РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей наземного и авиационного применения.

Известен ротор компрессора газотурбинного двигателя, в котором диски последних ступеней соединены между собой с помощью сварки [1].

Недостатком известной конструкции является ее плохая ремонтопригодность в случае повреждения одного из приваренных между собой дисков.

Наиболее близким к заявляемому является ротор компрессора дисковой конструкции, в котором диски установлены на валу с помощью шлиц, стянуты между собой по ступицам передней и задней гайками, а между ободами дисков установлены рабочие кольца [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является отсутствие в роторе упругих в осевом направлении элементов, из-за чего возможно появление осевых зазоров между ступицами дисков, в частности на переходных режимах работы двигателя, несмотря на затяжку гаек, особенно при большом количестве дисков. Все это приводит к снижению надежности конструкции. Для повышения экономичности компрессоры современных газотурбинных двигателей выполнены с высокой степенью сжатия и поэтому с большим количеством ступеней. В связи с этим при работе двигателя, при нагреве ротора стальной вал компрессора расширяется в осевом направлении в большей степени, чем титановые диски, и затяжка гаек ослабляется. Кроме того, при работе двигателя на переходных режимах, например при запуске, вал компрессора прогревается быстрее, чем закрытые в междисковых полостях ступицы дисков, при этом осевая затяжка гаек ослабляется еще в большей степени, что может привести к раззазориванию ротора компрессора в осевом направлении, появлению наклепа по ступицам дисков и их поломке.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности ГТД путем обеспечения осевого натяга по ступицам дисков ротора.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора газотурбинного двигателя, состоящем из вала с установленными на нем с помощью шлиц дисками, соединенными между собой по ступицам с помощью передней и задней гаек, согласно изобретению минимум один из дисков выполнен с кольцевыми осевыми выступами за одно целое со ступицами дисков, при этом кольцевые осевые выступы выполнены со шлицами на внешних концах, а отношение расстояния между внешними концами кольцевых осевых выступов данного диска к толщине стенки кольцевого осевого выступа L/H=30...80.

Выполнение минимум одного из дисков с кольцевыми осевыми выступами за одно целое со ступицами дисков позволяет повысить надежность ротора путем обеспечения осевого натяга по ступицам дисков на всех режимах работы ротора компрессора, за счет упругой деформации кольцевых осевых выступов происходит парирование различной температурной деформации, что позволяет исключить появление зазоров между ступицами дисков и, соответственно, наклеп и поломку дисков.

Выполнение шлиц на внешних концах осевых выступов также повышает надежность конструкции, так как шлицы, являющиеся концентраторами напряжений, размещены в зоне минимальных напряжений на максимальном удалении от напряженной ступицы.

При L/H<30 упругость кольцевого осевого выступа уменьшается, и он уже не может парировать разницу температурных деформаций дисков и вала.

При L/H>80 уменьшается прочность осевых кольцевых выступов и они могут пластически сдеформироваться при затяжке гаек.

На фиг.1 изображен продольный разрез ротора компрессора газотурбинного двигателя.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.3 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.

Ротор 1 компрессора газотурбинного двигателя состоит из шлицевого вала 2, на котором с помощью шлиц 3 установлены диски 4 с рабочими лопатками 5. Между ободами 6 дисков 4 установлены рабочие кольца 7, фиксирующие рабочие лопатки 5 в осевом направлении и закрывающие междисковые полости 8. Часть дисков 9 ротора 1 выполнены с кольцевыми осевыми выступами 10 и 11, на внешних концах 12 и 13 которых выполнены шлицы 3. Кольцевые выступы 10 и 11 дисков 9 выполнены за одно целое со ступицами 14 и упругодеформирующимися в осевом направлении при затяжке ротора с помощью передней и задней гаек 15 и 16.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя, особенно на переходных режимах, за счет различной температурной деформации вала 2 и дисков 4 и 9 может уменьшиться осевая затяжка передней и задней гаек 15 и 16, что может привести к наклепыванию и поломкам дисков 4 и 9. Однако за счет упругой деформации кольцевых осевых выступов 10 и 11 происходит парирование различной температурной деформации, что позволяет исключить появление зазоров между ступицами дисков и, соответственно, наклеп и поломку дисков. Длина L кольцевых выступов и толщина Н их стенки выбирается оптимальной, исходя из усилий затяжки гаек 15 и 16 и разницы температурных деформаций вала и дисков, и определяется опытным путем. В роторе 1 может быть установлен как один диск-компенсатор с осевыми кольцевыми выступами 10 и 11, так и несколько, в зависимости от осевой длины ротора 1 и разницы температурных деформаций дисков и вала. Размещение шлиц 3 на внешних концах 12 и 13 выступов 10 и 11 также повышает надежность конструкции, так как шлицы, являющиеся концентраторами напряжений, в данном случае размещены в зоне минимальных напряжений на максимальном удалении от напряженной ступицы 14.

Источники информации

1. С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. М.: Машиностроение, стр. 95, рис. 3.33.

2. С.А. Вьюнов, стр. 89, рис. 3.27 - прототип.

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей наземного и авиационного применения и позволяет повысить надежность ГТД путем обеспечения осевого натяга по ступицам дисков ротора. Ротор компрессора газотурбинного двигателя состоит из вала с установленными на нем с помощью шлиц дисками, соединенными между собой по ступицам с помощью передней и задней гаек. Новизна изобретения заключается в том, что минимум один из дисков выполнен с кольцевыми осевыми выступами за одно целое со ступицами дисков, при этом кольцевые осевые выступы выполнены со шлицами на внешних концах, а отношение расстояния между внешними концами кольцевых осевых выступов данного диска к толщине стенки кольцевого осевого выступа L/H=30...80. 3 ил.

Ротор компрессора газотурбинного двигателя, состоящий из вала с установленными на нем с помощью шлиц дисками, соединенными между собой по ступицам с помощью передней и задней гаек, отличающийся тем, что минимум один из дисков выполнен с кольцевыми осевыми выступами за одно целое со ступицами дисков, при этом кольцевые осевые выступы выполнены со шлицами на внешних концах, а отношение расстояния между внешними концами кольцевых осевых выступов данного диска к толщине стенки кольцевого осевого выступа L/H=30-80.