Компрессор низкого давления газотурбинного двигателя авиационного типа (варианты)

Компрессор низкого давления газотурбинного двигателя авиационного типа (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретения относятся к области производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к конструкциям и элементам компрессора низкого давления (КНД).

Известен компрессор ГТД, включающий упруго-демпферную опору ротора с упругим элементом опоры типа «беличье колесо» (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение 1989, стр. 373-377).

Известен компрессор ГТД, включающий опору ротора, выполненную корпусом опоры с упругим демпфером типа «беличье колесо» (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. 734-736, рис. 15.4, стр. 767).

К недостаткам указанных известных решений относится невысокая проработанность адаптации компрессора низкого давления к работе в стационарных наземных условиях.

Известен вал ротора барабанно-дискового типа осевого компрессора двигателя с дисками, попарно объединенными в ступени и расположенными последовательно по потоку в продольной плоскости сечения барабана. Оба диска каждой ступени 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 выполнены клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа "ласточкин хвост" для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток ротора (RU 2269678 C1, опубл. 10.02.2006).

Известен компрессор низкого давления ГТД с валом ротора, включающим систему из четырех дисков, каждый из которых содержит обод для установки и приведения во вращение рабочих лопаток, сообщенный с валом турбины низкого давления (ТНД) (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. 249-259)

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 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, 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.

Известен компрессор низкого давления ГТД, выполненный с опорой вала ротора компрессора, включающей размещенные на валу подшипник, соединенный с корпусом опоры, систему смазки и охлаждения подшипника и уплотнительные элементы (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий «Газотурбинные двигатели». ОАО «Авиадвигатель» г. Пермь 2007 г. Стр. 196-199, рис. 4.4.7.1_2).

Известен компрессор низкого давления ГТД, выполненный с опорой вала ротора компрессора, включающей подшипник с корпусом, соединительные элементы, уплотнения и систему смазки и охлаждения подшипника (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. 762-763, рис. 15.18, стр. 763).

Недостатками известных решений являются невысокая адаптация компрессора низкого давления к долговременной непрерывной работе в условиях неподвижной внешней воздушной среды и низкая ремонтопригодность опоры вала ротора КНД из-за неоптимального расположения соединений.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в конструктивной проработке компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (ГТД) стационарного типа с улучшенными системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, системой подачи циркуляции смазочно-охлаждающей жидкости к элементам задней опоры ротора, а также в проработке вала ротора барабанно-дисковой конструкции КНД с дисками рабочих колес улучшенной аэродинамической конфигурации, пространственной жесткости узлов и элементов соединения дисков вала ротора, необходимыми для повышения КПД, газодинамической устойчивости и ресурса двигателя без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом (ВНА), имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов (НА) лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, причем КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе (ПК) двигателя, а в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрическую составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом цилиндрическая составляющая вала ротора соединена на силовых шлицах с рессорой, соединяющей в свою очередь последнюю с валом турбины низкого давления (ТНД) с возможностью получения от турбины и пропуска через заднюю опору КНД крутящего момента к барабанно-дисковой составляющей вала ротора, которая в осевом направлении разъемно соединена с цилиндрической составляющей вала установленным в полости вала внутренним полым стяжным болтом; причем задняя опора вала ротора КНД выполнена опорно-упорной и содержит шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, статорная часть включает корпус опоры в виде силовой конической диафрагмы, выполненной заедино с корпусом шарикоподшипника и переходящей у торцов во внутреннее и внешнее силовые кольца разных диаметров, наделенные фланцами для разъемных соединений с ответными фланцами наружного кольца шарикоподшипника и с фланцем промежуточного корпуса двигателя, а коническая диафрагма корпуса задней опоры снабжена выполненным заодно с диафрагмой фронтальным кольцевым элементом под неразъемное соединение с расположенным перед ним другим кольцевым элементом, выполненным с √-образным профилем поперечного сечения, при этом между фронтальным кольцевым элементом силовой конической диафрагмы и фланцем внутреннего силового кольца последней диафрагма снабжена кольцевым рядом отверстий для циркуляции масла и воздуха между фронтальной и тыльной частями масляной полости, количество указанных отверстий принято в виде простого числа Ν_од, определенного в диапазоне (17<Ν_од<35), при этом роторная часть опоры задней опоры КНД включает нижнюю часть конической диафрагмы, выполненную заодно с задней цапфой вала ротора КНД, а также установленные на цилиндрической составляющей вала ротора выполненное составным внутреннее кольцо шарикоподшипника и два многогребешковых кольца лабиринтных уплотнений, которые совместно с ответными крышками лабиринтов разделяют масляную и суфлирующую полости, а также суфлирующую полость и полость наддува воздуха, объем которой ограничен третьим многогребешковым кольцом лабиринтного уплотнения, установленным на конической диафрагме задней цапфы, неразъемно соединенной с диском рабочего колеса третьей ступени вала ротора, при этом внутреннее кольцо шарикоподшипника и два многогребешковых кольца поджаты к кольцевому буртику цилиндрической составляющей вала полифункциональным внешним стяжным элементом, снабженным обращенным к валу кольцевым бортовым элементом с образованием открытого коллектора для сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости к внутреннему кольцу шарикоподшипника и подачи указанной жидкости к кольцу лабиринта с выходом в масляную полость.

При этом большее плечо √-образного кольцевого элемента может быть образовано малой конической диафрагмой с углом α₁ отклонения образующей указанной диафрагмы от радиальной плоскости, нормальной к оси вала, при этом угол α₁ выполнен не менее чем в два раза меньшим аналогичного угла α₂ отклонения образующей силовой конической диафрагмы корпуса опоры, а меньшее плечо указанного элемента выполнено в виде фланца для разъемного соединения с ответными фланцами кольцевых держателей крышек лабиринтов, разделяющих полости наддува, суфлирования и масляную, при этом фланец снабжен отверстиями, которые выполнены разнесенными с угловой частотой γ_м, определенной в диапазоне γ_м=(1,914÷3,98) [ед/рад].

Внутреннее кольцо шарикоподшипника может быть выполнено составным из двух полуколец, на стыке которых выполнены радиальные каналы для подачи смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника, а на цилиндрической составляющей задней опоры вала ротора выполнен кольцевой паз масляного коллектора, сообщенный с одной стороны с открытым коллектором для сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости посредством продольных каналов, выполненных на валу, а с другой стороны с радиальными каналами подвода смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника, и кроме того посредством части каналов, которые пролонгированы до примыкающего гребешкового кольца лабиринта с последующим выходом жидкости в масляную полость.

Фланец внутреннего силового кольца силовой конической диафрагмы корпуса задней опоры вала ротора КНД может быть выполнен для соединения с фланцем наружного кольца шарикоподшипника и снабжен отверстиями под крепежные элементы, разнесенными с угловой частотой γ_кэш., определенной в диапазоне γ_кэш.=(1,27÷2,39) [ед/рад], а фланец силового кольца внешнего торца диафрагмы снабжен отверстиями под крепежные элементы соединения с фланцем промежуточного корпуса двигателя, выполненными с угловой частотой γ_кэш., определенной в диапазоне γ_вкэ=(3,98÷5,73) [ед/рад].

Барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД может быть выполнена с радиальной и угловой конфигурацией внешней поверхности ободов дисков рабочих колес всех ступеней, совмещенной с внутренней поверхностью проточной части двигателя на осевом участке обтекания совокупности ободов дисков вала ротора потоком рабочего тела, для чего диски выполнены со ступенчато нарастающим по ходу рабочего тела в условной средней плоскости полотна диаметром проточной части, с соотношением величин диаметров (1,0):(1,1÷1,34):(1,18÷1,44):(1,21÷1,48), и с углами наклона ободов, формирующих конфигурацию поверхности проточной части с плавным сопряжением смежных торцов.

Выполненные заодно нижняя часть конической диафрагмы и задняя цапфа барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД разъемно могут быть соединены с цилиндрической составляющей вала на силовых шлицах, выполненных в каждом из указанных элементов, с угловой частотой, определенной в диапазоне γ_ш=(8,28÷8,92) [ед/рад].

Передняя опора вала ротора КНД может быть выполнена содержащей роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части и снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, при этом статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен кольцевым элементом ступицы внутреннего корпуса ВНА КНД с образованием двух компактных кольцевых полостей, одна из которых заполнена жидкостью и снабжена упругим кольцом с обеспечением демпфирования колебаний вала упругим кольцом и замедлением перетоков жидкости через стенку ленты кольца, для чего упругое кольцо снабжено с двух сторон выступами, а лента кольца снабжена перфорацией в виде рассредоточенных отверстий, кроме того статорная часть опоры включает формообразующие кольцевые элементы полостей наддува воздуха, суфлирования и масляной с закрепленными на них кольцевыми крышками лабиринтов, вторая из указанных кольцевая полость статорной части опоры содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек, разделенных параллельными прорезями, а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, состоящую из полого цилиндрического участка, на котором установлены внутреннее кольцо роликоподшипника и два многогребешковых кольца лабиринтных уплотнений, которые совместно с ответными крышками лабиринтов разделяют масляную и суфлирующую полости, а также суфлирующую полость и полость наддува воздуха, объем которой ограничен третьим многогребешковым кольцом лабиринтного уплотнения, установленным на конической диафрагме передней цапфы, образующей с цилиндрическим участком одно целое и неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора.

Количество лопаток в лопаточных венцах рабочих колес может быть выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце рабочего колеса второй ступени выполнено превышающем количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее чем на 20%, в третьей ступени не менее чем на 50%.

Количество силовых профилированных стоек, снабженных регулируемо поворотными закрылками, может быть принято в ВНА КНД выраженным в виде простого числа не менее 17 и не более 23 единиц.

Поставленная задача по второму варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора, причем КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя, а в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрические составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, причем задняя опора вала ротора КНД выполнена содержащей шарикоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части; статорная часть включает корпус опоры в виде силовой конической диафрагмы, выполненной заедино с корпусом шарикоподшипника и переходящей у торцов во внутреннее и внешнее силовые кольца разных диаметров, наделенные фланцами для разъемных соединений с ответными фланцами наружного кольца шарикоподшипника и с фланцем промежуточного корпуса двигателя, а роторная часть опоры включает выполненные заодно нижнюю часть конической диафрагмы и заднюю цапфу барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД, разъемно соединенную с цилиндрической составляющей вала на силовых шлицах, выполненных в каждом из указанных элементов, с угловой частотой, определенной в диапазоне γ_ш=(8,28÷8,92) [ед/рад], при этом цилиндрическая составляющая вала ротора КНД соединена на силовых шлицах с рессорой, посредством которой цилиндрическая составляющая вала ротора КНД соединена с валом ТНД с возможностью получения от турбины и пропуска через опору крутящего момента к барабанно-дисковой составляющей вала ротора КНД, кроме этого задняя цапфа и цилиндрическая составляющая вала ротора КНД взаимно разъемно соединены в осевом направлении с возможностью восприятия и передачи на опору осевых усилий установленным в полости вала соединительным элементом, выполненным в виде внутреннего полого стяжного болта, причем на цилиндрической составляющей вала ротора установлены многогребешковые кольца лабиринтных уплотнений и внутреннее кольцо шарикоподшипника, и поджимающий их к упорному кольцевому буртику указанной составляющей вала полифункциональный внешний стяжной элемент в виде круглой гайки, снабженной на свободном конце кольцевым бортовым элементом с образованием открытого коллектора, наделенного функцией сбора и напорной подачи смазочно-охлаждающей жидкости к телам качения шарикоподшипника и посредством каналов под его внутренним кольцом подачи указанной жидкости к многогребешковому кольцу второго лабиринтного уплотнения с выходом в масляную полость.

При этом фланец внутреннего силового кольца силовой конической диафрагмы корпуса задней опоры вала ротора КНД для соединения с ответным фланцем наружного кольца шарикоподшипника может быть снабжен отверстиями под крепежные элементы, разнесенными с угловой частотой γ_кэш., определенной в диапазоне γ_кэш.=(1,27÷2,39) [ед/рад], а фланец силового кольца внешнего торца диафрагмы снабжен отверстиями под крепежные элементы соединения с фланцем промежуточного корпуса двигателя, выполненными с угловой частотой γ_кэш., определенной в диапазоне γ_вкэ=(3,98÷5,73) [ед/рад].

Коническая диафрагма корпуса задней может быть снабжена выполненным заодно с диафрагмой кольцевым элементом, выполненным с √-образным профилем поперечного сечения, причем большее плечо √-образного кольцевого элемента может быть образовано малой конической диафрагмой с углом α₁ отклонения образующей указанной диафрагмы от радиальной плоскости, нормальной к оси вала, при этом угол α₁ выполнен не менее чем в два раза меньшим аналогичного угла α₂ отклонения образующей силовой конической диафрагмы корпуса опоры, а меньшее плечо указанного элемента выполнено в виде фланца для разъемного соединения с ответными фланцами кольцевых держателей крышек лабиринтов, разделяющих полости наддува, суфлирования и масляной, при этом фланец снабжен отверстиями, которые выполнены разнесенными по периметру с угловой частотой γ_м, определенной в диапазоне γ_м=(1,91÷3,98) [ед/рад].

Передняя опора вала ротора КНД может быть выполнена содержащей роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части и снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, при этом статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен кольцевым элементом ступицы внутреннего корпуса ВНА КНД с образованием двух компактных кольцевых полостей, одна из которых заполнена жидкостью и снабжена упругим кольцом с обеспечением демпфирования колебаний вала упругим кольцом и замедлением перетоков жидкости через стенку ленты кольца, для чего упругое кольцо, а лента кольца снабжена перфорацией в виде рассредоточенных отверстий, кроме того статорная часть опоры включает формообразующие кольцевые элементы полостей наддува воздуха, суфлирования и масляной с закрепленными на них кольцевыми крышками лабиринтов, вторая из указанных кольцевая полость статорной части опоры содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных упругих балочек, разделенных параллельными прорезями, а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, состоящую из полого цилиндрического участка, на котором установлены внутреннее кольцо роликоподшипника и два многогребешковых кольца лабиринтных уплотнений, которые совместно с ответными крышками лабиринтов разделяют масляную и суфлирующую полости, а также суфлирующую полость и полость наддува воздуха, объем которой ограничен третьим многогребешковым кольцом лабиринтного уплотнения, установленным на конической диафрагме передней цапфы, образующей с цилиндрическим участком одно целое и неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора.

Количество лопаток в лопаточных венцах рабочих колес может быть выполнено нарастающим от первой к третьей ступени ротора по ходу потока рабочего тела и в лопаточном венце рабочего колеса второй ступени выполнено превышающем количество лопаток в лопаточном венце рабочего колеса первой ступени не менее, чем на 20%, в третьей ступени не менее, чем на 50%.

Поставленная задача по третьему варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора; при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрические составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит 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, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических полок для силового объединения с ободом дисков предшествующих и последующих ступеней и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом радиус диска R_д3 рабочего колеса третьей ступени от оси до внешней поверхности обода в средней плоскости полотна составляет (0,59÷0,84) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, причем тыльная полка обода диска рабочего колеса третьей ступени выполнена выступающей за габарит пера рабочей лопатки диска на ширину, достаточную для контакта и неразъемного силового соединения через кольцевую проставку с полотном диска рабочего колеса четвертой ступени, а для разъемного соединения через проставку с диском рабочего колеса второй ступени в полотне диска под ободом выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой (5,3÷7,9) [ед/рад], кроме того полотно диска снабжено с тыльной стороны по ходу рабочего тела кольцевым коническим элементом для силового соединения с ответной конической диафрагмой, выполненной заодно с цапфой задней опоры вала ротора, при этом конический элемент выполнен с наклоном образующей к оси вала ротора под углом β, составляющим не менее 48°.

При этом цилиндрические кольцевые проставки для неразъемного силового соединения дисков рабочих колес второй, третьей и четвертой ступеней могут быть выполнены шириной, достаточной для размещения на них элементов лабиринтного уплотнения, выполненных с возможностью взаимодействия через зазор с элементами неподвижного торца лопатки направляющего аппарата статора, обеспечивающего взаимодействие с дисками соответствующей ступени ротора по рабочему телу.

Поставленная задача по четвертому варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора; при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрические составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени; причем лопаточный венец рабочего колеса третьей ступени ротора образован лопатками, которые установлены в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в.=(7,7÷10,6) (ед/рад), при этом лопатки содержит каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, причем перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(64,1÷72,1)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п=(17,9÷25,9)°, причем перо лопатки 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 входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_y.x. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_y.x.=(L_п.x.-L_к.х.)/H_cp=(7,9÷11,4)⋅10^-2 [м/м],

где L_п.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, перпендикулярной к оси спиральной закрутки пера лопатки; L_к.х. - то же, длина корневой хорды; Н_ср - средняя высота пера лопатки, кроме того лопатка выполнена с отношением высоты h входной кромки профиля пера к средней хорде L_cp.x., разделяющей площадь рабочей поверхности пера на две равные части, составляющим h/L_cp.x.=(1,78÷2,56).

При этом замковое соединение пазов обода дисков каждой ступени с хвостовиками лопаток может быть выполнено по типу «ласточкин хвост».

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса третьей ступени ротора КНД 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 (вид по н.п.).

Вариантно перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса третьей ступени ротора КНД 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.).

Поставленная задача по пятому варианту решается тем, что компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа, согласно изобретению, выполнен осевым, не более чем четырехступенчатым, наделен входным направляющим аппаратом, имеющим корпус и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки, а также наделен соединенным с ВНА корпусом статора КНД, в котором установлены образующие лопаточные венцы направляющих аппаратов лопатки соответственно первой, второй и третьей ступеней статора и образующие лопаточный венец сдвоенного спрямляющего аппарата лопатки четвертой ступени статора; при этом КНД имеет переднюю и заднюю опоры, первая из которых закреплена в корпусе ВНА КНД, а вторая в промежуточном корпусе двигателя; в указанных опорах установлен ротор КНД с валом, включающим барабанно-дисковую и цилиндрические составляющие, первая из которых наделена рабочими колесами по числу ступеней ротора, состоящими каждое из диска и лопаток, образующих лопаточный венец соответствующей ступени, при этом барабанно-дисковая составляющая содержит 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, диски первой и второй ступеней и цилиндрическую проставку, вторая секция включает диск третьей ступени, сообщенный с цапфой задней опоры вала ротора и цилиндрической проставкой, а третья секция состоит из диска четвертой ступени, причем диск рабочего колеса каждой ступени выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, переходящий в усиленное ступицей полотно с центральным отверстием, при этом обод каждого диска соединен с полотном с образованием кольцевых конических полок для силового объединения с ободом дисков предшествующих и последующих ступеней и снабжен пазами для рабочих лопаток ротора, которые равномерно распределены по периметру и выполнены наклонными к оси вала, при этом в полотне диска рабочего колеса четвертой ступени для разъемного соединения с диском третьей ступени через цилиндрическую проставку выполнены отверстия под крепежные элементы, разнесенные по окружности с угловой частотой Y_о.п.=(3,4÷44,9) [ед/рад], а лопаточный венец рабочего колеса четвертой ступени ротора образован лопатками, которые установлены в пазах диска вала ротора с угловой частотой γ_л.в., определенной в диапазоне γ_л.в..=(5,8÷7,9) (ед/рад), при этом лопатки рабочего колеса четвертой ступени содержат каждая хвостовик и перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, при этом перо выполнено со спиральной закруткой относительно оси пера, создающей переменный по высоте пера угол γ_уст установки профиля пера, определенный как угол между общей касательной, соединяющей входную и выходную кромки, образуя хорду профиля, и фронтальной линией решетки профилей в плоской развертке цилиндрического сечения лопаточного венца, имеющий в корневом сечении пера значение γ_уст.к.=(61,3÷69,3)°, а в периферийном сечении значение γ_уст.п.=(38,7÷446,7)°, причем перо лопатки 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 входная и выходная кромки пера выполнены парусно расходящимися к периферийному торцу лопатки с градиентом G_у.х. увеличения соединяющей их хорды, равным

G_у.x.=(L_п.x.-L_к.х.)/H_cp=(2,9÷4,3)⋅10^-2 [м/м], где

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

При этом замковое соединение пазов обода дисков каждой ступени с хвостовиками лопаток может быть выполнено по типу «ласточкин хвост».

Перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД 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 (вид по н.п.).

Вариантно перо лопатки лопаточного венца рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД 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.).

Технический результат группы объединенных единым творческим замыслом изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков КНД ГТД, заключается в повышении эффективности системы упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора, расширении диапазона рабочих режимов устойчивой работы компрессора на 2,2% с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты и повышении ресурса двигателя в 2 раза. Это достигают за счет адаптации КНД, как части двигателя, более чувствительной к режиму поступления внешнего воздушного потока, к интенсивной работе в неподвижных условиях наземного функционирования, а также оптимизации рабочих характеристик задней опоры вала ротора КНД и ее элементов к этим специфическим условиям, а также в улучшении возможностей проведения монтажно-демонтажных работ полуавтоматическими или ручными приемами, например, в полевых условиях. Повышение ресурса компрессора достигают также за счет повышения эффективности системы упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала, расширении диапазона рабочих режимов устойчивой работы двигателя с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты и уменьшения изнашивания элементов передней опоры КНД, что повышает ресурс компрессора в 2 раза и продолжительность межремонтной работы на 18-20%. А за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров дисков рабочих колес всех ступеней, объединенных в барабанно-дисковую конструкцию вала ротора, достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя, а также снижение материалоемкости и повышение изгибной жесткости ротора и максимальных допустимых напряжений в элементах диска.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен компрессор низкого давления ГТД, продольный разрез;

на фиг. 2 - задняя опора вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 3 - корпус задней опоры вала ротора КНД по первому варианту, продольный разрез;

на фиг. 4 - корпус задней опоры вала ротора КНД по второму варианту, продольный разрез;

на фиг. 5 - барабанно-дисковая составляющая вала ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 6 - рабочее колесо третьей ступени ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 7 - лопатка рабочего колеса третьей ступени, вид сверху;

на фиг. 8 - рабочее колесо четвертой ступени ротора КНД, продольный разрез;

на фиг. 9 - лопатка рабочего колеса четвертой ступени, вид сверху;

на фиг. 10 - передняя опора вала ротора КНД, продольный разрез.

Компрессор низкого давления двухконтурного двухвального газотурбинного двигателя авиационного типа выполнен осевым, четырехступенчатым. КНД наделен входным направляющим аппаратом 1, имеющим корпус 2 и снабженные регулируемо поворотными закрылками силовые профилированные стойки (на чертежах не показано). Компрессор также наделен корпусом 3 статора КНД, соединенным с корпусом 2 ВНА. В корпусе 3 статора КН