Устройство соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя
Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к высокооборотным нагруженным роторам турбомашин. Устройство соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя содержит установленный на шлицы хвостовика вала выносной элемент диска. В выносном элементе диска турбины выполнены диаметрально противоположно осевые пазы с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины. Размеры поперечного сечения осевых пазов превышены над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм. Изобретение позволяет повысить надежность работы турбины за счет уменьшения диаметра втулки ступицы диска. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности - к высокооборотным нагруженным роторам турбомашин, к трансмиссии, соединяющей ротор и диск турбины.
Известен газотурбинный двигатель, соединение вала и диска в котором осуществляется через выносные элементы, а гайка проходит через внутренние отверстия диска двигателя (Иностранные авиационные двигатели. Справочник ЦИАМ, общая редакция: В.А.Скибин, В.И.Солонин. М.: Изд. Дом «Авиамир», 2005, стр.154).
Недостатком известной конструкции является ее увеличенный внутренний диаметр втулки ступицы диска из-за постановки сзади гайки. Увеличенный внутренний диаметр втулки ступицы диска уменьшает несущую способность и увеличивает массу диска.
Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с валом, проходящим через внутреннее отверстие диска турбины (Иностранные авиационные двигатели. Справочник ЦИАМ, общая редакция: В.А.Скибин, стр.162).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является то, что на переходных режимах возникают большие зазоры и натяги в пакете, и недопустимые напряжения вследствие тепловой инертности диска турбины. При работе диск и вал турбины охлаждаются воздухом, в результате рабочая температура тонких деталей следит за температурой воздуха на переходных режимах, а температура массивных деталей имеет инерцию, т.е. детали имеют температуру предыдущего режима. Из этого следует, что на приемистости температура воздуха возрастает, вал прогревается быстрее, чем диск турбины, в соединении появляется зазор, при сбросе в соединении возникает натяг, негативно сказывающийся на резьбовое соединение.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы и КПД турбины путем уменьшения диаметра втулки ступицы диска.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя, содержащем установленный на шлицы хвостовика вала выносной элемент диска, согласно изобретению в выносном элементе диска турбины выполнены диаметрально противоположно осевые пазы с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины. Размеры поперечного сечения осевых пазов превышены над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм.
Выполнение в выносном элементе диска турбины диаметрально противоположных осевых пазов с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины, позволяет установить гайку спереди, что уменьшает диаметр втулки ступицы диска, уменьшая массу узла. При этом отсутствие ступицы диска турбины в стяжке пакета исключает воздействие температурных перемещений на стяжку, что улучшает работу роликоподшипника турбины, устраняет зазоры в стыке деталей пакета и сохраняет затяжку и соосность, а также уменьшает радиальные зазоры между статором и ротором турбины, тем самым повышая надежность и КПД турбины.
Превышение размеров поперечного сечения осевых пазов над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм обеспечивает надежную сборку гайки через пазы.
При превышении <0,1 мм - затруднена сборка гайки через паз из-за искажения формы (овализации) гайки в свободном состоянии.
При превышении >1,0 мм - ослабляется упорный бурт выносного элемента.
На фиг.1 изображен продольный разрез двигателя с узлом соединения.
На фиг.2 - элемент I на фиг.1 (соединение вала и диска турбины).
На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2 (положение гайки при сборке, развернута на 90°).
Газотурбинный двигатель 1 состоит из статора 2 с установленным в нем роликоподшипником 3 и консольным ротором 4 турбины 5. Хвостовик 6 вала 7 ротора турбины с диском 8 турбины соединены между собой выносным элементом 9 диска турбины с помощью шлиц 10. Осевое усилие от рабочего колеса турбины на вал 7 передается через гайку 11 на наружную резьбу 12 хвостовика 6 вала 7. Диск 8 турбины фиксируется в осевом направлении с помощью гайки 11.
При сборке гайка 11 разворачивается на 90°, проходит через осевые пазы 13 выносного элемента 9 со шлицами 10 диска 8, затем снова разворачивается на 90° внутри выносного элемента и заворачивается по резьбе вала для стяжки диска турбины.
Работает устройство следующим образом. При работе двигателя на вал 7 действует со стороны диска 8 ротора турбины 5 крутящий момент, который передается на вал 7 с помощью шлиц 10, и осевое усилие, которое передается на вал 7 через гайку 11. Стянутый гайкой 11 диск 8 не получает возможность угловых перемещений.
1. Устройство соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя, содержащее установленный на шлицы хвостовика вала выносной элемент диска, отличающееся тем, что в выносном элементе диска турбины выполнены диаметрально противоположно осевые пазы с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры поперечного сечения осевых пазов превышены над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм.
