УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ДИСКА ТУРБИНЫ С ВАЛОМ

Полезная модель относится к газотурбинному двигателестроению, в частности к узлам соединения диска турбины с валом двигателя, и может найти применение в двигателях авиационного и наземного применения.
Известен узел соединения диска турбины с валом, содержащий диск с цапфой и вал, фланцы которых соединены стяжными болтами и сцентрированы друг относительно друга по цилиндрической посадочной поверхности на фланцах (Патент РФ №2375587 от 28.04.2008, опубл. 10.12.2009, МПК F01D 5/02, F02C 7/36).
Наиболее близким является узел соединения диска турбины с валом, содержащий фланец вала, фланец диска турбины и фланец покрывного диска, закрепленный на наружной поверхности фланца диска турбины штифтами, фланцы диска турбины и вала соединены болтовым соединением (Патент РФ №109224 от 25.02.2011, опубл. 10.10.2011, МПК F02C 7/36).
Недостатком данных узлов соединения диска турбины с валом является то, что во время эксплуатации при различных материалах диска турбины и вала происходит потеря соосности, что приводит к повышению вибраций или к увеличению контактных напряжений в зоне посадочной поверхности сопрягаемых деталей. Еще одним недостатком таких решений является повышенная трудоемкость при изготовлении соединяемых деталей.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в сохранении соосности диска турбины и вала, и, следовательно, в устранении вибраций, снижение трудоемкости изготовления, а также в появлении возможности взаимозаменяемости валов в процессе эксплуатации и исключении повышенного натяга между валом и диском турбины.
Технический результат достигается тем, что узел соединения диска турбины с валом содержит фланец вала, фланец диска турбины и фланец покрывного диска, закрепленный на наружной поверхности фланца диска турбины штифтами, фланцы диска турбины и вала соединены болтовым соединением.
Новым в полезной модели является то, что между фланцами диска турбины и фланцами вала установлена проставка, через отверстия в которой проходит болтовое соединение фланцев диска турбины и вала, в проставке выполнен кольцевой паз, верхняя посадочная поверхность которого сопряжена с наружной поверхностью фланца вала с натягом, нижняя посадочная поверхность которого сопряжена с торцевой поверхностью фланца вала с минимальным зазором, фланец диска турбины снабжен кольцевым пояском, внутренняя поверхность которого охватывает наружную поверхность проставки с натягом, причем проставка изготовлена из материала, коэффициент теплового расширения которого находится в пределах между коэффициентом теплового расширения материала вала и коэффициентом теплового расширения материала диска турбины.
Проставка дополнительно снабжена фланцем, расположенным на противоположной стороне от кольцевого паза, причем внутренняя поверхность фланца проставки охватывает наружную поверхность фланца покрывного диска с зазором.
На фигуре изображен узел соединения диска турбины с валом.
Узел соединения диска 1 турбины (не показана) с валом 2 содержит фланец 3 вала 2, фланец 4 диска 1 турбины и фланец 5 покрывного диска 6. Фланец 5 покрывного диска 6 закреплен на наружной поверхности 7 фланца 4 диска 1 турбины штифтами 8. Фланцы 4 и 3 соединены болтовым соединением 9.
Между фланцем 4 диска 1 турбины и фланцем 3 вала 2 установлена проставка 10, через отверстия 11 в которой проходит болтовое соединение 9 фланцев 4 и 3. Проставка 10 изготовлена из материала, коэффициент теплового расширения которого находится в пределах между коэффициентом теплового расширения материала вала 2 и коэффициентом теплового расширения материала диска 1 турбины.
В проставке 10 выполнен кольцевой паз 12, верхняя посадочная поверхность 13 которого сопряжена с наружной поверхностью 14 фланца 3 вала 2 с натягом, а нижняя посадочная поверхность 15 паза 12 сопряжена с торцевой поверхностью 16 фланца 3 вала 2 с минимальным зазором.
Фланец 4 диска 1 турбины снабжен кольцевым пояском 17, внутренняя поверхность 18 которого охватывает наружную поверхность 19 проставки 10 с небольшим натягом.
Проставка 10 дополнительно снабжена фланцем 20, расположенным на противоположной стороне от кольцевого паза 12, причем внутренняя поверхность 21 фланца 20 проставки 10 охватывает наружную поверхность 22 фланца 5 покрывного диска 6 с зазором.
Предложенная конструкция работает следующим образом.
В процессе сборки на диск 1 турбины устанавливают покрывной диск 6, фланец 5 покрывного диска 6 закрепляется штифтами 8 на наружной поверхности 7 фланца 4 диска 1 турбины. При этом на вал 2 монтируют проставку 10, так чтобы проставка 10 кольцевым пазом 12 устанавливалась на фланец 3 вала 2. Причем верхняя посадочная поверхность 13 кольцевого паза 12 сопрягается с наружной поверхностью 14 фланца 3 вала 2 с натягом, а нижняя посадочная поверхность 15 паза 12 сопрягается с торцевой поверхностью 16 фланца 3 вала 2 с минимальным зазором.
Затем фланец 3 вала 2 совместно с проставкой 10 стягивают болтовым соединением 9 с фланцем 4 диска 1, причем внутренняя поверхность 18 кольцевого пояска 17 диска 1 турбины охватывает наружную поверхность 19 проставки 10 с натягом. А фланец 20 проставки 10 охватывает наружную поверхность 22 фланца 5 покрывного диска 6 с зазором.
При повышении температуры соединения между верхней посадочной поверхностью 13 кольцевого паза 12 проставки 10 и наружной посадочной поверхностью 14 фланца 3 происходят термические изменения в материалах соединяемых деталей 10 и 2, и вместо натяга в этом соединении возникает зазор. Одновременно между нижней посадочной поверхностью 15 кольцевого паза 12 проставки 10 и торцевой поверхностью 16 фланца 3 из-за термических изменений в материалах вместо минимального зазора возникает натяг. Таким образом, сохраняется соосность вала и диска турбины.
Данное конструктивное решение позволяет сохранить соосность диска турбины и вала, и, следовательно, устранить вибраций, снизить трудоемкость изготовления благодаря тому, что между фланцами диска турбины и фланцами вала установлена проставка, через отверстие в которой проходит болтовое соединение фланцев диска турбины и вала, в проставке выполнен кольцевой паз, верхняя посадочная поверхность которого сопряжена с наружной поверхностью фланца вала с натягом, нижняя посадочная поверхность которого сопряжена с торцевой поверхностью фланца вала с зазором, фланец диска турбины снабжен кольцевым пояском, внутренняя поверхность которого охватывает наружную поверхность проставки с натягом, причем проставка изготовлена из материала, коэффициент теплового расширения которого находится в пределах между коэффициентом теплового расширения материала вала и коэффициентом теплового расширения материала диска турбины.
Наличие у проставки дополнительно фланца, расположенного на противоположной стороне от кольцевого паза, и внутренняя поверхность фланца проставки охватывает наружную поверхность фланца покрывного диска с зазором, позволяет надежно удерживать штифты, соединяющие покрывной диск и диск турбины.
Предлагаемая полезная модель позволяет заменить любой ротор посредством изготовления проставки, являющейся обычной деталью вращения, также методом подбора материала проставки сохранять соосность в случае, если коэффициент теплового расширения материала вала окажется значительно меньше, чем у материала диска, и недопустить повышенных контактных напряжений в зоне сопряжения деталей.