РОТОР ТУРБОКОМПРЕССОРА Российский патент 2023 года по МПК F01D5/02 F01D5/06 F01D5/08 

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к конструкции ротора турбокомпрессора газотурбинных двигателей и может быть использовано в транспортном и энергетическом машиностроении.

Известно устройство ротора осевой газовой турбины (RU 2530961), содержащее основной диск с установленными на нем охлаждаемыми рабочими лопатками и прикрепленный к нему штифтами покрывной диск, образующие каналы подвода охлаждающего воздуха к хвостовой части лопаток. Недостатком указанного устройства является концентрация напряжений возле отверстий в дисках под установку штифтов.

Известен ротор осевой газовой турбины (RU 2529271), содержащий диск ротора, охлаждаемые рабочие лопатки, расположенные на диске, покрывной диск, установленный на ободе диска ротора с образованием кольцевой полости и зафиксированный с помощью неподвижных разъемных соединений, каналы в ободе диска и в основании хвостовой части каждой лопатки, для соединения кольцевой полости с каналами для подвода охлаждающего воздуха в полости под основанием лопаток и во внутренние полости рабочих лопаток, отличающийся тем, что диск ротора снабжен кольцевым посадочным выступом, выполненным на ободе диска, а покрывной диск оснащен канавкой, выполненной ответной посадочному выступу, каналы в ободе диска выполнены открытыми по его поверхности со стороны покрывного диска и наклонными со стороны основания хвостовой части каждой лопатки, а разъемное соединение выполнено в виде радиально центрированных по одной оси отверстий в стенках канавки покрывного диска и посадочного выступа диска ротора и штифтов, установленных в эти отверстия, при этом ротор содержит не менее трех разъемных соединений. Недостатком данного соединения является наличие концентраторов напряжений в виде отверстий и нагружение основного диска покрывным на переходных режимах, что усугубляется различием их масс и теплового состояния.

Известен ротор осевой газовой турбины (RU 2647265), содержащий основной диск с установленными на нем охлаждаемыми рабочими лопатками и покрывной диск, прикрепленный к нему с помощью байонетного соединения, образующий каналы подвода охлаждающего воздуха к хвостовой части рабочих лопаток, отличающийся тем, что в ободе основного диска между рабочими лопатками выполнен по меньшей мере один радиальный паз, в покрывном диске выполнен ответный паз, образующий с пазом диска полость, в которой установлен фиксатор, причем на покрывном диске по обе стороны паза в поперечном направлении выполнены канавки, при этом каждый фиксатор снабжен пластиной, контактирующей с ним средней частью, а концы пластины размещены в канавках и контактируют с соседними лопатками. Недостатком данного соединения дисков турбины является то, что во время эксплуатации, а также вследствие различного теплового состояния основного и покрывного дисков турбины происходит потеря соосности, что приводит к повышению вибраций и к увеличению контактных напряжений в зоне посадочной поверхности сопрягаемых деталей.

Кроме того, предложенные в вышеперечисленных патентах способы соединения дисков ротора усложняют процесс сборки ротора турбины.

В качестве прототипа взято устройство ротора газовой турбины (RU 2328601), включающее основной диск с отверстиями для подвода охлаждающего воздуха к расположенным на нем рабочим лопаткам, формирующие полость подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам аппарат спутной закрутки и покрывной диск, соединяемые охватывающий и охватываемый кольцевые выступы дисков, фиксирующие элементы, отличающееся тем, что охватывающий выступ расположен на основном диске, охватываемый - на покрывном, фиксирующие элементы выполнены в виде стержней с головкой, при этом охватывающий выступ с торца свободного края снабжен выемками, отделенными друг от друга стенками, на поверхности которых со стороны оси дисков сформированы в окружном направлении канавки для стержней, а охватываемый выступ размещен с радиальным зазором внутри охватывающего выступа и снабжен радиальными шипами, установленными в выемках охватывающего выступа, через одну, причем канавки охватывающего выступа закрыты со стороны оси дисков охватываемым выступом, и каждый из стержней в соответствующей ему канавке установлен с возможностью запирания его головкой шипа в выемке, а конец стержня, выступающий из канавки в свободную от шипа выемку, загнут.К недостаткам данного устройства ротора следует отнести наличие концентраторов напряжений в виде наклонных отверстий в теле основного диска для подвода воздуха к рабочим лопаткам, а также нагружение основного диска покрывным на переходных режимах, что значительно снижает надежность и ресурс газотурбинного двигателя.

Предлагается решение свободное от отмеченных недостатков.

Задача и технический результат, на которые направлено заявленное изобретение состоит в устранении отверстий в теле основного диска, исключении подгружения основного диска покрывным с одновременным обеспечением соосности основного и покрывного дисков на переходных режимах с целью повышения надежности и ресурса газотурбинного двигателя, а также повышения его технологичности.

Технический результат достигается тем, что согласно заявленному изобретению ротор турбокомпрессора включает в себя роторы компрессора и турбины, основной диск ротора турбины, содержащий открытые со стороны покрывного диска пазы для подвода охлаждающего воздуха к основанию расположенных на основном диске рабочих лопаток, покрывной диск, формирующий совместно с основным диском полость подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам на выходе и установленным на входе в полость аппаратом спутной закрутки, отличающийся тем, что ступица покрывного диска содержит по меньшей мере три равнорасположенных шипа, которые погружены в пазы, выполненные в стыке роторов компрессора и турбины, при этом ободная часть покрывного диска упирается в обод основного диска с одной стороны, а шипы ступицы покрывного диска упираются в вал ротора компрессора с другой стороны, создавая натяг Т, обеспечивающий герметичность полости подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам.

Предложенное решение позволяет осуществить соединение роторов компрессора и турбины как с использованием фланцев, так и с использованием торцовых шлицев.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1, Фиг. 2 - ротор турбокомпрессора с соединением роторов компрессора и турбины с использованием торцовых шлицев;

Фиг. 3 - соединение стыка роторов с использованием торцовых шлицев: а) - до затяжки, б) - после затяжки

Фиг. 4, Фиг. 5 - ротор турбокомпрессора с соединением роторов компрессора и турбины с использованием фланцев

Фиг. 6 - соединение стыка роторов с использованием фланцев: а) - до затяжки, б) - после затяжки,

где

1 - стык роторов компрессора и турбины;

2 - основной диск;

3 - обод основного диска;

4 - рабочая лопатка;

5 - паз для подвода охлаждающего воздуха;

6 - покрывной диск;

7 - ободная часть покрывного диска;

8 - шип ступицы покрывного диска;

9 - паз в стыке роторов компрессора и турбины;

10 - ротор компрессора;

11 - ротор турбины;

12 - аппарат спутной закрутки.

Отсутствие наклонных отверстий для подвода воздуха к рабочим лопаткам в теле основного диска повышает его надежность, циклическую долговечность и увеличивает ресурс турбокомпрессора.

При затяжке стыка роторов компрессора и турбины покрывной диск испытывает осевое сжатие и герметизирует в ободной части полость подвода воздуха к рабочим лопаткам. Такое закрепление позволяет покрывному и основному диску при воздействии температур и центробежных сил свободно перемещаться независимо друг относительно друга без потери соосности и герметичности контакта в их ободной части.

Кроме того, предложенная конструкция упрощает процесс сборки ротора турбокомпрессора, что повышает технологичность газотурбинного двигателя как при его производстве, так и при ремонте.

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к креплению покрывного диска ротора турбины газотурбинного двигателя, и может быть использовано в транспортном и энергетическом машиностроении. Согласно заявленному изобретению ротор турбокомпрессора включает в себя роторы компрессора и турбины, основной диск ротора турбины, содержащий открытые со стороны покрывного диска пазы для подвода охлаждающего воздуха к основанию расположенных на основном диске рабочих лопаток, покрывной диск, формирующий совместно с основным диском полость подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам на выходе и установленным на входе в полость аппаратом спутной закрутки, отличающийся тем, что ступица покрывного диска содержит по меньшей мере три равнорасположенных шипа, которые погружены в пазы, выполненные в стыке роторов компрессора и турбины, при этом ободная часть покрывного диска упирается в обод основного диска с одной стороны, а шипы ступицы покрывного диска упираются в вал ротора компрессора с другой стороны, создавая натяг, обеспечивающий герметичность полости подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам. Технический результат состоит в устранении отверстий в теле основного диска и обеспечении соосности основного и покрывного дисков на переходных режимах с целью повышения надежности и ресурса газотурбинного двигателя, а также повышения его технологичности. 6 ил.

Ротор турбокомпрессора, включающий в себя роторы компрессора и турбины, основной диск ротора турбины, содержащий открытые со стороны покрывного диска пазы для подвода охлаждающего воздуха к основанию расположенных на основном диске рабочих лопаток, покрывной диск, формирующий совместно с основным диском полость подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам на выходе и установленным на входе в полость аппаратом спутной закрутки, отличающийся тем, что ступица покрывного диска содержит по меньшей мере три равнорасположенных шипа, которые погружены в пазы, выполненные в стыке роторов компрессора и турбины, при этом ободная часть покрывного диска упирается в обод основного диска с одной стороны, а шипы ступицы покрывного диска упираются в вал ротора компрессора с другой стороны.