RU149734U1

RU149734U1 - LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR WHEEL OF TURBOREACTIVE ENGINE (OPTIONS)

Info

Publication number: RU149734U1
Application number: RU2014116605/06U
Authority: RU
Inventors: Евгений Ювенальевич Марчуков; Константин Сергеевич Поляков; Дмитрий Юрьевич Еричев; Андрей Валерьевич Узбеков; Марина Михайловна Трощенкова; Николай Павлович Селиванов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо")
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-01-20

Abstract

1. Рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с проточной частью, характеризующееся тем, что выполнено в качестве рабочего колеса четвертой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего снабженную центральным отверстием ступицу, сопряженную с полотном, на которое оперт обод с выполненными выпукло-вогнутыми в поперечном сечении рабочими лопатками, имеющими каждая перо с радиальной осью, боковыми кромками и хвостовик с продольной осью, при этом обод симметрично соединен с полотном диска с образованием двух равноплечих полок - фронтальной и тыльной, выполненных конически расширяющимися вдоль оси ротора по направлению потока рабочего тела, и снабжен пазами с заведенными в них хвостовиками лопаток, а полотно диска снабжено системой равноудаленных от оси ротора отверстий, обеспечивающих возможность соединения через кольцевую проставку с полкой диска предшествующего рабочего колеса конструкции вала, при этом отверстия разнесены по условной окружности в полотне диска рабочего колеса с угловой частотой Y=(3,03÷4,62) [ед/рад], причем продольная ось каждого из упомянутых пазов диска образует с осью рабочего колеса в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол αустановки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α=(20÷32)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска и выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки, при этом хорда, соединяющая в ко�1. The impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (TRD), having a housing with a flow part, characterized in that it is made as the impeller of the fourth stage of the rotor shaft, contains a disk in the form of a single element, including a hub equipped with a central hole, conjugated with a web on which a rim is supported with working blades convexly concave in cross section having side feathers with a radial axis and side edges a shank with a longitudinal axis, the rim being symmetrically connected to the blade web with the formation of two equal-arm shelves - the front and rear, made conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working fluid, and equipped with grooves with blade shanks inserted in them, and the blade web is equipped with a system Holes equidistant from the axis of the rotor, providing the possibility of connection through the annular spacer with the disk shelf of the previous impeller of the shaft structure, while the holes are spaced according to the conditional circles in the blade disk of the impeller with an angular frequency Y = (3.03 ÷ 4.62) [units / rad], the longitudinal axis of each of the mentioned grooves of the disk forming with the axis of the impeller in projection onto a conditional axial plane normal to the radial axis blade feather, blade installation angle α defined in the range of α = (20 ÷ 32) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk and made in cross section at least with side faces forming an element of the castle connection with the blade shaft, while the chord connecting in

Description

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно, к компрессорам низкого давления (КНД) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД).The utility model relates to the field of aircraft engine manufacturing, namely, to low-pressure compressors (LPC) of aircraft turbojet engines (turbojet engines).

Известно рабочее колесо осевого компрессора двигателя, содержащее диск с пазами, расположенными под углом к оси компрессора и установленными в них лопатками. Между входным торцом диска рабочего колеса и торцом упорного выступа лопатки устанавливают металлическую пластину, имеющую наружные размеры, превышающие контур паза диска для перекрытия зазоров в замковом соединении. Внутренний контур повторяет контур хвостовика лопатки. Торцевые поверхности диска, прилегающие к металлической пластине, выполнены под углом к оси компрессора, равным или меньшим 90°, обеспечивающим плотное прилегание пластины к диску под действием центробежных сил (RU 2368814 С1, опубл. 27.09.2009).Known impeller of an axial compressor of the engine, containing a disk with grooves located at an angle to the axis of the compressor and installed blades in them. Between the inlet end face of the impeller disk and the end face of the thrust protrusion of the blade, a metal plate is installed having external dimensions exceeding the contour of the disk groove to close the gaps in the castle connection. The inner contour follows the contour of the shank of the scapula. The end surfaces of the disk adjacent to the metal plate are made at an angle to the axis of the compressor equal to or less than 90 °, providing a tight fit of the plate to the disk under the action of centrifugal forces (RU 2368814 C1, publ. 09/27/2009).

Известен осевой компрессор двигателя, включающий в себя отдельные рабочие колеса. Рабочее колесо состоит из лопаток, состоящих из профилированного пера и хвостовика, дисков, имеющих обод, полотно, 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).Known axial compressor of the engine, which includes individual impellers. The impeller consists of blades consisting of a profiled feather and a shank, disks having a rim, a blade, a hub. Each impeller is equipped with two disks. Both disks are interconnected by means of an annular collar of the first disk and a landing belt with holes in the canvas of the second disk. The shank of the working blade is made in the form of a shelf with stiffeners on its inner side. Shelves have wedge-shaped annular protrusions at the front and rear ends along the stream. On the rims of the wheels of the impellers, reciprocal wedge-shaped annular recesses are made, which form an annular groove of the “dovetail” type for contact with wedge-shaped annular protrusions at the ends of the shelves of the blades (RU 2269678 C1, publ. 02.10.2006).

Известен осевой компрессор двигателя, содержащий статор и ротор барабанно-дискового типа, включающий рабочие колеса. Каждое рабочее колесо содержит лопатки, состоящие из профилированного пера и хвостовика. Хвостовик рабочей лопатки выполнен в виде полки с ребрами жесткости и клиновидными кольцевыми выступами. На дисках рабочих колес выполнены клиновидные кольцевые углубления, которые образуют кольцевой паз типа ″ласточкин хвост″ для контакта с клиновидными кольцевыми выступами на торцах полок рабочих лопаток (RU 2269678 С1, опубл. 10.02.2006).Known axial compressor of the engine containing the stator and the rotor of the drum-disk type, including impellers. Each impeller contains blades consisting of a profiled feather and a shank. The shank of the working blade is made in the form of a shelf with stiffeners and wedge-shaped annular protrusions. On the disks of the impellers, wedge-shaped annular recesses are made, which form an annular groove of the “dovetail” type for contact with wedge-shaped annular protrusions at the ends of the shelves of the blades (RU 2269678 C1, publ. 02.10.2006).

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).Known impeller of an axial compressor of the engine, containing a disk, blades with a shank, means of axial fixation of the blades in the castle connection type "dovetail". On the lateral contact faces of the shanks of the blades chamfers are made along a chord smaller than the radius of rounding. The axial fixation tool for the blades is made in the form of a split ring and slots for a split ring in the thrust protrusion of the disk and the shank of the blades. The value of the radius of rounding and chamfer selected from the calculation of the ultimate standard strength (RU 2476729 C1, publ. 02.27.2013).

Известна профилированная лопатка компрессора для диска рабочего колеса, имеющего аксиальную, тангенциальную и радиальную ортогональные оси, содержащая стороны повышенного и низкого давления, простирающиеся в радиальном направлении от хвостовика к вершине и в аксиальном направлении между передней и задней кромками, поперечные сечения, имеющие соответствующие хорды и линии изгиба, проходящие между передней и задней кромками, и центры тяжести, выровненные по оси укладки, имеющей двойной изгиб. Сторона низкого давления изогнута вдоль задней кромки вблизи хвостовика для уменьшения разделения потока на нем (RU 2000130594 А, опубл. 27.01.2003).Known profiled compressor blade for the impeller disk having axial, tangential and radial orthogonal axes, containing high and low pressure sides, extending in the radial direction from the shank to the apex and in the axial direction between the front and rear edges, cross sections having corresponding chords and bending lines extending between the leading and trailing edges, and centers of gravity aligned along a pivot axis having a double bend. The low pressure side is curved along the trailing edge near the liner to reduce the separation of the flow on it (RU 2000130594 A, publ. 01.27.2003).

Известна рабочая лопатка компрессора, включающая перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером размещена полка, формирующая проточную часть двигателя (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).Known compressor blades, including a feather and a shank. The shank of the blade is located horizontally, and the feather is connected to the shank through an intermediate element - the leg. Between the leg and the feather there is a shelf forming the engine flow part (NN Sirotin, AS Novikov, AG Paykin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS system technologies. Book 1. Moscow. Science 2011. p. 257-263).

К недостаткам известных технических решений рабочих колес КНД относится неясность или нераскрытость взаимосвязи заявленных в качестве существенных признаков приведенных аналогов с достигаемым техническим результатом, а также отсутствие информации о том, каким образом и в каких диапазонах значений указанные в аналогах основные конструкционные и эксплуатационные параметры влияют на улучшение технологичности изготовления и ремонтопригодности конструкции или на увеличение производительности компрессора, ресурса работы рабочих колес и КНД в целом, а также на снижение материалоемкости, трудо- и энергоемкости выполнения технологических операций.The disadvantages of the well-known technical solutions of KND impellers include the lack of clarity or the unsolved nature of the relationship between the declared analogues of the above analogues and the technical result achieved, as well as the lack of information on how and in which ranges of values the main structural and operational parameters indicated in the analogues affect the improvement manufacturability and maintainability of the design or to increase compressor productivity, working life of working wheels s and KND in general, as well as to reduce material consumption, labor and energy consumption of technological operations.

Задача настоящей полезной модели состоит в разработке рабочего колеса четвертой ступени вала ротора КНД ТРД с рабочими лопатками повышенной компактности, технологичности и ремонтопригодности, при одновременном снижении материалоемкости и увеличении ресурса КНД ТРД в целом.The objective of this utility model is to develop the impeller of the fourth stage of the rotor shaft of the low pressure turbojet engine with rotor blades of increased compactness, manufacturability and maintainability, while reducing material consumption and increasing the resource of low pressure turbojet engines in general.

Поставленная задача в части первого объекта решается тем, что рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего корпус с проточной частью, согласно полезной модели, выполнено в качестве рабочего колеса четвертой ступени вала ротора, содержит диск в виде моноэлемента, включающего снабженную центральным отверстием ступицу, сопряженную с полотном, на которое оперт обод с выполненными выпукло-вогнутыми в поперечном сечении рабочими лопатками, имеющими каждая перо с радиальной осью, боковыми кромками и хвостовик с продольной осью, при этом обод симметрично соединен с полотном диска с образованием двух равноплечих полок - фронтальной и тыльной, выполненных конически расширяющимся вдоль оси ротора по направлению потока рабочего тела и снабжен пазами с заведенными в них хвостовиками лопаток, а полотно диска снабжено системой равноудаленных от оси ротора отверстий, обеспечивающих возможность соединения через кольцевую проставку с полкой диска предшествующего рабочего колеса конструкции вала, при этом отверстия разнесены по условной окружности в полотне диска рабочего колеса с угловой частотой Y_о.п.=(3,03÷4,62) [ед/рад], причем продольная ось каждого из упомянутых пазов диска образует с осью рабочего колеса в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера лопатки, угол α₀ установки хвостовика лопатки, определенный в диапазоне значений α₀=(20÷32)°, а пазы равномерно разнесены по периметру диска и выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком лопатки, при этом хорда, соединяющая в корневой зоне боковые кромки пера каждой лопатки, образует с осью двигателя в проекции на упомянутую условную плоскость угол установки пера лопатки, нарастающий с радиальным удалением от оси рабочего колеса с градиентом закрутки пера G_з.п, принятым в диапазонеThe problem in part of the first object is solved in that the impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low-pressure compressor (KND) of a turbojet engine (TRD), having a housing with a flow part, according to the utility model, is made as the impeller of the fourth stage of the shaft the rotor, contains a disk in the form of a single element, including a hub equipped with a central hole, conjugated with a web, on which the rim is supported with working blades convexly concave in cross section, having each feather with a radial axis, lateral edges and a shank with a longitudinal axis, the rim being symmetrically connected to the blade web with the formation of two equal-shouldered shelves - front and rear, made conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working fluid and equipped with grooves wound in shanks of the blades, and the blade of the disk is equipped with a system of holes equidistant from the axis of the rotor, providing the possibility of connection through the ring spacer with the disk shelf of the previous impeller to For instructions shaft, wherein the openings are spaced apart on a notional circumference of the leaf disc impeller with angular frequency _OP Y = (3.03 ÷ 4.62) [units / rad], and the longitudinal axis of each of the mentioned grooves of the disk forms, with the axis of the impeller, projected onto the conditional axial plane normal to the radial axis of the blade feather, the blade installation angle α ₀ , defined in the range of values α ₀ = (20 ÷ 32) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk and made in cross section at least with side faces forming an element of the castle connection with the shank of the blade, with the chord connecting to the root the area of the side edges of the pen of each blade, forms with about Strongly engine in a projection on said notional plane of the blade installation angle, with increasing radial distance from the impeller axis gradient spin pen G _zp accepted in the range

G_з.п.=(α_п-α_к)/L_ср=(151,7÷274,0) [град/м],G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],

где α_к - проекция угла закрутки хорды корневого сечения пера лопатки относительно оси ротора в условной осевой плоскости ротора, нормальной к радиальной оси лопатки; α_п - аналогичная проекция угла закрутки относительно оси ротора наиболее удаленной периферийной хорды пера в плоскости, параллельной упомянутой осевой; L_ср - средняя радиальная длина пера лопатки.where α _to is the projection of the angle of twist of the chord of the root section of the feather of the blade relative to the axis of the rotor in the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade; α _p - a similar projection of the swirl angle relative to the rotor axis of the most remote peripheral chord of the pen in a plane parallel to the axial one; L _cf - the average radial length of the feather blades.

Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью в виде корыта, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера.The feather of the scapula can be made convex-concave with a concave surface in the form of a trough, and with a convex surface forming the back of the pen.

Перо лопатки может быть выполнено расширяющимся к периферийному торцу с градиентом расширения хорды G_х The feather of the scapula can be made expanding to the peripheral end with a gradient of expansion of the chord G _x

G_х=(L_п.х.-L_к.х.)/L_ср=(2,1÷3,4)·10^-2 [м/м],G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (2.1 ÷ 3.4) · 10 ^-2 [m / m],

где L_п.х - длина периферийной хорды, соединяющей боковые кромки пера лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей боковые кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора; L_ср - средняя осевая длина пера лопатки.where L _p.x is the length of the peripheral chord connecting the lateral edges of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the lateral edges of the feather blades in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor; L _cf - the average axial length of the feather blades.

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с уклоном в направлении потока рабочего тела, квазиконгруэнтным ответной поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД.The peripheral end face of the feather blade can be made beveled with a slope in the direction of flow of the working fluid, quasi-congruent with the reciprocal surface of the engine duct in the zone of the fourth stage of the low pressure valve.

Площадь F₁ ометания воздушного потока лопатками на входе в рабочее колесо может быть выполнена составляющей (0,39÷0,51) от полной площади F₀, условно ограниченной входным контуром воздухозаборника воздушного потока перед коком входного направляющего аппарата (ВНА), в проекции на плоскость, нормальную к оси двигателя, при этом площадь F₁ принята превышающей в свою очередь площадь F₂ на выходе из колеса у выходной кромки лопаток в (1,03÷1,19) раза.The area F _{1 of} throwing the air flow by the blades at the entrance to the impeller can be made of a component (0.39 ÷ 0.51) of the total area F ₀ , conditionally limited by the inlet circuit of the air flow intake in front of the inlet of the inlet guide vane (VNA), in the projection on the plane normal to the axis of the engine, with the area F ₁ taken in turn exceeding the area F ₂ at the exit of the wheel at the exit edge of the blades (1.03 ÷ 1.19) times.

Поставленная задача по второму варианту решается тем, что рабочее колесо ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего проточную часть, согласно полезной модели, содержит лопатки, предназначенные для установки в имеющем диск с пазами рабочем колесе четвертой ступени КНД, количество которых принято от 52 до 89 лопаток, при этом каждая лопатка содержит перо, длина которого по радиальной оси принята перекрывающей с зазором поперечное сечение проточной части двигателя на участке длины четвертой ступени КНД, причем перо каждой лопатки выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей от корневого к периферийному сечению, нормальным к радиальной оси пера, с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость рабочего колеса в диапазонеThe task according to the second embodiment is solved in that the impeller of the rotor of a low-pressure compressor of a turbojet engine having a flow part, according to a utility model, contains blades intended for installation in an impeller of the fourth stage of the low pressure valve having a disk with grooves, the number of which is accepted from 52 to 89 blades, wherein each blade contains a feather, the length of which along the radial axis is taken to overlap with a gap the cross section of the engine duct in a portion of the length of the fourth stage of the low pressure valve, the feather of each blade is made with an axial twist variable with respect to the rotor axis, growing from the root to the peripheral section, normal to the radial axis of the pen, with a pen twist gradient G _z , defined in the projection onto the conditional axial plane of the impeller in the range

G_з.п.=(α_п-α_к)/L_ср=(151,7÷274,0) [град/м], гдеG _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m], where

α_к - проекция угла закрутки хорды корневого сечения пера лопатки относительно оси ротора в условной осевой плоскости ротора, нормальной к радиальной оси лопатки; α_п - аналогичная проекция угла закрутки относительно оси ротора наиболее удаленной периферийной хорды пера в плоскости, параллельной упомянутой осевой; L_ср - средняя радиальная длина пера лопатки; кроме того каждая лопатка снабжена предназначенным для заведения в любой из пазов диска хвостовиком, имеющим продольную ось, размещенную под углом к оси ротора.α _to - the projection of the angle of twist of the chord of the root section of the feather of the blade relative to the axis of the rotor in the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade; α _p - a similar projection of the swirl angle relative to the rotor axis of the most remote peripheral chord of the pen in a plane parallel to the axial one; L _cf - the average radial length of the feather blades; in addition, each blade is equipped with a shank designed to be inserted into any of the grooves of the disk, having a longitudinal axis placed at an angle to the axis of the rotor.

При этом продольная ось хвостовика каждой лопатки может быть размещена относительно оси ротора под углом α₀, составляющим в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, α₀=(20÷32)°.In this case, the longitudinal axis of the shank of each blade can be placed relative to the axis of the rotor at an angle α ₀ , which is projected onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade feather, α ₀ = (20 ÷ 32) °.

Перо каждой лопатки комплекта может быть выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды G_х The feather of each blade of the kit can be made with lateral edges diverging to the peripheral end with a gradient of increasing chords G _x

G_х=(L_п.х.-L_к.х.)/L_ср=(2,1÷3,4)·10^-2 [м/м], гдеG _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (2.1 ÷ 3.4) · 10 ^-2 [m / m], where

Перо каждой лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью в виде корыта, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, кроме того хорда, соединяющая боковые кромки пера в корневой зоне образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол установки пера, практически не менее угла α₀ установки хвостовика лопатки.The feather of each blade can be made convex-concave with a concave surface in the form of a trough, and with a convex surface forming the back of the feather, in addition, the chord connecting the lateral edges of the feather in the root zone forms the angle of installation of the pen with the rotor axis in projection onto the conditional plane, almost no less than the angle α ₀ installation of the shank of the blade.

Перо каждой лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно условной хорды, соединяющей боковые кромки пера лопатки.The feather of each blade can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back and trough relative to the conditional chord connecting the side edges of the feather blade.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков группы полезных моделей, связанных единым творческим замыслом, состоит в разработке рабочего колеса четвертой ступени вала ротора КНД ТРД с рабочими лопатками повышенной компактности, технологичности и ремонтопригодности при снижении материалоемкости. Это достигается совокупностью разработанных в полезной модели конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов рабочего колеса, а именно, радиальных параметров диска, геометрической конфигурации обода с разноплечими кольцевыми полками, принятого сочетания тонкого полотна и осевой ширины и радиальных параметров ступицы, компенсирующих ослабляющее рабочего колесо центральное отверстие, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых напряжений в элементах диска. Найденная в полезной модели ориентация относительно оси вала и угловая частота пазов диска с возможностью размещения, фиксации и простоты взаимозаменяемости рабочих лопаток с принятой системой замкового соединения обеспечивает в совокупности повышенную эффективность функциональной работы и ресурса КНД в целом. Улучшенная геометрическая конфигурация и пространственная жесткость конструкции лопаток для рабочего колеса с заявленными силовыми и аэродинамическими параметрами достигается разработанным в полезной модели оптимальным варьированием радиальных значений и толщин пера лопатки, а также градиентами изменяющихся по длине лопатки осевой закрутки и расширения пера от корневого к периферийному сечению лопатки. Это в свою очередь обеспечивает возможность повышенной подачи в компрессор сжимаемого воздушного потока при относительном минимуме расхода энергии на всех режимах работы двигателя и повышение ресурса ТРД в сочетании со снижением материалоемкости и улучшением ремонтопригодности разработанной конструкции рабочих лопаток в процессе эксплуатации двигателя.The technical result achieved by the given set of features of a group of utility models connected by a single creative idea is to develop the impeller of the fourth stage of the rotor shaft of the low pressure turbojet engine with rotor blades of increased compactness, manufacturability and maintainability while reducing material consumption. This is achieved by a combination of design solutions and geometric parameters of the main components of the impeller developed in a utility model, namely, the radial parameters of the disk, the geometric configuration of the rim with different shoulders of annular shelves, the adopted combination of a thin web and axial width and radial parameters of the hub, compensating for the central hole weakening the impeller , which leads to a decrease in material consumption and increase the maximum allowable stresses in the elements of the disk. The orientation with respect to the axis of the shaft and the angular frequency of the grooves of the disk, found in the utility model, with the possibility of placement, fixation, and ease of interchangeability of the working blades with the adopted locking system, together provide an increased efficiency of the functional work and the efficiency of the low pressure rotor as a whole. The improved geometric configuration and spatial rigidity of the design of the blades for the impeller with the stated power and aerodynamic parameters is achieved by the optimal variation of the radial values and thickness of the blade feathers developed in the utility model, as well as by the gradients of the axial twist changing along the length of the blade and the extension of the feather from the root to the peripheral section of the blade. This, in turn, provides the possibility of increased supply of compressible air flow to the compressor with a relative minimum of energy consumption at all engine operating modes and an increase in the turbojet engine resource in combination with a decrease in material consumption and improved maintainability of the developed design of the working blades during engine operation.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображено рабочее колесо четвертой ступени вала ротора КНД, продольный разрез;in FIG. 1 shows the impeller of the fourth stage of the shaft of the rotor KND, a longitudinal section;

на фиг. 2 - фрагмент рабочего колеса четвертой ступени вала ротора КНД, фронтальная проекция;in FIG. 2 - a fragment of the impeller of the fourth stage of the shaft of the rotor KND, frontal projection;

на фиг. 3 - лопатка рабочего колеса четвертой ступени, вид сверху;in FIG. 3 - the blade of the impeller of the fourth stage, top view;

на фиг. 4 - перо лопатки рабочего колеса четвертой ступени, поперечный разрез;in FIG. 4 - feather blades of the impeller of the fourth stage, a cross section;

на фиг. 5 - фрагмент обода диска рабочего колеса четвертой ступени, фронтальная проекция.in FIG. 5 - a fragment of the rim of the disk of the impeller of the fourth stage, frontal projection.

Рабочее колесо ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего корпус с проточной частью, выполнено в качестве рабочего колеса четвертой ступени вала ротора. Рабочее колесо содержит диск 1 в виде моноэлемента, включающего ступицу 2 с центральным отверстием 3, сопряженную с полотном 4. На полотно 4 оперт обод 5 с рабочими лопатками 6. Лопатки 6 выполнены выпукло-вогнутыми в поперечном сечении и имеют каждая перо 7 с радиальной осью, боковыми кромками 8 и хвостовик 9 с продольной осью.The impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low-pressure compressor of a turbojet engine having a housing with a flow part, is made as the impeller of the fourth stage of the rotor shaft. The impeller contains a disk 1 in the form of a single element, including a hub 2 with a central hole 3, conjugated with the blade 4. A blade 5 is supported by a rim 5 with working blades 6. The blades 6 are made convex-concave in cross section and each feather 7 with a radial axis , lateral edges 8 and a shank 9 with a longitudinal axis.

Обод 5 соединен симметрично с полотном 4 диска 1 с образованием двух равноплечих полок - фронтальной полки 10 и тыльной полки 11, выполненных конически расширяющимся вдоль оси ротора по направлению потока рабочего тела и снабжен пазами 12 с заведенными в них хвостовиками 9 лопаток 6. Полотно 4 диска 1 снабжено системой равноудаленных от оси ротора отверстий 13, обеспечивающих возможность соединения через кольцевую проставку с полкой диска предшествующего рабочего колеса конструкции вала. Отверстия 13 разнесены по условной окружности в полотне 4 диска 1 рабочего колеса с угловой частотой Y_о.п.=(3,03÷4,62) [ед/рад].The rim 5 is connected symmetrically with the blade 4 of the disk 1 with the formation of two equal-shouldered shelves - the front shelf 10 and the rear shelf 11, made conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working fluid and provided with grooves 12 with shanks 9 of blades 6 inserted in them. Canvas 4 of the disk 1 is provided with a system of holes 13 equidistant from the axis of the rotor, providing the possibility of connection through the annular spacer with the disk shelf of the previous impeller of the shaft structure. The holes 13 are spaced around the circumference in the web 4 of the disk 1 of the impeller with an angular frequency of Y _o.p. = (3.03 ÷ 4.62) [unit / rad].

Продольная ось каждого из упомянутых пазов 12 диска 1 образует с осью рабочего колеса в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера 7 лопатки, угол α₀ установки хвостовика 9 лопатки 6, определенный в диапазоне значений α₀=(20÷32)°. Пазы 12 равномерно разнесены по периметру диска 1 и выполнены в поперечном сечении, по меньшей мере, с боковыми гранями, образующими элемент замкового соединения с хвостовиком 9 лопатки 6.The longitudinal axis of each of the mentioned grooves 12 of the disk 1 forms with the axis of the impeller projected onto the conditional axial plane normal to the radial axis of the blade pen 7, the installation angle α _{0 of} the shank 9 of the blade 6, defined in the range of values α ₀ = (20 ÷ 32) °. The grooves 12 are evenly spaced around the perimeter of the disk 1 and made in cross section at least with side faces forming an element of the castle connection with the shank 9 of the blade 6.

Хорда, соединяющая в корневой зоне 14 боковые кромки 8 пера 7 каждой лопатки 6, образует с осью двигателя в проекции на упомянутую условную плоскость угол установки пера 7 лопатки 6, нарастающий с радиальным удалением от оси рабочего колеса с градиентом закрутки пера G_з.п, принятым в диапазоне G_з.п:The chord connecting the lateral edges 8 of the pen 7 of each blade 6 in the root zone 14 forms a projection angle of the pen 7 of the blade 6 with the axis of the engine in projection onto said conditional plane, increasing with radial distance from the axis of the impeller with a pen gradient G _z.s. adopted in the range of G _zp :

Перо 7 лопатки 6 выполнено выпукло-вогнутым - с вогнутой поверхностью в виде корыта 15, наделенного функцией нагнетания, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 16 пера 7, наделенную функцией всасывания потока рабочего тела при вращении рабочего колеса.The feather 7 of the blade 6 is made convex-concave - with a concave surface in the form of a trough 15, endowed with a discharge function, and with a convex surface forming the back 16 of pen 7, endowed with the function of suction of the flow of the working fluid during the rotation of the impeller.

Перо 7 лопатки 6 выполнено расширяющимся к периферийному торцу 17 с градиентом расширения хорды G_х The feather 7 of the blade 6 is made expanding to the peripheral end 17 with an expansion gradient of the chord G _x

где L_п.х - длина периферийной хорды, соединяющей боковые кромки 8 пера 7 лопатки; L_к.х. - длина корневой хорды, соединяющей боковые кромки 8 пера 7 лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора; L_ср - средняя осевая длина пера лопатки.where L _p.x - the length of the peripheral chord connecting the lateral edges 8 of the pen 7 of the scapula; L _c.h. - the length of the root chord connecting the lateral edges 8 of the pen 7 of the scapula in a conditional plane parallel to the axial plane of the rotor; L _cf - the average axial length of the feather blades.

Периферийный торец 17 пера 7 лопатки 6 выполнен скошенным с уклоном в направлении потока рабочего тела, квазиконгруэнтным ответной поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД.The peripheral end face 17 of the pen 7 of the blade 6 is made beveled with a slope in the direction of flow of the working fluid, quasi-congruent with the reciprocal surface of the engine duct in the zone of the fourth stage of the low pressure valve.

Площадь F₁ ометания воздушного потока лопатками 6 на входе в рабочее колесо выполнена составляющей (0,39÷0,51) от полной площади F₀, условно ограниченной входным контуром воздухозаборника воздушного потока перед коком входного направляющего аппарата (ВНА), в проекции на плоскость, нормальную к оси двигателя. Площадь F₁ принята превышающей в свою очередь площадь F₂ на выходе из рабочего колеса у выходной кромки лопаток 6 в (1,03÷1,19) раза.The area F _{1 of} throwing the air flow with the blades 6 at the entrance to the impeller is made of a component (0.39 ÷ 0.51) of the total area F ₀ , conditionally limited by the inlet circuit of the air flow intake in front of the inlet of the inlet guide vane (VNA), in the projection onto the plane normal to the axis of the engine. The area of F ₁ taken in turn exceeds the area of F ₂ at the exit of the impeller at the output edge of the blades 6 in (1,03 ÷ 1,19) times.

По второму объекту полезной модели рабочее колесо ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, имеющего проточную часть, содержит лопатки 6, предназначенные для установки в имеющем диск 1 с пазами 12 рабочем колесе четвертой ступени КНД. Количество лопаток 6 принято от 52 до 89 лопаток.According to the second object of the utility model, the impeller of the rotor of a low-pressure compressor of a turbojet engine having a flowing part contains blades 6, intended for installation in the impeller of the fourth stage of the low pressure valve, which has a disk 1 with grooves 12. The number of blades 6 adopted from 52 to 89 blades.

Каждая лопатка 6 включает перо 7. Длина пера 7 по радиальной оси принята перекрывающей с зазором поперечное сечение проточной части двигателя на участке длины четвертой ступени КНД.Each blade 6 includes a pen 7. The length of the pen 7 along the radial axis is taken to overlap with a gap the cross section of the engine duct in the length section of the fourth stage of the low pressure valve.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено с переменной относительно оси ротора осевой закруткой, нарастающей от корневого к периферийному сечению, нормальным к радиальной оси пера 7, с градиентом закрутки пера G_з.п, определенным в проекции на условную осевую плоскость рабочего колеса в диапазонеPen 7 of each blade 6 is made with an axial twist variable relative to the axis of the rotor, growing from the root to the peripheral section, normal to the radial axis of the pen 7, with a pen twist gradient G _z defined in projection onto the conditional axial plane of the impeller in the range

Каждая лопатка 6 снабжена предназначенным для заведения в любой из пазов 12 диска 1 хвостовиком 9 с продольной осью, размещенной под углом к оси ротора, который в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера 7 лопатки, составляет α₀=(20÷32)°.Each blade 6 is equipped with a shank 9 with a longitudinal axis, which is designed to be inserted in any of the grooves 12 of the disk 1, with a longitudinal axis placed at an angle to the axis of the rotor, which, in projection onto the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the blade blade 7, is α ₀ = (20 ÷ 32) °.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено с боковыми кромками 8, расходящимися к периферийному торцу 17 с градиентом увеличения хорды G_х The feather 7 of each blade 6 is made with lateral edges 8 diverging to the peripheral end 17 with a gradient of increasing the chord G _x

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью в виде корыта 15, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 16 пера 7. Хорда, соединяющая боковые кромки пера 7 в корневой зоне 14 образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол установки пера 7, практически не менее угла α₀ установки хвостовика 9 лопатки.The feather 7 of each blade 6 is made convex-concave with a concave surface in the form of a trough 15, and with a convex surface forming the back 16 of the pen 7. The chord connecting the lateral edges of the pen 7 in the root zone 14 forms an angle with the rotor axis in the projection onto the said plane installation pen 7, at least an angle α _{0 of the} installation of the shank 9 of the scapula.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 16 и корыта 15 относительно условной хорды 18, соединяющей боковые кромки 8 пера 7 лопатки 6.The feather 7 of each blade 6 is made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back 16 and trough 15 relative to the conditional chord 18 connecting the side edges 8 of the feather 7 of the blade 6.

Работа рабочего колеса осуществляется следующим образом.The work of the impeller is as follows.

В процессе работы турбореактивного двигателя диск 1 рабочего колеса четвертой ступени приводится во вращение путем передачи крутящего момента от турбины низкого давления (ТНД) через силовую барабанно-дисковую оболочку вала ротора КНД с включением в работу лопаток 6 рабочего колеса. В результате чего происходит нагнетание воздушного потока в КНД. На вогнутой поверхности в виде корыта 15 пера 7 каждой лопатки 6 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 16 пера 7, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся рабочие лопатки 6 ротора передают энергию рабочему телу, направляя сжимаемый воздушный поток на лопатки статора четвертой ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в сдвоенный спрямляющий аппарат последней ступени статора КНД и далее во входной направляющий аппарат компрессора высокого давления.In the process of operation of a turbojet engine, the fourth-stage impeller disk 1 is rotated by transmitting torque from a low-pressure turbine (LPH) through a power drum-disk shell of the KND rotor shaft with the inclusion of the blades 6 of the impeller. As a result of which there is an injection of air flow in the CPV. On the concave surface in the form of a trough 15 of the feather 7 of each blade 6, a zone of increased pressure is created, and on the convex surface forming the back 16 of the pen 7, a zone of reduced pressure is created, which enhances the formation of directed air flow. Rotating rotor blades 6 of the rotor transfer energy to the working fluid, directing the compressible air flow to the stator vanes of the fourth stage, and after equalization in the last stream, it enters the dual rectifier apparatus of the last stage of the low pressure stator and then to the inlet guide apparatus of the high pressure compressor.

Claims

1. The impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low pressure compressor (LPC) of a turbojet engine (TRD), having a housing with a flow part, characterized in that it is made as the impeller of the fourth stage of the rotor shaft, contains a disk in the form of a single element, including a hub equipped with a central hole, conjugated with a web on which a rim is supported with working blades convexly concave in cross section having side feathers with a radial axis and side edges a shank with a longitudinal axis, the rim being symmetrically connected to the blade web with the formation of two equal-arm shelves - the front and rear, made conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working fluid, and equipped with grooves with blade shanks inserted in them, and the blade web is equipped with a system Holes equidistant from the axis of the rotor, providing the possibility of connection through the annular spacer with the disk shelf of the previous impeller of the shaft structure, while the holes are spaced according to the conditional the circumference in the blade disk of the impeller with an angular frequency of Y _o.p. = (3.03 ÷ 4.62) [units / rad], and the longitudinal axis of each of the mentioned grooves of the disk forms, with the axis of the impeller, projected onto the conditional axial plane normal to the radial axis of the blade feather, the blade installation angle α ₀ , defined in the range of values α ₀ = (20 ÷ 32) °, and the grooves are evenly spaced around the perimeter of the disk and made in cross section at least with side faces forming an element of the castle connection with the shank of the blade, with the chord connecting to the root the area of the side edges of the pen of each blade, forms with about Strongly engine in a projection on said notional plane of the blade installation angle, with increasing radial distance from the impeller axis gradient spin pen G _zp taken in the range:

G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],

where α _to is the projection of the angle of twist of the chord of the root section of the feather of the blade relative to the axis of the rotor in the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade; α _p - a similar projection of the swirl angle relative to the rotor axis of the most remote peripheral chord of the pen in a plane parallel to the axial one; L _cf - the average radial length of the feather blades.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the blade feather is convex-concave with a concave surface in the form of a trough, and with a convex surface forming the back of the feather.

3. The impeller according to claim 1, characterized in that the feather of the blade is made expandable to the peripheral end with a gradient of expansion of the chord G _x :

G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (2.1 ÷ 3.4) · 10 ^-2 [m / m],

where L _p.x is the length of the peripheral chord connecting the lateral edges of the feather blade; L _c.h. - the length of the root chord connecting the lateral edges of the feather blades in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor; L _cf - the average axial length of the feather blades.

4. The impeller according to claim 2, characterized in that the peripheral end of the blade pen is beveled with a slope in the direction of flow of the working fluid, quasi-congruent with the reciprocal surface of the engine duct in the fourth stage of the low pressure valve.

5. The impeller according to claim 1, characterized in that the area F _{1 of} throwing the air flow by the blades at the entrance to the impeller is made up of a component (0.39 ÷ 0.51) of the total area F ₀ , conditionally limited by the inlet circuit of the air flow intake Coke input guide vane (VNA), in projection onto a plane normal to the axis of the engine, while the area F ₁ taken in turn exceeds the area F ₂ at the exit of the wheel at the exit edge of the blades (1,03 ÷ 1,19) times .

6. The impeller of the rotor of a low-pressure compressor of a turbojet engine having a flow part, characterized in that it contains blades intended for installation in the impeller of the fourth stage KND having a disk with grooves, the number of which is taken from 52 to 89 blades, each blade contains a feather, the length of which along the radial axis is taken to overlap with a gap the cross section of the engine duct in a section of the length of the fourth stage of the low pressure valve, and the feather of each blade is made with a variable relative about the axis of the rotor axial spin, accruing from the root to the peripheral cross section normal to the radial axis of the pen, the pen with a gradient Spin G _zp determined in projection on a notional axial impeller plane in the range:

G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],

where α _to is the projection of the angle of twist of the chord of the root section of the feather of the blade relative to the axis of the rotor in the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade; α _p - a similar projection of the swirl angle relative to the rotor axis of the most remote peripheral chord of the pen in a plane parallel to the axial one; L _cf - the average radial length of the feather blades; in addition, each blade is equipped with a shank designed to be inserted into any of the grooves of the disk, having a longitudinal axis placed at an angle to the axis of the rotor.

7. The impeller according to claim 6, characterized in that the longitudinal axis of the shank of each blade is placed relative to the rotor axis at an angle α ₀ , which is projected onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade feather, α ₀ = (20 ÷ 32 ) °.

8. The impeller according to claim 6, characterized in that the feather of each blade is made with lateral edges diverging to the peripheral end with a gradient of increasing chord G _x :

G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (2.1 ÷ 3.4) · 10 ^-2 [m / m],

9. The impeller according to claim 6, characterized in that the feather of each blade is convex-concave with a concave surface in the form of a trough and with a convex surface forming the back of the pen, in addition, a chord connecting the lateral edges of the pen in the root zone forms the axis of the rotor in the projection onto the said conventional plane, the angle of installation of the pen, practically not less than the angle α _{0 of the} installation of the shank of the blade.

10. The impeller according to claim 9, characterized in that the feather of each blade is made variable in width and height of the feather with a thickness defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the conditional chord connecting the side edges of the blade feather.