Узел соединения диска с валом ротора двигателя
Владельцы патента RU 2269007:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности, к узлам крепления дисков на валу двигателя. Узел соединения диска с валом ротора двигателя содержит вал с выполненными на его поверхности в месте посадки диска шлицами. Фланец диска выполнен с ответными шлицами. Шлицы диска и вала выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы с углом подъема не менее 25°. Изобретение позволяет повысить надежность работы двигателя за счет жесткого соединения диска с валом. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к узлам крепления дисков на валу двигателя.
Известен узел соединения диска с валом ротора газотурбинного двигателя, содержащий вал с выполненными на его поверхности в месте посадки диска шлицами и фланец диска с выполненными на нем ответными шлицами. В известном соединении шлицы вала выполнены на его фланце, который скреплен с фланцем диска стяжными болтами (1).
Недостатком токого соединения является то, что во время работы двигателя под воздействием осевых и центробежных сил возникает упругопластическая деформация фланца вала, приводящая к расслаблению стыка между диском и валом и, как следствие, к повышенным вибрациям и разбалансировке ротора. Это снижает надежность работы двигателя.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является осуществление жесткого соединения, обеспечивающего надежный стык между диском и валом на протяжении всей работы двигателя.
Задача решается тем, что в узле соединения диска с валом ротора двигателя, содержащем вал с выполненными на его поверхности в месте посадки диска шлицами и фланец диска с ответными шлицами, шлицы выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы с углом подъема не менее 25°. Кроме того, узел может быть снабжен фиксирующим элементом, например гайкой, установленной на валу со стороны, противоположной расположению фланца диска, и контактирующей с диском, а вал выполнен с кольцевым центрирующим пояском, охватывающим торец фланца диска, или вал может быть выполнен с фланцем, скрепленным посредством соединительных элементов, например болтов, с концевым участком фланца диска, выполненным с кольцевым центрирующим пояском, охватывающим торцевую поверхность фланца вала.
Выполнение шлицов на фланце диска и на валу в месте посадки диска винтовыми в виде многозаходной резьбы позволяет осуществить жесткое соединение диска с валом, «посадив» диск непосредственно на вал. В процессе работы двигателя, ввиду того, что витки многозаходной резьбы направлены в сторону направления вращения рабочих колес, диск постоянно «накручивается» на вал, что обеспечивает плотный стык диска с валом на любых режимах работы двигателя.
Большой угол подъема резьбы обеспечивает возможность большого осевого перемещения диска относительно вала. Величина угла наклона шлиц зависит от величины действующей при работе двигателя осевой силы (чем больше осевая сила, тем меньше угол наклона шлиц). Граничное условие для угла наклона шлиц - не менее 25° определяется исходя из того, что угол трения шлиц должен быть меньше по величине угла наклона шлиц, поскольку при осевом перемещении диска относительно вала не должно происходить заклинки резьбы.
Наличие в устройстве контактирующего с диском фиксирующего элемента, например гайки, установленной на валу со стороны, противоположной расположению фланца диска, позволяет во внештатных ситуациях при появлении момента от набегающего потока, направленного в противоположную сторону от стороны вращения диска рабочего колеса турбины, сохранить целостность соединения (т.е. не позволяет диску скрутиться с вала).
Другим путем обеспечения целостности предлагаемого соединения во внештатных ситуациях является выполнение вала с фланцем, скрепленным посредством соединительных элементов, например болтов, с концевым участком фланца диска.
Выполнение либо вала, либо концевого участка фланца диска с кольцевым центрирующим пояском, охватывающим торцевую поверхность соответственно либо фланца диска, либо фланца вала, обеспечивает однозначность положения диска относительно вала в радиальном направлении.
Изобретение поясняется графически, где на фиг.1 представлен узел соединения диска турбины с валом ротора при наличии фиксирующего элемента, установленного на валу, на фиг.2 - узел соединения диска турбины с валом ротора при выполнении вала с фланцем, дополнительно соединенным с фланцем диска, на фиг.3 - «А» фиг.2, а на фиг.4 - разрез «В-В» фиг.3.
Узел соединения диска турбины с валом ротора газотурбинного двигателя содержит вал 1 с выполненными на его поверхности винтовыми шлицами 2 и фланец 3 диска 4 с ответными шлицами 5. Шлицы 2 и 5 на валу 1 и фланце 2 выполнены в виде многозаходной резьбы с углом подъема не менее 25°. На валу 1 в качестве элемента, фиксирующего предлагаемое соединение, установлена гайка 6, контактирующая с диском 3, при этом вал 1 выполнен с кольцевым посадочным пояском 7, охватывающим торцевую поверхность фланца 3 диска 4.
В целях фиксации предлагаемого соединения вал 1 может быть выполнен с фланцем 8 (фиг.2), скрепленным посредством соединительных элементов, например болтов 9, с концевым участком 10 фланца 3 диска 4, который отогнут в радиальном направлении от основной части фланца 3, соединенной с валом 1. Концевой участок 10 фланца 3 выполнен с кольцевым центрирующим пояском 11, охватывающим торцевую поверхность фланца 8 вала 1.
Соединение диска 3 с валом 1 производят следующим образом.
Диск 4 посредством своего фланца 3 накручивается на вал 1 до упора. От осевого смещения соединение законтривается либо гайкой 6 (фиг.1), либо болтами 9 (фиг.2).
В процессе работы двигателя крутящий момент с рабочего колеса, направленный в ту же сторону, что и витки многозаходной резьбы, производит осевое поджатие диска к валу (т.е. диск смещается относительно вала в осевом направлении, накручиваясь на вал), причем чем больше момент, тем больше осевое поджатие. Таким образом, компенсируются любые деформации, приводящие к расслаблению стыка диска и вала, и этого расслабления не происходит.
В условиях эксплуатации двигателя центровка диска и вала в радиальном направлении обеспечивается за счет увеличения под действием центробежных сил натяга по центрирующему пояску между диском и валом (крутящий момент с рабочего колеса всегда поджимает центровочный буртик к торцевой поверхности фланца вала (фиг. 1) или фланца диска (фиг.2)).
При действии газодинамического момента, направленного в обратную сторону от направления вращения рабочих колес, фиксирующие элементы (гайка или болты, соединяющие фланцы диска и вала) препятствуют осевому перемещению диска относительно вала, сохраняя плотный стык между валом и диском.
Изобретение позволяет осуществить жесткое соединение вала с диском, обеспечивающее плотный стык между ними на протяжении всей работы двигателя.
(56) 1. Г.С.Скубачевский, «Авиационные газотурбинные двигатели», М.: Машиностроение, 1969 г., стр.120, рис.5.03.
1. Узел соединения диска с валом ротора двигателя, содержащий вал с выполненными на его поверхности в месте посадки диска шлицами и фланец диска с ответными шлицами, отличающийся тем, что шлицы выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы с углом подъема не менее 25°.
2. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен фиксирующим элементом, например гайкой, установленной на валу со стороны, противоположной расположению фланца диска, и контактирующей с диском, при этом вал выполнен с кольцевым центрирующим пояском, охватывающим торец фланца диска.
3. Узел по п.1, отличающийся тем, что вал выполнен с фланцем, скрепленным посредством соединительных элементов, например болтов, с концевым участком фланца диска, выполненным с кольцевым центрирующим пояском, охватывающим торцевую поверхность фланца вала.
