КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F04D29/32 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен компрессор газотурбинного двигателя с неразъемно-разъемным ротором, основная часть дисков которого соединена между собой сваркой [1].

Недостатком известной конструкции является низкая ремонтопригодность дисков компрессора, соединенных между собой сваркой, так как в случае повреждения одного из дисков заменить его сложно.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является компрессор газотурбинного двигателя с ротором дискового типа, в котором диски установлены на валу с помощью шлиц и стянуты между собой гайками, а между ободами дисков установлены рабочие кольца [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность из-за ненадежной работы шарикового радиально-упорного подшипника на выходе из компрессора. Это связано с тем, что при работе двигателя вал компрессора от последних дисков компрессора нагревается в большей степени, чем лабиринты и внутреннее кольцо подшипника, охлаждаемые маслом. В результате температурных деформаций ослабевает (уменьшается) осевая затяжка внутреннего кольца радиально-упорного шарикового подшипника, что приводит к наклепу, износу и выкрашиванию внутреннего кольца и к поломке подшипника.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы шарикового радиально-упорного подшипника компрессора путем компенсации ослабления осевой затяжки внутреннего кольца подшипника за счет упругой деформации ротора компрессора по ступицам дисков и по валу.

Сущность технического решения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем стянутый передней и задней гайками ротор с дисками, установленными с помощью шлиц на валу и закомпрессорный радиально-упорный подшипник с внутренним кольцом и деталями уплотнения, установленными на валу и зафиксированными в осевом направлении с помощью гайки крепления внутреннего кольца подшипника, согласно изобретению, величина осевых зазоров по резьбе задней гайки составляет 0,1...0,4 мм, а отношение расстояния между передней и задней гайками к осевому зазору по резьбе задней гайки L/δ=1000...15000.

Величина осевых зазоров по резьбе задней гайки в пределах 0,1...0,4 мм компенсирует ослабление осевой затяжки внутреннего кольца шарикоподшипника за счет упругой деформации ступиц дисков и вала ротора компрессора, что исключает наклеп, износ, выкрашивание внутреннего кольца и поломку подшипника, повышая его надежность.

При δ<0,1 мм - величины упругой деформации деталей ротора может не хватить для компенсации термической деформации внутреннего кольца и затянутых гайкой вместе с ним деталей.

При δ>0,4 мм - ослабляется резьба на гайке.

Компенсация температурных деформаций деталей ротора компрессора за счет упругой деформации по ступицам дисков возможна при значительной длине ротора, т.е. при большем расстоянии L между передней и задней гайками ротора компрессора. При этом L/δ=1000...15000.

При L/δ<1000 - снижается надежность компрессора ГГД из-за уменьшения упругой деформации ступиц дисков.

При L/δ>15000 - снижается надежность из-за излишнего увеличения длины ротора компрессора, что приведет к увеличению радиального прогиба ротора и к задеванию ротора о статор.

На фиг.1 изображен продольный разрез 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.

На фиг.4 - элемент III на фиг.3 в увеличенном виде до затяжки гайки крепления внутреннего кольца шарикового подшипника.

На фиг.5 - элемент III на фиг.3 в увеличенном виде после затяжки гайки крепления.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и ротора 3, установленного в радиальном роликоподшипнике 4 и радиально-упорном шарикоподшипнике 5. Шарикоподшипник 5 размещен в масляной полости 6, смазывается маслом с помощью масляного жиклера 7 и установлен в опоре 8, которая через стойки 9 связана со статором 2. Ротор 3 компрессора 1 состоит из шлицевого вала 10, на котором с помощью шлиц установлены диски 12 компрессора 1 с рабочими лопатками 13. Между ободами 14 дисков 12 установлены рабочие кольца 15. Диски 12 по своим ступицам 16 стянуты между собой передней гайкой 17 ротора 3 компрессора 1 и задней гайкой 18. Между гайкой 18 и внутренним кольцом 19 шарикоподшипника 5 установлены передний и задний лабиринты 20 и 21, а также кольцо регулировочное 22. Для удобства сборки и разборки внутреннее кольцо 19 шарикоподшипника 5 выполнено из двух колец 23 и 24, закрепленных в осевом направлении через промежуточный вал 25 с помощью гайки 26 крепления внутреннего кольца 19 шарикоподшипника 5 и установленной на валу 10. Промежуточный вал 25 служит для передачи от ротора турбины (на фиг. не показано) на ротор 3 компрессора 1 крутящего момента и осевого усилия. Задняя гайка 18 до затяжки гайки 26 контактирует с валом 10 по рабочим поверхностям 27 резьбы 28, а после затяжки гайки 26 на увеличенное осевое усилие по нерабочим поверхностям 29 резьбы 28.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя за счет теплопроводности вал 10, на котором установлены с помощью шлиц 11 диски 12, нагревается от них и за счет этого удлиняется (термически деформируется). Лабиринты 20 и 21, регулировочное кольцо 22, а также внутреннее кольцо 19 и промежуточный вал 25 охлаждаются или холодным воздухом или маслом из жиклера 7, и поэтому имеют меньше температуру, чем вал 10. В связи с термической деформацией этих деталей осевое усилие от затяжки гайки 26 крепления кольца 19 шарикоподшипника 5 может оказаться равным нулю, что приведет к наклепыванию колец 23 и 24, к увеличению осевых и окружных зазоров по шарикоподшипнику и к его поломке. Однако, в связи с тем, что задняя гайка 18 ротора 3 компрессора 1 выполнена с увеличенными по сравнению с гайкой 26 осевыми зазорами δ, а также за счет того, что осевое усилие затяжки гайки 26 превышает осевое усилие затяжки задней гайки 18, которая работает как втулка, передающая осевое усилие от ступиц 16 дисков на внутреннее кольцо 19 шарикоподшипника 5, обеспечивая в пределах осевого зазора δ по резьбе 28 гайки 18 за счет упругой деформации ступиц 16 дисков 12 и вала 10 потребное осевое усилие на кольцо 19. Поэтому зазор δ по резьбе гайки 18 выбирается большим, чем термическая деформация пакета деталей, участвующих в осевой затяжке внутреннего кольца 19. Таким образом, осевая затяжка внутреннего кольца 19 шарикоподшипника 5 обеспечивается за счет упругой деформации ступиц 16 дисков 12 и вала 10 ротора 3 компрессора 1 в пределах зазора δ, величина которого равна 0,1...0,4 мм. Компенсация температурных деформаций деталей ротора 3 компрессора 1 за счет упругой деформации по ступицам 16 дисков 12 возможна при значительной длине ротора 3, т.е. при большом расстоянии L между передней 17 и задней 18 гайками ротора 3 компрессора 1, при этом L/δ=1000...15000.

Источники информации:

1. С.А.Вьюнов, "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", стр. 95, рис.3.33.

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

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения и позволяет повысить надежность работы шарикового радиально-упорного подшипника компрессора. Компрессор содержит стянутый передней и задней гайками ротор с дисками, установленными с помощью шлиц на валу и закомпрессорный радиально-упорный подшипник с внутренним кольцом и деталями уплотнения, установленными на валу и зафиксированными в осевом направлении с помощью гайки крепления внутреннего кольца подшипника. Новизна изобретения заключается в том, что величина осевых зазоров по резьбе задней гайки составляет 0,1...0,4 мм, а отношение расстояния между передней и задней гайками к осевому зазору по резьбе задней гайки L/δ=1000...15000. 5 ил.

Компрессор газотурбинного двигателя, содержащий стянутый передней и задней гайками ротор с дисками, установленными с помощью шлиц на валу, и закомпрессорный радиально-упорный подшипник с внутренним кольцом и деталями уплотнения, установленными на валу и зафиксированными в осевом направлении с помощью гайки крепления внутреннего кольца подшипника, отличающийся тем, что величина осевых зазоров по резьбе задней гайки составляет 0,1-0,4 мм, а отношение расстояния между передней и задней гайками к осевому зазору по резьбе задней гайки L/δ=1000-15000.