РОТОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК F01D5/06 

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (далее ГТД), энергетических установках паро- и гидротурбинах.

Известен ротор осевого компрессора ГТД, содержащий диски рабочих колес, сопряженные поверхностями посадочных кольцевых элементов, в которых выполнены цилиндрические радиальные отверстия с фиксирующими элементами (Г.С. Скубачевский Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: «Машиностроение», 1974 г., стр.61).

Вышепредставленный ротор осевого компрессора ГТД является наиболее близким к заявленному изобретению, в связи с этим выбран в качестве прототипа.

Известному ротору осевого компрессора ГТД присущи следующие недостатки:

- наличие большого количества концентраторов напряжений, т.к. отверстия под штифты выполняются глухими (чтобы штифт не провалился внутрь ротора);

- низкая ремонтопригодность;

- ограничение конструктивных исполнений ободной части дисков. Задачей настоящего изобретения является создание ротора ГТД, в котором устранены вышеприведенные недостатки.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является повышение надежности, технологичности и ремонтопригодности.

Технический результат достигается тем, что ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные поверхностями посадочных кольцевых элементов, в которых выполнены цилиндрические радиальные отверстия с фиксирующими элементами, согласно настоящему изобретению упомянутые отверстия выполнены сквозными, причем части отверстий во внутренних посадочных кольцевых элементах имеют расширенные участки со стороны их внешней поверхности, при этом фиксирующие элементы выполнены в виде втулок с внутренней резьбой, расположенных в расширенных участках отверстий и штифтов с соответствующей наружной резьбой, зафиксированных от проворота в отверстиях методом развальцовки.

Для усиления соединения диски рабочих колес дополнительно могут быть жестко соединены между собой в их средней части вдоль продольной оси ротора любым известным способом, например болтовым или шпилечным соединением, центральной стяжкой и т.п.

Наличие сквозных отверстий в посадочных кольцевых элементах обеспечивает минимальное количество зон концентраций напряжений в основных деталях ротора (дисках), что приводит к повышению надежности узла.

Применение резьбы для фиксации штифта позволяет отказаться от развальцовки отверстия под штифт в кольцевых элементах ротора, при этом повышается надежность и обеспечивается ремонтопригодность узла.

Выполнение резьбы во втулке, а не в основных деталях (дисках), также снижает уровень концентрации напряжений в соединении, повышая его надежность и расширяет область применения изобретения в конструкциях, выполненных из материалов с высокой чувствительностью к концентраторам напряжений (титановых, алюминиевых и др. сплавов).

Кроме того, в связи с тем, что фиксация штифта осуществляется резьбой, а не замком рабочей лопатки (как в прототипе), штифтовое соединение возможно конструктивно выполнить в удобном месте, не усложняя ободную часть диска.

Заявленное изобретение более подробно поясняется фиг.1 и фиг.2 чертежей, на которых схематично представлены продольный разрез в месте соединения секций осевого компрессора ГТД и внешняя поверхность ротора в зоне соединения, вид сверху соответственно.

Ротор газотурбинного двигателя содержит диски 1 рабочих колес, жестко соединенные между собой разъемным резьбовым соединением (на чертежах не показано) в их средней части вдоль продольной оси ротора и сопряженные цилиндрическими поверхностями посадочных кольцевых элементов 2 и 3, расположенными в периферийной части дисков 1, в которых выполнены соосные цилиндрические сквозные радиальные отверстия с образованием общего сквозного радиального отверстия 4 с фиксирующими элементами, причем части отверстий во внутренних посадочных кольцевых элементах 3 имеют расширенные участки 5 со стороны их внешней поверхности 6, при этом фиксирующие элементы выполнены в виде втулок 7 с внутренней резьбой, расположенных в расширенных участках 5 отверстий и штифтов 8 с соответствующей наружной резьбой, зафиксированных от отворота в отверстиях методом развальцовки наружного торца штифта 8. При этом усилия в стыке, возникающие при работе ГТД, воспринимаются гладкой частью штифта, резьба воспринимает только центробежную силу, действующую на штифт при работе ГТД.

Контровка резьбового соединения штифта с втулкой осуществляется следующим образом:

Радиальное сквозное отверстие 4 со стороны внешней поверхности посадочного кольцевого элемента 2 имеет эллиптическую фаску, а наружный торец штифта 8 имеет внутреннее отверстие 9. В собранном состоянии узла отверстие в торце штифта 8 развальцовывается по форме эллиптической фаски. Эллиптическая форма торца штифта и фаски обеспечивает надежную фиксацию штифта в отверстии.

При работе ГТД в результате вращения ротора с высокой частотой и наличия газодинамических процессов на детали ротора действуют различные силовые факторы, такие как: осевые и поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты.

За счет наличия крепежных элементов в средней и периферийной частях ротора предлагаемое устройство обеспечивает оптимальные прочностные свойства ротора в сочетании с высокой надежностью, технологичностью и ремонтопригодностью.

По мнению заявителя, специалисту на основании известного уровня техники должно быть очевидно, что вышеприведенное описание предложенной конструкции ротора ГТД в достаточной мере раскрывает преимущества настоящего изобретения по сравнению с известным уровнем техники.

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, энергетических установках паро- и гидротурбинах. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные поверхностями посадочных кольцевых элементов, в которых выполнены цилиндрические радиальные сквозные отверстия с фиксирующими элементами. На части каждого из отверстий во внутренних посадочных кольцевых элементах выполнен расширенный участок со стороны их внешней поверхности. Фиксирующие элементы выполнены в виде втулок с внутренней резьбой, расположенных в расширенных участках отверстий и штифтов с соответствующей наружной резьбой, зафиксированных от проворота в отверстиях методом развальцовки. Диски рабочих колес жестко соединены между собой в их средней части вдоль продольной оси ротора. Изобретение позволяет повысить надежность, технологичность и ремонтопригодность ротора газотурбинного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочих колес, сопряженные поверхностями посадочных кольцевых элементов, в которых выполнены цилиндрические радиальные отверстия с фиксирующими элементами, отличающийся тем, что упомянутые отверстия выполнены сквозными, причем части отверстий в внутренних посадочных кольцевых элементах имеют расширенные участки со стороны их внешней поверхности, при этом фиксирующие элементы выполнены в виде втулок с внутренней резьбой, расположенных в расширенных участках отверстий и штифтов с соответствующей наружной резьбой, зафиксированных от проворота в отверстиях методом развальцовки.

2. Ротор газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что диски рабочих колес жестко соединены между собой в их средней части вдоль продольной оси ротора.