РОТОР ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE TURBINE

Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен ротор турбины газотурбинного двигателя, в котором конический фланец вала соединен с коническим фланцем диска с помощью болтового соединения, а фланцы лабиринтов установлены на коническом фланце вала с помощью дополнительных болтовых соединений (Патент США №7905083, F02K 3/02, 15.03.2011 г.).
Недостатком такой конструкции является ее повышенный вес из-за увеличенного веса дополнительных болтовых соединений фланцев лабиринта с валом.
Наиболее близким к заявляемому является ротор турбины газотурбинного двигателя, в котором фланцы лабиринтов крепятся к коническому фланцу вала, а также к коническому фланцу диска с помощью болтовых соединений, фиксирующих между собой конические фланцы вала и диска, причем фланцы лабиринтов расположены как между головкой болта и коническим фланцем диска, так и между гайкой болтового соединения и коническим фланцем вала (Патент США №6763654, F02K 3/072, 20.07.2004 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является уменьшение ее надежности из-за низкой осевой и радиальной жесткости болтового соединения конического фланца диска с коническим фланцем вала, обусловленной включением в стягиваемый болтами пакет тонкостенных фланцев лабиринтов, которые обладают дополнительной неплоскостностью и непараллельностью рабочих поверхностей.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и снижении веса ротора турбины газотурбинного двигателя за счет увеличения радиальной и осевой жесткости болтового соединения диск-вал и исключения дополнительных конструктивных элементов для крепления фланцев лабиринтов на роторе.
Указанный технический результат достигается тем, что в роторе турбины газотурбинного двигателя, включающем конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, фиксируемые между собой при помощи болтовых соединений, кольцевые фланцы лабиринтов содержат одинаковые выемки, выполненные таким образом, что болтовые соединения, фиксирующие конический фланец диска, конический фланец вала и кольцевые фланцы лабиринтов, чередуются с болтовыми соединениями, фиксирующими конический фланец диска и конический фланец вала, при этом конический фланец диска снабжен внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими ответное кольцевое ребро конического фланца вала, а гайки всех болтовых соединений расположены со стороны установки конического фланца диска.
Последовательное чередование по окружности (в окружном направлении) болтовых соединений, фиксирующих конические фланцы диска и вала с болтовыми соединениями, фиксирующими конические фланцы диска, вала и кольцевые фланцы лабиринтов, позволяет увеличить радиальную и осевую жесткость соединения диск-вал за счет исключения фланцев лабиринтов в части болтовых соединений, что повышает надежность ротора турбины, а также позволяет снизить вес конструкции за счет уменьшения количества используемого материала.
Выполнение конического фланца диска с внешним и внутренним осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими кольцевое ребро конического фланца вала, позволяет исключить радиальное смещение конического фланца диска в случае пластической деформации болтов в болтовом соединении, что также повышает надежность ротора турбины.
Размещение гаек болтовых соединений со стороны установки конического фланца диска повышает надежность, а также ремонтопригодность ротора турбины, так как позволяет заменять в случае необходимости модуль турбины, т.е. статор турбины совместно с рабочими колесами, без снятия с двигателя вала турбины.
На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбины газотурбинного двигателя;
на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
на фиг.3 показан вид А на фиг.2;
на фиг.4 показан вид Б на фиг.2;
на фиг.5 показано сечение В-В на фиг.3.
В роторе турбины газотурбинного двигателя конический фланец 1 вала 2, конический фланец 3 диска 4 рабочего колеса 5 и кольцевые фланцы 6 и 7 соответственно переднего и заднего лабиринтов 8 и 9 фиксируются друг с другом при помощи болтовых соединений 10 и 11.
Болтовые соединения 10 фиксируют в окружном направлении конический фланец 1 вала 2, конический фланец 3 диска 4 и кольцевые фланцы 6, 7 лабиринтов 8, 9. При этом кольцевой (радиальный) фланец 6 переднего лабиринта 8 расположен между головкой 12 болта болтового соединения 10 и присоединительным кольцевым (радиальным) ребром 13 конического фланца 1 вала 2, а кольцевой (радиальный) фланец 7 заднего лабиринта 9 расположен между присоединительным кольцевым ребром 14 конического фланца 3 диска 4 и гайкой 15 болтового соединения 10.
Кольцевые фланцы 6, 7 лабиринтов 8, 9 выполнены соответственно с выемками 16, 17 (выточками), имеющими одинаковую форму, размеры и расположенные по ребру фланцев 6, 7. Болтовые соединения 11 фиксируют в окружном направлении конический фланец 1 вала 2 и конический фланец 3 диска 4.
Болтовые соединения 10 и 11 размещены таким образом, что болтовое соединение 10 последовательно чередуется в окружном направлении с болтовым соединением 11. При этом головки 18 болтов болтового соединения 11 располагаются в выемках 16 кольцевого радиального фланца 6 переднего лабиринта 8, а гайки 19 болтового соединения 11 расположены в выемках 17 кольцевого радиального фланца 7 заднего лабиринта 9.
Гайки 15 и 19 болтовых соединений 10 и 11 соответственно расположены со стороны установки конического фланца 3 диска 4 (присоединительного кольцевого ребра 14 конического фланца 3 диска 4).
Конический фланец 3 диска 4 (его присоединительное кольцевое ребро 14) выполнен с внешним 20 и внутренним 21 осевыми кольцевыми ребрами, охватывающими соответственно с внешней и внутренней стороны присоединительное кольцевое ребро 13 конического фланца 1 вала 2 ротора турбины. Такое выполнение конического фланца 3 обеспечивает повышенную надежность радиальной фиксации рабочего колеса 5 и присоединенных к нему рабочих колес 22, 23, 24, 25, 26 относительно вала 2 на всех режимах работы ротора турбины.
Работает заявленная конструкция ротора следующим образом.
При работе на ротор турбины действуют значительные силы от гироскопического момента, особенно при эволюциях самолета, что могло бы привести к недопустимому уменьшению радиальных зазоров между ротором и статором турбины (на чертежах не показан) и к снижению надежности ротора вследствие задевания о статор. Однако этого не происходит, так как болтовые соединения 11 обеспечивают повышенную жесткость соединения присоединительного ребра 16 конического фланца 3 диска 4 к присоединительному ребру 14 фланца 1 вала 2.