РОТОР МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/06 F02C7/36 

Изобретение относится к роторам многоступенчатых турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен ротор газотурбинного двигателя, первый, средний последний диски, в котором зафиксированы в осевом направлении стяжным болтом и опорным фланцем (патент RU 2251010, МПК F02K 3/06, опубл. 20.04.2005).

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за повышенных напряжений в стяжном болте, который может работать на изгиб.

Наиболее близким к заявляемому и принятому за прототип является ротор многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя, в котором диски зафиксированы в осевом направлении стяжным болтом, а между головкой болта и ступицей диска последовательно установлены сферическая шайба и упругий элемент в виде тарельчатой пружины (патент RU 2230195, МПК F02K 3/06, опубл. 20.04.2005).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за контакта упругого элемента со ступицей или полотном диска, что может привести к повреждению диска в зоне его максимальных напряжений и к дальнейшей его поломке.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности ротора многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя путем исключения контакта упругого элемента с полотном или ступицей диска при работе ротора газовой силовой турбины.

Технический результат достигается тем, что в роторе многоступенчатой турбины, включающем первый, средний и последний диски, стянутые с валом центральным стяжным болтом через сферическую шайбу и упругий элемент, при этом последний диск установлен радиальным кольцевым фланцем на валу, а первый диск выполнен с радиальным фланцем, согласно изобретению упругий элемент внешней поверхностью установлен в Z-образном переднем фланце первого диска и контактирует с ним по торцевой поверхности, внутренней поверхностью установлен на стяжном болте, зафиксирован относительно переднего фланца диска первой ступени в окружном направлении осевыми штифтами и выполнен с Г-образным кольцевым фланцем с установленным на нем фиксатором стяжного болта в окружном направлении, причем ближайшая к ступице первого диска поверхность упругого элемента выполнена плоской.

В предлагаемом изобретении, в отличии от прототипа, установка упругого элемента внешней поверхностью в Z-образном переднем фланце первого диске с контактом с фланцем по торцевой поверхности повышает надежность газотурбинного двигателя, так как исключает контакт наиболее напряженных ступицы и полотна первого диска турбины с упругим элементом, а также обеспечивает соосность упругого элемента относительно дисков турбины.

Установка упругого элемента внутренней поверхностью на стяжном болте повышает надежность ротора газовой силовой свободной турбины, так как исключает радиальное смещение стяжного болта относительно дисков.

Фиксация упругого элемента в окружном направлении осевыми штифтами относительно переднего фланца первого диска исключает перемещение упругого элемента в окружном направлении, что могло бы привести к дисбалансу ротора газовой силовой турбины.

Выполнение упругого элемента с Г-образным кольцевым фланцем, с установкой на фланце фиксатора стяжного болта в окружном направлении, исключает ослабление осевой фиксации дисков ротора вследствие окружного перемещения стяжного болта относительно дисков.

Выполнение ближайшей к ступице первого диска поверхности упругого элемента плоской исключает катастрофическое повреждение ступицы диска в случае ее соприкосновения с упругим элементом, например, при повышенной осевой температурной деформации дисков турбины.

На фиг. 1 показан продольный разрез ротора многоступенчатой турбины;

На фиг. 2 показан элемент I в увеличенном виде.

Ротор многоступенчатой турбины 1 состоит из первого 2, среднего 3 и последнего 4 дисков, консольно установленных на валу 5 ротора 1 относительно подшипника 6 и стянутых центральным стяжным болтом 7 через сферическую шайбу 8 и упругий элемент 9. Последний диск 4 установлен радиальным кольцевым фланцем 10 на валу 5, закреплен на нем болтовым соединением 11 и направлен к подшипнику 6.

Упругий элемент 9 внешней поверхностью 12 установлен в Z-образном переднем фланце 13 первого диска 2 и контактирует с торцевой поверхностью 14 Z-образного переднего фланца 13, а внутренней поверхностью 15 упругий элемент 9 контактирует со стержнем 16 стяжного болта 7. Упругий элемент 9 зафиксирован в окружном направлении относительно Z-образного переднего фланца 13 первого диска 2 осевыми штифтами 17 и выполнен с Г-образным кольцевым фланцем 18 с установленным на нем фиксатором 19 стяжного болта 7 в окружном направлении.

Ближайшая к ступице 20 первого диска 2 поверхность 21 упругого элемента 9 выполнена плоской, что минимизирует повреждение ступицы 20 в случае касания упругим элементом ступицы, например, в случае чрезмерной осевой деформации упругого элемента.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе ротора многоступенчатой турбины 1 диски первый 2, средний 3 и последний 4 имеют более высокие температуры по сравнению с центральным стяжным болтом 7, что приводит к увеличенной осевой температурной деформации дисков 2, 3 и 4 по сравнению с менее нагретым стяжным болтом 7, что могло бы привести к его поломке. Однако этого не происходит, так как упругий элемент 9 за счет своей упругой деформации парирует разницу осевых температурных деформаций первого, среднего, последнего дисков 2, 3 и 4 и стяжного болта 7.

В осевом и в радиальном направлениях упругий элемент 9 соприкасается только с Z-образным передним фланцем 13 первого диска 2, в зоне минимальных напряжений диска 2, что повышает надежность ротора многоступенчатой турбины 1.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками заявляемого изобретения позволяет повысить надежность ротора многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя путем исключения контакта упругого элемента с полотном или ступицей диска при работе ротора газовой силовой турбины.

Изобретение относится к роторам многоступенчатых турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор многоступенчатой турбины включает первый, средний и последний диски, стянутые с валом центральным стяжным болтом через сферическую шайбу и упругий элемент. Последний диск установлен радиальным кольцевым фланцем на валу, а первый диск выполнен с радиальным фланцем. Упругий элемент внешней поверхностью установлен в Z-образном переднем фланце первого диска и контактирует с ним по торцевой поверхности, внутренней поверхностью установлен на стяжном болте. Упругий элемент зафиксирован относительно переднего фланца диска первой ступени в окружном направлении осевыми штифтами и выполнен с Г-образным кольцевым фланцем с установленным на нем фиксатором стяжного болта в окружном направлении. Ближайшая к ступице первого диска поверхность упругого элемента выполнена плоской. Изобретение позволяет повысить надежность ротора многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя путем исключения контакта упругого элемента с полотном или ступицей диска при работе ротора газовой силовой турбины. 2 ил.

Ротор многоступенчатой турбины, включающий первый, средний и последний диски, стянутые с валом центральным стяжным болтом через сферическую шайбу и упругий элемент, при этом последний диск установлен радиальным кольцевым фланцем на валу, а первый диск выполнен с радиальным фланцем, отличающийся тем, что упругий элемент внешней поверхностью установлен в Z-образном переднем фланце первого диска и контактирует с ним по торцевой поверхности, внутренней поверхностью установлен на стяжном болте, зафиксирован относительно переднего фланца диска первой ступени в окружном направлении осевыми штифтами и выполнен с Г-образным кольцевым фланцем с установленным на нем фиксатором стяжного болта в окружном направлении, причем ближайшая к ступице первого диска поверхность упругого элемента выполнена плоской.