РОТОР ТУРБИНЫ Российский патент 2000 года по МПК F01D5/06 

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к роторам турбин газотурбинных двигателей.

Известна конструкция ротора турбины с диском, который от контактов с газом закрыт дефлектором, который скреплен с диском с помощью осевых штифтов [1].

Такая конструкция отличается достаточной надежностью, однако, имеет низкую ремонтопригодность, т.к. при разборке ротора необходимо высверливать штифты.

Наиболее близким к заявляемому по конструкции является ротор турбины высокого давления с рабочими колесами I и II ступеней, на которых с помощью болтов закреплены дефлекторы соответственно I и II ступеней [2].

Недостатком такой конструкции является низкая надежность при переходных режимах работы двигателя, особенно двигателя с коротким временем приемистости, т.к. при резких изменениях режимов работы двигателя дефлектор и основной диск из-за различия во времени прогрева расширяются неодинаково, что вызывает "перекусывание" болтов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности при переходных режимах работы газотурбинного двигателя за счет исключения поломки болта между диском и дефлектором рабочего колеса ротора турбины.

Данная техническая задача решается за счет того, что в роторе турбины с рабочим колесом, содержащем диск и дефлектор, скрепленные болтом между собой, согласно изобретению, отношение диаметра отверстия под болт в дефлекторе к диаметру болта составляет 1,125 - 1,5, причем расстояние от фланца диска до шлицевой головки болта составляет от 2 до 6 диаметров стержня болта.

Заявляемая конструкция позволяет взаимно перемещаться диску и дефлектору на переходных режимах за счет гибкого длинного болта, а увеличенный диаметр под болт у дефлектора в месте его крепления к диску исключает "перекусывание" болта.

В случае отношения диаметра отверстия под болт (D) в дефлекторе к диаметру болта (d), меньшем 1,125, повышается вероятность "перекусывания" болта, а большем 1,5 - ослабляется "живое" сечение дефлектора.

Выбор расстояния от фланца диска до шлицевой головки болта (1), составляющего 2-6 диаметров стержня болта (d), объясняется тем, что при L < 2d гибкость болта недостаточна, поэтому высока вероятность его поломки. При L > 6d увеличивается вес дефлектора и конструкции ротора в целом.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показан ротор двухступенчатой высокотемпературной турбины; на фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде в статическом состоянии. На фиг. 3 представлен элемент I при работе двигателя на переходном режиме.

Ротор 1 турбины состоит из рабочего колеса 1 ступени 2 и рабочего колеса II-й ступени 3. Рабочее колесо 3 состоит из рабочих лопаток II-й ступени 4 и диска II-й ступени 5, на котором с помощью болтов 6 крепится дефлектор 7.

Болты 6 своими резьбовыми хвостовиками 8 вворачиваются во фланцы 9 диска 5, прижимая вместе с чашечной контровкой 10 дефлектор 7 к торцу 11 фланца 9 диска 5.

Удлиненный стержень 14 болта 6 характеризует расстояние L от фланца дика 5 до шлицевой головки 15 болта 6. Болты 6 находятся в отверстиях 16 дефлектора 7 с диаметром D.

Устройство работает следующим образом.

При запуске двигателя тонкостенный дефлектор 7 нагревается быстрее массивного рабочего колеса 3, в результате этого отверстие 16 в дефлекторе 7 перемещается в радиальном направлении от оси двигателя относительно фланцев 9 диска 5.

Вместе с дефлектором 7 перемещаются в радиальном направлении и шлицевые головки 15 болтов 6 относительно их резьбового хвостовика 8. При этом стержень 14 болта 6 изгибается в пределах упругости, а отверстие 16 фланца 7 на всех режимах обеспечивает зазор Δ , отличный от нуля, что исключает поломку болта 6 и обеспечивает надежность работы при переходных режимах двигателя.

Источники информации:
1. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, "Машиностроение", 1989, стр. 222
2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание, М., "Машиностроение", 1975, рис. 75.

Ротор турбины с рабочим колесом содержит диск и дефлектор, скрепленные болтом между собой. Отношение диаметра отверстия под болт в дефлекторе к диаметру болта составляет 1,125-1,5. Расстояние от фланца диска до шлицевой головки болта составляет от 2 до 6 диаметров стержня болта. Такое выполнение ротора позволяет взаимно перемещаться диску и дефлектору на переходных режимах за счет гибкости длинного болта, а увеличенный диаметр под болт у дефлектора в месте его крепления к диску исключает "перекусывание" болта. 3 ил.

Ротор турбины с рабочим колесом, содержащим диск и дефлектор, скрепленные болтом между собой, отличающийся тем, что отношение диаметра отверстия под болт в дефлекторе к диаметру болта составляет 1,125 - 1,5, причем расстояние от фланца диска до шлицевой головки болта составляет от 2 до 6 диаметров стержня болта.