Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления (КНД) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, которое состоит из лопаток, имеющих профилированное перо и хвостовик, а также дисков, имеющих обод, полотно и ступицу. Каждое рабочее колесо снабжено двумя дисками. Оба диска соединены между собой с помощью кольцевого бурта первого диска и посадочного пояска с отверстиями в полотне второго диска. Хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости на ее внутренней стороне. Полки имеют на переднем и заднем торцах по потоку клиновидные кольцевые выступы. На ободах дисков рабочих колес выполнены ответные 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).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, содержащее диск, лопатки с хвостовиком, средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». 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. Величина радиуса округления и фаски выбраны из расчета предельной нормативной прочности (RU 2476729 С1, опубл. 27.02.2013).

Известно рабочее колесо осевого компрессора, которое состоит из диска компрессора с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Лопатки на диске установлены под углом к потоку рабочего тела (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. Москва. Наука 2011. стр. 257-263).

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска, влияющих на площадь проходного сечения проточной части и размещение на ободе пазов и лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса третьей ступени ротора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой ориентации упомянутых пазов в ободе диска, 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 при минимуме материалоемкости.

Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке рабочего колеса ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (ТРД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела -воздуха, КПД третьей ступени, подачи воздушного потока в последующую ступень КНД при повышении запасов ГДУ на всех режимах работы двигателя и ресурса без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению, содержит диск и лопаточный венец, при этом диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу, выполненную с центральным отверстием и снабженную в нижней части с тыльной стороны диска по ходу потока рабочего тела кольцевым коническим силовым элементом с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки, равными ответным параметрам конической диафрагмы цапфы задней опоры вала, кроме того, диск включает обод с фронтальной и тыльной полками по ходу потока рабочего тела, наделенный пазами для заведения лопаток рабочего колеса, и полотно, снабженное в верхней части расположенными под ободом с двух сторон кольцевыми полками с гребнями лабиринта, выполненными для неразъемного соединения с ответными контактными элементами смежных ступеней вала, а лопатки рабочего колеса содержат каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками; при этом полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу, а ступица выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна, нормальной к оси вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна в (3,5÷5,0) раза, причем внешняя поверхность обода диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось вала ротора, и с радиусом, минимально возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела, кроме того, пазы для заведения хвостовиков лопаток равномерно разнесены по периметру обода диска с угловой частотой Y_п=(7,3÷10,4) [ед/рад] и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, при этом подошва каждого паза расположена в плоскости, параллельной оси вала ротора, а продольная ось подошвы паза образует с осью вала ротора в проекции на указанную плоскость угол α установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(18÷26)°, при этом входная и выходная кромки пера выполнены расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_ср=(6,9÷9,9)·10^-2 [м/м],

где L_п.х - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

При этом пазы в ободе диска могут быть выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки по типу «ласточкин хвост», а базовые поверхности боковых граней паза выполнены встречно наклонными одна к другой с образованием углов β между боковой гранью и подошвой паза, равным β=(63÷78)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

Фронтальная полка обода диска может быть выполнена с кольцевым выступом в верхней части полки, снабженным понизу прерывистой кольцевой канавкой, выполненной в теле выступа на участках между пазами для хвостовиков глубиной, достаточной для заведения разрезного контровочного кольца в нижнюю часть высоты хвостовика лопатки, причем не менее чем на одном участке между пазами в створе канавки в зоне выступа в полке обода диска выполнены одно или два последовательных радиальных отверстия соответственно для фиксации стопорным элементом и демонтажа контровочного кольца.

Кольцевой конический силовой элемент ступицы может быть выполнен с углом γ наклона образующей к оси вала ротора, составляющим γ=(42÷57)°.

Перо лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом при этом максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_у.т., равным

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_ср=(1,4÷2,1)·10^-2 [м/м],

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; С_п - тоже, периферийного сечения; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

В верхней части полотна диска не менее чем под одной из наклонных полок обода может быть выполнен кольцевой прилив для последующей прерывистой калибровки толщины и длины участков последнего при монтажной балансировке диска.

Кольцевые полки, расположенные под ободом диска, могут быть выполнены отходящими от полотна в верхней части последнего с углом наклона относительно оси вала ротора, практически повторяющим угол наклона образующей соответствующего кольцевого участка внутреннего контура проточной части и снабжены гребнями лабиринта.

Каждая лопатка может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, с контактными торцами, которые выполнены под углом (23÷29)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера, а хвостовик лопатки снабжен канавкой для фиксации лопатки в диске от смещения хвостовика вдоль оси паза разрезным контровочным кольцом.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

Поставленная задача в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, согласно изобретению, содержит диск и лопаточный венец, (в описании: имеющем решетку профилей пера с фронтальной линией), число лопаток в котором принято от 49 до 65 лопаток, при этом диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу, выполненную с центральным отверстием и снабженную в нижней части с тыльной стороны диска по ходу потока рабочего тела кольцевым коническим силовым элементом с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки, равными ответным параметрам конической диафрагмы цапфы задней опоры вала, кроме того, диск включает обод с фронтальной и тыльной полками по ходу потока рабочего тела, наделенный пазами для заведения лопаток рабочего колеса, и полотно, снабженное в верхней части расположенными под ободом с двух сторон кольцевыми полками с гребнями лабиринта, выполненными для неразъемного соединения с ответными контактными элементами смежных ступеней вала, а лопатки рабочего колеса содержат каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками; при этом полотно диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы к ободу, а ступица выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна, нормальной к оси вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна в (3,5÷5,0) раза, причем внешняя поверхность обода диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось вала ротора, и с радиусом, минимально возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела, при этом угол наклона образующей внешней поверхности обода диска к оси вала ротора составляет φ=(5÷7)°, кроме того, пазы для заведения хвостовиков лопаток равномерно разнесены по периметру обода диска и выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки, а перо лопатки выполнено с углом γ установки профиля, определенным как угол между соединяющей входную и выходную кромки профиля хордой и фронтальной линией решетки лопаточного венца, имеющий в проекции на условную плоскость, перпендикулярную к оси пера, в корневом сечении профиля значение γ_к=(64÷72)°, кроме того, лопатка выполнена с переменным по высоте пера углом γ установки профиля пера относительно фронтальной линии решетки профилей лопаточного венца, убывающим с радиальным удалением от оси ротора с градиентом G_у.п, имеющем значения в диапазоне

G_у.п.=(γ_к-γ_п)/Н_ср=(206,4÷296,8) [град/м],

где γ_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; γ_п - тоже, в периферийном сечении; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

При этом пазы в ободе диска могут быть выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки по типу «ласточкин хвост», а базовые поверхности боковых граней паза выполнены встречно наклонными одна к другой с образованием углов β между боковой гранью и подошвой паза, равным β=(63÷78)°, при этом переход от боковой грани к подошве выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

Фронтальная полка обода диска может быть выполнена с кольцевым выступом в верхней части полки, снабженным понизу прерывистой кольцевой канавкой, выполненной в теле выступа на участках между пазами для хвостовиков глубиной, достаточной для заведения разрезного контровочного кольца в нижнюю часть высоты хвостовика лопатки, причем не менее чем на одном участке между пазами в створе канавки в зоне выступа в полке обода диска выполнены одно или два последовательных радиальных отверстия соответственно для фиксации стопорным элементом и демонтажа контровочного кольца.

Кольцевой конический силовой элемент ступицы может быть выполнен с углом γ наклона образующей к оси вала ротора, составляющим γ=(42÷57)°.

Входная и выходная кромки пера могут быть выполнены расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_ср=(6,9÷9,9)·10^-2 [м/м],

где L_п.х - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

Перо лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки, при этом при этом максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом G_у.т., равным

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_ср=(1,4÷2,1)·10^-2 [м/м],

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; С_п - тоже, периферийного сечения; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

В верхней части полотна диска не менее чем под одной из наклонных полок обода может быть выполнен кольцевой прилив для последующей прерывистой калибровки толщины и длины участков последнего при монтажной балансировке диска.

Кольцевые полки, расположенные под ободом диска, могут быть выполнены отходящими от полотна в верхней части последнего с углом наклона относительно оси вала ротора, практически повторяющим угол наклона образующей соответствующего кольцевого участка внутреннего контура проточной части и снабжены гребнями лабиринта.

Каждая лопатка может быть снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, с контактными торцами, которые выполнены под углом (23÷29)° к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта профиля пера, а хвостовик лопатки снабжен канавкой для фиксации лопатки в диске от смещения хвостовика вдоль оси паза разрезным контровочным кольцом.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Перо лопатки может быть выполнено с корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса третьей ступени ротора КНД ТРД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,4% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо третьей ступени вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент рабочего колеса третьей ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;

на фиг. 3 - перо лопатки рабочего колеса третьей ступени, поперечный разрез;

на фиг. 4 - лопатка рабочего колеса третьей ступени, вид сверху;

на фиг. 5 - паз обода диска третьей ступени вала ротора КНД, продольный разрез.

Рабочее колесо третьей ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, содержит диск 1 и лопаточный венец, наделенный рабочими лопатками 2.

Диск 1 выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 3 с центральным отверстием 4, полотно 5 и обод 6, наделенный пазами 7 для заведения лопаток 2 рабочего колеса. Обод 6 выполнен с фронтальной полкой 8 и тыльной полкой 9. Полотно 5 снабжено в верхней части расположенными под ободом 6 с двух сторон кольцевыми полками 10, 11 с гребнями 12 лабиринта, сконструированными для неразъемного соединения с ответными контактными элементами смежных ступеней вала. Ступица 3 снабжена в нижней части с тыльной стороны диска 1 по ходу потока рабочего тела кольцевым коническим силовым элементом 13 с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки 14, равными ответным параметрам конической диафрагмы цапфы 15 задней опоры вала. 3. Кольцевой конический силовой элемент 13 ступицы 3 выполнен с углом γ наклона образующей к оси 16 вала ротора, составляющим γ=(42÷57)°.

Полотно 5 диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы 3 к ободу 6. Ступица 3 выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна 5, нормальной к оси 16 вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна 5 в (3,5÷5,0) раза.

Внешняя поверхность 17 обода 6 диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось 16 вала ротора, и с радиусом, минимально возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела.

Лопатки 2 содержат каждая хвостовик 18 и перо 19 с профилем, образованным вогнутым корытом 20 и выпуклой спинкой 21, сопряженными входной и выходной кромками 22 и 23.

Пазы 7 для заведения хвостовиков лопаток равномерно разнесены по периметру обода 6 диска с угловой частотой Y_п=(7,3÷10,4) [ед/рад]. Пазы 7 выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 24, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком лопатки. Подошва 25 каждого паза 7 расположена в плоскости, параллельной оси вала ротора. Продольная ось подошвы 25 паза 7 образует с осью 16 вала ротора в проекции на указанную плоскость угол α установки хвостовика 18 лопатки, определенный в диапазоне значений α=(18÷26)°.

Входная и выходная кромки 22 и 23 пера выполнены расходящимися к периферийному торцу 26 лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды 27, равным

G_у.х.=(L_п.х.-L_к.х.)/H_ср=(6,9÷9,9)·10^-2 [м/м],

где L_п.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

При этом пазы 7 в ободе 6 диска выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями 24, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком 18 лопатки 2 по типу «ласточкин хвост». Базовые поверхности боковых граней 24 паза выполнены встречно наклонными одна к другой с образованием углов β между боковой гранью 24 и подошвой 25 паза, равным, β=(63÷78)°. Переход от боковой грани 24 к подошве 25 выполнен плавным с постоянным или переменным радиусом в поперечном сечении.

Фронтальная полка 8 обода 6 диска выполнена с кольцевым выступом 28 в верхней части полки 8, снабженным понизу прерывистой кольцевой канавкой, выполненной в теле выступа на участках между пазами 7 для хвостовиков 18 глубиной, достаточной для заведения разрезного контровочного кольца в нижнюю часть высоты хвостовика лопатки. Не менее чем на одном участке между пазами 7 в створе канавки в зоне выступа в полке 8 обода 6 диска выполнены одно или два последовательных радиальных отверстия 29 соответственно для фиксации стопорным элементом 30 и демонтажа контровочного кольца.

Перо 19 лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 21 и корыта 20 относительно хорды 27, соединяющей входную и выходную кромки 22 и 23 пера лопатки. Максимальная толщина профиля пера 19 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу 26 с градиентом G_у.т., равным

G_у.т.=(С_к-С_п)/Н_ср=(1,4÷2,1)·10^-2 [м/м],

где С_к - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; С_п - тоже, периферийного сечения; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

В верхней части полотна 5 диска под наклонной полкой 11 обода 6 выполнен кольцевой прилив 31 для последующей прерывистой калибровки толщины и длины участков последнего при монтажной балансировке диска.

Кольцевые полки 10 и 11, расположенные под ободом 6 диска, выполнены отходящими от полотна 5 в верхней части последнего с углом наклона относительно оси вала ротора, практически повторяющим угол наклона образующей соответствующего кольцевого участка внутреннего контура проточной части.

Каждая лопатка 2 снабжена с двух сторон пера антивибрационной полкой 32, расположенной в зоне одной трети высоты пера от периферийного торца пера лопатки, с контактными торцами 33. Торцы 33 выполнены под углом (23÷29)° к оси 16 вала ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, и наклонены в сторону корыта 20 профиля пера 19. Хвостовик 18 лопатки снабжен канавкой 34 для фиксации лопатки в диске от смещения хвостовика вдоль оси паза разрезным контровочным кольцом.

Перо 19 лопатки 2 выполнено с корытом 20, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и со спинкой 21 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо 19 лопатки 2 выполнено с корытом 20, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и со спинкой 21 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Периферийный торец 26 пера 19 лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне третьей ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.

По второму варианту рабочее колесо третьей ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с сужающейся от входа проточной частью, содержит диск 1 и лопаточный венец, наделенный рабочими лопатками 2, число которых принято от 49 до 65 лопаток.

Диск 1 выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 3 с центральным отверстием 4, полотно 5 и обод 6, наделенный пазами 7 для заведения лопаток 2 рабочего колеса. Обод 6 выполнен с фронтальной полкой 8 и тыльной полкой 9. Полотно 5 снабжено в верхней части расположенными под ободом 6 с двух сторон кольцевыми полками 10, 11 с гребнями 12 лабиринта, сконструированными для неразъемного соединения с ответными контактными элементами смежных ступеней вала. Ступица 3 снабжена в нижней части с тыльной стороны диска 1 по ходу потока рабочего тела кольцевым коническим силовым элементом 13 с углом наклона образующей и радиусом выходной контактной кромки 14, равными ответным параметрам конической диафрагмы цапфы 15 задней опоры вала.

Полотно 5 диска выполнено с переменным по высоте сечением, конически сужающимся от ступицы 3 к ободу 6. Ступица 3 выполнена симметрично развитой относительно средней условной плоскости полотна 5, нормальной к оси 16 вала ротора, с осевой шириной, превышающей толщину прикорневой части полотна 5 в (3,5÷5,0) раза.

Внешняя поверхность 17 обода 6 диска выполнена составляющей осевой участок внутреннего контура проточной части с осевой длиной, равной проекции образующей обода на ось 16 вала ротора, и с радиусом, минимально возрастающим в осевом сечении КНД в сторону потока рабочего тела. Угол наклона образующей внешней поверхности 17 обода 6 диска к оси 16 вала ротора составляет φ=(5÷7)°.

Лопатки 2 содержат каждая хвостовик 18 и перо 19 с профилем, образованным вогнутым корытом 20 и выпуклой спинкой 21, сопряженными входной и выходной кромками 22 и 23.

Пазы 7 для заведения хвостовиков лопаток равномерно разнесены по периметру обода 6 диска. Пазы 7 выполнены с взаимно наклонными боковыми гранями 24, имеющими в поперечном сечении конфигурацию элемента замкового соединения с хвостовиком 18 лопатки.

Перо 19 лопатки 2 (фиг. 4) выполнено с углом у установки профиля, определенным как угол между соединяющей входную и выходную кромки 22 и 23 профиля хордой 27 и фронтальной линией 35 решетки лопаточного венца, имеющий в проекции на условную плоскость, перпендикулярную к оси пера, в корневом сечении профиля значение γ_к=(64÷72)°, а в периферийном сечении значение γ_п=(26,4÷34,4)°.

Лопатка выполнена с переменным по высоте пера углом у установки профиля пера 19 относительно фронтальной линии 35 решетки профилей лопаточного венца, убывающим с радиальным удалением от оси вала ротора с градиентом G_у.п, имеющем значения в диапазоне

G_у.п.=(γ_к-γ_п)/Н_ср=(206,4÷296,8) [град/м],

где γ_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; γ_п - тоже, в периферийном сечении; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

Пример реализации изобретения.

Рабочее колесо третьей ступени КНД ТРД состоит из диска 1 и установленных на нем рабочих лопаток 2. Диск третьей ступени изготавливают объемной штамповкой из поковки в виде моноэлемента, включающего выполненные заодно целое массивную ступицу 3, полотно 5 и обод 6. Профили полотна 5 и ступицы 3 формируют обтачиванием заготовки с последующей полировкой.

Изготовленный диск 1 имеет следующие геометрические параметры: габаритная ширина ступицы - 40 мм; диаметр центрального отверстия ступицы - 292 мм; средняя толщина полотна - 9 мм; ширина обода - 43 мм; минимальный и максимальный диаметры внешней поверхности обода диска - 509 мм и 517 мм соответственно; угол наклона внешней поверхности обода диска - 5,5°.

Лопатку 2 рабочего колеса третьей ступени ротора КНД ТРД поэтапно изготавливают из прутка авиационного сплава. На первом этапе отрезают фрагмент прутка требуемой длины, из которого электровысадкой с последующей механической обработкой выполняют заготовку лопатки с локальными утолщениями на участках расположения хвостовика 18 и антивибрационной полки 32. На следующем этапе заготовку подвергают общему нагреву в электропечи до состояния термопластичности и выполняют горячую объемную штамповку, используя штамп, состоящий из двух ответно профилированных полуматриц. Рабочая поверхность одной из полуматриц штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности спинки 21 пера 19 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 20 пера 19 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 18.

Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 18 и антивибрационной полки 32 производят фрезерованием с последующей полировкой. Контактные торцы 33 антивибрационной полки 32 упрочняют, нанося на них высокопрочный слой.

Изготовленная таким образом лопатка 2 состоит из объединенных в одно целое пера 19 с хвостовиком 18 и антивибрационной полкой 32, выполненной как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса третьей ступени ротора КНД ТРД.

Профиль пера 19 лопатки имеет следующие геометрические параметры:

- в корневом сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля С_max=4,2 мм; длина хорды пера - 40,4 мм; угол γ_к установки профиля пера между соединяющей входную и выходную кромки 22 и 23 профиля хордой 27 и фронтальной линией 35 решетки лопаточного венца составляет 68°; угол α установки профиля пера 19 к оси вращения ротора составляет 22°;

- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля С_max=1,2 мм; длина хорды пера принята 51 мм; угол γ_п установки профиля пера составляет 30°;

- средняя высота Н_ср профиля пера составляет 145,4 мм.

Антивибрационная полка 32 лопатки выполнена с толщиной стенки 4 мм и размещена на среднем радиусе от оси ротора 358 мм, с контактными торцами 33, выполненными под углом 26° к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки.

На внешней стороне обода 6 выполняют протягиванием замковые пазы 7 для крепления лопаток в количестве 57 штук. Пазы 7 выполнены со следующими геометрическими параметрами: угол наклона боковых граней к подошве паза составляет 70°; ширина подошвы - 18 мм.

Лопатки 2 удерживают от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил при помощи контактных выступов замка типа «ласточкин хвост». Каждую лопатку 2 удерживают в диске 1 от перемещения в направлении протяжки паза 7 с помощью разрезного кольца.

Таким образом, рабочее колесо третьей ступени имеет следующие геометрические параметры: минимальный и максимальный диаметры внутренней поверхности рабочего колеса - 508 мм и 517 мм; аналогично периферийной поверхности рабочего колеса - 808 мм и 800 мм; максимальная ширина третьей ступени ротора - 43 мм.

В процессе работы ТРД диск 1 рабочего колеса третьей ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от турбины низкого давления (ТНД) через барабанно-дисковую конструкцию вала ротора КНД с включением в работу лопаток 2 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в КНД. На вогнутой поверхности в виде корыта 20 пера 19 каждой лопатки 2 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 21 пера 19, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся лопатки 2 рабочего колеса ротора передают энергию воздушному потоку, направляя сжимаемый поток на лопатки статора третьей ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени КНД. Одновременно диск 1 воспринимает центробежные нагрузки и через конический кольцевой элемент 13 и тыльную полку 9 обода 6 передает радиальные и осевые нагрузки на опоры вала ротора.

Технический результат настоящего изобретения достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов диска рабочего колеса третьей ступени ротора КНД, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода 6, принятого сочетания сужающего полотна 5 и осевой ширины ступицы 3, компенсирующей ослабление полотна 5 диска центральным отверстием 4. Выполнение ширины ступицы 3, превышающей толщину прикорневой части полотна 5 в (3,5÷5,0) раза, приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах диска. Диаметр отверстия 4 в ступице 3 принят достаточным для свободного пропуска шлицевой трубы при монтаже и ремонтных операциях сборки компрессора.

На внешней стороне обода 6 диска выполняют протягиванием систему пазов 7 для закрепления лопаток. Пазы 7 расположены под углом к оси 16 вала ротора. Технический результат изобретения достигают при выполнении пазов 7, расположенных под углом α, принятым из заявленного диапазона (18÷26)°, так как при этом обеспечивается возможность установки хвостовика 18 и пера 19 лопатки под углом, создающим наибольший перепад давлений на входе и выходе потока рабочего тела из рабочего колеса третьей ступени ротора КНД и создаются наиболее благоприятные условия работы, повышающие запас ГДУ, КПД и ресурс при минимальной материалоемкости. Выход значений угла α за пределы заявленного диапазона приведет к существенному ограничению запаса ГДУ при многорежимной работе компрессора, снижению КПД ступени ротора и возрастанию риска аварийно опасного срыва воздушного потока с установленных в пазах 7 диске лопаток 2 рабочего колеса ротора компрессора с результирующей потерей ГДУ. При увеличении угла α_o>26° отклонения оси паза 7 диска от оси вращения ротора неоправданно возрастают напряжения в лопатках на всех режимах работы КНД, что приводит к снижению ресурса системы «диск - лопаточный венец», увеличению материалоемкости установленных на диске лопаток и, в конечном счете, к утяжелению компрессора и снижению эксплуатационной экономичности двигателя.

Кроме того, пазы 7 равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y_п=(7,3÷10,4) [ед/рад] и выполнены в поперечном сечении с боковыми гранями 24, встречно наклонными одна к другой под углом β=(63÷78)° к подошве 25 паза и сопряженные с подошвой 25 через скругления, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки. Технический результат изобретения обеспечивают при насыщении лопаточного венца количеством лопаток и соответственно пазов 7 на диске для закрепления хвостовиков 18 лопаток 2, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток и соответственно пазов на ободе диска ниже нижнего предела указанного диапазона Y_п<7,3 [ед/рад] нарастает отставание потока от вращения лопаточного венца и возрастает риск потери ГДУ в указанной ступени компрессора. Превышение верхней границы указанного диапазона Y_п>10,4 [ед/рад] и соответствующем увеличении числа лопаток в лопаточном венце, образуемом на диске третьей ступени, приводит к неоправданному ухудшению КПД и риску преждевременного запирания потока рабочего тела лопаточным венцом. Кроме того, заявленная геометрия паза 7 обеспечивает повышение концентрации при дейс