ДВУХВАЛЬНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК F02C7/36 

Изобретение относится к двухзальным газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен двухвальный газотурбинный двигатель, в котором валы компрессора и турбины соединены между собой с помощью стяжного болта (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1981, стр.190, рис.4.44.)

Недостатком такой конструкции является невозможность ее применения для двухвального газотурбинного двигателя, в котором валы расположены соосно.

Наиболее близким к заявляемому является двухвальный газотурбинный двигатель с соосным расположением валов, в котором валы компрессора и турбины высокого давления соединены промежуточным валом с установленными в нем сферическими кольцами, а резьбовая втулка установлена с внутренней стороны вала турбины высокого давления (Авторское свидетельство СССР №1563302, F02C 7/00, 1988 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, являются ее низкая надежность из-за пониженной прочности вала низкого давления, расположенного внутри узла соединения валов, так как установленная с внутренней стороны вала турбины высокого давления резьбовая втулка не позволяет увеличивать наружный диаметр вала низкого давления, что приводит к снижению его прочности, особенно для газотурбинных двигателей высокой степени двухконтурности, в которых для привода вентилятора с увеличенным наружным диаметром требуется передача по валу низкого давления увеличенного крутящего момента.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочности и надежности в работе двухвального газотурбинного двигателя путем обеспечения увеличенного наружного диаметра вала низкого давления и повышения надежности фиксации резьбовой втулки в окружном направлении.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухвальном газотурбинном двигателе с соосно расположенными валами высокого и низкого давления и соединением валов компрессора и турбины высокого давления промежуточным валом, закрепленным гайкой на валу компрессора и установленной на валу турбины резьбовой втулкой, согласно изобретению, резьбовая втулка установлена с внешней стороны переднего хвостовика вала турбины перед шлицевой муфтой, при этом передний хвостовик резьбовой втулки, задний хвостовик вала компрессора и гайка крепления промежуточного вала торцевыми шлицами имеют шлицевое соединение с Н-образной в поперечном сечении кольцевой втулкой, установленной во внутренней полости промежуточного вала между валом компрессора и резьбовой втулкой с возможностью осевой сдвижки в нерабочем положении в сторону вала компрессора и освобождения торцевых шлицев резьбовой втулки, причем кольцевая втулка зафиксирована в осевом положении упругим стопорным кольцом с осевыми выступами, расположенными во внутренней кольцевой проточке кольцевой втулки, внутренние поверхности которой выполнены заподлицо с внутренней поверхностью заднего хвостовика вала компрессора, а стопорное кольцо размещено между задним хвостовиком вала компрессора и передней стенкой кольцевой втулки.

Установка резьбовой втулки с внешней стороны переднего хвостовика вала турбины перед шлицевой муфтой позволяет уменьшить строительную высоту узла соединения валов компрессора и турбины, что позволяет увеличить наружный диаметр вала низкого давления с соответствующим повышением его прочности и надежности.

Установка резьбовой втулки с внешней стороны переднего хвостовика вала турбины перед шлицевой муфтой, а также выполнение соединения между передним хвостовиком резьбовой втулки, задним хвостовиком вала компрессора и гайкой крепления промежуточного вала торцовыми шлицами, позволяет с помощью торцевых шлицев кольцевой втулки надежно зафиксировать в окружном направлении относительно вала компрессора гайку крепления промежуточного вала и резьбовую втулку, что повышает надежность двухвального газотурбинного двигателя.

Выполнение кольцевой втулки Н-образной в поперечном сечении позволяет снизить ее вес и разместить во внутренней ее кольцевой проточке осевые выступы стопорного кольца, а выполнение ее внутренней поверхности заподлицо с внутренней поверхностью заднего хвостовика вала компрессора позволяет обеспечить необходимые радиальные зазоры между кольцевой втулкой и валом низкого давления.

Возможность осевой сдвижки кольцевой втулки в нерабочем положении в сторону вала компрессора с освобождением торцевых шлицев резьбовой втулки обеспечивает сборку узла соединения валов турбины и компрессора с последующей передачей осевого усилия по валу турбины через резьбовую втулку, через сферические кольца и промежуточный вал - на вал компрессора.

Фиксация кольцевой втулки в осевом положении упругим стопорным кольцом, расположенным между задним хвостовиком вала компрессора и передней стенкой кольцевой втулки, обеспечивает надежное зацепление между торцовыми шлицами кольцевой и резьбовой втулок, что исключает самопроизвольное отворачивание резьбовой втулки, которое могло бы привести к рассоединению валов компрессора и турбины. Выполнение стопорного кольца с осевыми выступами исключает неправильную установку стопорного кольца (например, в кольцевую полость между торцом резьбовой втулки и передним хвостовиком вала турбины), а также облегчают постановку и съем стопорного кольца, что повышает надежность газотурбинного двигателя.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 представлен узел соединения валов в нерабочем положении во время сборки, а на фиг.4 показан вид А на фиг.2.

Двухвальный газотурбинный двигатель 1 с соосным расположением валов состоит из вала компрессора 2 и вала турбины 3, соединенных между собой с помощью узла соединения валов 4, состоящего из промежуточного вала 5, закрепленного на заднем хвостовике 6 вала компрессора 2 гайкой 7, а также установленных внутри вала 5 шлицевой гайки 8, шлицевой муфты 9, внешнего и внутреннего сферических колец 10 и 11 и установленной с внешней стороны на переднем хвостовике 12 вала турбины 3 резьбовой втулки 13, на переднем хвостовике 14 которой выполнены торцовые шлицы 15. Между резьбовой втулкой 13 и задним хвостовиком 6 вала компрессора 2, во внутренней полости 16 промежуточного вала 5, размещена подвижная в осевом направлении Н-образная в поперечном сечении кольцевая втулка 17, которая в рабочем положении своими задними торцовыми шлицами 18 находится в зацеплении с торцовыми шлицами 15 резьбовой втулки 13, а передними торцовыми шлицами 19 находится в постоянном зацеплении с торцовыми шлицами 20 вала компрессора 2 и с торцовыми шлицами 21 гайки 7. Для удобства сборки и для обеспечения минимального радиального зазора Δ до вала низкого давления 22, расположенного с внутренней стороны от валов 2 и 3; внутренняя поверхность 23 кольцевой втулки 17 выполнена заподлицо с внутренней поверхностью 24 хвостовика 6 вала компрессора 2 и заподлицо с внутренней поверхностью 25 вала турбины 3.

Втулка 17 выполнена с возможностью осевого перемещения в сторону вала компрессора 2 до рассоединения с торцевыми шлицами 15 резьбовой втулки 14 с образованием осевого зазора 5, а в рабочем осевом положении фиксируется с помощью упругого стопорного кольца 26, которое выполнено с осевыми выступами 27, расположенными во внутренней кольцевой полости 28 втулки 17. Стопорное кольцо 26 размещено между задним хвостовиком 6 вала компрессора 2 и передней стенкой 29 кольцевой втулки 17 и устанавливается по поверхностям 30 передних торцовых шлицев 19 втулки 17. Для удобства монтажа и демонтажа осевые выступы 27 кольца 24 выполнены с отверстиями 31.

При работе на переходных режимах вал низкого давления 22 может перемещаться (прогибаться) в радиальном направлении, и для исключения катастрофического износа на внутренней поверхности 32 переднего хвостовика 12 вала турбины 3 установлена люнетная втулка 33 с антифрикционным покрытием 34, а на внешней поверхности 35 вала низкого давления 22 выполнен люнетный выступ 36.

При сборке двухвального газотурбинного двигателя 1 втулка 17 сдвигается в свое крайнее положение в сторону хвостовика 6 вала компрессора 2, торцовые шлицы 15 резьбовой втулки 13 освобождаются от шлицев 18 втулки 17 с образованием осевого зазора 5, после чего резьбовая втулка 17 закручивается на передний хвостовик 12 вала турбины 3. При этом осевой зазор δ₁ между передним хвостовиком 14 резьбовой втулки 13 и передним хвостовиком 12 вала турбины 3 позволяет регулировать осевое положение вала 3-е целью установки осевых зазоров между рабочими и сопловыми лопатками турбины (не показано).

Далее втулка 17 сдвигается в крайнее положение в сторону хвостовика 12 вала турбины 3, фиксируя таким образом торцовыми шлицами 18 шлицы 15 резьбовой втулки 13 от ее перемещения в окружном направлении.

В осевом направлении втулка 17 фиксируется стопорным упругим кольцом 26.

При работе газотурбинного двигателя 1 окружное усилие от вала турбины через шлицевую муфту 9 передается на промежуточный вал 5 и далее - на вал компрессора 2, а осевое усилие через хвостовик 12 вала турбины 3, резьбовую втулку 13, сферические кольца 11 и 10, муфту 9 и шлицевую гайку 8 поступает на промежуточный вал 5, с которого через гайку 7 передается на вал компрессора 2.

Двухвальный газотурбинный двигатель включает соосно расположенные валы высокого и низкого давления. Валы компрессора и турбины высокого давления соединены промежуточным валом, закрепленным гайкой на валу компрессора и установленной на валу турбины резьбовой втулкой. Резьбовая втулка установлена с внешней стороны переднего хвостовика вала турбины перед шлицевой муфтой. Передний хвостовик резьбовой втулки, задний хвостовик вала компрессора и гайка крепления промежуточного вала торцовыми шлицами имеют шлицевое соединение с Н-образной в поперечном сечении кольцевой втулкой. Кольцевая втулка установлена во внутренней полости промежуточного вала между валом компрессора и резьбовой втулкой с возможностью осевой сдвижки в нерабочем положении в сторону вала компрессора и освобождения торцовых шлицев резьбовой втулки. Кольцевая втулка зафиксирована в осевом положении упругим стопорным кольцом с осевыми выступами, расположенными во внутренней кольцевой проточке кольцевой втулки. Внутренние поверхности кольцевой втулки выполнены заподлицо с внутренней поверхностью заднего хвостовика вала компрессора. Стопорное кольцо размещено между задним хвостовиком вала компрессора и передней стенкой кольцевой втулки. Изобретение позволяет повысить прочность и надежность в работе двухвального газотурбинного двигателя. 4 ил.

Двухвальный газотурбинный двигатель с соосно расположенными валами высокого и низкого давления и соединением валов компрессора и турбины высокого давления промежуточным валом, закрепленным гайкой на валу компрессора и установленной на валу турбины резьбовой втулкой, отличающийся тем, что резьбовая втулка установлена с внешней стороны переднего хвостовика вала турбины перед шлицевой муфтой, при этом передний хвостовик резьбовой втулки, задний хвостовик вала компрессора и гайка крепления промежуточного вала торцевыми шлицами имеют шлицевое соединение с Н-образной в поперечном сечении кольцевой втулкой, установленной во внутренней полости промежуточного вала между валом компрессора и резьбовой втулкой с возможностью осевой сдвижки в нерабочем положении в сторону вала компрессора и освобождения торцевых шлицев резьбовой втулки, причем кольцевая втулка зафиксирована в осевом положении упругим стопорным кольцом с осевыми выступами, расположенными во внутренней кольцевой проточке кольцевой втулки, внутренние поверхности которой выполнены заподлицо с внутренней поверхностью заднего хвостовика вала компрессора, а стопорное кольцо размещено между задним хвостовиком вала компрессора и передней стенкой кольцевой втулки.