Способ сборки металлокерамического ротора турбины и металлокерамический ротор турбины

 

Использование: в газотурбостроении, конкретно в конструкциях роторов газотурбинных двигателей (ГТД) с керамической турбиной и в способах сборки металлического вала с керамическим диском турбины. Сущность изобретения: ротор турбины содержит металлический вал 1 с расточкой 3 и керамическое рабочее колесо 5, включающее диск с лопатками 7 и осевой выступ 8, а также разъемное кольцо 9, включающее сегменты 12, сопряженные с конической поверхностью 10 выступа 9 и с цилиндрической поверхностью 11 расточки 3. Между торцами 4 и 14 вала 1 и выступа 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцом вала, в котором выполнен осевой для подвода воздуха канал 2. Расточка 3 соединена с кольцом 9 радиальными штифтами 13. Сопряженный с кольцом 9 выступ 8 выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды, обращенной основанием к торцу вала. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 F 01 0 5/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4850475/06 (22) 25.07.90 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения, (72) В.Х, Дуберштейн, А.Е. Гинзбург, А.А. Кохан и АХ. Черноусенко (56) Па гент США М 4639194, кл. F 01 О 5/04, опублик, 1981, Патент США М 4424003, кл. F 01 9 5/04, . опублик. 1986.

Патент CUJA М 4176519, кл, F 01 О 5/28, ьпублик,.1979. (54) СПОСОБ СБОРКИ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО РОТОРА ТУРБИНЫ И МЕТАЛЛО-.

КЕРАМИЧЕСКИЙ РОТОР ТУРБИНЫ (57) Использование: в газотурбостроении, конкретно в конструкциях роторов газотур,, Ы„, 1816869А1 бинных двигателей (ГТД) с керамической турбиной и в способах сборки металлического вала с керамическим диском турбины.

Сущность изобретения: ротор турбины содержит металлический вал 1 с расточкой 3 и керамическое рабочее колесо 5, включающее диск с лопатками 7 и осевой выступ 8, а также разъемное кольцо 9, включающее сегменты 12, сопряженные с конической поверхностью 10 выступа 9 и с цилиндрической поверхностью 11 расточки 3. Между торцами 4 и 14 вала 1 и выступа 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцом вала, в котором выполнен . осевой для подвода воздуха канал 2. Расточка 3 соединена с кольцом 9 радиальными штифтами 13. Сопряженный с кольцом 9 выступ 8 выполнен в аиде усеченной много- гранной пирамиды, обращенной основани- 4 ем к торцу вала. 2 с, и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1816869

И.. бретение относится к газотурбостроению, в частйости к конструкциям соеди нения металлического вала с керамическим диском турбины и к способам сборки упомянутого металлокерамического (MKP) ротора турбины.

Цель изобретения — повышение надежности узла соединения и точности сборки

MKP ротора турбины.

Изобретение имеет следующие существенные отличительные признаки.

Перед запрессовкой керамической цапфы турбины в металлический стакан вала компрессора дополнительно при вращении ротора осуществляют притирку и центрирование цапфы путем многократного, резкого торможения ротора. а осевое перемещение .цапфы осуществляют путем воздействия сжатого воздуха на торец цапфы, B роторе между торцами керамической цапфы турбины и металлиЧеского стакана вала компрессора по оси предусмотрен упорный расширяющийся элемент, а металлический вал выполнен с осевым каналом, на входе и выходе подключенном к источнику сжатого воздуха и к упорному элементу, выполненному в виде сильфона.

Сопряженная с внутренней поверхностью упорного разъемного кольца цапфа выполнена в виде усеченной многогранной пирамиды, обращенной основанием к торцу стакана вала.

На фиг. 1 изображено общее устройство ротора; на фиг. 2- поперечное сечение узла соединения.

Ротор содержит металлический вал 1 с осевым каналом 2 подвода сжатого воздуха, снабженный на конце расточкой 3, выполненной в виде полой втулки или стакана с донником (торцом) 4, и керамическое рабочее колесо 5 турбины, включающее диск 6 с рабочими лопатками 7 и осевой выступ (цапфу) 8. Между стаканом 3 и цапфой 8 по радиусу установлено разрезное упорное кольцо 9, сопряженное изнутри с конической поверхностью 10 цапфы 8 и снаружи— с цилиндрической поверхностью 11 стакана

3. При этом стакан 3 соединен с сегментами

12 кольца 9 радиальными штифтами 13.

Между торцами 4 и 14 вала 1 и цапфы 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцем 4 вала 1.

Стакан 3 и сегменты 12 кольца 9 могут быть связанй шлицевыми соединением, включающем выполненный на внутренней стороне стакана 3 продольный глухой паз 17, выступы 18 на сегментах 12 и установленные в проточке 19 стакана 3 разрезное прижимное кольцо 20.

Сборку и изготовление металлокерамического ротора осуществляют следующим образом. На цапфу 8 диска 6 турбины устанавливают сегменты 12 упорного кольца 9 и

5 заводят их(8и 9) в стакан 3 вала 1 до упора в стенку сильфона 15 с последующей установкой радиальных штифтов 13. После этого через канал 2 в полость Б сильфона 15 подают сжатый воздух и тем самым за счет

10 расширения сильфона и его воздействия на торец 14 цапфы последнюю прижимают к сегментам 12 разъемного кольца 9, При наличии упомянутого осевого усилия на режим запуска раскручивают ротор и нагревают

15 цапфу 8 турбины и стакан 3 вала 1 до рабочей температуры. При вращении ротора неоднократно осуществляют его резкое торможение, что приводит к возникновению между валом 1 и турбиной 5 крутящего мо20 мента. Под воздействием последнего и осевого усилия происходит сдвижка и перемещение, т.е, притирка, цапфы 8 и сегментов 12 кольца 9. После такой притирки элементов при

25 вращении ротора осуществляют оконча. тельное крепление штифтами 13 кольца 9, после чего охлаждают узел соединения и останавливают ротор.

В предложенной конструкции вместо

30 описанного штифтового соединения сегменты 12 разъемного кольца 9 могут быть соединены со стаканом 3 вала 1 шлицевым соединением, которое осуществляют следующим образом. Нагревают стакан,3, напри35 мердотемпературы 400-500 .С, за счет чего удлиняют продольный паз 17. Затем в полость стакана 3 вводят цапфу 8 с монтиро ванными сегментами 12 путем перемещения выступов 18 его в проточку 19.

40 При этом торцами 4 и 14 сжимают сильфон

15, После охлаждения стакана 3 сегменты 12 кольца 9 упираются во внутреннюю поверхность втулки и выступ 8 прижат сильфоном

15 поверхностями 10 к разъемному кольцу

45 9. В остальном вращение, нагрев и запрессовка деталей осуществляется описанным ранее образом, исключая необходимость крепления отсутствующих радиальных штифтов.

50 Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем.

Разъемное кольцо и цапфа колеса турбины выполнены некруглого сечения и

55 большего чем в прототипе, через которые передается крутящий момент в работающей турбине;

Если в прототипе осевое перемещение цапфы керамической турбины в стакане металлического вала осуществляют путем при-.

1816869 ложения к диску турбины напряжений изги- ное кольцо, керамический диск рабочего коба и растяжений, то в изобретении — за счет . леса турбины с осевой цапфой, размещеносевогосжатия цапфы турбины под воздей- ной в упорном кольце, установленные в ствием сжатого воздуха. стенках стакана и в упорном кольце крепежЕсли в изобретении крепление цапфы 5 ные элементы, отличающийся тем, что, турбины в стакане вала осуществляют при с целью повышения надежности соедйнв-,. вращении, т.е, при наличии расчетных цен- ния, ротор снабжен расширяющимся по оси тробежных сил, после притирки деталей уз- упорным элементом, установленным со сто-: ла соединения, при постоянном осевом роны торца цапфы, последняя выполнена воздействии на цапфу турбины, то в прото- 10 конической формы, сужающейся в сторону типе этого выполнить невозможно. диска турбины, кольцо - разъемным, с кониВсе это повышает надежность узла сое- ческой внутренней поверхностью, вал — с . динения и точность сборки металлокерами- осевым каналом, подключенным на вхоДе и ческого ротора турбины. выходе соответственно к источнику сжатого . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 15 воздуха и к расширяющемуся элементу.

1. Способ сборкй металлокерамическо- 3. Ротор по и. 2, о т л и ч а ю щ и и с i

ro ротора турбины, заключающийся в уста- тем, что упорный элемент выполнен в виде

" новке керамической цапфы диска сильфона. совместно с упорным кольцом в цилиндри- 4. Ротор по пп.2 и 3, отл и ч а ю щййческий стакан металлического вала, о тл и- 20 с я тем, что сопряженная с внутренней по. ча ю щи и с я тем,что,с целью повышения, верхностью разъемного упорного кольца надежности узла соединения и точности поверхность цапфы турбины выполнена в сборки, дополнительно после установки на виде усеченной пирамиды, обращенной осрежиме запуска производят нагрев, враще- нованием к торцу стакана металлического ние ротора и запрессовкуцапфы вупорное 25 вала. кольцо путем осевого перемещения цапфы 5. Ротор по пп. 2 — 4, о т л и ч а ю щ и йдиска турбины относительно вала вследст- с я тем; что он снабжен разрезным прижимвие воздействия сжатым воздухом на торец ным кольцом, на внутренней поверхности цапфы, стакана выполнены кольцевая выточка и

2, Металлокерамический ротор турби- 30 осевые пазы,анаразъемномупорномколь-. ны, содержащий металлический вал с вы- . це — сопряженные с упомянутыми пазами полненной в нем цилиндрической выступы; причем прижимное кольцо устарасточкой,образующейстакан,установлен- новлено со стороны диска в кольцевой выное внутри последнего металлическое vnoo- . точке.