РОТОР ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ
TWO-STAGE TURBINE ROTOR

Изобретение относится к роторам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен ротор двухступенчатой турбины, включающий в себя диск первой ступени, диск второй ступени и двойной промежуточный диск в междисковой полости (патент RU №2261350).
Недостатком известной конструкции является повышенный вес ротора двухступенчатой турбины из-за увеличенного веса двойного промежуточного диска.
Наиболее близким к заявляемому является ротор двухступенчатой турбины, включающий в себя диск первой ступени, диск второй ступени и промежуточный диск в междисковой полости (патент US №6763654).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за неравномерного распределения напряжений от действия центробежных сил по внутренней поверхности ступицы каждого из дисков, что приводит к местной концентрации напряжений и к снижению запасов прочности по циклической долговечности дисков.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности ротора двухступенчатой турбины путем равномерного распределения напряжений по внутренней поверхности ступицы каждого из дисков.
Сущность технического решения заключается в том, что в роторе двухступенчатой турбины, включающем в себя диск первой ступени, диск второй ступени и промежуточный диск в междисковой полости, согласно изобретению внутренняя поверхность ступицы каждого из дисков выполнена в центральной своей части цилиндрической с переходом на конические поверхности от центральной части к краям ступицы диска, при этом отношение Н/h=1,5…6, а угол α=5…15°, где:
Н - ширина ступицы диска,
h - ширина цилиндрической части внутренней поверхности ступицы диска,
α - угол образующей конуса конической внутренней поверхности ступицы диска.
Под действием центробежных сил ступицы высоконагруженных дисков турбины нагружены неравномерно по ширине ступицы. Наименее нагруженной является центральная, находящаяся под полотном часть ступицы диска, а наиболее нагруженными являются боковые части ступицы диска, в которых радиус перехода от внутренней поверхности ступицы к ее боковой поверхности является дополнительным концентратором напряжений.
Выполнение внутренней поверхности ступицы каждого из дисков в центральной своей части цилиндрической с переходом на конические поверхности от центральной части к краям ступицы диска позволяет равномерно распределить напряжения по ширине ступицы диска, разгрузив боковые части ступицы и подгрузив центральную ее часть, что позволяет снизить массу диска и повысить запасы его прочности.
При Н/h<1,5 повышаются напряжения в боковых частях ступицы диска.
При H/h>6 увеличивается масса диска.
При α<5° увеличиваются напряжения в боковой части ступицы диска.
При α>15° увеличивается масса диска.
На фигуре изображен продольный разрез ротора двухступенчатой турбины.
Ротор двухступенчатой турбины 1 состоит из диска первой ступени 2, диска второй ступени 3 и расположенного в междисковой полости 4 промежуточного диска 5. Каждый из дисков 2, 3 и 5 состоит из обода 6, 7 и 8, полотна 9, 10 и 11 и ступицы 12, 13 и 14 соответственно. Внутренняя поверхность 15 ступиц 12, 13 и 14 каждого из дисков 2, 3 и 5 состоит из цилиндрической части 16 в центральной своей части 17 с переходом под углом α на конические поверхности 18 и 19 от центральной части 17 к краям 20 и 21 ступицы, что повышает равномерность распределения напряжений на внутренней поверхности 15 ступицы и снижает уровень напряжений в радиусах перехода 22 и 23 от внутренней поверхности 15 к боковым поверхностям 24 и 25 ступицы 12, 13 или 14.
Работает устройство следующим образом.
При работе ротора двухступенчатой турбины 1 под действием центробежных сил в ступицах 12, 13 и 14 дисков 2, 3 и 5 соответственно возникают неравномерные по ширине ступицы напряжения, которые могли бы привести к образованию трещин в ступицах в месте максимальной концентрации напряжений. Однако этого не происходит, так как конические поверхности 18 и 19 способствуют выравниванию уровня напряжений по ширине ступиц 12, 13 и 14 с уменьшением максимального уровня напряжений.