УЗЕЛ ОТСОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ В РОТОРЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК F02C7/36 

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана «Система отсоединения вентилятора от турбореактивного двигателя с помощью взрывного заряда», описанная в патенте на изобретение RU 2317449 C2.

Недостатки прототипа:

Основным недостатком прототипа является то, что при отсоединении ротора компрессора посредством разрушения механических звеньев крепления опоры взрывом, который инициируется компьютером на основе информации от соответствующих средств измерений, происходит радиальное перемещение ротора компрессора относительно ротора турбины с последующим разрушением проточной части компрессора, а также возможной деформацией корпусов. Все это приводит к еще большему дисбалансу, и вибрационная нагрузка будет воздействовать на подвеску двигателя и самолет, вплоть до полной остановки разрушенного ротора.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является сохранение соосности роторов компрессора и турбины при их отсоединении во время нештатной ситуации.

Указанный технический результат достигается тем, что узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя содержит вал компрессора низкого давления, механически связанный с валом турбины низкого давления, установленный в подшипниках, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор, при этом между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями, а в осевом направлении стяжным болтом и стяжной трубой соответственно, причем стяжная труба зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов контровочной трубой, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт посредством шлицевого соединения и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением, при этом между стяжным болтом и контровочной трубой, соосно последней, установлена пружина, кроме того, в статорной части выполнена полость, ограниченная втулкой и поршневым элементом, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном, причем поршневой элемент зафиксирован в окружном направлении относительно втулки шлицами, при этом между втулкой и поршневым элементом, соосно последнему установлена пружина, кроме того, близлежащие торцевые поверхности контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними.

Такое выполнение устройства обеспечивает сохранение соосности ротора компрессора относительно ротора турбины, за счет того, что ротор компрессора остается на своих опорах, а ротор турбины смещается в осевом направлении с последующим принудительным остановом за счет контролируемого трения за счет минимальных осевых зазоров между ротором и статором. Это обеспечивает сохранение компрессорных узлов, особенно корпусных элементов, и трансмиссии, а также не увеличивает вибрационного состояния двигателя в процессе останова.

Упомянутый перепускной клапан может быть связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью.

Управление системой отсоединения при помощи компьютера позволяет отложить отсоединение ротора, или не производить его, чтобы оптимизировать остаточную тягу во время трудного периода полета. Т.е. двигатель будет продолжать работу на меньшей тяге в пределах допустимых уровней вибраций.

Сущность настоящего изобретения поясняется фиг.1 и 2, на которых изображен узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя с закрытым перепускным клапаном, а также узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя с открытым перепускным клапаном, соответственно.

Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора низкого давления 1, механически связанный с валом турбины низкого давления 2, установленный в подшипниках 3 и 4, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор 5 и 6. При этом между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал 7, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями 8 и 9, а в осевом направлении стяжным болтом 10 и стяжной трубой 11 соответственно. Причем стяжная труба 11 зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов 12 контровочной трубой 13, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт 10 посредством шлицевого соединения 14 и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением 15, при этом между стяжным болтом 10 и контровочной трубой 13, соосно последней, установлена пружина 16. Кроме того, в статорной части выполнена полость 17, ограниченная втулкой 18 и поршневым элементом 19, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью 20 гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном 21. Причем поршневой элемент 19 зафиксирован в окружном направлении относительно втулки 18 шлицами 22. При этом между втулкой 18 и поршневым элементом 19, соосно последнему установлена пружина 23. Кроме того, близлежащие торцевые поверхности 24 и 25 контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними. Перепускной клапан 21 связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью 26 (см. фиг.1).

При возникновении нештатной ситуации в работе двигателя, в случае обрыва лопатки или по другим причинам, определяемыми алгоритмами компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью 26 по командам средств измерений, срабатывает клапан 21, отделяющий нагнетающую масляную 20 от полости 17. В полости 17 давление масла повышается до рабочего уровня и приводит поршневой элемент 19 к осевому смещению до контакта конических поверхностей 24 и 25, преодолевая усилие пружины 23. Контровочная труба 13 смещается максимально вправо вплоть до упора в стяжную трубу 11, преодолевая усилие пружины 16. При этом шлицы 15 и 14 выходят из зацепления. Остается зацепление только в шлицах 12. Поршневой элемент 19 за счет трения, при этом возможна сварка по коническим поверхностям 24 и 25, удерживает контровочную трубу 13 в окружном направлении, которая удерживает стяжную втулку 11. Вал турбины низкого давления 2 свинчивается по резьбе стяжной втулки 11 и смещается по шлицам вправо (по потоку). Происходит контролируемое касание ротора турбины о статор с последующим остановом ротора. Пружины 16 и 23 необходимы, чтобы однозначно определять осевое положение контровочной трубы и поршневого элемента соответственно при нормальной работе двигателя (см. фиг.2).

В связи с вышеизложенным, специалисту на основании уровня техники должно быть очевидно, что заявленная конструкция обеспечивает сохранение соосности ротора компрессора относительно ротора турбины, при контролируемом разрушении двигателя в нештатной ситуации, что обеспечивает сохранение трансмиссии и корпусных элементов, а также не увеличивает вибрационного состояния двигателя в процессе его останова.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины. Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является сохранение соосности роторов компрессора и турбины при их отсоединении во время нештатной ситуации. Указанный технический результат достигается тем, что между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями, а в осевом направлении стяжным болтом и стяжной трубой соответственно, причем стяжная труба зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов контровочной трубой, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт посредством шлицевого соединения и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением, при этом между стяжным болтом и контровочной трубой, соосно последней, установлена пружина, кроме того, в статорной части выполнена полость, ограниченная втулкой и поршневым элементом, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном, причем поршневой элемент зафиксирован в окружном направлении относительно втулки шлицами, при этом между втулкой и поршневым элементом, соосно последнему установлена пружина, кроме того, близлежащие торцевые поверхности контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними. Перепускной клапан связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора низкого давления, механически связанный с валом турбины низкого давления, установленный в подшипниках, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор, отличающийся тем, что между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями, а в осевом направлении стяжным болтом и стяжной трубой соответственно, причем стяжная труба зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов контровочной трубой, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт посредством шлицевого соединения и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением, при этом между стяжным болтом и контровочной трубой, соосно последней, установлена пружина, кроме того, в статорной части выполнена полость, ограниченная втулкой и поршневым элементом, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном, причем поршневой элемент зафиксирован в окружном направлении относительно втулки шлицами, при этом между втулкой и поршневым элементом, соосно последнему установлена пружина, кроме того, близлежащие торцевые поверхности контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними.

2. Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что перепускной клапан связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью.