RU149742U1

RU149742U1 - LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR WHEEL OF TURBOREACTIVE ENGINE (OPTIONS)

Info

Publication number: RU149742U1
Application number: RU2014116603/06U
Authority: RU
Inventors: Евгений Ювенальевич Марчуков; Сергей Анатольевич Симонов; Андрей Валерьевич Узбеков; Игорь Сергеевич Кузнецов
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 второй 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, причем обод соединен асимметрично с полотном диска с образованием двух разноплечих конически расширяющихся вдоль оси ротора в направлении потока рабочего тела полок - фронтальной и тыльной, суммарная равноплечая часть ширины которых снабжена пазами, в которые заведены хвостовики лопаток, а выступающие за габарит пазов консольные участки фронтальной и тыльной полок обода развиты с одной стороны до контакта с ответной полкой обода диска предшествующей ступени и с другой стороны до контакта с проставкой соединения с диском последующей ступени ротора, 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=(21÷27)°, 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, кроме того, перо лопатки выполнено расширяющимся к периферийному торц1. 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 second stage of the rotor shaft, contains a disk in the form of a single element, including a hub equipped with a central hole, mating with a web on which a rim is supported with working blades convexly concave in cross section having each feather with a radial axis, side edges and a skeleton with a longitudinal axis, the rim being connected asymmetrically to the disk blade to form two different shoulders conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working medium of the shelves — the front and back, the total equal-arm part of the width of which is provided with grooves into which the shanks of the blades are inserted and protruding beyond grooves, cantilever sections of the front and rear flange of the rim are developed on the one hand before contact with the mating flange of the rim of the disk of the previous stage and on the other hand, before contact with the spacer with the disk of the next rotor stage, 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 installation angle α of the blade shaft, defined in the range of values α = (21 ÷ 27) °, 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, in addition, the feather of the blade is made expanding to the peripheral end

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 второй ступени вала ротора КНД ТРД, снабженного 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 second stage of the rotor shaft of the low pressure turbojet engine, equipped with blades of increased compactness, manufacturability and maintainability, while reducing material consumption and increasing the resource of the low pressure turbojet engine in general.

Поставленная задача по первому варианту 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 второй 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, причем обод соединен ассиметрично с полотном диска с образованием двух разноплечих, конически расширяющихся вдоль оси ротора в направлении потока рабочего тела полок - фронтальной и тыльной, суммарная равноплечая часть ширины которых снабжена пазами, в которые заведены хвостовики лопаток, а выступающие за габарит пазов консольные участки фронтальной и тыльной полок обода развиты с одной стороны до контакта с ответной полкой обода диска предшествующей ступени и с другой стороны до контакта с проставкой соединения с диском последующей ступени ротора, 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=(21÷27)°, 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, кроме того перо лопатки выполнено расширяющимся к периферийному торцу с градиентом расширения хорды G_х The task of the first embodiment is solved in that the impeller of the rotor, including the shaft of the drum-disk design of the low pressure compressor (KND) of the turbojet engine (TRD), having a housing with a flow part, according to the utility model, is made as the impeller of the second stage of the rotor shaft , contains a disk in the form of a single element, including a hub provided with a central hole, mating with a web, on which a 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, and the rim is connected asymmetrically to the disk blade with the formation of two different arms, conically expanding along the rotor axis in the direction of flow of the working body of the shelves - front and back, the total equal shoulder portion of the width of which is provided with grooves into which the shanks of the blades are introduced, and the cantilever sections of the front and back flanges of the rim protruding beyond the groove size are developed on one side before contact with the mating flange of the disk rim of the previous fines and, on the other hand, until the next step of the rotor contacts the spacer of the connection with the disk, the longitudinal axis of each of the said grooves of the disk forming, 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 = (21 ÷ 27) °, 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, in addition the feather of the scapula is 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=(5,9÷8,7)·10^-2 [м/м],G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (5.9 ÷ 8.7) · 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.

При этом хорда, соединяющая в корневой зоне боковые кромки пера каждой лопатки, может образовать 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 диапазонеAt the same time, a chord connecting the lateral edges of the feather of each blade in the root zone can form, with the axis of the engine, projected onto the conditional plane, the angle of installation of the blade’s feather, increasing with radial distance from the axis of the impeller with a gradient of twist of the pen G _zp , adopted in the range

G_з.п.=(α_п-α_к)/L_ср=(159,2÷245,8) [град/м],G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (159.2 ÷ 245.8) [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.

Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с уклоном в направлении потока рабочего тела, квазиконгруэнтным ответной поверхности проточной части двигателя в зоне второй ступени КНД.The peripheral end face of the blade pen 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 area of the second stage of the low pressure valve.

Площадь F₁ ометания воздушного потока лопатками на входе в рабочее колесо может быть выполнена составляющей (0,51÷0,65) 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 (1,04÷1,25) 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 (0.51 ÷ 0.65) 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 by (1.04 ÷ 1.25) times.

Поставленная задача во 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 второй ступени КНД, количество которых принято от 34 до 62 лопаток, при этом каждая лопатка содержит перо, длина которого по радиальной оси принята перекрывающей с зазором поперечное сечение проточной части двигателя на участке длины второй ступени КНД, причем перо каждой лопатки выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды G_х The task in the second embodiment is solved by the fact 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 designed for installation in an impeller of the second stage of the low pressure valve, the number of which is adopted from 34 to 62 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 section of the length of the second stage of the low pressure valve, and the feather to each blade is made with lateral edges diverging to the peripheral end with a gradient of increasing chord G _x

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; причем каждая лопатка снабжена предназначенным для заведения в любой из пазов диска хвостовиком с продольной осью, размещенной под углом к оси ротора.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; moreover, each blade is equipped with a shank intended for insertion into any of the grooves of the disk with 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=(17÷27)°.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 blade, α ₀ = (17 ÷ 27) °.

Перо каждой лопатки комплекта может быть 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 feather of each blade of the kit can be performed with an axial twist variable relative 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 projection onto the conditional axial plane of the impeller in the range

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.

Каждая лопатка может быть снабжена антивибрационной полкой, расположенной в зоне одной трети длины от периферийного торца пера лопатки, а каждый торец указанной полки выполнен с возможностью взаимного опирания на аналогичный ответный торец смежной лопатки рабочего колеса.Each blade can be equipped with an anti-vibration shelf located in the area of one third of the length from the peripheral end of the blade feather, and each end of the specified shelf is made with the possibility of mutual support on a similar counter end of the adjacent blade of the impeller.

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 второй ступени вала ротора КНД ТРД, снабженного рабочими лопатами 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 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 concept consists in developing an impeller of the second stage of the rotor shaft of the low pressure turbojet engine, equipped with working shovels 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, coupled with a reduction in material consumption and improved maintainability of the developed blade design 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 второй ступени вала ротора КНД, продольный разрез;in FIG. 1 shows the impeller of the second stage of the shaft of the rotor KND, a longitudinal section;

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

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

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

на фиг. 5 - фрагмент обода диска рабочего колеса второй ступени, фронтальная проекция.in FIG. 5 - a fragment of the rim of the disk of the impeller of the second 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 второй 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 second 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 ассиметрично с полотном 4 диска 1 с образованием двух разноплечих, конически расширяющихся вдоль оси ротора в направлении потока рабочего тела полок - фронтальной полки 10 и тыльной полки 11. Суммарная равноплечая часть ширины полок 10 и 11 снабжена пазами 12, в которые заведены хвостовики 9 лопаток 6. Выступающие за габарит пазов 12 консольные участки фронтальной и тыльной полок 10 и 11 обода 5 развиты с одной стороны до контакта с ответной полкой обода диска предшествующей ступени и с другой стороны до контакта с проставкой соединения с диском последующей ступени ротора с возможностью передачи крутящего момента.The rim 5 is connected asymmetrically with the blade 4 of the disk 1 with the formation of two different arms, conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working medium of the shelves — the front shelf 10 and the rear shelf 11. The total equal shoulder portion of the width of the shelves 10 and 11 is provided with grooves 12 into which the shanks are inserted 9 blades 6. The cantilever sections of the front and rear flanges 10 and 11 of the rim 5 protruding beyond the groove 12 are developed on the one hand to contact the mating flange of the disk rim of the previous stage and, on the other hand, to contact the spacer of the joint I am with a disk of the subsequent rotor stage with the possibility of transmitting torque.

Продольная ось каждого из указанных пазов 12 диска 1 образует с осью рабочего колеса в проекции на условную осевую плоскость, нормальную к радиальной оси пера 7 лопатки 6, угол α₀ установки хвостовика 9 лопатки 6, определенный в диапазоне значений α₀=(21÷27)°. Пазы 12 равномерно разнесены по периметру диска 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 these 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 feather 7 of the blade 6, the installation angle α _{0 of} the shank 9 of the blade 6, defined in the range of values α ₀ = (21 ÷ 27 ) °. The grooves 12 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 9 of the blade 6.

Хорда, соединяющая в корневой зоне 13 боковые кромки 8 пера 7 каждой лопатки 6, 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 chord connecting the lateral edges 8 of the pen 7 of each blade 6 in the root zone 13 forms, with the axis of the engine, projected onto the said conventional plane, the angle of the blade’s pen installation, increasing with the radial distance from the axis of the impeller with the gradient of the pen’s twist G _z in the range

G_з.п.=(α_п-α_к)/L_ср=(159,2÷245,8) [град/м], гдеG _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (159.2 ÷ 245.8) [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.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.

Перо 7 лопатки 6 выполнено выпукло-вогнутым - с вогнутой поверхностью в виде корыта 14, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 15 пера 7.The feather 7 of the blade 6 is made convex-concave - with a concave surface in the form of a trough 14, and with a convex surface forming the back 15 of feather 7.

Перо 7 лопатки 6 выполнено расширяющимся к периферийному торцу 16 с градиентом расширения хорды G_х The feather 7 of the blade 6 is made expanding to the peripheral end 16 with a gradient of expansion of the chord G _x

Периферийный торец 16 пера 7 лопатки 6 выполнен скошенным с уклоном в направлении потока рабочего тела, квазиконгруэнтным ответной поверхности проточной части двигателя в зоне второй ступени КНД.The peripheral end face 16 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 area of the second stage of the low pressure valve.

Площадь F₁ ометания воздушного потока лопатками 6 на входе в рабочее колесо выполнена составляющей (0,51÷0,65) 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 (1,04÷1,25) раза.The area F _{1 of} throwing the air flow by the blades 6 at the entrance to the impeller is made of a component (0.51 ÷ 0.65) of the total area F ₀ , conditionally limited by the inlet contour of the air intake of the air flow in front of the inlet of the inlet guide vane (VNA), in projection onto normal to the axis of the engine. The area F ₁ taken in turn exceeds the area F ₂ at the exit of the impeller at the output edge of the blades 6 in (1,04 ÷ 1,25) times.

По второму объекту настоящей 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 второй ступени КНД. Количество лопаток 6 принято от 34 до 62 лопаток.According to the second object of this 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 second stage of the low pressure valve, which has a disk 1 with grooves 12. The number of blades 6 is taken from 34 to 62 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 второй 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 second 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=(21÷27)°.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 the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the blade blade 7 is α ₀ = (21 ÷ 27) °.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено с боковыми кромками, расходящимися к периферийному торцу 16 с градиентом увеличения хорды G_х The feather 7 of each blade 6 is made with lateral edges diverging to the peripheral end 16 with a gradient increasing the chord G _x

G_х=(L_п.х.-L_к.х.)/L_ср=(5,9÷8,7)·10^-2 [м/м], гдеG _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (5.9 ÷ 8.7) · 10 ^-2 [m / m], where

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.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью в виде корыта 14, и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 15 пера 7. Хорда, соединяющая боковые кромки 8 пера 7 в корневой зоне 13 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 14, and with a convex surface forming the backrest 15 of the pen 7. The chord connecting the lateral edges 8 of the pen 7 in the root zone 13 forms with the axis of the rotor in projection onto the said conditional plane the angle of installation of the pen 7, practically not less than the angle α _{0 of the} installation of the shank 9 of the scapula.

Каждая лопатка 6 снабжена антивибрационной полкой 17, расположенной в зоне одной трети длины от периферийного торца 16 пера 7 лопатки 6. Каждый торец 18 указанной полки 20 выполнен с возможностью взаимного опирания на аналогичный ответный торец смежной лопатки рабочего колеса.Each blade 6 is equipped with an anti-vibration shelf 17, located in the region of one third of the length from the peripheral end 16 of the pen 7 of the blade 6. Each end 18 of the specified shelf 20 is made with the possibility of mutual support on a similar counter end of the adjacent blade of the impeller.

Перо 7 каждой лопатки 6 выполнено переменной по ширине и высоте пера 7 толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 15 и корыта 14 относительно условной хорды 19, 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 7 with a thickness defined in cross section as the difference between the heights of the backrest 15 and the trough 14 relative to the conditional chord 19 connecting the lateral 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 второй 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 14 пера 7 каждой лопатки 6 создается зона повышенного давления, а на выпуклой поверхности, образующей спинку 15 пера 7, создается при этом зона пониженного давления, усиливающая образование направленного воздушного потока. Вращающиеся лопатки 6 рабочего колеса ротора передают энергию воздушному потоку, направляя сжимаемый поток на лопатки статора второй ступени, и после выравнивания в последнем поток поступает в последующие ступени КНД.In the process of operation of a turbojet engine, the second stage impeller disk 1 is rotated by transmitting torque from a low pressure turbine (LPH) through the power drum-disk shell of the KND rotor shaft with the impeller blades 6 turned on. 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 14 of the feather 7 of each blade 6, an increased pressure zone is created, and on the convex surface forming the backrest 15 of the feather 7, a reduced pressure zone is created thereby enhancing the formation of a directed air flow. Rotating blades 6 of the rotor impeller transmit energy to the air flow, directing the compressible flow to the stator blades of the second stage, and after alignment in the last, the flow enters the subsequent stages of the low pressure switch.

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 second stage of the rotor shaft, contains a disk in the form of a single element, including a hub equipped with a central hole, mating with a web on which a rim is supported with working blades convexly concave in cross section having each feather with a radial axis, side edges and a skeleton with a longitudinal axis, the rim being connected asymmetrically to the disk blade to form two different shoulders conically expanding along the axis of the rotor in the direction of flow of the working medium of the shelves — front and back, the total equal shoulder portion of the width of which is provided with grooves into which the shanks of the blades are inserted, and protruding beyond grooves, cantilever sections of the front and rear flange of the rim are developed on the one hand before contact with the mating flange of the disc rim of the previous stage and on the other hand, before contact with the spacer with the disk of the subsequent rotor stage, 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 = (21 ÷ 27) °, 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 locking connection with the shank of the blade, in addition, the feather of the blade is made expanding to the peripheral Ortsu with gradient expansion of the chord G _x

G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (5.9 ÷ 8.7) · 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.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the chord connecting the lateral edges of the feather of each blade in the root zone forms, with the axis of the engine, the projection angle of the blade feather, projecting onto the said conventional plane, increasing with a radial distance from the axis of the impeller with a gradient pen twist G _zp accepted in the range

G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (159.2 ÷ 245.8) [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.

3. 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.

4. The rotor impeller according to claim 3, characterized in that the peripheral end face 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 flow in the second 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 (0.51 ÷ 0.65) of the total area F ₀ , conditionally limited by the input circuit of the air flow intake Coke input guide vane (VNA), in projection onto a plane normal to the axis of the engine, with 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 (1.04 ÷ 1.25) 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 to be installed in the impeller of the second stage KND, which has a disk with grooves, the number of which is taken from 34 to 62 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 second stage of the low pressure valve, and the feather of each blade is made with lateral edges diverging Isya to the peripheral end face with a gradient increasing chord G _x

G _x = (L _p.h. -L _k.h. ) / L _cf = (5.9 ÷ 8.7) · 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; moreover, each blade is equipped with a shank intended for insertion into any of the grooves of the disk with 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 = (17 ÷ 27 ) °.

8. The impeller according to claim 6, characterized in that 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 the pen twist gradient G _z defined in the projection on the conditional axial plane of the impeller in the range

G _s.p. = (α _p -α _k ) / L _cf = (159.2 ÷ 245.8) [deg / m],

9. The impeller according to claim 7, characterized in that the feather of each blade of the kit is made 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, the chord connecting the side 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 6, characterized in that each blade is equipped with an anti-vibration shelf located in the region of one third of the length from the peripheral end of the blade feather, and each end of the specified shelf is mutually supported by a similar counter end of the adjacent blade of the impeller.

11. The impeller according to claim 6, 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 lateral edges of the blade feather.