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

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях осевых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок.

Ротор турбомашины является ее силовым элементом и по технологическим причинам состоит из отдельных деталей. Для их соединения используются различные конструктивные элементы, которые должны обеспечивать требуемую жесткость, прочность и надежность соединения при минимальной массе и простоте сборки.

Наиболее близким по назначению и достигаемому техническому результату является известный ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочего колеса, соединенные между собой резьбовыми соединениями, расположенными в средней части диска вдоль продольной оси ротора, и контактирующие между собой торцами периферийные кольцевые участки /RU №2211337 МПК F01D 5/06. Опубл. 27.08.2003 г./.

Недостатками устройства являются низкая жесткость, являющаяся следствием расположения резьбового соединения на малом удалении от оси вращения, и наличие зазора в периферийном соединении.

Задачей изобретения является создание ротора газотурбинного двигателя с устройством соединения секций ротора, обеспечивающим требуемую надежность.

Ожидаемый технический результат - повышение жесткости и прочности соединения при минимальной массе и простоте сборки.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что известный ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочего колеса, соединенные между собой резьбовыми соединениями, расположенными в их средней части вдоль продольной оси ротора, и контактирующие между собой торцами периферийные кольцевые участки, по предложению периферийный кольцевой участок одного диска с его внутренней стороны снабжен выступами и чередующимися с ними продольными пазами, расположенными по окружности диска, а контактирующий с ним периферийный кольцевой участок другого диска снабжен лепестками с выступами и чередующимися с ними продольными пазами по его наружной стороне в количестве, равном числу продольных пазов на дисках, торцевые поверхности выступов выполнены коническими, а лепестки установлены выступающими по окружности диска за контактную поверхность с возможностью сопряжения поверхностей выступов одного диска с конической поверхностью выступов другого диска. В торце периферийного кольцевого участка диска выше лепестков с выступами может быть выполнен кольцевой паз.

Такая задача может быть решена в устройстве, состоящем из резьбового соединения дисков, расположенного на малом удалении от оси вращения ротора, воспринимающего крутильные нагрузки, и специального замка, расположенного в периферийной (ободной) части ротора. Замок состоит из периферийных элементов особой формы, расположенных на сопрягаемых секциях ротора. На внутренней поверхности периферийной части одной секции ротора имеются выступы с конической контактной поверхностью и продольные пазы, расположенные по окружности диска, а на наружной поверхности смежной секции ротора - лепестки с зубьями, представляющими собой прорезанную в радиальном направлении обечайку с кольцевыми выступами. При вращении ротора за счет изгиба лепестков с зубьями под действием центробежных сил монтажные зазоры устраняются, а на контактных конических поверхностях возникает осевая сила, прижимающая секции ротора по торцам. За счет этого обеспечивается высокая жесткость соединения, необходимая для повышения надежности узла.

Сборка секций производится путем совмещения зубьев одной секции с продольными пазами другой секции, с последующими сдвигом их друг к другу и поворотом секций относительно друг друга, так что зубья сопрягаются с выступами по коническим поверхностям.

Изобретение проиллюстрировано следующим образом:

фиг.1 - схема секций ротора в сборе;

фиг.2 - схема замкового соединения;

фиг.3 - торец внутреннего кольцевого участка диска;

фиг.4 - торец лепесткового участка диска;

фиг.5 - торец лепесткового участка диска по п.2.

Диски 1 секций рабочего колеса жестко соединены между собой резьбовым соединением 2, контактируют торцами 3 их периферийных кольцевых участков. Периферийный кольцевой участок одного диска с его внутренней стороны снабжен выступами 4 и чередующимися с ними продольными пазами 5, расположенными по окружности диска. Контактирующий с ним периферийный кольцевой участок другого диска снабжен лепестками 6 с выступами 7 и чередующимися с ними продольными пазами по его наружной стороне. Лепестки 6 установлены выступающими по окружности диска за контактную поверхность с возможностью сопряжения поверхностей выступов одного диска с конической поверхностью выступов другого диска по контактной поверхности 8. Контактные поверхности 8 выполнены коническими по поверхности, образующей конус с вершиной, смещенной в сторону диска 1 с кольцевым участком с лепестками 6, а количество лепестков равно числу продольных пазов на дисках. Для обеспечения повышенной податливости лепестков 6, необходимой для применения предложения в низкооборотных турбомашинах, в торце периферийного кольцевого участка диска выше лепестков с выступами может быть выполнен кольцевой паз 9, позволяющий увеличить длину лепестков 6 и, как следствие, увеличить их податливость.

В процессе работы ротор турбомашины воспринимает осевые, изгибные и крутильные нагрузки. Причем чем выше обороты ротора, тем больше осевые и изгибные нагрузки, вызванные остаточной неуравновешенностью ротора. Замок предлагаемого устройства механического соединения секций ротора обладает свойством увеличения своей жесткости с ростом оборотов, обеспечивая требуемые эксплуатационные характеристики во всем рабочем диапазоне.

Данные характеристики замка позволяют расположить механическое соединение, воспринимающее только крутильные нагрузки на малом удалении от оси вращения ротора, обеспечивая простоту сборки и малую массу конструкции.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях осевых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей и энергетических установок. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски, соединенные резьбовыми соединениями, расположенными в их средней части вдоль продольной оси ротора. Периферийный кольцевой участок одного диска с его внутренней стороны снабжен выступами и чередующимися с ними продольными пазами, расположенными по окружности диска. Периферийный кольцевой участок другого диска, контактирующего с предыдущим, снабжен лепестками с выступами и чередующимися с ними продольными пазами по его наружной стороне в количестве, равном числу продольных пазов на дисках. Торцевые поверхности выступов выполнены коническими. Лепестки установлены выступающими по окружности диска за контактную поверхность с возможностью сопряжения поверхностей выступов одного диска с конической поверхностью выступов другого диска. Изобретение позволяет повысить надежность ротора газотурбинного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочего колеса, соединенные между собой резьбовыми соединениями, расположенными в их средней части вдоль продольной оси ротора, и контактирующие между собой торцами периферийные кольцевые участки, отличающийся тем, что периферийный кольцевой участок одного диска с его внутренней стороны снабжен выступами и чередующимися с ними продольными пазами, расположенными по окружности диска, а контактирующий с ним периферийный кольцевой участок другого диска снабжен лепестками с выступами и чередующимися с ними продольными пазами по его наружной стороне в количестве, равном числу продольных пазов на дисках, торцевые поверхности выступов выполнены коническими, а лепестки установлены выступающими по окружности диска за контактную поверхность с возможностью сопряжения поверхностей выступов одного диска с конической поверхностью выступов другого диска.

2. Ротор газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что в торце периферийного кольцевого участка диска выше лепестков с выступами выполнен кольцевой паз.