Патент на изобретение №2209985

(54) РОТОР ТУРБОМАШИНЫ

(57) Реферат:

Ротор турбомашины содержит, по меньшей мере, два диска и промежуточное кольцо, снабженные парами сопрягаемых посадочных поверхностей, а также, по меньшей мере, одной парой сопрягаемых упорных торцовых поверхностей. Одна из сопрягаемых посадочных поверхностей выполнена конической, расширяющейся в направлении поджатия упорной торцовой поверхности промежуточного кольца к упорной торцовой поверхности диска. Сопрягаемая посадочная поверхность, находящаяся в паре с конической сопрягаемой посадочной поверхностью, может быть также выполнена конической. Одна из сопрягаемых посадочных поверхностей другой пары может быть также выполнена конической. Обе сопрягаемые посадочные поверхности другой пары могут быть выполнены коническими. Пары сопрягаемых посадочных поверхностей могут быть образованы поверхностями выступов или пазов, которыми снабжены диски и/или промежуточные кольца. Изобретение позволяет повысить ресурс и кпд турбомашины, а также упростить ее сборку-разборку. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к роторам турбомашин.

Известен ротор компрессора высокого давления Д-30КУ, содержащий цельные промежуточные кольца, размещенные между дисками (См. Техническое описание М. , Машиностроение, 1975, с.37, рис.40-41). При сбросе режима холодный воздух, проходящий по тракту компрессора, охлаждает тонкостенные кольца быстрее, чем массивные диски. В связи с этим появляется зазор по диаметральной посадочной поверхности и торцам между кольцами и соседними дисками, что приводит к утечке воздуха из тракта внутрь ротора и разбалансировке ротора.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является ротор компрессора, содержащий диски с пазами и расположенные между ними промежуточные кольца с выступами. (См. патент РФ 2141035, МПК F 01 D 5/06).

Недостатками такой конструкции являются сложность выемки колец из зазора между дисками во время частичного ремонта компрессора, а также неопределенность положения колец в осевом направлении на переходных режимах работы компрессора и связанные с этим снижение ресурса компрессора и кпд (См. патент РФ 2141035, МПК F 01 D 5/06).

Технической задачей настоящего изобретения является повышение ресурса и КПД турбомашины, а также технологическое упрощение ее сборки-разборки.

Поставленная задача решается тем, что в роторе турбомашины, содержащем, по меньшей мере, два диска и промежуточное кольцо, снабженные парами сопрягаемых посадочных поверхностей, а также, по меньшей мере, одной парой сопрягаемых упорных торцовых поверхностей, одна из сопрягаемых посадочных поверхностей выполнена конической, расширяющейся в направлении поджатия упорной торцовой поверхности промежуточного кольца к упорной торцовой поверхности диска.

Кроме того, в роторе турбомашины сопрягаемая посадочная поверхность, находящаяся в паре с конической сопрягаемой посадочной поверхностью, также может быть выполнена конической, а кроме того, одна из сопрягаемых поверхностей другой пары тоже может быть выполнена конической.

Вместе тем для баланса напряжений и усилий обе сопрягаемые посадочные поверхности другой пары также могут быть выполнены коническими.

При этом пары сопрягаемых посадочных поверхностей могут быть образованы поверхностями выступов или пазов, которыми снабжены диски и/или промежуточные кольца.

Сопрягаемыми поверхностями являются поверхности, которые при работе устройства соприкасаются (обладают возможностью соприкосновения, контакта) между собой. При этом в окружном направлении для каждой пары сопрягаемых поверхностей должна существовать, по меньшей мере, одна непрерывная и замкнутая в окружном направлении линия их соприкосновения (последовательность точек контакта). Этим обеспечивается газоплотность соединения (контакта), необходимая для исключения перетекания рабочей среды между ступенями. Газоплотность – способность какого-либо соединения препятствовать прохождению газа через него.

Выполнение конической одной из сопрягаемых посадочных поверхностей при вращении ротора обеспечивает постоянную осевую фиксацию промежуточного кольца.

Возникающая в поле центробежных сил осевая составляющая обеспечивает поджатие упорной торцовой поверхности промежуточного кольца к упорной торцовой поверхности диска. При этом разница температур промежуточного кольца и дисков на различных режимах работы турбомашины не нарушает центровку промежуточного кольца и герметичность стыков, что повышает ресурс турбомашины и кпд. Кроме этого, выполнение одной из сопрягаемых посадочных поверхностей конической, расширяющейся в направлении поджатия упорной поверхности промежуточного кольца к упорной торцовой поверхности диска обеспечивает простоту установки и выемки колец во время сборки-разборки ротора.

Предлагаемая конструкция ротора турбомашины иллюстрируется фиг.1,2, на которых представлен пример конкретного выполнения, когда пары сопрягаемых посадочных поверхностей выполнены в виде пазов на дисках и выступов на промежуточном кольце.

На фиг.1 показан общий вид ротора компрессора.

На фиг.2 – элемент Б на общем виде.

На фиг. 1,2 приняты следующие обозначения элементов, входящих в состав ротора: диски 1 с выступами 2,3, пары сопрягаемых поверхностей 4 и 5, 6 и 7, промежуточное кольцо 8 с выступами 9, 10, пара сопрягаемых упорных торцовых поверхностей 11,12, поперечный разрез 13.

Ротор турбомашины содержит диски 1 с выполненными в них пазами, имеющими выступы 2, 3 с сопрягаемыми посадочными поверхностями 4 и 6 и упорной торцовой поверхностью 12. Промежуточное кольцо 8 содержит выступы 9, 10, упорную торцовую поверхность 11 промежуточного кольца 8 и поперечный разрез 13.

Сопрягаемая посадочная поверхность 4 выполнена конической, расширяющейся в направлении поджатия упорной торцовой поверхности 11 промежуточного кольца 8 к упорной торцовой поверхности 12 диска 1.

Сопрягаемая посадочная поверхность 5 , находящаяся в паре с конической сопрягаемой посадочной поверхностью 4, также выполнена конической.

Обе сопрягаемые посадочные поверхности 6 и 7 другой пары также выполнены коническими для обеспечения баланса напряжений и усилий в конструкции.

На фиг.1 показано также положение С промежуточного кольца при его выемке или установке в ротор турбомашины. На фиг.2 обозначены углы А и В наклона образующих конических сопрягаемых посадочных поверхностей к оси вращения ротора.

Образующие сопрягаемых посадочных поверхностей 4 и 5 промежуточного кольца 8 и диска 1 расположены под углом А к оси вращения ротора, а образующие сопрягаемых посадочных поверхностей 6 и 7 – под углом В. В описываемом примере угол А больше угла В. При этом меньший угол В может составлять менее 15^o и даже быть отрицательным, а больший угол А – более 25^o. Выступ 10 промежуточного кольца 8 снабжен упорной торцовой поверхностью 11, сопряженной с упорной торцовой поверхностью 12 диска 1.

Во время вращения ротора на промежуточное кольцо 8 воздействует центробежная сила, одна из составляющих которой поджимает упорную торцовую поверхность 11 к упорной торцовой поверхности 12, способствуя повышению плотности указанного соединения. Это достигается благодаря выполнению сопрягаемых посадочных поверхностей 4 и 5 коническими, расширяющимися в направлении поджатия упорной торцовой поверхности 11 промежуточного кольца 8 к упорной торцовой поверхности 12 диска 1. При этом разница температур промежуточного кольца 8 и дисков 1 на различных режимах работы не нарушает центровку промежуточного кольца 8 и герметичность стыков по торцовой поверхности. Такая конструкция ротора обеспечивает герметичность стыков и устраняет перетекание воздуха, а значит, повышает КПД турбомашины. Устранение возможности нарушения центровки промежуточного кольца 8 обеспечивает также стабильность КПД и повышает ресурс компрессора. Кроме этого, благодаря тому, что образующие конических посадочных поверхностей пазов дисков и выступов промежуточных колец расположены под разными углами к оси ротора (далее – углами наклона), упрощается установка и выемка промежуточных колец во время сборки-разборки ротора. Так, сдвиг промежуточного кольца в сторону выступа, имеющего больший угол наклона посадочной поверхности, обеспечивает переход промежуточного кольца на меньший диаметр, выход из зацепления с диском выступа с меньшим углом наклона и последующим разворотом кольца вокруг выступа с большим углом.

Формула изобретения

1. Ротор турбомашины, содержащий, по меньшей мере, два диска и промежуточное кольцо, снабженные парами сопрягаемых посадочных поверхностей, а также, по меньшей мере, одной парой сопрягаемых упорных торцовых поверхностей, отличающийся тем, что одна из сопрягаемых посадочных поверхностей выполнена конической, расширяющейся в направлении поджатия упорной торцовой поверхности промежуточного кольца к упорной торцовой поверхности диска.

2. Ротор турбомашины по п.1, отличающийся тем, что сопрягаемая посадочная поверхность, находящаяся в паре с конической сопрягаемой посадочной поверхностью, также выполнена конической.

3. Ротор по п.2, отличающийся тем, что одна из сопрягаемых посадочных поверхностей другой пары также выполнена конической.

4. Ротор по п.3, отличающийся тем, что обе сопрягаемые посадочные поверхности другой пары выполнены коническими.

5. Ротор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что пары сопрягаемых посадочных поверхностей образованы поверхностями выступов или пазов, которыми снабжены диски и/или промежуточные кольца.

РИСУНКИ