ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02C7/36 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель, узел соединения валов компрессора и турбины в котором выполнен с соединительной муфтой [1].

Однако недостатками известной конструкции являются большие габаритные размеры и вес.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция газотурбинного двигателя с узлом соединения валов компрессора и турбины, включающем промежуточный вал, установленный на валу компрессора, промежуточную шлицевую втулку, а также сферические кольца и резьбовую втулку, через которые передается осевое усилие и крутящий момент с вала турбины на вал компрессора [2] .

Недостатком такой конструкции является низкая надежность и кпд двигателя из-за большого числа промежуточных соединений между валами компрессора и турбины (промежуточный вал и шлицевая муфта), в результате чего на валу турбины появляются дополнительные радиальные биения, приводящие к увеличению радиальных зазоров между статором и ротором турбины, уменьшение кпд которой необходимо парировать для сохранения тяги двигателя увеличением температуры газа перед турбиной.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и кпд, путем минимизации радиальных зазоров между статором и ротором турбины за счет исключения промежуточных элементов узла соединения валов турбины и компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания и турбину привода компрессора, а также узел соединения валов турбины и компрессора с резьбовой втулкой, наружное и внутреннее сферические кольца, согласно изобретению резьбовая втулка выполнена с передним радиальным выступом и резьбовым хвостовиком и установлена внутри вала турбины, который с помощью шлиц размещен внутри вала компрессора, на резьбовом хвостовике втулки установлена гайка с внутренним кольцевым выступом, гайка посредством наружных и внутренних колец прижата к кольцевому выступу вала турбины, при этом направления резьб на переднем радиальном выступе и на резьбовом хвостовике втулки совпадают, а между передним радиальным выступом втулки и валом турбины, а также между хвостовиком втулки и внутренним кольцевым выступом гайки установлены регулировочные кольца.

Предложенная конструкция позволяет устанавливать вал турбины в вал компрессора вблизи подшипника, поэтому радиальное смещение вала турбины минимально и определяется только радиальными зазорами в этом шлицевом соединении, что способствует сохранению радиальных зазоров между статором и ротором турбины и повышению надежности газотурбинного двигателя.

Несоосность валов компрессора и турбины, вызванная несоосностью подшипников, будет парироваться зазорами в шлицах, а сферические кольца позволят работать резьбовой втулке только на растяжение, что повысит ее надежность и надежность двигателя в целом.

При таком исполнении при отворачивании резьбовой втулки под воздействием вибрации работающего двигателя, втулка поворачивается по резьбе относительно гайки и упирается в регулировочное кольцо, после чего останавливается, т.к. осевое перемещение регулировочного кольца ограничено кольцевым ребром гайки. В обратном направлении втулка не может поворачиваться из-за упора торцом в кольца и кольцевой выступ вала компрессора.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент 1 на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4, приводящей во вращение компрессор 2, и силовой турбины 5.

Ротор 6 компрессора 2 установлен в роликовом подшипнике 7 со стороны входа в компрессор 2 и в шарикоподшипнике 8, а ротор 9 турбины 4 установлен консольно в роликоподшипнике 10. Перед этим хвостовик 11 вала 12 ротора 9 своими шлицами 13 установлен в охватывающем его валу 14 ротора 6 компрессора 2 с целью передачи крутящего момента от ротора 9 турбины 4 на ротор 6 компрессора 2.

Для передачи осевого усилия от ротора 9 турбины 4 на ротор 6 компрессора 2 внутри вала 14 с помощью резьбы 15, выполненной на переднем радиальном выступе 16, установлена втулка 17, на хвостовике 18 которой имеется резьба 19. На резьбовом хвостовике 18 навернута гайка 20, упирающаяся своим передним торцом 21 через наружное 22 и внутреннее 23 сферические кольца во внутренний кольцевой выступ 24 вала 12 турбины 4. Направление резьб 15 и 19 совпадают. Своим передним торцом 25 втулка 17 упирается через кольцо 26, наружное кольцо 27 роликоподшипника и шлицевое кольцо 28 во внутренний выступ 29 вала 14 компрессора 2.

Гайка 20 относительно вала 12 турбины 4 фиксируется от поворота с помощью шлицевого кольца 30 с торцовыми 31 и радиальными 32 шлицами. В свою очередь кольцо 30 фиксируется в осевом направлении с помощью разжимного упругого кольца 33, устанавливаемого в кольцевую проточку 34 вала 12. Между хвостовиком 18 гайки 20 и внутренним кольцевым выступом 35, а также между передним радиальным выступом 16 и хвостовиком 11 вала 12 установлены регулировочные кольца 36 и 37.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя крутящий момент от ротора 9 турбины 4 на ротор 6 компрессора 2 передается через шлицы 13 непосредственно с вала 9 турбины 4 на вал 14 компрессора 2, а осевое усилие - через сферические кольца 22 и 23, гайку 20 и втулку 17. При этом радиальные перемещения хвостовика 11 вала 12 турбины 4 минимальны, т. к. они обусловлены только радиальными зазорами в шлицах 13, что способствует сохранению минимальных зазоров между статором и ротором турбины 4, что повышает кпд газотурбинного двигателя 1.

При сборке двигателя возможна несоосная установка подшипников 7, 8 и 10, на которых установлены роторы 6 и 9 компрессора 2 и турбины 4.

При работе двигателя температурная деформация корпусов двигателя 1 также может послужить причиной несоосности подшипников 7, 8 и 10.

Заявляемая конструкция позволяет парировать несоосность валов 14 и 12 зазорами в шлицах 13. Сферические кольца 22 и 23 позволяют работать резьбовой втулке 17 только на растяжение, что повышает ее надежность, а также надежность двигателя в целом.

Поскольку резьбы 15 и 19 выполнены с одним направлением нарезки, при отворачивании резьбовой втулки 17 под действием вибрации работающего двигателя втулка 17 поворачивается и перемещается назад относительно гайки 20, при этом упирается в регулировочное кольцо 37, после чего останавливается, т.к. осевое перемещение кольца 37 ограничено кольцевым выступом 35 гайки 20.

В обратном направлении втулка 17 не может поворачиваться из-за упора передним торцом 25 в кольца 26, 27, 28 и внутренний выступ 29 вала 14 компрессора 2.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, с.226, рис.4.66.

2. Патент РФ 1563302, МКИ F 02 С 7/00, 1988.

Газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания, турбину привода компрессора, узел соединения валов турбины и компрессора с резьбовой втулкой. Резьбовая втулка установлена внутри вала турбины, который с помощью шлиц размещен внутри вала компрессора. На резьбовом хвостовике втулки установлена гайка с внутренним кольцевым выступом. Гайка посредством наружного и внутреннего сферических колец прижата к кольцевому выступу вала турбины. Направления резьб на переднем радиальном выступе и на хвостовике втулки совпадают. Между передним радиальным выступом втулки и валом турбины, а также между хвостовиком втулки и внутренним кольцевым выступом гайки установлены регулировочные кольца. Изобретение позволяет повысить надежность и кпд газотурбинного двигателя путем минимизации радиальных зазоров между статором и ротором турбины за счет исключения промежуточных элементов узла соединения валов турбины и компрессора. 2 ил.

Газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания и турбину привода компрессора, а также узел соединения валов турбины и компрессора с резьбовой втулкой, наружное и внутреннее сферические кольца, отличающийся тем, что резьбовая втулка выполнена с передним радиальным выступом и резьбовым хвостовиком и установлена внутри вала турбины, который с помощью шлиц размещен внутри вала компрессора, на резьбовом хвостовике втулки установлена гайка с внутренним кольцевым выступом, гайка посредством наружного и внутреннего сферических колец прижата к кольцевому выступу вала турбины, при этом направления резьб на переднем радиальном выступе и на хвостовике втулки совпадают, а между передним радиальным выступом втулки и валом турбины, а также между хвостовиком втулки и внутренним кольцевым выступом гайки установлены регулировочные кольца.