УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ РОТОРОВ КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F02C7/36 F01D5/02 

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

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, причем вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а стяжное устройство соединено в окружном направлении с контровочной трубой посредством шлицевого соединения (патент RU 2491450 C1, опубл. 27.08.2013).

Известному техническому решению присущи следующие недостатки. Передача крутящего момента от вала турбины на цапфу компрессора осуществляется через промежуточный вал через два ряда шлиц. Это значительно увеличивает массу и габариты стяжного устройства. При этом возможен перекос промежуточного вала из-за крутящего момента при возможной перекладке суммарной осевой силы ротора, это приводит к перекосу подшипника и, следовательно, снижению его долговечности. Также при передаче большого крутящего момента происходит деформация посадочной поверхности под подшипник. Это вызывает практически идентичные деформации внутреннего кольца подшипника и непостоянство диаметра беговой дорожки. Это повышает износ и снижает ресурс подшипника. Для регулирования осевого положения турбины за счет регулировочного элемента требуется осевое смещение турбины для вывода контровочных шлиц из зацепления. Это усложняет сборку узла.

Техническим результатом, достигаемым при изготовлении/использовании настоящего изобретения, является снижение массы заявленного узла, уменьшение его габаритов, повышение его долговечности, снижение степени износа, упрощение сборки.

Указанный технический результат достигается тем, что узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, причем вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а стяжное устройство соединено в окружном направлении с контровочной трубой посредством шлицевого соединения, согласно настоящему изобретению, он снабжен регулировочной втулкой и упорной гайкой, при этом цапфа компрессора установлена в валу турбины и соединена с ним в осевом направлении посредством упомянутого стяжного устройства, а в окружном направлении посредством шлицевого соединения, при этом регулировочная втулка установлена на валу турбины посредством резьбового соединения и контактирует с промежуточным валом по торцевым поверхностям, а в окружном направлении регулировочная втулка соединена с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения, при этом упорная гайка установлена в промежуточном валу посредством резьбового соединения и соединена в окружном направлении с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения, причем торцевые поверхности упорной гайки и цапфы компрессора контактируют с торцевой поверхностью регулировочной втулки.

Такое выполнение устройства позволяет снизить массу, уменьшить габариты узла за счет исключения дополнительного шлицевого зацепления. Крутящий момент передается непосредственно от вала турбины на вал компрессора, не оказывая существенного влияния на промежуточный вал и подшипник, снижая степень износа и повышая тем самым его долговечность. Для регулирования осевого положения турбины не требуется смещения ротора, что облегчает сборку узла. Фиксация регулировочной втулки осуществляется посредством шлицевого соединения с цапфой компрессора. При этом сохраняется модульность двигателя, т.к. съем компрессора не нарушает крепление вала турбины.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез узла соединения роторов компрессора и турбины ГТД.

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий расположенные в промежуточном валу 1 цапфу компрессора 2, вал турбины 3, стяжное устройство, состоящее из стяжной трубы 4, зафиксированной в осевом и радиальном направлении, с установленной на ней резьбовой втулкой 5, неподвижно зафиксированной в валу турбины 3, контровочную трубу 6, причем вал турбины 3 установлен в промежуточном валу 1 и соединен с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения 7, а стяжная труба соединена в окружном направлении с контровочной трубой 6 посредством шлицевого соединения 8, при этом заявленный узел дополнительно снабжен регулировочной втулкой 9 и упорной гайкой 10, при этом цапфа компрессора 2 установлена в валу турбины 3 и соединена с ним в осевом направлении посредством упомянутого стяжного устройства, а в окружном направлении посредством шлицевого соединения 11, при этом регулировочная втулка 9 установлена на валу турбины 3 посредством резьбового соединения 12 и контактирует с промежуточным валом 1 по торцевым поверхностям, а в окружном направлении регулировочная втулка 9 соединена с цапфой компрессора 2 посредством шлицевого соединения 13, при этом упорная гайка 10 установлена в промежуточном валу 1 посредством резьбового соединения 14 и соединена в окружном направлении с цапфой компрессора 2 посредством шлицевого соединения 15, причем торцевые поверхности упорной гайки 10 и цапфы компрессора 2 контактируют с торцевой поверхностью регулировочной втулки 9.

Узел собирается следующим образом. В собранный подшипниковый узел, содержащий промежуточный вал 1, устанавливается вал турбины 3. Регулировочная втулка 9 выставляет осевое положение турбины и прижимается за счет резьбового соединения 14 упорной гайкой 10 к торцу промежуточного вала 1. Для исключения проскальзывания вала турбины относительно промежуточного вала предусмотрено шлицевое соединение 7. Далее устанавливается компрессор, цапфа 2 которого упирается в регулировочную втулку 9 и образуются шлицевые соединения 11, 13 и 15. В осевом положении цапфа компрессора 2 фиксируется стяжной трубой 4, ввинченной в резьбовую втулку 5. Стяжная труба 4 контрится контровочной трубой 6 шлицевым соединением 8.

В процессе работы крутящий момент от вала турбины 3 на цапфу компрессора 2 передается через шлицевое соединение 11. Суммарная осевая нагрузка от роторов передается на промежуточный вал 1 через регулировочную втулку 9 либо через упорную гайку 10 в зависимости от направления осевой силы. Для однозначного положения в окружном направлении промежуточный вал 1 связан с валом турбины шлицевым соединением 7.

В связи с вышеизложенным, специалисту на основании уровня техники должно быть очевидно, что заявленная конструкция обеспечивает достижение вышеприведенных технических эффектов.

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, а также регулировочную втулку и упорную гайку. Вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а стяжное устройство соединено в окружном направлении с контровочной трубой посредством шлицевого соединения. Цапфа компрессора установлена в валу турбины и соединена с ним в осевом направлении посредством упомянутого стяжного устройства, а в окружном направлении посредством шлицевого соединения. Регулировочная втулка установлена на валу турбины посредством резьбового соединения и контактирует с промежуточным валом по торцевым поверхностям, а в окружном направлении регулировочная втулка соединена с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения. Упорная гайка установлена в промежуточном валу посредством резьбового соединения и соединена в окружном направлении с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения. Торцевые поверхности упорной гайки и цапфы компрессора контактируют с торцевой поверхностью регулировочной втулки. Изобретение позволяет повысить долговечность узла соединения роторов компрессора и турбины, снизить его массу и габариты, а также упростить сборку. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, причем вал турбины установлен в промежуточном валу и соединен с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а стяжное устройство соединено в окружном направлении с контровочной трубой посредством шлицевого соединения, отличающийся тем, что он снабжен регулировочной втулкой и упорной гайкой, при этом цапфа компрессора установлена в валу турбины и соединена с ним в осевом направлении посредством упомянутого стяжного устройства, а в окружном направлении посредством шлицевого соединения, при этом регулировочная втулка установлена на валу турбины посредством резьбового соединения и контактирует с промежуточным валом по торцевым поверхностям, а в окружном направлении регулировочная втулка соединена с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения, при этом упорная гайка установлена в промежуточном валу посредством резьбового соединения и соединена в окружном направлении с цапфой компрессора посредством шлицевого соединения, причем торцевые поверхности упорной гайки и цапфы компрессора контактируют с торцевой поверхностью регулировочной втулки.

2. Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что стяжное устройство состоит из стяжной трубы, зафиксированной в осевом и радиальном направлении, с установленной на ней резьбовой втулкой, неподвижно зафиксированной в валу турбины.