19 Роторы осевых компрессоров

По конструкции элементов, к которым крепятся рабо­чие лопатки, различают следующие типы роторов осевых компрес­соров: барабанный (а), дисковый (б) и смешанный — барабанно-дисковый (в) (см. рис. 3.23).

Рис. 3.23. Типы роторов компрессора

Ротор барабанного типа

Ротор барабанного типа представляет собой барабан, на ко­тором крепятся лопатки и две боковые крышки с цапфами, с по­мощью которых ротор опирается на подшипники (рис. 3.24, а). В зависимости от закона профилирования проточной части бара­бан может иметь цилиндрическую или коническую форму. Для крепления лопаток на его поверхности прорезаются кольцевые или продольные фасонные пазы (рис. 3.24, б, в). При продольных пазах число лопаток во всех ступенях одинаковое, что не позво­ляет обеспечить максимальную напорность в каждой ступени. Однако такое расположение лопаток удобно для их монтажа и демонтажа, а изготовление продольных пазов проще, чем коль­цевых. Расстояние между лопатками обеспечивается специальными проставками 3.

Ротор барабанного типа:а — принципиальная схема; б — крепление ло­паток, установленных в кольцевые пазы; в — крепление лопаток, установленных в продольные пазы: 1— барабан; 2 — рабочая лопатка; 3, 4 — проставка; 4' — проставка до постановки в паз; 5 — отверстие

Достоинство ротора барабанного типа: простота конструкции и, следовательно, простота изготовления, большая поперечная (изгибная) жесткость и, как следствие, высокая критическая частота вращения.

Недостатком ротора данного типа является его низкая несу­щая способность, допускающая окружные скорости на среднем диаметре лопаток не более 200 ... 250 м/с. Следовательно, ротор барабанного типа — тихоходный, и для получения необходимой степени повышения давления в компрессоре должно быть большое число ступеней. Это ведет к увеличению массы, что противо­речит одному из основных требований, предъявляемых к компрессорам, — обеспечению минимальной удельной мас­сы .

Передача крутящего момента в роторах дискового типа. Пере­дача крутящего момента от вала к дискам возможна несколькими способами: при помощи шлиц, трения и призонных болтов.

Для фиксирования осевого положения дисков относительно вала используются кольцевые буртики, проставки — трактовые кольца и другие элементы.

Ротор дискового типа

Ротор дискового типа состоит из последовательно расположен­ных дисков, непосредственно не связанных между собой (рис. 3.27). На внешней части дисков (ободе) крепятся рабочие лопатки. Диски имеют центральные отверстия и из условий прочности выполняются с развитой ступицей (часть полотна диска около отверстия).

Ступица служит для соединения с валом, от которого крутя­щий момент с турбины передается каждому диску отдельно. Та­ким образом, ротор дискового типа состоит из дисков 8, лопа­ток 1 и вала 5.

П олотно диска специальным образом профилируется — утоньшается к ободу — для получения минимальной массы при обес­печении необходимой долговечности. Иногда для упрощения производства полотно диска выполняют постоянной толщины.

Рис. 3.27. Ротор дискового типа: а — конструктивная схема ротора; б — фиксация трактовых колец от проворачивания в окружном направлении; / — рабочая лопатка; 2 — трактовое кольцо; 3 — лопатка направляющего аппарата; 4, 7 — гайки, стягивающие диски; 5 — вал; 6 — шлицы; в — диски; 9 — штифт, фиксирующий трактовое кольцо от проворачивания.

Кроме того, уменьшение массы и хорды лопаток, а следовательно, и обода дисков от первых к последним ступеням компрес­сора позволяет уменьшить также и толщину дисков в этом же направлении. Для увеличения вибропрочности дисков последних ступеней толщина их полотна может быть увеличена.

Достоинства дисковых роторов:

— дисковые роторы обладают большей несущей способностью, чем барабанные, и допускают на среднем диаметре лопаток окруж­ные скорости 400 ... 450 м/с, т. е, дисковый ротор является высоко­напорным;

— диаметр турбины хорошо согласуется с диаметром компрес­сора, что способствует получению двигателем приемлемых диа­метральных габаритных размеров;

— число лопаток на разных ступенях выбирается оптималь­ным. Недостатки дисковых роторов:

— малая изгибная и крутильная жесткость. Для ее увеличе­ния вал необходимо выполнять значительного диаметра, а, сле­довательно, увеличивать толщину ступиц дисков и утяжелять конструкцию ротора в целом;

— вследствие малой жесткости повышенная склонность к возбуждению колебаний дисков.

— меньшая, чем у барабана, жесткость конструкции требует обязательного применения двух опор для ротора компрессора.

Ротор смешанного или барабанно-дискового типа

Ротор смешанного или барабанно-дискового типа (рис. 3.31) имеет в своей конструкции и диски, и барабанные участки и поэтому сочетает достоинства двух рас­смотренных выше типов роторов. Ротор смешанного типа состоит из отдельных секций, включающих в себя либо диск с развитым цилиндрическим (или коническим) буртом (рис. 3.31, поз. 1), выполненным совместно с диском, либо диск и отдельную кольце­вую проставку, передающую крутящий момент. Секции соединяются между собой, и бурты или про­ставки образуют барабан. К передним и задним дискам крепятся цапфы. Для получения высокой жесткости, надежной передачи крутящего момента и центровки целесообразно применять диски с буртами, которые следует располагать на возможно большем радиусе. Однако использование подобных секций существенно усложняет производство. Кроме того, кольцевые бурты дополнительно нагружают диски. Для устранения этого недостатка место рас­положения буртов определяется из условия равенства радиальных деформаций диска и бурта, что позволяет их взаимно разгрузить.

Ротор, состоящий из дисков и кольцевых проставок, проще в изготовлении, но имеет большое число разъёмов, что снижает его жесткость и увеличивает массу по сравнению с ротором, ис­пользующим диски с буртами.

Рис. 3.31. Ротор барабанно-дискового типа: 1 — развитой бурт; 2 — рабочая лопатка; 3 —- радиальный штифт; 4 — диск.

Соединение секций в роторах смешанного типа довольно раз­нообразно. Все типы роторов можно разделить на два класса — разъемные и неразъемные (в условиях эксплуатации и эксплуата­ционного ремонта).

В неразъемных роторах секции соединяются при помощи ра­диальных штифтов 3 и натяга (см. рис, 3.31) и методом сварки.

Разъемные роторы отличаются конструктивным выполнением соединения секций и передачи крутящего момента от ступени к ступени. Наиболее часто используются соединения при помощи призонных болтов и торцевых шлиц со стяжным болтом (болтами).

В роторах с первым типом соединения передача крутящего момента и центровка осуществляются призонными болтами.