2.1. Конструктивные особенности и технические условия на изготовление лопаток компрессора

Лопатки компрессора являются наиболее массовыми деталями. Коли­чество ступеней на осевых компрессорах доходит до 18, а количество лопаток - до 1500 на один ГТД.

Длина лопаток компрессора для разных двигателей находится в пре­делах 15 ... 1000 мм, ширина пера (хорда) 7 ... 280 мм, закрутка пера 40°. Основную номенклатуру лопаток компрессора составляют лопатки дли­ной 60 ... 150 мм.

По своему назначению лопатки делятся на рабочие лопатки ротора компрессора (рис. 2.3) и лопатки статора компрессора (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Статорные лопатки компрессора (а) и статорная секция компрессора (б)

Лопатки статора, устанавливаемые на входе в компрессор, называют входными направляющими лопатками, а на выходе из компрессора - спрямляющими лопатками.

На некоторых двигателях, в частности АЛ-31Ф, имеются поворотные статорные лопатки компрессора с изменяемым углом установки.

Основными конструктивными элементами и параметрами, влияющи­ми на технологию изготовления лопаток компрессора, являются габарит­ные размеры, наличие полок, формы хвостовиков и пера, толщина кромок и значения радиусов их скругления, вели­чины радиусов сопряжения пера с полками. В соответст­вии с ними лопатки подразде­ляют на группы, для которых разрабатываются типовые тех­нологические процессы.

Приведем требования по точности и шероховатости элементов пера (рис. 2.5) лопаток компрессора:

отклонение профиля спинки ∆П_с и корыта ∆П_к пера в расчетных сечениях от заданного 0,06 ... 0,4 мм

отклонение входной ∆П_вх и выходной ∆П_вых кро­мок 0,03 ... 0,2 мм;

отклонение толщины профиля пера ∆С_max = ∆П_с + ∆П_к;

допуск на угол закрутки пера в поперечных сечениях ;

отклонение ширины хорды профиля пера мм;

шероховатость пера лопатки Ra = 0,63 ... 0,08 мкм.

Для лопаток компрессора используют следующие типы замков (хво­стовиков).

Замки схемы «ласточкин хвост», как правило, устанавливаются на рабочих лопатках компрессора (рис. 2.5, б).

Кольцевой трапе­цеидальный хвостовик (рис. 2.5, в) является разновидностью замка «ласточкин хвост» для рабочих лопаток ком­прессора. При сборке он устанавливается в кольцевой паз венца диска. Размеры поса­дочных поверхностей выдерживаются с точ­ностью 6-го квалитета. Угол посадочных по­верхностей составляет , шерохо­ватость поверхностей - Ra = 1,25 мкм.

Рис. 2.5. Основные конструктивные элементы рабочих лопаток компрессора, определяющие точность их изготовления:

а - перо лопатки; б - хвостовик типа «ласточкин хвост»; в - кольцевой трапецеидальный хвостовик; г - шарнирный хвостовик

Шарнирный (вилочный замок) (рис. 2.5, г). Отверстие под штифт выполняется по 6-му квалитету. Шероховатость поверх­ности отверстия под штифт Ra = 1,25 мкм, а для остальных поверхностей замковой части Ra = 5,0 ... 1,25 мкм.

Цапфы направляющих и спрямляющих лопаток (рис. 2.6). Стандартом ОСТ 1.13582-79 ус­тановлены два вида соединения рычагов с цапфами поворотных направляющих лопаток компрес­соров: со штифтом и с лысками на цапфе лопатки. Диаметры цапф обыч­но задаются с допуском по 6 ... 9-му квалитетам.

Рис. 2.6. Лопатки компрессора с цапфами

Материалы лопаток компрессора должны обладать следующими ха­рактеристиками, обеспечивающими надежность и ресурс: высокие проч­ностные свойства и пластичность, сопротивление коррозии и эрозии, жа­ропрочность и жаростойкость (для последних ступеней компрессора), хорошие технологические свойства (обрабатываемость резанием, давле­нием и др.).

Лопатки компрессора изготавливают из коррозионно-стойких и теп­лостойких хромистых сталей, титановых и жаропрочных сплавов, компо­зиционных материалов. Алюминиевые сплавы для этих целей практиче­ски не используются.

Для лопаток компрессора, работающих при температурах до 500 °С, применяют титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ8М, ВТ9, ВТ18У, ВТ22, ВТ25У, ВТЗЗ и др. В диапазоне рабочих температур 500 ... 650 °С используются коррозионно-стойкие и теплостойкие стали 13Х12Н2В2МФА-Ш, 15Х12Н2ВМФ АБ-Ш, 15X16К5Н2ВМФАБ-Ш, 13Х14НВФРЛ, 1Х12Н2ВМФ и др.

Лопатки последних ступеней компрессора, работающие при темпера­турах 650 ... 800 °С, изготавливают из жаропрочных сплавов на никеле­вой основе: ХН70МВТЮБ, ХН77ТЮ, ХН45МВТЮБР.

Ведутся активные разработки по использованию для изготовления лопаток компрессора композиционных материалов на металлической и неметаллической основе и интерметаллидных материалов, в частности боропластиков, бороалюминиевых композиций, сплавов системы Ti-Al.