ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к газотурбинным двигателям высокой степени двухконтурности.
Известен газотурбинный двигатель с рабочим колесом вентилятора, закрепленный на валу с помощью призонных болтов (С.А. Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.92, рис. 3.30).
Недостатком известной конструкции является отсутствие компрессора низкого давления, что снижает степень сжатия и экономичность двигателя в целом.
Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель высокой степени двухконтурности, в котором ротор компрессора низкого давления совместно с рабочим колесом вентилятора устанавливается на валу с помощью призонных болтов (патент RU №2331783, МПК 3/072).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность из-за дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя, а также из-за повышенных напряжений в призонных болтах.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения смятия призонных болтов, а также в исключении появления дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя.
1
Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, включающем диск вентилятора и конусный вал компрессора низкого давления, закрепленные радиальными фланцами на радиальном фланце вала вентилятора призонными болтами, согласно изобретению конусный вал компрессора низкого давления установлен фланцем на наружной поверхности фланца вала вентилятора, а диск вентилятора размещен фланцем на внутренней поверхности фланца вала вентилятора, при этом h/H=0,8…1,2, a h/H=0,4…0,8,
где Н - толщина радиального фланца вала вентилятора в месте размещения призонных болтов,
h - толщина радиального фланца диска вентилятора в месте размещения призонных болтов,
1
h - толщина радиального фланца конусного вала компрессора низкого давления в месте размещения призонных болтов.
Установка конусного вала компрессора низкого давления фланцем на наружной поверхности фланца вала вентилятора исключает появление дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя.
Размещение диска вентилятора фланцем на внутренней поверхности фланца вала вентилятора обеспечивает упругую радиальную вытяжку диска вентилятора, увеличивая натяг между радиальными фланцами диска и вала и снижая нагрузку на призонные болты, так как передача крутящего момента на диск вентилятора происходит частично за счет сил трения, что исключает смятие болтов, повышая надежность газотурбинного двигателя.
При h/Н<0,8 возможна поломка призонных болтов из-за увеличения напряжений смятия цилиндрической части болтов.
При h/Н>1,2 возрастает вес вентилятора и газотурбинного двигателя.
1
При h/Н<0,4 возможна поломка призонных болтов из-за увеличения напряжений смятия, а также из-за уменьшения их длины.
1
При h/Н>0,8 излишне возрастает вес компрессора низкого давления.
На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя.
На фиг.2 изображен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.
Газотурбинный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 и компрессора низкого давления 3, диски 4 и 5 которого с рабочими лопатками 6 и 7 установлены на конусном валу 8 компрессора низкого давления, который в свою очередь радиальным фланцем 9 установлен на наружной поверхности 10 радиального фланца 11 вала 12 вентилятора 2.
Диск 13 вентилятора 2 с рабочими лопатками 14 осевым кольцевым выступом 15 радиального фланца 16 установлен на внутренней поверхности 17 осевого кольцевого выступа 18 радиального фланца 11 вала 12. Пакет из фланцев 9, 11 и 16 затянут между собой призонными болтами 19 с гайками 20.
Работает устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1, особенно на повышенных режимах, под действием центробежных сил лопаток диск вентилятора испытывает значительные радиальные деформации, что приводит к увеличению натяга по поверхности 17 между радиальными фланцами 16 и 11 диска и вала, передаче части крутящего момента за счет сил трения по поверхности 17 и разгрузке призонных болтов 19. Натяг по поверхности 17 и сила трения по этой поверхности увеличивается с увеличением оборотов вентилятора, т.е. с повышением режима работы двигателя. Уменьшению напряжений смятия на болтах также способствует увеличенная толщина фланцев 16 и 9 диска 13 вентилятора и конусного вала 8 компрессора низкого давления. Низкий уровень вибраций газотурбинного двигателя на всех его режимах работы также обеспечивается за счет сохранения натяга между фланцами диска вентилятора и вала из-за упругой радиальной вытяжки диска вентилятора.
При ремонте двигателя 1 возможен съем диска 13 вентилятора 2 без съема компрессора низкого давления 3, что повышает эксплуатационную технологичность двигателя 1.