Ротор турбины газотурбинного двигателя
Владельцы патента RU 2506427:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)
Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор турбины газотурбинного двигателя включает конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, фиксируемые между собой при помощи болтовых соединений. Кольцевые фланцы лабиринтов содержат одинаковые выемки. Выемки выполнены таким образом, что болтовые соединения, фиксирующие конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, чередуются с болтовыми соединениями, фиксирующими конический фланец диска и конический фланец вала. Конический фланец диска снабжен внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими ответное кольцевое ребро конического фланца вала. Гайки всех болтовых соединений расположены со стороны установки конического фланца диска. Изобретение позволяет повысить надежность и снизить вес ротора турбины газотурбинного двигателя за счет увеличения радиальной и осевой жесткости болтового соединения диск-вал и исключения дополнительных конструктивных элементов для крепления фланцев лабиринтов на роторе. 5 ил.
Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен ротор турбины газотурбинного двигателя, в котором конический фланец вала соединен с коническим фланцем диска с помощью болтового соединения, а фланцы лабиринтов установлены на коническом фланце вала с помощью дополнительных болтовых соединений (Патент США №7905083, F02K 3/02, 15.03.2011 г.).
Недостатком такой конструкции является ее повышенный вес из-за увеличенного веса дополнительных болтовых соединений фланцев лабиринта с валом.
Наиболее близким к заявляемому является ротор турбины газотурбинного двигателя, в котором фланцы лабиринтов крепятся к коническому фланцу вала, а также к коническому фланцу диска с помощью болтовых соединений, фиксирующих между собой конические фланцы вала и диска, причем фланцы лабиринтов расположены как между головкой болта и коническим фланцем диска, так и между гайкой болтового соединения и коническим фланцем вала (Патент США №6763654, F02K 3/072, 20.07.2004 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является уменьшение ее надежности из-за низкой осевой и радиальной жесткости болтового соединения конического фланца диска с коническим фланцем вала, обусловленной включением в стягиваемый болтами пакет тонкостенных фланцев лабиринтов, которые обладают дополнительной неплоскостностью и непараллельностью рабочих поверхностей.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и снижении веса ротора турбины газотурбинного двигателя за счет увеличения радиальной и осевой жесткости болтового соединения диск-вал и исключения дополнительных конструктивных элементов для крепления фланцев лабиринтов на роторе.
Указанный технический результат достигается тем, что в роторе турбины газотурбинного двигателя, включающем конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, фиксируемые между собой при помощи болтовых соединений, кольцевые фланцы лабиринтов содержат одинаковые выемки, выполненные таким образом, что болтовые соединения, фиксирующие конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, чередуются с болтовыми соединениями, фиксирующими конический фланец диска и конический фланец вала, при этом конический фланец диска снабжен внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими ответное кольцевое ребро конического фланца вала, а гайки всех болтовых соединений расположены со стороны установки конического фланца диска.
Последовательное чередование по окружности (в окружном направлении) болтовых соединений, фиксирующих конические фланцы диска и вала с болтовыми соединениями, фиксирующими конические фланцы диска, вала и кольцевые фланцы лабиринтов, позволяет увеличить радиальную и осевую жесткость соединения диск-вал за счет исключения фланцев лабиринтов в части болтовых соединений, что повышает надежность ротора турбины, а также позволяет снизить вес конструкции за счет уменьшения количества используемого материала.
Выполнение конического фланца диска с внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими кольцевое ребро конического фланца вала, позволяет исключить радиальное смещение конического фланца диска в случае пластической деформации болтов в болтовом соединении, что также повышает надежность ротора турбины.
Размещение гаек болтовых соединений со стороны установки конического фланца диска повышает надежность, а также ремонтопригодность ротора турбины, так как позволяет заменять в случае необходимости модуль турбины, т.е. статор турбины совместно с рабочими колесами, без снятия с двигателя вала турбины.
На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбины газотурбинного двигателя;
на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
на фиг.3 показан вид А на фиг.2;
на фиг.4 показан вид Б на фиг.2;
на фиг.5 показано сечение В-В на фиг.3.
В роторе турбины газотурбинного двигателя конический фланец 1 вала 2, конический фланец 3 диска 4 рабочего колеса 5 и кольцевые фланцы 6 и 7 соответственно переднего и заднего лабиринтов 8 и 9 фиксируются друг с другом при помощи болтовых соединений 10 и 11.
Болтовые соединения 10 фиксируют в окружном направлении конический фланец 1 вала 2, конический фланец 3 диска 4 и кольцевые фланцы 6, 7 лабиринтов 8, 9. При этом кольцевой (радиальный) фланец 6 переднего лабиринта 8 расположен между головкой 12 болта болтового соединения 10 и присоединительным кольцевым (радиальным) ребром 13 конического фланца 1 вала 2, а кольцевой (радиальный) фланец 7 заднего лабиринта 9 расположен между присоединительным кольцевым ребром 14 конического фланца 3 диска 4 и гайкой 15 болтового соединения 10.
Кольцевые фланцы 6, 7 лабиринтов 8, 9 выполнены соответственно с выемками 16, 17 (выточками), имеющими одинаковую форму, размеры и расположенные по ребру фланцев 6, 7. Болтовые соединения 11 фиксируют в окружном направлении конический фланец 1 вала 2 и конический фланец 3 диска 4.
Болтовые соединения 10 и 11 размещены таким образом, что болтовое соединение 10 последовательно чередуется в окружном направлении с болтовым соединением 11. При этом головки 18 болтов болтового соединения 11 располагаются в выемках 16 кольцевого радиального фланца 6 переднего лабиринта 8, а гайки 19 болтового соединения 11 расположены в выемках 17 кольцевого радиального фланца 7 заднего лабиринта 9.
Гайки 15 и 19 болтовых соединений 10 и 11 соответственно расположены со стороны установки конического фланца 3 диска 4 (присоединительного кольцевого ребра 14 конического фланца 3 диска 4).
Конический фланец 3 диска 4 (его присоединительное кольцевое ребро 14) выполнен с внешним 20 и внутренним 21 осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими соответственно с внешней и внутренней стороны присоединительное кольцевое ребро 13 конического фланца 1 вала 2 ротора турбины. Такое выполнение конического фланца 3 обеспечивает повышенную надежность радиальной фиксации рабочего колеса 5 и присоединенных к нему рабочих колес 22, 23, 24, 25, 26 относительно вала 2 на всех режимах работы ротора турбины.
Работает заявленная конструкция ротора следующим образом.
При работе на ротор турбины действуют значительные силы от гироскопического момента, особенно при эволюциях самолета, что могло бы привести к недопустимому уменьшению радиальных зазоров между ротором и статором турбины (на чертежах не показан) и к снижению надежности ротора вследствие задевания о статор. Однако этого не происходит, так как болтовые соединения 11 обеспечивают повышенную жесткость соединения присоединительного ребра 16 конического фланца 3 диска 4 к присоединительному ребру 14 фланца 1 вала 2.
Ротор турбины газотурбинного двигателя, включающий конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, фиксируемые между собой при помощи болтовых соединений, отличающийся тем, что кольцевые фланцы лабиринтов содержат одинаковые выемки, выполненные таким образом, что болтовые соединения, фиксирующие конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, чередуются с болтовыми соединениями, фиксирующими конический фланец диска и конический фланец вала, при этом конический фланец диска снабжен внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими ответное кольцевое ребро конического фланца вала, а гайки всех болтовых соединений расположены со стороны установки конического фланца диска.
