устройство соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя

Формула изобретения

1. Устройство соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя, содержащее установленный на шлицы хвостовика вала выносной элемент диска, отличающееся тем, что в выносном элементе диска турбины выполнены диаметрально противоположно осевые пазы с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры поперечного сечения осевых пазов превышены над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности - к высокооборотным нагруженным роторам турбомашин, к трансмиссии, соединяющей ротор и диск турбины.

Известен газотурбинный двигатель, соединение вала и диска в котором осуществляется через выносные элементы, а гайка проходит через внутренние отверстия диска двигателя (Иностранные авиационные двигатели. Справочник ЦИАМ, общая редакция: В.А.Скибин, В.И.Солонин. М.: Изд. Дом «Авиамир», 2005, стр.154).

Недостатком известной конструкции является ее увеличенный внутренний диаметр втулки ступицы диска из-за постановки сзади гайки. Увеличенный внутренний диаметр втулки ступицы диска уменьшает несущую способность и увеличивает массу диска.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с валом, проходящим через внутреннее отверстие диска турбины (Иностранные авиационные двигатели. Справочник ЦИАМ, общая редакция: В.А.Скибин, стр.162).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является то, что на переходных режимах возникают большие зазоры и натяги в пакете, и недопустимые напряжения вследствие тепловой инертности диска турбины. При работе диск и вал турбины охлаждаются воздухом, в результате рабочая температура тонких деталей следит за температурой воздуха на переходных режимах, а температура массивных деталей имеет инерцию, т.е. детали имеют температуру предыдущего режима. Из этого следует, что на приемистости температура воздуха возрастает, вал прогревается быстрее, чем диск турбины, в соединении появляется зазор, при сбросе в соединении возникает натяг, негативно сказывающийся на резьбовое соединение.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы и КПД турбины путем уменьшения диаметра втулки ступицы диска.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве соединения вала и диска турбины газотурбинного двигателя, содержащем установленный на шлицы хвостовика вала выносной элемент диска, согласно изобретению в выносном элементе диска турбины выполнены диаметрально противоположно осевые пазы с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины. Размеры поперечного сечения осевых пазов превышены над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм.

Выполнение в выносном элементе диска турбины диаметрально противоположных осевых пазов с размерами поперечного сечения, превышающими размеры продольного сечения гайки, фиксирующей в осевом направлении диск турбины, позволяет установить гайку спереди, что уменьшает диаметр втулки ступицы диска, уменьшая массу узла. При этом отсутствие ступицы диска турбины в стяжке пакета исключает воздействие температурных перемещений на стяжку, что улучшает работу роликоподшипника турбины, устраняет зазоры в стыке деталей пакета и сохраняет затяжку и соосность, а также уменьшает радиальные зазоры между статором и ротором турбины, тем самым повышая надежность и КПД турбины.

Превышение размеров поперечного сечения осевых пазов над размерами продольного сечения гайки на 0,1...1,0 мм обеспечивает надежную сборку гайки через пазы.

При превышении <0,1 мм - затруднена сборка гайки через паз из-за искажения формы (овализации) гайки в свободном состоянии.

При превышении >1,0 мм - ослабляется упорный бурт выносного элемента.

На фиг.1 изображен продольный разрез двигателя с узлом соединения.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 (соединение вала и диска турбины).

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.2 (положение гайки при сборке, развернута на 90°).

Газотурбинный двигатель 1 состоит из статора 2 с установленным в нем роликоподшипником 3 и консольным ротором 4 турбины 5. Хвостовик 6 вала 7 ротора турбины с диском 8 турбины соединены между собой выносным элементом 9 диска турбины с помощью шлиц 10. Осевое усилие от рабочего колеса турбины на вал 7 передается через гайку 11 на наружную резьбу 12 хвостовика 6 вала 7. Диск 8 турбины фиксируется в осевом направлении с помощью гайки 11.

При сборке гайка 11 разворачивается на 90°, проходит через осевые пазы 13 выносного элемента 9 со шлицами 10 диска 8, затем снова разворачивается на 90° внутри выносного элемента и заворачивается по резьбе вала для стяжки диска турбины.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя на вал 7 действует со стороны диска 8 ротора турбины 5 крутящий момент, который передается на вал 7 с помощью шлиц 10, и осевое усилие, которое передается на вал 7 через гайку 11. Стянутый гайкой 11 диск 8 не получает возможность угловых перемещений.