременном улучшении технологических параметров изготовления КНД, необходимых для повышения КПД, газодинамической устойчивости и ресурса без увеличения материалоемкости компрессора.

Поставленная задача в части способа изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию, а изготовление вала выполняют в три стадии; на первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опоры вала, диски и цилиндрические проставки; на второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции, каждую из которых выполняют неразборной, при этом в первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и снабженную фланцем цилиндрическую проставку, в состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку, снабженную с противоположного торца фланцем, а третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени; на третьей стадии указанные монтажные секции последовательно разъемно соединяют через цилиндрические проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку второй секции с образующим третью секцию диском четвертой ступени; причем диски всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием, а обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности обода, и с градиентом G_1об конического расширения обода, который в процессе изготовления диска первой ступени принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени; при этом обод каждого диска снабжают пазами, предназначенными для лопаток ротора, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала, а количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска к диску от первой к третьей секции, в том числе, размещая продольные оси пазов в ободе диска первой ступени с угловой частотой Y=(4,8÷6,7) [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=(19÷25)°.

При этом в процессе механической обработки диска первой ступени с фронтальной стороны полотна могут вытачивать с доводкой до проектных размеров, располагая под ободом диска консольный кольцевой конический элемент для последующего соединения при сборке секции с конической диафрагмой цапфы передней опоры вала, при этом длину образующей указанного конического элемента могут выполнять не выходящей за фронтальный габарит передней полки диска, а упомянутое соединение конического кольцевого элемента диска и диафрагмы цапфы производят неразъемным; аналогично неразъемно могут соединять полками ободов диски первой и второй ступеней, также прикрепляют к тыльной полке диска второй ступени первую межсекционную кольцевую цилиндрическую проставку с фланцем, в котором в процессе изготовления выполняют (36÷44) отверстий для последующего разъемного соединения с полотном диска третьей ступени в составе второй секции на третьей завершающей стадии изготовления вала ротора.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен описанным выше способом.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, содержит для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабженного рабочими лопатками, три монтажные секции, две из которых первая и вторая выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель монтажная секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и цилиндрическую проставку, снабженную фланцем, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, снабженной фланцем, а третья монтажная секция состоит из диска четвертой ступени, причем каждый диск всех ступеней каждой из монтажных секций выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, при этом обод каждого диска снабжают пазами, предназначенными для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, причем продольная ось каждого из пазов диска первой ступени в составе первой монтажной секции образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=(17÷27)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад], при этом обод диска первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом радиального расширения G_1об, определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени.

В составе первой монтажной секции обод диска первой ступени асимметрично может быть соединен с полотном диска с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок, тыльная из которых превышает ширину фронтальной не менее чем в два раза, при этом радиус диска от оси вала ротора до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна диска составляет (0,32÷0,55) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя, а полотно с фронтальной стороны диска в зоне, примыкающей к ободу, снабжено расположенным под ним дополнительным коническим кольцевым элементом, который выполнен с углом наклона образующей к геометрической оси диска, превышающим угол наклона образующей внешней поверхности обода и принятым в диапазоне β=(52÷72)°, а также с возможностью силового соединения с внешней конической диафрагмой цапфы передней опоры и передачи через указанный конический элемент диска радиальных, осевых усилий на элементы опор ротора и крутящего момента на ротор от турбины низкого давления.

Конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций может быть выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск первой ступени в составе первой монтажной секции может быть выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до внешней поверхности обода не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя, а участки внешней поверхности между пазами обода дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД, кроме того, фронтальная полка обода диска первой ступени и тыльная полка второй ступени в составе первой монтажной секции снабжены в каждом пазу не менее чем одним сквозным отверстием, предназначенным для возможного пропуска фиксатора хвостовика лопатки и установки на ободе диска балансировочных грузов, при этом тыльная полка обода диска первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой обода входящего в первую секцию диска второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.

Поставленная задача в части способа изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по второму варианту решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков конструкцию, а изготовление вала выполняют в три стадии, на первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы передней и задней опоры вала, диски и кольцевые проставки, которые выполняют цилиндрическими; на второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции, каждую из которых выполняют неразборной, при этом в первую от входа в двигатель секцию монтируют, последовательно соединяя в направлении потока рабочего тела цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и снабженную фланцем цилиндрическую проставку, в состав второй секции включают диск третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют коническую диафрагму цапфы задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку, снабженную с противоположного торца фланцем, а третью секцию выполняют в виде диска четвертой ступени; на третьей стадии указанные монтажные секции последовательно соединяют через цилиндрические проставки и завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя выходную проставку второй монтажной секции с диском четвертой ступени, образующим третью секцию вала; причем диски всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно со ступицей, которую выполняют с центральным отверстием, а обод выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности обода, при этом обод каждого диска снабжают пазами, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала, причем количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска к диску и от первой секции к третьей, в том числе, размещая продольные оси пазов в ободе диска первой ступени с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=(19÷25)°, кроме того, в процессе изготовления диска первой ступени для первой монтажной секции обод выполняют с внешней поверхностью, вписанной в условную усеченную коническую поверхность, с наклоном образующей указанной поверхности в осевой плоскости вала ротора под углом φ=(17÷27)° к оси последнего.

При этом при изготовлении диска первой ступени первой монтажной секции вала обод диска могут выполнять вписанным внешней поверхностью в условную поверхность усеченного конуса, радиально возрастающего в направлении потока рабочего тела с градиентом конического расширения обода G_1,об, который принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода диска первой ступени в составе первой монтажной секции.

В процессе изготовления диска первой ступени для первой монтажной секции вала фронтальную полку обода в зоне каждого паза могут снабжать сквозным отверстием, обеспечивающим возможность последующей установки фиксатора хвостовика лопатки и балансировочных грузов.

Поставленная задача в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя по второму варианту решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков и изготовлен описанным выше способом.

Поставленная задача по второму варианту в части вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, решается тем, что вал ротора, согласно изобретению, содержит последовательно соединенные с образованием вала ротора, снабженного лопатками, три секции, две из которых первая и вторая выполнены неразборными, при этом первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу передней опоры вала ротора, диск первой ступени, диск второй ступени и цилиндрическую проставку, снабженную фланцем, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, снабженной фланцем, а третья выполнена состоящей из диска четвертой ступени, причем каждый диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием, при этом обод каждого из упомянутых дисков снабжен со стороны, обращенной к проточной части, системой расположенных под углом к оси вала ротора пазов для замкового соединения с лопатками ротора, кроме того, образующая внешней поверхности обода диска первой ступени в составе первой монтажной секции составляет с осью вала ротора в осевой плоскости последнего угол φ=(17÷27)°.

При этом продольная ось каждого из пазов диска первой ступени в составе первой монтажной секции может образовать с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=(19÷25)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад], при этом обод диска первой ступени в составе указанной монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом G_1об радиального расширения, определенным в диапазоне

Конфигурация поперечного сечения пазов обода каждого из дисков секций может быть выполнена по типу «ласточкин хвост», при этом диск первой ступени в составе первой монтажной секции может быть выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы до верхней поверхности обода не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя, а участки внешней поверхности между пазами обода дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД, кроме того, фронтальная полка обода диска первой ступени и тыльная полка второй ступени в составе первой монтажной секции снабжены в каждом пазу не менее чем одним сквозным отверстием, предназначенным для возможного пропуска фиксатора хвостовика лопатки и установки на ободе диска первой ступени балансировочных грузов, при этом тыльная полка обода диска первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой обода входящего в первую секцию диска второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.

Технический результат группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в улучшении технологических параметров изготовления КНД, необходимых для повышения КПД и расширении запаса газодинамической устойчивости в полном диапазоне режимов работы компрессора на 2,2% при повышении ресурса вала ротора в 2 раза без увеличения материалоемкости компрессора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен вал ротора компрессора низкого давления ТРД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент обода диска первой ступени вала ротора КНД, вид сбоку.

В способе изготовления вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков 1, 2, 3, 4 конструкцию. Изготовление вала выполняют в три стадии.

На первой стадии изготавливают сборочные единицы, включая цапфы 5 и 6 соответственно передней и задней опоры вала, диски 1, 2, 3, 4 и цилиндрические проставки 7, 8.

На второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции. Каждую монтажную секцию выполняют неразборной. В первую от входа в двигатель монтажную секцию монтируют, последовательно в направлении потока рабочего тела соединяя цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и снабженную фланцем 9 цилиндрическую проставку 7. В состав второй секции включают диск 3 третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют цапфу 6 задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку 8, снабженную с противоположного торца фланцем 10. Третью монтажную секцию выполняют в виде диска 5 четвертой ступени.

На третьей стадии монтажные секции последовательно соединяют через цилиндрические проставки 7, 8. Завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку 8 второй монтажной секции с образующим третью секцию диском 4 четвертой ступени.

Обод 11 диска 1 первой ступени выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна 12 диска 1, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности 15 обода 11, и с градиентом G_1об конического расширения обода 11, который принимают в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности 15 обода 11 диска 1 первой ступени, a B_1об - осевая ширина обода 11 диска 1 первой ступени в составе первой монтажной секции.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжают пазами 16, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала. Количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска 1 к диску 4 от первой к третьей секции. Продольные оси пазов 16 в ободе 11 диска 1 первой ступени размещают с угловой частотой Y=(4,8÷6,7) [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза 16, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=(19÷25)°.

В процессе механической обработки диска 1 первой ступени с фронтальной стороны полотна 12 вытачивают с доводкой до проектных размеров, располагая под ободом 11 диска 1 консольный кольцевой конический элемент 17 для последующего соединения при сборке секции с конической диафрагмой 18 цапфы 5 передней опоры вала. Длину образующей конического элемента 17 выполняют не выходящей за габарит фронтальный полки 19 диска 1. Соединение конического кольцевого элемента 17 диска 1 и диафрагмы 18 цапфы 5 производят электронно-лучевой сваркой. Аналогично неразъемно соединяют полками ободов 11 диски 1 и 2 соответственно первой и второй ступеней. Также на сварке прикрепляют к тыльной полке 20 диска 2 второй ступени первую межсекционную кольцевую цилиндрическую проставку 7 с фланцем 9. Во фланце 9 в процессе изготовления выполняют (36÷44) отверстий для последующего разъемного соединения на призонных болтах с полотном 12 диска 3 третьей ступени в составе второй секции на третьей завершающей стадии изготовления вала ротора.

Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков 1, 2, 3, 4 и изготовлен описанным выше способом.

Вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью, содержит для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабженного рабочими лопатками 21, три монтажные секции. Первая и вторая секции выполнены неразборными. Первая от входа в двигатель секция включает последовательно соединенные цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и цилиндрическую проставку 7, снабженную фланцем 9. Вторая секция включает диск 3 третьей ступени, сообщенный с цапфой 6 задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой 8, снабженной фланцем 10. Третья монтажная секция выполнена состоящей из диска 4 четвертой ступени.

Каждый диск 1, 2, 3, 4 всех ступеней каждой из монтажных секций выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12, усиленное ступицей 13, снабженной центральным отверстием 14.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжают пазами 16, предназначенными для рабочих лопаток 21 ротора, которые равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала. Продольная ось каждого из пазов 16 диска 1 первой ступени в составе первой монтажной секции образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=(17÷27)°. Пазы 16 равномерно разнесены по периметру диска 1 с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад]. Обод 11 диска 1 первой ступени выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом G_1об радиального расширения, определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности 15 обода 11 диска 1 первой ступени, а B_об - осевая ширина обода 11 диска 1 первой ступени.

В составе первой монтажной секции обод 11 диска 1 первой ступени асимметрично соединен с полотном 12 диска 1 с образованием разноплечих кольцевых конических наклонных полок. Тыльная полка 22 превышает ширину фронтальной полки 19 не менее чем в два раза. Радиус диска 1 от оси вала ротора до внешней поверхности 15 обода 11 в средней плоскости полотна 12 диска 1 составляет (0,32÷0,55) от радиуса периферийного контура проточной части двигателя. Полотно 12 с фронтальной стороны диска 1 в зоне, примыкающей к ободу 11, снабжено расположенным под ним дополнительным коническим кольцевым элементом 17. Конический элемент 17 выполнен с углом наклона образующей к геометрической оси диска 1, превышающим угол наклона образующей внешней поверхности 15 обода 11 и принятым в диапазоне β=(52÷72)°, а также с возможностью силового соединения с конической диафрагмой 18 цапфы 5 передней опоры вала и передачи через конический элемент 17 диска 1 радиальных, осевых усилий и крутящего момента на элементы передней опоры ротора.

Конфигурация поперечного сечения пазов 16 обода 11 каждого из дисков 1, 2, 3, 4 секций указанного комплекта выполнена по типу «ласточкин хвост». Диск 1 первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы 13 до внешней поверхности 15 обода 11 не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя. Участки внешней поверхности 15 между пазами 16 обода 11 дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД.

Тыльная полка 22 обода 11 диска 1 первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов 24 лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой 25 обода 11 входящего в первую монтажную секцию диска 2 второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.

В способе изготовления вала ротора компрессора низкого давления ТРД по второму варианту вал ротора выполняют барабанно-дисковым, собирая четырехступенчатую по числу дисков 1, 2, 3, 4 конструкцию. Изготовление вала выполняют в три стадии.

На первой стадии изготавливают сборочные единицы - цапфы 5 и 6 соответственно передней и задней опоры вала, диски 1, 2, 3, 4 и кольцевые цилиндрические проставки 7, 8.

На второй стадии сборочные единицы собирают в три монтажные секции. Каждую монтажную секцию выполняют неразборной. В первую от входа в двигатель монтажную секцию монтируют, соединяя последовательно в направлении потока рабочего тела цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и снабженную фланцем 9 цилиндрическую проставку 7. В состав второй монтажной секции включают диск 3 третьей ступени, к которому неразъемно присоединяют коническую диафрагму 26 цапфы 6 задней опоры вала ротора и цилиндрическую проставку 8, снабженную с противоположного торца фланцем 10. Третью монтажную секцию выполняют в виде диска 4 четвертой ступени.

На третьей стадии монтажные секции последовательно соединяют через цилиндрические проставки 7, 8. Завершают монтаж конструкции вала ротора, разъемно соединяя цилиндрическую проставку 8 второй монтажной секции с диском 4 четвертой ступени, образующим третью секцию вала.

Диски 1, 2, 3, 4 всех ступеней вала ротора КНД изготавливают из штампованных заготовок в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12 со ступицей 13, которую выполняют с центральным отверстием 14. Обод 11 выполняют вписанным в условную поверхность усеченного конуса, расширяющегося в направлении потока рабочего тела, с промежуточным радиусом в средней условной плоскости полотна 12 диска, равным проектному радиусу внутреннего контура проточной части двигателя в указанном сечении, считая от оси вала до внешней поверхности 15 обода 11.

Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжают пазами 16. Пазы 16 равномерно распределяют по периметру и выполняют наклонными к оси вала.

Количество и частоту размещения пазов увеличивают в направлении потока рабочего тела от диска 1 к диску 4 и от первой секции к третьей, размещая продольные оси пазов 16 в ободе 11 диска 1 первой ступени с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад] и наклоном к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза 16, под углом α, который принимают в диапазоне значений α=(19÷25)°.

В процессе изготовления диска 1 первой ступени для первой монтажной секции обод 11 выполняют с внешней поверхностью 15, вписанной в условную усеченную коническую поверхность с наклоном образующей указанной поверхности в осевой плоскости вала ротора под углом φ=(17÷27)° к оси последнего (на чертежах не показано).

При изготовлении диска 1 первой ступени первой монтажной секции вала обод 11 диска 1 выполняют вписанным внешней поверхностью в условную поверхность усеченного конуса, радиально возрастающего в направлении потока рабочего тела с градиентом G_1об конического расширения обода 11, который принимают в диапазоне

В процессе изготовления диска 1 первой ступени для первой монтажной секции вала фронтальную полку 19 обода 11 в зоне каждого паза 16 снабжают сквозным отверстием (на чертежах не показано), обеспечивающим возможность последующей установки фиксатора хвостовика лопатки и балансировочных грузов.

По второму варианту вал ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя выполнен барабанно-дисковым, четырехступенчатым по числу дисков 1, 2, 3, 4 и изготовлен описанным выше способом.

По второму варианту комплект монтажных секций вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, включающего корпус с проточной частью содержит для последовательного соединения с образованием вала ротора, снабжаемого рабочими лопатками 21, три монтажные секции. Первая и вторая секции выполнены неразборными. Первая от входа в двигатель монтажная секция включает последовательно соединенные цапфу 5 передней опоры вала ротора, диск 1 первой ступени, диск 2 второй ступени и цилиндрическую проставку 7, снабженную фланцем 9. Вторая монтажная секция включает диск 3 третьей ступени, сообщенный с цапфой 6 задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой 8, снабженной фланцем 10. Третья монтажная секция выполнена состоящей из диска 4 четвертой ступени.

Каждый диск 1, 2, 3, 4 выполнен в виде моноэлемента, включающего обод 11, переходящий в кольцевое полотно 12, усиленное ступицей 13, снабженной центральным отверстием 14. Обод 11 каждого диска 1, 2, 3, 4 снабжен со стороны, обращенной к проточной части, системой расположенных под углом к оси вала ротора пазов 16 для замкового соединения с лопатками 21 ротора. Образующая внешней поверхности 15 обода 11 диска 1 первой ступени в составе первой монтажной секции составляет с осью вала ротора в осевой плоскости последнего угол φ=(17÷27)°. Продольная ось каждого из пазов 16 диска 1 первой ступени в составе первой монтажной секции образует с осью ротора в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиусу, проведенному через центральную точку оси паза, угол α, определенный в диапазоне значений α=(19÷25)°. Пазы 16 равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y=(4,78÷6,69) [ед/рад].

Обод 11 диска 1 первой ступени в составе указанной монтажной секции выполнен с возрастающим от входа к выходу из секции радиусом с градиентом G_1об радиального расширения, определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы внешней поверхности обода диска первой ступени, а B_об - осевая ширина обода первой ступени диска в составе первой монтажной секции.

Конфигурация поперечного сечения пазов 16 обода 11 предпочтительно каждого из дисков 1, 2, 3, 4 секций указанного комплекта выполнена по типу «ласточкин хвост». Диск 1 первой ступени в составе первой монтажной секции выполнен с радиальным расстоянием от нижней точки ступицы 13 до верхней поверхности 15 обода 11 не менее чем в 1,6 раза меньшим пролонгированного радиального расстояния в свету между внутренним и периферийным контурами просвета проточной части двигателя.

Участки внешней поверхности 15 между пазами 16 обода 11 дисков всех секций выполнены образующими внутреннюю поверхность проточной части двигателя в зоне расположения дисков указанных секций вала ротора КНД.

Фронтальная полка 19 обода 11 диска 1 первой ступени и тыльная полка 20 диска 2 второй ступени в составе первой монтажной секции снабжены в каждом пазу 16 не менее чем одним сквозным отверстием (на чертежах не показано), предназначенным для возможного пропуска фиксатора хвостовика 23 рабочей лопатки 21 и установки на ободе 11 диска 1 балансировочных грузов. Тыльная полка 22 обода 11 диска 1 первой ступени развита на ширину, достаточную для размещения в указанной полке элементов 24 лабиринтного уплотнения и обеспечения контакта с ответной фронтальной полкой 25 обода 11 входящего в первую монтажную секцию диска 2 второй ступени с возможностью силового соединения с последней и передачи крутящего момента от турбины низкого давления ТРД.

Изготовление вала ротора КНД ТРД производят в три стадии.

На первой стадии из

Патент 2573413