РОТОР ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE ROTOR

Изобретение относится к конструкциям роторов турбин авиационных газотурбинных двигателей.
Известен ротор турбины газотурбинного двигателя, в котором диск последней ступени зафиксирован на радиальном фланце вала болтовым соединением, а остальные диски зафиксированы в осевом направлении стяжным болтом (Патент РФ №2263809, F02C 7/28, 2008). Недостатком такой конструкции является невозможность размещения внутри ротора турбины дополнительного вала, например вала ротора турбины низкого давления.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция ротора турбины газотурбинного двигателя, в котором диск первой ступени зафиксирован на радиальном фланце вала осевыми болтами, диск второй ступени зафиксирован в осевом направлении на фланце вала гайкой и в окружном направлении - осевыми штифтами, а ступицы переднего и заднего промежуточных дисков зафиксированы на валу кольцевыми фланцами (Патент РФ №2232901, F01D 5/02, 2004).
Недостатками известной конструкции являются недостаточные надежность и технологичность при сборке из-за низкой прочности дисков первой и второй ступеней, ширина ступиц которых ограничена радиальным фланцем вала и элементами крепления дисков к нему, а также кольцевыми фланцами фиксации промежуточных дисков.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении надежности и технологичности ротора турбины газотурбинного двигателя за счет повышения прочности дисков первой и второй ступеней ротора и облегчения процесса сборки.
Сущность изобретения заключается в том, что в роторе турбины газотурбинного двигателя с дисками первой и второй ступеней и установленными в междисковой полости передним и задним промежуточным дисками, согласно формуле изобретения диск первой ступени выполнен с Г-образным фланцем, фланец диска второй ступени выполнен с упругим элементом, конусной внутренней поверхностью и по внешней поверхности с кольцевым ребром осевой фиксации ступицы заднего промежуточного диска. Соединение фланцев дисков первой и второй ступеней осуществляют с помощью осевых шпилек и гаек, при этом фланец диска второй ступени включает множество расположенных напротив каждого соединения фланцев радиальных окон, поперечное сечение которых имеет форму равнобокой трапеции со скругленными углами и широким основанием со стороны гаек. Один из дисков закреплен на валу ротора турбины шлицевым соединением.
Поскольку диск первой ступени нагружен меньшими по сравнению с диском второй ступени центробежными силами из-за меньшей массы первой рабочей лопатки по сравнению со второй рабочей лопаткой, то осевая ширина ступицы диска первой ступени позволяет выполнять фланец его крепления к диску второй ступени Г-образным. Такое выполнение обеспечивает качественную затяжку гаек на шпильках со стороны диска первой ступени при сборке ротора турбины, что повышает надежность ротора турбины.
Выполнение фланца диска второй ступени с упругим элементом между самим фланцем и ступицей диска позволяет за счет деформации упругого элемента снизить напряжение во фланце при различных температурных радиальных перемещениях ступицы и фланца.
Так как по технологическим соображениям невозможно изготовить диск второй ступени с Г-образным фланцем аналогично диску первой ступени, то фланец диска второй ступени выполняют с радиальными окнами, в которых размещаются гайки крепления фланца диска второй ступени. При этом поперечное сечение окон имеет форму равнобокой трапеции со скругленными углами и широким основанием со стороны гаек.
Такое выполнение окон, расположенных напротив каждого соединения фланцев, позволяет выполнить перемычки между окнами равнопрочными по длине и разместить необходимое для надежного крепления диска количество гаек со шпильками. Одновременно обеспечивается возможность наворачивания гаек через окна, которые в поперечных сечениях повторяют контуры гаек, облегчая процесс сборки.
Выполнение фланца диска второй ступени по внешней поверхности с кольцевым ребром осевой фиксации ступицы заднего промежуточного диска позволяет исключить вибрацию переднего и заднего промежуточного дисков, что повышает надежность ротора турбины. Конусная внутренняя поверхность позволяет выполнить диск второй ступени с максимальной осевой шириной ступицы, повышая прочность диска и надежность ротора турбины.
Соединение фланцев дисков первой и второй ступеней с помощью осевых шпилек с гайками позволяет обеспечить надежное соединение дисков ротора турбины при минимальном осевом расстоянии между ступицами дисков, равном осевому габариту гайки, тем самым повысить надежность ротора турбины вследствие упрочнения дисков.
Закрепление одного из дисков шлицевым соединением на валу ротора турбины позволяет надежно передавать крутящий момент с обоих дисков на указанный вал.
Заявляемое устройство проиллюстрировано следующими фигурами.
На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбины газотурбинного двигателя.
На фиг.2 изображен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.
На фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.2, а на фиг.5 - вид В на фиг.2.
Фиг.6 представляет собой вариант конструкции ротора турбины с креплением диска первой ступени на валу ротора турбины.
Ротор 1 турбины газотурбинного двигателя состоит из диска первой ступени 2 и диска второй ступени 3, в междисковой полости 4 между которыми установлены передний 5 и задний 6 промежуточные диски.
Диски 2 и 3 соединены между собой фланцевым соединением 7 с осевыми шпильками 8 и гайками 9 и 10 на противоположных концах шпилек. Фланец 11 диска первой ступени 2 выполнен Г-образным в поперечном сечении, обеспечивая «подход» к гайкам 9 крепления диска 2 при сборке ротора 1 турбины.
Фланец 12 диска второй ступени 3 выполнен по внешней поверхности 13 с кольцевым радиальным ребром 14 для осевой фиксации ступицы 15 заднего промежуточного диска 6.
Фланец 12 выполнен с конусной внутренней поверхностью 16 и упругим элементом 17 между самим фланцем 12 и ступицей 18 диска второй ступени 3.
Для размещения гаек 10 крепления диска второй ступени 3 во фланце 12 выполнены радиальные окна 19, поперечное сечение которых имеет форму равнобокой трапеции со скругленными углами, причем основание трапеции 20 выполнено со стороны гайки 10, что позволяет выполнить перемычки 21 фланца 12 между окнами 19 равнопрочными для окружного усилия, действующего на диск второй ступени 3. Число окон 19 равно числу гаек 10, что позволяет выполнять перемычки 21 равнопрочными.
С внешней стороны окна 19 закрыты ступицей 15 заднего промежуточного диска 6, что исключает попадание гайки 10 в периферийную часть междисковой полости 4 в случае поломки шпильки 8, что в свою очередь существенно снижает дисбаланс ротора 1 турбины при обрыве шпильки 8.
Для передачи крутящего момента на вал 22 один из дисков ротора 1, например диск второй ступени 3, установлен шлицевым соединением 23 на валу 22.
Работа осуществляется следующим образом.
При сборке ротора 1 в диске второй ступени 3 устанавливают шпильки 8, на которые через окна 19 накручивают гайки 10. Далее в ротор 1 устанавливают передний и задний промежуточный диски 5 и 6, а также диск первой ступени 2, который закрепляют с помощью Г-образного фланца 11 гайками 9. Собранные таким образом диски 2 и 3 устанавливают с помощью шлицевого соединения 23 на вал 22 ротора 1 турбины.
В случае установки диска второй ступени 3 шлицевым соединением 23 на валу 22 при работе ротора 1 окружное усилие от диска первой ступени 2 через фланцевое соединение 7 и осевые шпильки 8 передается на диск второй ступени 3 и далее через шлицевое соединение 23 на вал 22. Фланцевое соединение 7 со шпильками 8 и гайками 9 и 10 обеспечивает надежное соединение дисков 2 и 3.