ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК F01D5/06 F01D5/10 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в том числе к турбореактивным двухконтурным двигателям.

Известен газотурбинный двигатель, в котором рабочее колесо вентилятора крепится к валу вентилятора осевыми болтами (С.А. Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр. 92, рис. 3.30).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за высоких напряжений в болтах крепления рабочего колеса вентилятора к валу.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с высокой степенью двухконтурности, в котором рабочее колесо вентилятора совместно с ротором компрессора низкого давления осевыми призонными болтами крепится к валу вентилятора перед радиально-упорным шариковым подшипником (патент US №6708482, МПК: F01D 25/16, 25/28, 5/06).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенного дисбаланса ротора вентилятора, высокого уровня напряжений в осевых болтах и осложненной сборки.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения дисбаланса ротора вентилятора и повышения прочности затяжки и осевой фиксации болтов крепления рабочих колес вентилятора и компрессора низкого давления к валу вентилятора.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, включающем вентилятор и компрессор низкого давления, рабочие колеса которых установлены на общем валу с помощью осевых болтов с гайками, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, на осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу установлены балансировочные удлинительные втулки, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической, при этом головки болтов зафиксированы вокруг своей оси фланцем лабиринта, а в осевом направлении - кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок, причем отношение D/d =1, 2...3, d/h=1.0...3, L/l=1...1, 2, где:

D - наружный диаметр балансировочной втулки,  

d - диаметр цилиндрической части хвостовика болта,

h - длина балансировочной втулки,

l - длина головки болта,

L - длина промежуточной втулки.

Установка на осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу балансировочных удлинительных втулок, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической, обеспечивает затяжку осевых болтов гайками с контролем их вытяжки от усилия затяжки, что позволяет минимизировать напряжения в болтах в процессе затяжки. Установка удлинительных втулок увеличивает длину болтов, что улучшает контроль величины их вытяжки, а также перенос резьбы как концентратора напряжений в ненагруженную зону, при этом втулки одновременно служат для балансировки ротора вентилятора путем изменения их массы.

При D/d<1,2 ухудшается надежность из-за повышения напряжений во втулке при затяжке гаек крепления рабочего колеса вентилятора.

При D/d>3 ухудшается надежность из-за увеличения напряжений в осевых болтах от центробежных сил балансировочных втулок.

При d/h<1,0 снижается надежность из-за увеличения центробежных сил, действующих на втулку, и повышения напряжений в осевом болте.

При d/h>3 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за ухудшения балансировки ротора вентилятора.

Фиксация головок болтов фланцем лабиринта исключает их поворот вокруг своей оси, а фиксация в осевом направлении кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок, исключает осевое смещение болтов.

При L/l <0,9 снижается надежность из-за повышенных напряжений в кольце.

При L/l > 1,2 снижается надежность из-за осевого смещения болтов крепления рабочего колеса вентилятора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя с вентилятором и компрессором низкого давления.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

На фиг. 3 - вид А на фиг. 2.

На фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 и компрессора низкого давления 3, рабочие колеса 4 и 5 которых установлены своими фланцами 6, 7 на общем валу 8 вентилятора и закреплены с помощью осевых призонных болтов 9 и гаек 10. Между гайками 10 и фланцем 6 рабочего колеса 4 вентилятора на осевых болтах 9 установлены удлинительные балансировочные втулки 11, в отверстиях 12 которых расположен участок 13 перехода от резьбовой части 14 хвостовика 15 болта 9 к цилиндрической части 16.

Головка 17 болта 9 фиксируется от поворота вокруг оси 18 болта 9 с помощью лысок 19, контактирующих с цилиндрической поверхностью 20 осевого кольцевого выступа 21 фланца 22 лабиринта 23, установленного на валу 8. Фланец 22 совместно с неподвижным лабиринтом 23 отделяют полость 24 подвода обогревающего воздуха на входной обтекатель 25 вентилятора 2.

От осевого перемещения головка 17 болта 9 фиксируется с помощью кольца 26, установленного на валу 8 ротора 27 с помощью болтов 28 с потайной головкой 29 и промежуточных втулок 30 и зафиксированного гайками 31.

Работает данное устройство следующим образом.

При сборке газотурбинного двигателя 1 болты 9 зафиксированы с помощью кольца 26 и фланца лабиринта 22 в осевом направлении и от поворота вокруг своей оси, что облегчает постановку рабочих колес 5,4 компрессора низкого давления 3 и вентилятора 2. Цилиндрическая часть болтов 9 работает как на растяжение от газовых сил, действующих на рабочие колеса 4, 5 вентилятора 2 компрессора низкого давления 3, так и на срез при передаче крутящего момента, и поэтому цилиндрическая часть 16 болтов 9 выполняется удлиненной, что увеличивает удлинение болта при его затяжке, а переходный участок 13 от резьбовой части 14 к цилиндрической 16, расположенный внутри балансировочной втулки 11 и являющийся концентратором напряжений, работает только на растяжение.

Балансировочные втулки 11 позволяют точнее отбалансировать ротор 27 после постановки на вал 8 рабочих колес 4, 5 вентилятора и компрессора низкого давления, что повышает надежность газотурбинного двигателя 1.

Газотурбинный двигатель включает вентилятор и компрессор низкого давления, рабочие колеса которых установлены на общем валу с помощью осевых болтов с гайками. На осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу установлены балансировочные удлинительные втулки, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической. Головки болтов зафиксированы вокруг своей оси фланцем лабиринта, а в осевом направлении - кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок. Отношение наружного диаметра балансировочной втулки к диаметру цилиндрической части хвостовика болта составляет 1,2…3, отношение диаметра цилиндрической части хвостовика болта к длине балансировочной втулки 1,0…3, а отношение длины промежуточной втулки к длине головки болта 1…1,2. Изобретение позволяет повысить надежность газотурбинного двигателя за счет исключения дисбаланса ротора вентилятора и повышения прочности затяжки и осевой фиксации болтов крепления рабочих колес вентилятора и компрессора низкого давления к валу вентилятора. 4 ил.

Газотурбинный двигатель, включающий вентилятор и компрессор низкого давления, рабочие колеса которых установлены на общем валу с помощью осевых болтов с гайками, отличающийся тем, что на осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу установлены балансировочные удлинительные втулки, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической, при этом головки болтов зафиксированы вокруг своей оси фланцем лабиринта, а в осевом направлении - кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок, причем отношение D/d=1,2…3, d/h=1,0…3 и L/l=1…1,2, где:
D - наружный диаметр балансировочной втулки,
d - диаметр цилиндрической части хвостовика болта,
h - длина балансировочной втулки,
l - длина головки болта,
L - длина промежуточной втулки.