УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ РОТОРОВ КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины.
Известен узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий валы компрессора и турбины низкого давления, соединенные между собой в осевом направлении через промежуточный вал, и установленный в нем регулировочный элемент стяжной втулкой, связанной с валом турбины низкого давления посредством резьбового соединения, а в окружном направлении - посредством шлицевое соединение, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала (описание изобретения к патенту РФ №2303148, МПК F02C 7/06, опубл. 20.07.2007. Бюл. №20).
При обрыве вала компрессора низкого давления вал турбины низкого давления удерживается межвальным радиально-упорным шарикоподшипником через стяжную втулку, что может привести к раскрутке ротора турбины низкого давления и разрушению мотогондолы и самолета в целом.
Наиболее близким к предлагаемому является узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий валы компрессора и турбины низкого давления, которые соединены между собой в осевом направлении через промежуточный вал и установленный в нем регулировочный элемент стяжной втулкой, связанной с валом турбины низкого давления посредством резьбового соединения, а в окружном направлении валы компрессора и турбины низкого давления соединены между собой посредством шлицевого соединения, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, при этом ротор компрессора низкого давления связан с валом компрессора низкого давления в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а на стяжной втулке со стороны торца ротора компрессора низкого давления установлен фиксирующий элемент, ограничивающий его осевое смещение (описание изобретения к патенту РФ №2406848, МПК F02C 7/06, опубл. 20.12.2010. Бюл. №35).
Роторы компрессора и турбины низкого давления стягиваются через вал компрессора низкого давления, сжимая его стяжной втулкой. При этом вал компрессора низкого давления испытывает осевое усилие растяжения от ротора компрессора низкого давления, т.е. работает в неопределенных условиях, что негативно сказывается на стабильности и надежности его работы, а также резьбового соединения стяжной втулки и вала турбины низкого давления. При обрыве вала компрессора низкого давления возможно прокручивание стяжной втулки относительно ротора компрессора низкого давления из-за со слабой контровки между фиксирующим элементом и торцем ротора компрессора низкого давления, что может привести к раскрутке ротора турбины низкого давления и разрушению мотогондолы и самолета в целом.
Технической задачей полезной модели является создание конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, предотвращающей разрушение мотогондолы и самолета в целом.
Техническим результатом полезной модели является повышение стабильности и надежности работы узла соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя за счет ограничения смещения в осевом направлении ротора и вала компрессора низкого давления посредством буртов, выполненных на стяжной втулке, и предотвращения ее прокручивания относительно ротора компрессора низкого давления посредством установки на ней контровочного элемента.
Технический результат достигается тем, что узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий валы компрессора и турбины низкого давления, которые соединены между собой в осевом направлении через промежуточный вал и установленный в нем регулировочный элемент стяжной втулкой, связанной с валом турбины низкого давления посредством резьбового соединения, а в окружном направлении валы компрессора и турбины низкого давления соединены между собой посредством шлицевого соединения, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, при этом ротор компрессора низкого давления связан с валом компрессора низкого давления в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а на стяжной втулке со стороны торца ротора компрессора низкого давления установлен фиксирующий элемент, ограничивающий его осевое смещение, в отличие от известного, он снабжен контровочным элементом, установленным на стяжной втулке между фиксирующим элементом и торцем ротора компрессора низкого давления и связанным со стяжной втулкой посредством шлицевого соединения, при этом контровочный элемент выполнен с пазами, а торец ротора компрессора низкого давления - с ответными выступами, которые заведены в пазы контровочного элемента, а на стяжной втулке дополнительно выполнены два бурта, в один из которых упирается в ротор, а в другой - вал компрессора низкого давления.
На фиг. показан продольный разрез предлагаемого узла соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя.
Узел соединения ротора 1 компрессора низкого давления и ротора 2 турбины низкого давления содержит вал 3 компрессора низкого давления и вал 4 турбины низкого давления, которые соединены между собой в осевом и окружном (радиальном) направлениях. В осевом направлении вал 3 компрессора низкого давления и вал 4 турбины низкого давления соединены между собой через промежуточный вал 5, с установленным в нем регулировочным элементом 6, стяжной втулкой 7, которая соединена с валом 4 турбины низкого давления при помощи резьбового соединения 8. В окружном направлении вал 3 компрессора низкого давления и вал 4 турбины низкого давления соединены между собой посредством шлицевого соединения 9. При этом ротор 1 компрессора низкого давления связан с валом 3 компрессора низкого давления в окружном направлении посредством шлицевого соединения 10.
Узел соединения также содержит межвальный радиально-упорный шарикоподшипник 11, наружное кольцо 12 которого установлено на внутренней поверхности вала 13 компрессора высокого давления, а внутреннее кольцо 14 - на наружной поверхности промежуточного вала 5.
На стяжной втулке 7 со стороны торца ротора 1 компрессора низкого давления установлен фиксирующий элемент 15, выполненный, например, в виде гайки, ограничивающей смещение ротора 1 в осевом направлении при работе ГТД.
Для надежности передачи крутящего момента от стяжной втулки 7 на ротор 1 компрессора низкого давления на стяжной втулке между фиксирующим элементом 15 и торцем ротора 1 компрессора низкого давления установлен контровочный элемент 16, выполненный, например, в виде шлицевой втулки. Контровочный элемент 16 связан со стяжной втулкой 7 посредством шлицевого соединения 17. При этом на торце контровочного элемента 16 выполнены пазы 18, а на торце ротора 1 компрессора низкого давления - ответные выступы 19, которые заведены в пазы 18 контровочного элемента 16.
При этом на стяжной втулке выполнены два бурта: бурт 20 выполнен в области ротора компрессора низкого давления и бурт 21 - в области межвального радиально-упорного шарикоподшипника. Ротор 1 компрессора низкого давления упирается в бурт 20, который дополнительно ограничивает его смещение в осевом направлении относительно стяжной втулки 7 помимо фиксирующего элемента 16. Вал 3 компрессора низкого давления упирается в бурт 21, который ограничивает его смещение в осевом направлении.
Сборка узла осуществляется следующим образом.
На промежуточном валу 5 устанавливается межвальный шарикоподшипник 11 и регулировочный элемент 6. Собранный узел устанавливается в вал 13 компрессора высокого давления. Затем устанавливается вал 4 турбины низкого давления. Далее устанавливается вал 3 компрессора низкого давления. Затем ввинчивается стяжная втулка 7 в вал 4 турбины низкого давления по резьбе 8 до упора бурта 21 в торец вала 3 компрессора низкого давления. Далее устанавливается ротор 1 компрессора низкого давления в вал 3 компрессора низкого давления по шлицевому соединению 10 до упора в бурт 20 стяжной втулки 7 и фиксируется в осевом направлении фиксирующим элементом 15 по резьбе стяжной втулки через контровочный элемент 16.
При работе двигателя в случае обрыва вала 3 компрессора низкого давления, происходит рассогласование частот вращения ротора 1 компрессора низкого давления и ротора 2 турбины низкого давления, т.е. первый замедляется, а второй ускоряется. При этом ротор 2 турбины низкого давления свинчивается по резьбе 8 со стяжной втулки 7, и за счет бурта 20 ротор 1 компрессора низкого давления смещается в осевом направлении. Происходит взаимное осевое расхождение роторов, которые входят в контакт со статором и тормозятся. Для сохранения окружного положения ротора 1 компрессора низкого давления относительно стяжной втулки 7 предусмотрен контровочный элемент 16. В случае выполнения «левой» резьбы в месте соединения стяжной втулки 7 и вала 4 турбины низкого давления при обрыве вала 3 компрессора низкого давления создается крутящий момент турбины, многократно превышающий предел прочности растяжения с последующим разрушением стяжной втулки 7 в узком месте из-за навинчивания по резьбе 8 при упоре в бурт 21.
Предложенная конструкция узла соединения роторов компрессора и турбины низкого давления газотурбинного двигателя позволяет при обрыве вала компрессора низкого давления локализовать разрушение внутри двигателя и тем самым предотвратить разрушение мотогондолы и самолета в целом, а также обеспечить стабильность и надежность работы узла соединения.