РОТОР ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
LOW PRESSURE TURBINE ROTOR FOR A GAS TURBINE ENGINE

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.