Ротор компрессора.

По конструктивному исполнению ротор осевого компрессора может быть барабанного, дискового и смешанного типа. На роторе этого типа несколько рядов рабочих лопаток закреплены на цилиндрическом или коническом барабане, представляющим собой канавку из алюминиевого сплава или стали, механически обработанную со всех сторон. Две стальные крышки закрывают барабан с торцев и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники. Крутящий момент каждой из турбины передается через стенку барабана. Достоинством ротора барабанного типа является простота конструкции, определяющую сравнительную простоту его изготовления и большая поперечная жесткость, благодаря которой критическая частота вращения очень высока. Критической частотой вращения называется частота вращения, при которой вращающийся ротор имеет большие прогибы, вызывающие вибрацию двигателя и его разрушение. К недостаткам такого ротора можно отнести невозможность его использования в быстроходных компрессорах, из-за того, что на его поверхности из условий прочности допускается окружная скорость не более 200 м/с, а также из-за того, что у него большая масса и габариты. Роторы такого типа применялись на первых двигателях, в настоящее время они не применяются.

Ротор дискового типа имеет соединенные с валом специально спроектированные диски, на периферии которых прикреплены рабочие лопатки. Диски обладают большой точностью и допускают на своей наружной поверхности окружные скорости 250-360 м/с, поэтому ступени компрессора с дисковыми роторами являются высоконапорными и применяются в двигателях с большими степенями повышения давления. Крутящий момент каждой ступени передается через вал. Недостатком ротора этого типа является небольшая поперечная жесткость по сравнению с ротором барабанного типа. Критическая частота вращения не велика и близка к рабочей. Ротор дискового типа, по сравнению с ротором барабанного типа имеет небольшую конструктивную и технологическую сложность.

1-вал;

2-диск;

3-напрессованная втулка;

4-штифт;

5-конические пояски.

Роторы барабанно-дискового типа сочетают достоинства роторов барабанного и дискового типов. Они состоят из секций, которые представляют собой диск с барабанной проставкой. Роторы барабанно-дисковой конструкции обладают высокой изгибной жесткостью, допускающая высокие окружные скорости вращения, поэтому они получили широкое распространение в современных осевых компрессорах. Роторы барабанно-дисковой конструкции выполняются неразборными и разборными. Каждая из конструкции имеет свои достоинства и недостатки, например, ротор компрессора, в котором соединение дисков осуществляется при помощи штифтов.

1- диск I ступени;

2- рабочая лопатка;

3- диски промежуточных ступеней;

4- штифты;

5- полотно задней цапфы.

В данном случае секция ротора представляет собой диск с барабанным участком, которая соединяется с аналогичным диском радиальными штифтами и посадкой с натягом по цилиндрическим поясам. Такое соединение имеет следующие особенности: стальные штифты запрессовываются в отверстия, находящиеся в пазах лопаток. Это обеспечивает фиксацию штифтов от выпадения под действием центробежных сил. При помощи этих же штифтов передаются крутящие моменты, барабанные части дисков центрируются в расточках смежных дисков. Описанная конструкция отличается большой жесткостью и надежным центрированием соединяемых элементов. Это объясняется тем, что соединение дисков и центрирование выполнено на максимально возможных диаметрах с относительно большими натягами. В этой конструкции даже в случае потери натяга или превращение его в зазор, центрирование надежно обеспечивается штифтами. Однако, выполнение дисков с барабанными участками усложняет технологию их изготовления, хотя данная конструкция имеет сравнительно мало соединительных стыков. Это повышает жесткость ротора, делает его более легким. Основным недостатком роторов такой конструкции является трудность монтажа и демонтажа, т.к. по существу это неразъемная конструкция.

Другим типом соединения, очень часто применяемого в двигателях является соединение дисков при помощи торцевых щлицев и стяжного болта.

1-диски;

2-задняя цапфа;

3-торцевые шлицы;

4-стяжной болт.

Торцевые шлицы, выполненные на торцах барабанных участков треугольного профиля. Шлицы передают крутящий момент и центрируют диски относительно друг друга. Для улучшения прилегания треугольных шлицев при сборке стыкуемые детали предварительно обжимаются под прессом со значительным усилием, чтобы снять микронеровности на поверхности контакта. Затяжка болта производится также под прессом и контролируется по вытяжке болта. Данная конструкция отличается надежным центрированием на относительно больших диаметральных размерах. Конструкция эта разборная и позволяет легко заменять диски. Недостатками такого ротора является технологическая сложность выполнения торцевых треугольных шлицев и дисков с барабанными участками, а также сложность монтажа из-за необходимости производить затяжку ротора под прессом. Из опыта эксплуатации установлено, что на роторе данной конструкции на переходных режимах работы двигателя (запуск, разгон, торможение) появляется разность температур между дисками и стяжным болтом, т.к., например, при запуске двигателя пакет дисков нагревается быстрее, чем стяжной болт. Это увеличивает затяжку болта, и наоборот, при выключении двигателя пакет дисков охлаждается быстрее, чем стяжной болт, поэтому затяжка болтов ослабевает. Из этого следует, что стяжной болт испытывает большие напряжения, потому что его начальная затяжка должна компенсировать всевозможные температурные деформации, а усталостные напряжения стяжного болта вызывают тяжелые последствия, поэтому в современных двигателях используются соединения дисков при помощи призонных болтов. Диски таких роторов имеют тонкостенные барабанные участки с фланцами. Фланцы соединяются между собой при помощи промежуточного диска, на полотнах этих дисков имеются кольцевые площадки, по которым фланцы барабанных участков стягиваются при помощи призонных болтов, которые передают крутящий момент и обеспечивают центровку. Задняя цапфа ротора соединяется с последним диском аналогично, т.е. с помощью призонных болтов, передняя цапфа выполняется заодно с диском. Распространение такой конструкции объясняется следующими достоинствами ротора данной конструкции: большой жесткостью, надежным центрированием, на всех режимах работы двигателя, простотой замены дисков. Разрушение одного или нескольких болтов не приводит к серьезным неисправностям. К недостаткам этих роторов можно отнести зависимость стабильности соединения от изгибной жесткости фланцев барабанных устройств. Нагружение болтов напряжениями среза при возможности относительного перемещения соединяемых дисков. Кроме этого существует технологическая сложность: постановка призоных болтов не возможна, если отверстия не развернуты совместно. Кроме этого наличие барабанных устройств, выполняемых совместно с дисками усложняет технологию изготовления, т.к. сложное выполнение канавок дисков затрудняет обеспечение надлежащих физико-механических свойств поверхности в радиальных и осевых направлениях. Роторы компрессоров низкого и высокого давления двигателя АЛ-31Ф барабанно-дисковой конструкции с применением новейших технологий сборки. Каждый ротор состоит из неразборной части, секции, которые соединяются между собой при помощи сварки, и разборной, секции, которые соединяются при помощи призонных болтов и стяжек. Это обеспечивает при соответствующей модульной конструкции компрессора ремонтопригодность роторов в полевых условиях.