Рабочее колесо седьмой ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд

Рабочее колесо седьмой ступени ротора компрессора высокого давления (квд) турбореактивного двигателя (варианты), диск рабочего колеса ротора квд, лопатка рабочего колеса ротора квд, лопаточный венец рабочего колеса ротора квд

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. (Ю.С. Елисеев и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. 2-е изд. Москва. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2000. с. 621-624).

Известно рабочее колесо многоступенчатого компрессора, имеющее диск с установленными на нем рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Хвостовик лопатки и паз в ободе диска имеет трапециевидный профиль. Перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером выполнена полка с формированием проточной части (А.А. Иноземцев и др. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 2. Москва. Машиностроение 2008, с. 39-42).

Известно рабочее колесо компрессора, имеющее диск с установленными в пазу рабочими лопатками, включающими перо и хвостовик. Паз диска выполнен с уширением по глубине в поперечном сечении паза. (US 2013/0171343, 04.07.2013 г., фиг. 1, 2). Аналогичные решения известны из US 2005/0025622 А1, фиг. 1, US 2009/0246029 А1, фиг. 5, US 2005/0129522 А1, фиг. 1, US 1606029, фиг. 3, 4.

К недостаткам известных решений относятся непроработанность системы выбора совокупности необходимых параметров общей конфигурации диска рабочего колеса, влияющих на формирование конфигурации и площадь проходного сечения проточной части и размещение в пазу обода диска лопаток, формирующих аэродинамические процессы взаимодействия рабочего колеса ротора компрессора с потоком рабочего тела, вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации диска и угловой установки лопатки в рабочем колесе ротора, что затрудняет получение оптимального сочетания повышенных значений КПД, запасов газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора, а также обеспечение оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса при минимуме материалоемкости.

Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке рабочего колеса седьмой ступени ротора компрессора высокого давления ТРД с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации диска и лопаток, обеспечивающими возможность оптимизации профиля и площади проходных сечений проточной части двигателя, достаточных для увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха, КПД в седьмой ступени КВД, подачи воздушного потока в последующие ступени КВД с повышенным запасом ГДУ на всех режимах работы и ресурса двигателя без увеличения материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что лопатка рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления КВД турбореактивного двигателя ТРД, имеющего корпус с проточной частью, турбину низкого давления (ТНД) с валом, турбину высокого давления (ТВД) и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками и лопаточными венцами, при этом обод диска рабочего колеса наделен пазом для установки лопаток, согласно изобретению, лопатка содержит перо с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, сопряженными входной и выходной кромками, а также выполненные за одно целое с пером хвостовик и корневая полка с конической поверхностью по обе стороны пера, образующей фрагмент втулочной поверхности проточной части двигателя седьмой ступени КВД, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение α_п=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

G_з.п.=(α_п-α_к)/H_cp=(166,1÷239,2) [град/м],

где α_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; α_п - то же, в периферийном сечении; Н_ср - средняя высота пера лопатки; кроме того, 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 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.=(C_к-C_п)/H_ср=(2,5÷3,7)⋅10^-2 [м/м],

где С_к - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; С_п - то же, в периферийном сечении; Н_ср - средняя высота пера лопатки.

При этом хвостовик лопатки может иметь подошву с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами, верхние грани каждого из которых наклонены к условной плоскости подошвы хвостовика на угол β₁=(29÷40)°, а нижние грани выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы хвостовика угол β₂=(48÷69)°.

Хвостовик может быть выполнен с соотношением средней высоты H_ср профиля пера лопатки к средней высоте h_cp хвостовика, составляющим H_ср/h_cp=(4,9÷6,7).

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

Вариантно перо лопатки может быть выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Поставленная задача в части лопаточного венца решается тем, что лопаточный венец рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, обод которых наделен пазом для установки рабочих лопаток, согласно изобретению, содержит лопатки, равномерно разнесенные по периметру диска с угловой частотой Y_л=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом каждая лопатка лопаточного венца рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД выполнена с конфигурацией и параметрами, описанными выше, кроме того, торцы корневой полки каждой лопатки выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части, для чего полка каждой лопатки выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне седьмой ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода диска и составляющим не менее 6°.

Поставленная задача в части диска ротора компрессора решается тем, что диск рабочего колеса седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с дисками рабочих колес, снабженных лопатками, включающими хвостовик, корневую полку и перо, согласно изобретению, диск выполнен в виде моноэлемента, включающего обод, ступицу с центральным отверстием и полотно, при этом радиус диска R_д от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а обод диска снабжен по контуру кольцевым пазом для размещения в нем хвостовиков рабочих лопаток и разделен пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча с периферийными кольцевыми коническими полками с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок лопаток втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска седьмой ступени ротора КВД, при этом внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом G_R.об., определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска B_об - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; причем фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, причем в зоне разъемного стыка участки кольцевых полок указанных дисков выполнены с возможностью соединения внахлест, кроме того, полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов.

При этом радиус центрального отверстия ступицы R_ц.о.с. может быть выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса R_д диска, считая последний от оси ротора до внешней поверхности обода в средней радиальной плоскости полотна.

Паз диска может быть снабжен не менее чем одним заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток и фиксирующих элементов для фиксации положения лопаток в пазу.

Диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым -девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковые втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Y_креп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса R_д диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Y_вент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Паз обода диска может быть выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной части паза и разделенным заужением, образованным двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами, выполненными со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика лопатки, при этом нижнее уширение кольцевого паза обода диска выполнено с гранями, образующими замковую конфигурацию типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней, составляющим (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным поверхностям хвостовика лопатки, а верхнее уширение паза выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска седьмой ступени КВД.

Длина периметра кольцевого паза в ободе диска может быть выполнена достаточной для размещения в нем хвостовиков лопаток с угловой частотой Y_л, определенной в диапазоне значений Y_л=(13,85÷19,27) [ед/рад].

Поставленная задача в части рабочего колеса по первому варианту решается тем, что рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, при этом радиус R_д диска от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна составляет (0,72÷0,96) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус R_ц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса R_д диска в средней радиальной плоскости полотна диска; причем внешняя поверхность обода выполнена с углом наклона образующей относительно оси вала ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом G_R.об., определенным в диапазоне

,

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска B_об - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом; для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, для чего в полотне диска выполнены отверстия, радиус условной окружности расположения центров которых вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса R_д диска в средней радиальной плоскости полотна.

При этом диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, для чего полотно диска снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительное кольцо с другой стороны, которые радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстий под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенные относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Y_креп=(3,18÷4,46) [ед/рад].

При этом лопатки могут быть равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y_л=(13,85÷19,27) [ед/рад], при этом для радиально-угловой фиксации положения лопаток кольцевой паз выполнен с контактными выступами, нижняя грань каждого из которых расположена под углом к условной плоскости в придонной части паза, идентичным углу наклона ответной грани хвостовика лопатки к подошве хвостовика, составляющим β₁=(29÷40)°, а от смещения в окружном направлении в кольцевом пазу лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами, которые выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта.

Перо лопатки может быть выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

G_з.п=(α_п-α_к)/Н_ср=(166,1÷239,2) [град/м],

где α_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; α_п - то же, в периферийном сечении; H_ср - средняя высота пера лопатки; кроме того, 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 максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Y_вент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки обода диска могут быть выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора.

Поставленная задача в части рабочего колеса по второму варианту решается тем, что рабочее колесо седьмой ступени в составе ротора многоступенчатого компрессора высокого давления ТРД, имеющего корпус с проточной частью, ТНД с валом, ТВД и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции, согласно изобретению, содержит лопаточный венец и диск, наделенный кольцевым пазом для установки лопаток венца, причем диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а лопатки венца содержат каждая хвостовик, перо, выполненное с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой, и корневую полку с конической поверхностью по обе стороны пера, причем хвостовик лопатки выполнен с возможностью установки в паз обода диска и имеет конфигурацию боковых и опорной поверхностей, конгруэнтную профилю ответных поверхностей паза с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение α_п=(36,8÷52,9)°, при этом перо лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

G_з.п.=(α_п-α_к)/Н_ср=(166,1÷239,2) [град/м],

где α_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; α_п - то же, в периферийном сечении; H_ср - средняя высота пера лопатки; при этом лопатки, равномерно разнесены по периметру диска с угловой частотой Y_л=(13,85÷19,27) [ед/рад], причем обод диска разделен кольцевым пазом на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча, периферийные участки кольцевых полок которых совместно с внешней поверхностью корневых полок лопаток образуют втулочную поверхность контура проточной части двигателя в пределах осевой длины обода диска седьмой ступени ротора КВД с углом ϕ наклона образующей внешней поверхности обода к оси ротора, идентичным внешней поверхности корневой полки лопатки, для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД фронтальная и тыльная полки обода диска седьмой ступени выполнены с возможностью разъемного соединения с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора, кроме того, полотно диска седьмой ступени выполнено с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов, кроме того, рабочее колесо выполнено с отношением радиуса R_д диска от оси вала ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода диска в средней радиальной плоскости полотна диска к средней высоте H_ср профиля пера лопатки, составляющим R_д/H_ср=(7,2÷10,8).

При этом диск выполнен с радиусом R_д от оси ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода в средней радиальной плоскости полотна, составляющим (0,72÷0,96) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости, а радиус R_ц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для пропуска вала ТВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса R_a диска в средней радиальной плоскости полотна диска.

Диск седьмой ступени может быть объединен в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки, а кольцевые буртики для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительного кольца с другой стороны радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца, кроме того, отверстия под стяжные шпильки в полотне диска выполнены эквидистантно разнесенными относительно оси вала ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Y_креп=(3,18÷4,46) [ед/рад], при этом радиус условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса R_д диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно диска может быть снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Y_вент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки обода диска могут быть выполнены выступающими за габарит пера рабочей лопатки на ширину, достаточную для взаимодействия по рабочему телу с лопатками направляющего аппарата статора, причем в зоне разъемного стыка с дисками шестой и восьмой ступеней участки полок выполнены с возможностью соединения внахлест.

Технический результат изобретения, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков рабочего колеса седьмой ступени ротора КВД ТРД, включающего диск и рабочие лопатки, в совокупности составляющие лопаточный венец рабочего колеса, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,5% при повышении ресурса рабочего колеса в 2 раза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо седьмой ступени ротора КВД ТРД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент обода диска рабочего колеса с лопатками, вид сбоку;

на фиг. 3 - фрагмент лопаточного венца рабочего колеса, вид сверху;

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

на фиг. 5 - перо лопатки рабочего колеса, поперечный разрез;

на фиг. 6 - хвостовик лопатки рабочего колеса, вид спереди;

на фиг. 7 - обод диска рабочего колеса, продольный разрез;

на фиг. 8 - фрагмент обода диска с заходным отверстием для установки в паз хвостовиков лопаток, продольный разрез;

на фиг. 9 - фрагмент обод диска с фиксирующим элементом для фиксации положения лопаток в пазу, продольный разрез.

Многоступенчатый компрессор высокого давления турбореактивного двигателя включает корпус с проточной частью, турбину низкого давления с валом, турбину высокого давления и ротор КВД, включающий вал барабанно-дисковой конструкции с передней опорой и с трубчатой частью вала ротора с другой стороны.

В группе изобретений, объединенных единым творческим замыслом, рабочее колесо седьмой ступени ротора компрессора (фиг. 1) содержит диск 1, наделенный пазом 2 для установки рабочих лопаток 3, в совокупности составляющих лопаточный венец рабочего колеса.

Лопатки лопаточного венца содержат каждая выполненные за одно целое хвостовик 4, перо 5 и корневую полку 6 с конической поверхностью по обе стороны пера 5. Диск 1 рабочего колеса выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу 7 с центральным отверстием 8, полотно 9 и обод 10, наделенный пазом 2 для установки хвостовиков 4 лопаток. Лопатки 3 равномерно разнесены по периметру диска 1 с угловой частотой Y_л=(13,85÷19,27) [ед/рад]. Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 и выпуклой спинкой 12, сопряженными входной и выходной кромками 13 и 14.

Хвостовик 4 лопатки выполнен для установки в паз 2 обода 10 диска 1. Хвостовик 4 лопатки выполнен с конфигурацией боковых и опорной поверхностей, конгруэнтной профилю ответных поверхностей паза 2 с образованием замкового соединения типа «кольцевой паз» и обеспечением угла α установки профиля пера 5 к оси 15 ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение α_к=(31,8÷45,7)°, а в периферийном сечении пера значение α_п=(36,8÷52,9)°.

Перо 5 лопатки (фиг. 4) выполнено с переменной относительно оси 15 ротора осевой закруткой, нарастающей с радиальным удалением от оси ротора с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость в диапазоне

G_з.п.=(α_п-α_к)/H_ср=(166,1÷239,2) [град/м],

где α_к - угол установки профиля пера лопатки, в корневом сечении; α_п - то же, в периферийном сечении; H_ср - средняя высота пера лопатки.

Перо 5 лопатки (фиг. 5) выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 12 и корыта 11 относительно хорды 16, соединяющей входную и выходную кромки 13 и 14 пера лопатки. Максимальная толщина профиля пера 5 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу 17 с градиентом G_у.т., равным

G_у.т.=(C_к-C_п)/H_ср=(2,5÷3,7)⋅10^-2 [м/м],

где C_к - максимальная толщина профиля пера лопатки в корневом сечении; C_п - то же, в периферийном сечении; H_ср - средняя высота пера лопатки.

Хвостовик 4 лопатки (фиг. 6) имеет подошву 18 с продольной осью, расположенной в условной плоскости, нормальной к оси 15 ротора, и содержит уширение по глубине, выполненное в поперечном сечении двумя ответными зеркально симметричными двухгранными выступами. Верхние грани 19 каждого выступа наклонены к условной плоскости подошвы 18 хвостовика на угол β₁=(29÷40)°. Нижние грани 20 выполнены встречно наклонными и образуют каждая с условной плоскостью подошвы 18 хвостовика угол β₂=(48÷69)°.

Торцы 21 корневой полки 6 каждой лопатки (фиг. 3) выполнены с возможностью плотного примыкания к обращенным к ним ответным торцам полки смежных лопаток венца рабочего колеса, формируя втулочную поверхность проточной части. Для этого корневая полка 6 лопатки 3 выполнена наклонной с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне седьмой ступени КВД с увеличением радиуса в направлении потока рабочего тела и углом ϕ наклона образующей внешней поверхности полки 6 к оси ротора, идентичным образующей внешней поверхности обода 10 диска и составляющим не менее ϕ≥6°.

Лопатка 3 выполнена с отношением средней высоты Н_ср профиля пера 5 лопатки к средней высоте h_cp хвостовика 4, составляющим H_ср/h_cp=(4,9÷6,7).

Перо 5 лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом 11 профиля, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета), и выпуклой спинкой 12 пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки.

Вариантно перо лопатки выполнено с выпукло-вогнутым профилем, образованным вогнутым корытом, обращенным вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и выпуклой спинкой пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).

Диск 1 рабочего колеса седьмой ступени выполнен с радиусом R_д от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, сосной с валом ротора и описывающей верхнюю поверхность обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9, составляющим (0,72÷0,96) от радиуса R_п.ч. периферийного контура проточной части в указанной плоскости. Радиус R_ц.о.с. центрального отверстия ступицы выполнен достаточным для размещения передней опоры КВД и вариантно составляющим (0,20÷0,29) от радиуса R_д диска от оси 15 ротора КВД до верхней поверхности обода 10 в средней радиальной плоскости полотна 9 диска.

Для размещения хвостовиков лопаток 3 обод 10 диска 1 снабжен по контуру кольцевым пазом 2. Обод 10 разделен пазом 2 на два несимметричных разновысоких кольцевых плеча 22, 23 с периферийными кольцевыми коническими полками 24 и 25 соответственно с образованием совместно с верхней поверхностью корневых полок 6 лопаток 3 втулочной поверхности контура проточной части двигателя в пределах осевой ширины обода диска седьмой ступени ротора КВД.

Внешняя поверхность обода 10 выполнена с углом наклона образующей 26 относительно оси 15 ротора и радиусом, возрастающим в сторону движения потока рабочего тела в осевом сечении КВД с градиентом G_Rоб., определенным в диапазоне

где R_max и R_min - максимальный и минимальный радиусы образующей верхней поверхности обода диска; B_об - осевая ширина обода диска, ограниченного межлопаточным каналом.

При этом рабочее колесо выполнено с отношением радиуса R_д диска 1 от оси 15 ротора КВД до условной конической поверхности, описывающей верхнюю поверхность обода 10 диска в средней радиальной плоскости полотна 9 диска к средней высоте H_ср профиля пера 5 лопатки, составляющим R_д/H_cp=(7,2÷10,8).

Паз 2 обода 10 диска (фиг. 7) выполнен с двойным уширением по глубине, расположенным соответственно в верхней и в придонной частях 27 и 28 паза и разделенным заужением, которое образовано двумя зеркально симметричными ответными кольцевыми выступами 29. Выступы 29 выполнены со скругленными оппозитными торцевыми участками профиля в поперечном сечении паза, расположенными на расстоянии, обеспечивающем возможность опорного заведения между ними хвостовика 4 лопатки. Уширение в нижней придонной части 28 паза 2 обода диска выполнено с гранями 30 с образованием замковой конфигурации типа «кольцевой паз» с углом взаимного наклона боковых граней 30, составляющим (91÷98)°, и конгруэнтную по доминантным точкам опорных поверхностей ответным граням 19 и 20 хвостовика 4 лопатки. Уширение в верхней части 27 паза 2 выполнено соответствующим по конфигурации, ширине и осевому перепаду высот фронтальной и тыльной кромок паза 2, осевому наклону основной части площади верхней поверхности корневой полки 6 лопатки, выходящей в проточную часть, который в свою очередь выполнен идентичным требуемому наклону внутреннего контура проточной части на осевом участке расположения диска седьмой ступени КВД.

Паз 2 обода 10 диска 1 снабжен не менее чем одним заходным отверстием 31 для установки в паз хвостовиков 4 лопаток (фиг. 8) и фиксирующих элементов 32 для фиксации положения лопаток в пазу. Для радиально-угловой фиксации положения лопаток 3 в ободе 10 диска кольцевой паз 2 выполнен с контактными выступами 29 с возможностью удерживания лопаток от перемещения в радиальном направлении от действия центробежных сил. Нижняя грань выступа 29 расположена под углом к условной плоскости придонной части паза, идентичным углу β₁ наклона ответной грани 20 хвостовика 4 лопатки к его подошве 18. От смещения в окружном направлении (фиг. 9) в кольцевом пазу 2 лопатки зафиксированы не менее чем пятью фиксирующими элементами 32. Фиксирующие элементы 32 выполнены в виде призматического вкладыша с конфигурацией в поперечном сечении, конгруэнтной профилю кольцевого паза 2, и наделены каждый сквозным резьбовым отверстием для фиксирующего винта 33.

Для обеспечения передачи крутящего момента от ТВД обод 10 диска 1 выполнен с возможностью разъемного соединения фронтальной и тыльной полок 24 и 25 с ответными полками обода дисков шестой и восьмой ступеней соответственно (на чертежах не показано) и образования объединенных кольцевых фрагментов внутреннего контура проточной части КВД с включением диска седьмой ступени в состав силовой оболочки барабанно-дисковой конструкции вала ротора. В зоне разъемного стыка участки полок указанных дисков выполнены с возможностью соединения внахлест.

Полотно 9 диска 1 снабжено с двух сторон кольцевыми буртиками 34 и 35 с возможностью силового соединения с конической диафрагмой диска шестой ступени и последующего объединения в пакет с восьмым, девятым дисками и с диском лабиринта посредством стяжных элементов типа призонных шпилек и гаек с тарированным моментом закрутки. Кольцевые буртики 34 и 35 соответственно для центрирования фланца конической диафрагмы с одной стороны и междисковых втулок и разделительного кольца с другой стороны (на чертежах не показано) радиально смещены один относительно другого на разность радиальных величин от оси 36 стяжного элемента между радиально удаленным торцом фланца конической диафрагмы и радиусом разделительного кольца. В полотне 9 диска выполнены отверстия 37 под стяжные шпильки, эквидистантно разнесенные относительно оси ротора и по условной окружности с угловой частотой, определенной в диапазоне Y_креп=(3,18÷4,46) [ед/рад]. Радиус R_ст условной окружности расположения центров указанных отверстий вариантно составляет (0,51÷0,72) от радиуса R_д диска в средней радиальной плоскости полотна.

Полотно 9 диска снабжено вентиляционными воздухоперепускными отверстиями 38 для выравнивания давления в области пакета от седьмого до девятого диска с давлением в других частях объема внутри барабанно-дисковой оболочки вала ротора КВД, эквидистантно радиально по окружности разнесенных с угловой частотой Y_вент=(3,18÷5,73) [ед/рад].

Кольцевые полки 24, 25 обода 10 диска выполнены выступающими за габарит пера 5 рабочей лопатки 3 на ширин