РОТОР ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2000 года по МПК F01D5/08 

Изобретение относится к области турбостроения, а более конкретно к турбинам газотурбинных двигателей.

Известен ротор двухступенчатой турбины, содержащий вал, диски первой и второй ступени с рабочими лопатками и промежуточный диск в междисковой полости, кольцевые осевые выступы обода которого охватывают и центрируются относительно выступов основных дисков. Промежуточный диск к основным дискам крепится с помощью радиальных штифтов [1].

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за потери центровки промежуточного диска относительно основного диска, так как при работе двигателя температура обода промежуточного диска, омываемого газом, выше обода основного диска, прикрытого рабочими лопатками.

Наиболее близким к заявляемому является ротор двухступенчатой турбины, содержащей диски первой и второй ступени с охлаждаемыми лопатками и тепловым экраном между дисками, причем тепловой экран выполнен в виде двух дефлекторов (промежуточных дисков), ступицы которых зафиксированы в осевом направлении [2].

Известная конструкция работает надежно на основных режимах работы двигателя, так как кольцевые осевые выступы ободов промежуточных дисков являются охватываемыми по отношению к основным дискам. На основных режимах более горячий обод промежуточного диска центрируется относительно охватывающего его основного диска. Недостатком же этой конструкции является потеря центровки промежуточных дисков на режимах сброса газа, т.е. при снижении режима работы двигателя имеющий большую поверхность обод промежуточных дисков быстро остывает, в то время как более массивные основные диски, обод которых закрыт рабочими лопатками, остывают значительно медленнее, это приводит к появлению зазоров между центрирующими поверхностями и к повышению вибрации двигателя на режимах сброса газа и к снижению его надежности за счет радиального смещения промежуточных дисков.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности за счет обеспечения центровки промежуточных дисков относительно основных на всех режимах работы двигателя.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе двухступенчатой турбины, содержащем вал, рабочие диски первой и второй ступени с охлаждаемыми лопатками, тепловой экран, установленный между рабочими дисками, выполненный в виде двух промежуточных дисков, каждый из которых имеет обод, ступицу и полотно, снабженное соответственно осевыми каналами и отверстиями, согласно изобретению, на ступицах промежуточных дисков выполнено множество радиальных прямоугольных шлицевых выступов, установленных в шлицевые прямоугольные пазы центрирующих фланцев, выполненных под ступицами. Между выступами и пазами выполнен зазор δ₂ = 1,2...8 δ₁, где δ₁ - монтажный радиальный зазор между кольцевыми осевыми выступами ободов промежуточных дисков и кольцевыми выступами основных дисков, равный 0,01...0,3 мм.

Выполнение множества радиальных прямоугольных шлицевых выступов на ступицах промежуточных дисков, установленных в шлицевые прямоугольные пазы центрирующих фланцев, выполненных под ступицами, обеспечивает центровку промежуточных дисков относительно основных на всех режимах работы двигателя. На переходных режимах, например, при сбросе газа, когда обороты ротора двигателя снижаются и требования к вибрациям двигателя уменьшаются, основная центровка (по ободам всех дисков) из-за быстрого охлаждения ободов промежуточных дисков исчезает и промежуточные диски центрируются по радиальным прямоугольным шлицевым выступам на ступицах, т.е. по дополнительной посадке, выполненной менее точно и с большими радиальными зазорами δ₂.
Радиальные прямоугольные шлицевые выступы на ступицах фиксируют промежуточные диски от проворота в окружном направлении. Все это в целом повышает надежность ротора турбины.

На фиг. 1 изображен ротор двухступенчатой турбины.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде (ободы основных и промежуточных дисков).

На фиг. 3 - элемент II на фиг. 1 в увеличенном виде (ступицы промежуточных дисков).

На фиг. 4 - вид А на фиг. 3 (прямоугольные выступы, установленные в пазы).

На фиг. 5 - элемент III на фиг. 4 в увеличенном виде.

Ротор двухступенчатой турбины 1 содержит вал 2 с закрепленным на нем с помощью фланца 3 диском I ступени 4 с рабочими лопатками I ступени 5, а также закрепленный на валу 2 с помощью фланца 6 диск II ступени 7 с рабочими лопатками II ступени 8. В междисковой полости 9 ротора 1 расположены передний промежуточный диск 10 и задний промежуточный диск 11, каждый из которых имеет ступицу 12 и 13, полотно 14 и 15 и обод 16 и 17 с кольцевыми осевыми выступами 18 и 19, с помощью которых осуществляется основная центровка с зазором δ₁ = 0,01...0,3 мм промежуточных дисков 10 и 11 по поверхностям Б относительно обода 20 и 21 диска I ступени 4 и диска II ступени 7. На ступицах 12 и 13 промежуточных дисков 10 и 11 выполнено множество радиальных прямоугольных шлицевых выступов 22 и 23, с помощью которых осуществляется дополнительная центровка промежуточных дисков относительно переднего и заднего фланцев 24 и 25, зацентрированных в свою очередь относительно вала 2 с помощью центрирующих буртов 26 и 27. Во фланцах 24 и 25 выполнено множество шлицевых прямоугольных пазов 28 и 29, в которые входят шлицевые выступы 22 и 23 с зазором δ₂ = 1,2...8 δ₁.
Работает устройство следующим образом. При запуске, на основных режимах работы двигателя и на взлете ободы 16 и 17 промежуточных дисков нагреты сильнее ободов 20 и 21 основных дисков 4 и 7, так как ободы промежуточных дисков имеют развитую наружную поверхность и контактируют непосредственно с газом, перетекающим от первой рабочей лопатки 5 ко второй рабочей лопатке 8, а выступы 20 и 21 дисков прикрыты от контакта с газом рабочими лопатками 5 и 8. Так как выступы 18 и 19 промежуточных дисков являются охватываемыми по отношению к выступам дисков 20 и 21, то на данных режимах работы двигателя зазор δ₁ исчезает и по поверхностям Б образуется небольшой натяг, надежно фиксирующий промежуточные диски от радиального смещения и центрирующий их относительно дисков 4 и 7. Фланцы 24 и 25 с помощью шлицевых пазов 28 и 29 и шлицевых выступов 22 и 23 на ступицах 12 и 13 промежуточных дисков фиксируют в пределах зазоров δ₂ промежуточные диски от проворота в окружном направлении. При сбросе газа ободы 16 и 17 промежуточных дисков интенсивно охлаждаются, быстрее более массивных ободов 20 и 21 основных дисков 4 и 7. При этом зазор δ₁ быстро увеличивается и становится больше δ₂, т.е. δ₁ > δ₂, и центровка промежуточных дисков 10 и 11 уже осуществляется по шлицевым фланцам 24 и 25 с помощью множества шлицевых выступов 22 и 23 га ступицах 12 и 13. Так как обороты ротор на режимах сброса газа понижены, переход центровки с зазора δ₁ на больший зазор δ₂ не вызывает повышения вибраций двигателя. Для удобства сборки и повышения надежности при работе радиальный зазор δ₁ = 1,2. ..8 δ₂.
Источники информации:
1. В.А.Шварц "Конструкции газотурбинных установок", Машиностроение, Москва, 1970 г., стр. 256, рис. 184.

2. Патент Р.Ф. N 1130008 - прототип.

Ротор двухступенчатой турбины содержит вал, рабочие диски первой и второй ступени с охлаждаемыми лопатками, тепловой экран, установленный между рабочими дисками, тепловой экран выполнен в виде двух промежуточных дисков, каждый из которых имеет обод, ступицу и полотно, снабженное соответственно осевыми каналами и отверстиями. На ступицах промежуточных дисков выполнено множество радиальных прямоугольных шлицевых выступов, установленных в шлицевые прямоугольные пазы центрирующих фланцев, выполненных под ступицами. Между выступами и пазами выполнен зазор. Изобретение позволяет повысить надежность за счет обеспечения центровки промежуточных дисков относительно основных на всех режимах работы двигателя. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Ротор двухступенчатой турбины, содержащий вал, рабочие диски первой и второй ступени с охлаждаемыми лопатками, тепловой экран, установленный между рабочими дисками, выполненный в виде двух промежуточных дисков, каждый из которых имеет обод, ступицу и полотно, снабженное соответственно осевыми каналами и отверстиями, отличающийся тем, что на ступицах промежуточных дисков выполнено множество радиальных прямоугольных шлицевых выступов, установленных в шлицевые прямоугольные пазы центрирующих фланцев, выполненных под ступицами. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что между выступами и пазами выполнен зазор
δ₂= 1,2-8δ₁,
где δ₁ - монтажный радиальный зазор между кольцевыми осевыми выступами ободов промежуточных дисков и кольцевыми выступами дисков турбины, равный 0,01 - 0,3 мм.