РОТОР ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F01D5/02 F16D1/06 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкциям роторов турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен ротор ТНД ГТД, содержащий вал, состоящий из трех частей -передний вал, промежуточный вал, концевой вал, носок, установленный на концевом валу, и диск с лопатками. На носке установлен подшипник, при этом концевой вал имеет отверстия для подачи масла ко внутренней поверхности носка, форсунка подает масло к внутренней поверхности концевого вала и затем через отверстия в носке к подшипнику. Носок зафиксирован в окружном направлении на концевом валу посредством шлицевого соединения, (см. чертеж турбины двигателя АЛ-З1Ф по ссылке https://vmasshtabe.ru/wp-content/uploads/2014/12/212321-vms-GOTOVYIY-AL-31F.jpg). Известная конструкция выбрана в качестве прототипа. К недостаткам известного ротора ТНД ГТД можно отнести следующее.

Для фиксации диска на валу использован носок, который является дополнительной промежуточной деталью между диском и валом. Это усложняет сборку ротора, требует ряда дополнительных механических операций по изготовлению носка, требует изготовления дополнительных деталей для фиксации носка на валу и приводит к значительному увеличению цены ротора ТНД. В результате усложняется процесс сборки ротора ТНД и возникает отрицательное влияние на его дисбаланс, особенно после переборок ротора ТНД. При подаче масла из форсунки к подшипнику масло под действием центробежной силы проходит через отверстия концевого вала и отверстия носка, соприкасаясь с большой площадью внутренних поверхностей вала и носка. Для подвода масла к подшипнику срезаны несколько зубьев в шлицевом соединении носка и концевого вала.

В связи со значительным осевым расстоянием от места подачи масла до места расположения подшипника происходит дополнительный нагрев масла перед его подачей к подшипнику сквозь отверстия носка. Это отрицательно влияет на жизненный цикл подшипника и двигателя в целом. Кроме того, применение в конструкции ротора отдельного носка приводит к возможности потери его центровки относительно вала и разбалансировки ротора в некоторые моменты эксплуатации двигателя. Потеря центровки носка ведет к перекосу носка и подшипника относительно вала, повышению вибрации ротора и может привести к разрушению подшипника и выходу из строя двигателя. В стыке промежуточного вала с концевым валом для их взаимной осевой и окружной фиксации применены радиально расположенные штифты, находящиеся в одной поперечной плоскости. Расположение штифтов в одной поперечной плоскости менее надежно, чем их расположение в двух параллельных плоскостях, с точки зрения исключения взаимного перекоса промежуточного вала и концевого вала в зоне их стыковки.

Техническим результатом предложенного изобретения является значительное снижение трудозатрат на изготовление материальной части ротора ТНД, увеличение ресурса подшипника ротора и повышение надежности двигателя в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в роторе турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащем промежуточный вал, носок с размещенным на нем подшипником, при этом в носке выполнены отверстия для подачи масла из форсунки в подшипник, лопаточный диск, соединенный с носком, согласно предложению промежуточный вал выполнен из титана, носок и промежуточный вал состыкованы и зафиксированы друг с другом радиальными штифтами, радиальные штифты расположены в двух параллельных плоскостях, разнесенных в осевом направлении, при этом радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, смещены относительно радиальных штифтов, расположенных в другой плоскости, в осевом направлении таким образом, чтобы радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, находились в шахматном порядке относительно штифтов, расположенных в другой плоскости, отверстия для подачи масла выполнены в носке в один ряд, при этом выходная часть форсунки расположена во внутренней полости носка. Отверстия для подачи масла расположены под осью симметрии подшипника.

Носок и вал ротора ТНД состыкованы в один сборочный узел, при этом кольцевой выступ вала установлен до упора в кольцевую проточку носка и зафиксирован двумя рядами радиальных штифтов. Это снижает стоимость ротора ТНД, упрощает процесс сборки турбины, исключает возможность внезапного увеличения дисбаланса ротора в некоторые моменты эксплуатации двигателя, предотвращает перекос и вибрацию подшипника, что повышает надежность двигателя в целом.

Промежуточный вал ротора ТНД изготовлен из титана. Это позволяет снизить вес ротора и улучшить динамическую характеристику длинного, состоящего двух частей вала малого диаметра. В связи с малым диаметром промежуточного и концевого вала, радиальные штифты в зоне их стыка расположены в двух параллельных плоскостях, разнесенных в осевом направлении. Это дает возможность разместить в стыке малого диаметра достаточное для передачи крутящего момента количество штифтов и иметь необходимое расстояние между ними в окружном направлении. Установка штифтов в двух разнесенных плоскостях таким образом, чтобы радиальные штифты находились в шахматном порядке друг относительно друга, позволяет снизить риск взаимного перекоса вала и носка, избежать разрушения подшипника и повысить надежность двигателя в целом.

При подаче масла из форсунки к подшипнику масло под действием центробежной силы проходит через отверстия в носке сразу из проточки на внутренней поверхности носка, выполненной под подшипником и, соприкасаясь с небольшой площадью внутренней поверхности носка, поступает в подшипник. Это минимизирует нагрев масла перед его подачей к подшипнику сквозь отверстия и благоприятно влияет на работоспособность подшипника, что повышает ресурс двигателя в целом.

Отверстия для подачи масла расположены под осью симметрии подшипника для того, чтобы обеспечить равномерную температуру внутренней обоймы подшипника с обеих сторон и следовательно избежать перекоса его беговой дорожки, что может привести к проскальзыванию роликов, разрушению подшипника и выходу из строя двигателя в целом.

На фигуре представлена предложенная конструкция сборочного узла вала с носком ротора ТНД.

Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержит промежуточный вал 1, выполненный из титана, носок 2 с размещенным на нем подшипником 3, при этом в носке 2 выполнены отверстия 4 для подачи масла из форсунки 5 в подшипник 3, лопаточный диск (на фигуре не показан), соединенный с носком 2. Носок 2 и промежуточный вал 1 состыкованы и зафиксированы друг с другом радиальными штифтами 6. Радиальные штифты 6 расположены в двух параллельных плоскостях, разнесенных в осевом направлении, при этом радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, смещены относительно радиальных штифтов, расположенных в другой плоскости, в осевом направлении таким образом, чтобы радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, находились в шахматном порядке относительно штифтов, расположенных в другой плоскости. Отверстия 4 для подачи масла выполнены в один ряд, при этом выходная часть форсунки 5 расположена во внутренней полости носка 2.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкциям роторов турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя (ГТД). Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий промежуточный вал, носок с размещенным на нем подшипником, при этом в носке выполнены отверстия для подачи масла из форсунки в подшипник, лопаточный диск, соединенный с носком, отличающийся тем, что промежуточный вал выполнен из титана, носок и промежуточный вал состыкованы и зафиксированы друг с другом радиальными штифтами, радиальные штифты расположены в двух параллельных плоскостях, разнесенных в осевом направлении, при этом радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, смещены относительно радиальных штифтов, расположенных в другой плоскости, в осевом направлении таким образом, чтобы радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, находились в шахматном порядке относительно штифтов, расположенных в другой плоскости, отверстия для подачи масла выполнены в один ряд, при этом выходная часть форсунки расположена во внутренней полости носка. Отверстия для подачи масла расположены под осью симметрии подшипника. Техническим результатом предложенного изобретения является значительное снижение трудозатрат на изготовление материальной части ротора ТНД, увеличение ресурса подшипника ротора и повышение надежности двигателя в целом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий промежуточный вал, носок с размещенным на нем подшипником, при этом в носке выполнены отверстия для подачи масла из форсунки в подшипник, лопаточный диск, соединенный с носком, отличающийся тем, что промежуточный вал выполнен из титана, носок и промежуточный вал состыкованы и зафиксированы друг с другом радиальными штифтами, радиальные штифты расположены в двух параллельных плоскостях, разнесенных в осевом направлении, при этом радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, смещены относительно радиальных штифтов, расположенных в другой плоскости, в осевом направлении таким образом, чтобы радиальные штифты, расположенные в одной плоскости, находились в шахматном порядке относительно штифтов, расположенных в другой плоскости, отверстия для подачи масла выполнены в один ряд, при этом выходная часть форсунки расположена во внутренней полости носка.

2. Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что отверстия для подачи масла расположены под осью симметрии подшипника.