Металлокерамический ротор турбины Советский патент 1991 года по МПК F01D5/04 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности соединения металлической и керамической частей ротора.

На фиг. 1 показан ротор, шейка диска которого сужается к тел у диска, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1 и 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1 и 2.

Металлокерамический ротор турбины содержит металлический вал 1 с расточкой 2 и керамический диск 3 с конусной шейкой 4, установленной в расточке 2 вала 1. Ротор снабжен разрезным металлическим кольцом 5 с цилиндрической наружной и кониче- ской внутренней поверхностями 6 и 7, установленным в расточке 2 металлического вала 1 между его стенкой 8 и диском 3 и металлическими штифтами 9, установленными в выполненных в стенке 8 расточки 2 вала и кольце 5 соосных радиальных отверстиях 10. Шейка 4 диска 3 выполнена с сужением по направлению действия на диск осевой силы Р и углом 2а конусности, превышающим угол трения. В дне 11 расточки 2 выполнен глухой паз 12 некруглого сечения, а на торце 13 шейки 4 подобный пазу 12 выступ 14.

Сборку металлокерамического ротора осуществляют в следующей последовательности.

На шейке 4 керамического диска 3 пред- варительно набирается металлическое кольцо 5. Шейка 4 с, кольцом 5 заводятся в расточку 2 металлического вала 1. В стенке 8 расточки 2 и кольце 5 высверливают соос- ные радиальные отверстия 10, в которые вставляют и фиксируют металлические штифты 9. Во время работы турбины при повышении температуры рабочего тела происходит нагрев всех деталей узла соединения.

При этом из-за различных коэффициентов линейного температурного расширения металла и керамики образуется зазор между конической поверхностью 7 шейки 4 и

стенкой 8 расточки 2, На диск 3 колеса турбины действует осевая газодинамическая сила Р, вследствие чего шейка 4 диска 3 смещается в осевом направлении относительно кольца 5 до полной компенсации разности

температурных деформаций металла и керамики. При этом штифты 9 фиксируют кольцо 5 в расточке 2. При снижении температуры сопрягаемых деталей за счет выполнения шейки 4 диска 3 с углом 2а конусности, превышающим угол трения, обеспечена возможность обратного осевого перемещения шейки 4 диска 3 относительно металлического вала 1 без нарушения центровки.

Передача крутящего момента от диска 3

к валу 1 обеспечивается посредством выступа 14 некруглого сечения, входящего в соответствующий паз 12 дна 11 расточки 2, Формула изобретения Металлокерамический ротор турбины.

содержащий металлический вал с расточкой и керамический диск рабочего колеса с конусной шейкой, установленной в расточке вала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности соединения металлической и керамической частей ротора,-он снабжен разрезным металлическим коль- цом с цилиндрической наружной и конической внутренней поверхностями, установленным в расточке металлического

вала между его стенкой и диском, и металлическими штифтами, установленными в выполненных в стенке расточки вала и коль- цесоосных радиальных отверстиях, причем шейка диска выполнена с сужением по направлению действия на диск осевой силы и углом конусности, превышающим угол трения, а в дне расточки выполнен глухой паз некруглого сечения, а на торце шейки - подобный пазу выступ.

//

lit.

13

Изобретение может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах и позволяет повысить надежность соединения металлической и керамической частей ротора. Установка в расточке 2 металлического вала 1 между его стенкой 8 и диском 3 разрезного металлического кольца 5 с цилиндрической наружной и конической внутренней поверхностями 6 и 7 и металлических штифтов 9 в выполненных в стенке 8 и кольце 5 соосных радиальных отверстий 10 позволяет компенсировать путем перемещения шейки 4 в осевом направлении под действием газодинамической силы зазор между конической поверхностью 7 и стенкой 8, возникающий из-за различных коэффициентов линейного расширения металла и керамики. При снижении температуры рабочего тела за счет выполнения шейки 4 диска 3 с углом конусности, превышающим угол трения, обеспечивается возможность обратного осевого перемещения шейки 4 диска 3 относительно вала 1. Передача крутящего момента от диска 3 к валу 1 обеспечивается посредством выступа 14 некруглого сечения, входящего в соответствующий паз 12 дна 11 расточки 2. 4 ил.

A-A

11

74

фиг.З

4

Фиг.4