Вопрос № 30. Типы роторов осевых компрессоров гтд и их сравнительная характеристика.

Основными элементами конструкции ротора являются: рабочие лопатки; диски (или барабан), несущие на себе рабочие лопатки; валы и цапфы, которыми ротор опирается через подшипники на статор.

Элементы конструкции ротора, к которым крепятся рабочие лопатки, образуют несущую силовую часть ротора, которая имеет форму тела вращения.

Конструктивная форма несущей части должна обеспечивать высокую жесткость и прочность конструкции при минимальной массе, так как при работе двигателя она нагружается большими по величине центробежными силами масс рабочих лопаток и собственной массы, массовыми инерционными силами, возникающими при эволюциях летательного аппарата, температурными и вибрационными нагрузками.

По конструкции ротора различают:

- ротор барабанный;

- ротор дисковый;

- ротор барабанно-дисковый (смешанный, комбинированный).

1. Роторы барабанного типа имеют форму цилиндра или усеченного конуса, на внешней поверхности которого выполнены продольные (а) или кольцевые (б) пазы для крепления рабочих лопаток. К торцам крепятся фланцы с опорными цапфами. Крутящий момент передается по барабану.

Крепление лопаток в кольцевых пазах предпочтительнее, так как имеется возможность разместить по ступеням заданное различное количество лопаток, что улучшает характеристики компрессора и, кроме того, кольцевые пазы в меньшей мере, чем продольные, ослабляют барабан.

Барабаны могут быть цельными и составными. Сокращение осевых габаритов конструкции (расстояния между опорами) может быть достигнуто за счет размещения цапф внутри барабана. В этом случае первые и последние ступени будут размещаться на консольных участках барабана.

Преимущества роторов барабанного типа: высокая изгибная жесткость; простота конструкции и технологии изготовления, невысокая стоимость.

Недостатки: ограничение из условий прочности барабана окружной скорости (на наружном диаметре барабана – не более 180…220 м/с), так как барабан работает в основном на разрыв от центробежных сил вращающихся масс рабочих лопаток и самого барабана. Роторы барабанного типа применялись на ранних типах ТРД (ТР-1 и др.)

Такие роторы находят применение в малоразмерных ГТД.

Роторы дискового типа представляют собой набор отдельных дисков, закрепленных на общем валу. Вал обычно выполняется полым. Он служит для передачи крутящего момента и центрирования дисков. Соединение дисков с валом может выполняться напрессовкой (натягом), при помощи шлиц (а, б), болтов (в), соединяющих диски с фланцами вала. При напрессовке величина натяга выбирается из возможности обеспечения передачи крутящего момента в рабочем состоянии, когда диск нагрет и растянут центробежными силами. Очевидно, что величина натяга в холодном состоянии (при монтаже конструкции) получается большей (даже для передачи сравнительно небольшого крутящего момента 350…400 Нм монтажный натяг достигает 12…14 тонн). Для обеспечения сборки и предотвращения повреждений дисков при напрессовке устанавливают переходные втулки (г).

При соединении вала с диском с помощью шлиц необходим небольшой натяг для центрирования пары «диск-вал». Шлицы применяют прямоугольные, треугольные и эвольвентные. При соединении дисков из алюминиевых сплавов, имеющих большие радиальные расширения ступицы, со стальным валом с помощью обычных шлиц предварительного натяга для центрирования обычно бывает недостаточно. В этом случае применяют так называемые «термостойкие» шлицы, боковые грани которых располагаются по радиусу. Они позволяют сохранить плотность соединения при работе. Возможно также использование дисков с упругой ступицей (ТРДД «Спей»).

При фланцевом соединении применяют призонные болты.

Роторы дискового типа допускают большие окружные скорости на наружном диаметре (до 350…450 м/с).

Недостатки дисковых роторов: малая изгибная жесткость из-за малого диаметра вала; возможность возникновения вибрации дисков; сложность монтажа и демонтажа; высокая стоимость производства и ремонта.

Несколько увеличить изгибную жесткость можно за счет увеличения диаметра вала и за счет установки трактовых колец в районе обода диска. За счет установки трактовых (распорных) колец можно также устранить вибрации дисков.

Роторы дискового типа применялись достаточно широко (РД-20, Д25В, «Эвон», КВД Д20П, Д30, Д-30Ф6, Д-30КУ/КУ, ПС-90А, «Олимп» В.О1, «Спей», «Конуэй» RCo.42, и др.), но сейчас не используются, как устаревшие.

Роторы барабанно-дисковой конструкции представляют собой набор дисков с развитыми в осевом направлении буртами, образующими при соединении барабанную часть ротора. Конструкция может выполняться разборной или неразборной.

Соединение секций в роторах барабанно-дискового типа:

• напрессовка секций друг на друга с натягом, диски скреплены штифтами, передающими крутящий момент (глухие или сквозные отверстия в пазах для лопаток);

• соединение секций последовательно с помощью призонных болтов (возможно включение проставок);

• фланцевое соединение дисков и барабанов ротора с помощью болтов и шпилек;

• диски и проставки между ними скреплены длинными стяжными болтами;

• секции соединяются с помощью торцевых треугольных шлицев (на хиртах) и стяжного болта;

• соединение секций сваркой (электронно-лучевая, аргонно-дуговая);

• сварные секции ротора (по несколько дисков) соединены призонными болтами.