УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ РОТОРОВ КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
COUPLING ASSEMBLY BETWEEN COMPRESSOR ROTORS AND TURBINE OF A GAS TURBINE ENGINE

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного и наземного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащий цапфу компрессора и вал турбины, соединенные между собой в осевом направлении с помощью промежуточного вала, стяжной втулки, регулировочного элемента, выполненного в виде резьбовой втулки, а в окружном направлении посредством шлицевых соединений через промежуточный вал, контровочную трубу, зафиксированную в осевом и окружном направлениях, причем стяжная втулка зафиксирована в окружном направлении шлицевым соединением относительно контровочной трубы, при этом в осевом направлении цапфа ротора компрессора соединена с промежуточным валом стяжным болтом, а вал турбины соединен с промежуточным валом стяжной втулкой, причем резьбовая втулка установлена в резьбовом отверстии вала турбины и зафиксирована в промежуточном валу от выворачивания, при этом на резьбовой втулке и стяжной втулке образованы выступы с контактирующими друг с другом торцевыми посадочными поверхностями, ограничивающими осевое смещение резьбовой втулки и стяжной втулки относительно друг друга, кроме того, стяжной болт зафиксирован в окружном направлении посредством шлицевого соединения с контровочной трубой (патент RU 2491450 C1, опубл. 27.08.2013).
Известному техническому решению присущи следующие недостатки. Передача крутящего момента от вала турбины на цапфу компрессора осуществляется через промежуточный вал через два ряда шлиц. Это значительно увеличивает массу и габариты стяжного устройства. При этом возможен перекос промежуточного вала из-за крутящего момента при возможной перекладке суммарной осевой силы ротора, это приводит к перекосу подшипника и, следовательно, снижению его долговечности. Также при передаче большого крутящего момента происходит деформация посадочной поверхности под подшипник. Это вызывает практически идентичные деформации внутреннего кольца подшипника и непостоянство диаметра беговой дорожки. Это повышает износ и снижает ресурс подшипника. Для регулирования осевого положения турбины за счет регулировочного элемента требуется осевое смещение турбины для вывода контровочных шлиц из зацепления. Это усложняет сборку узла.
Техническим результатом, достигаемым при изготовлении/использовании настоящего изобретения, является снижение массы заявленного узла, уменьшение его габаритов, повышение его долговечности, снижение степени износа, упрощение сборки.
Указанный технический результат достигается тем, что узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит вал турбины, в который заведена цапфа ротора компрессора, зафиксированные относительно друг друга в окружном направлении шлицевым соединением, а в осевом направлении стяжным устройством, выполненным в виде стяжной трубы, контактирующей со стороны компрессора с цапфой ротора компрессора по торцу, с резьбовой втулкой, установленной на стяжной трубе со стороны турбины и жестко соединенной с валом турбины, контровочную трубу, относительно которой стяжная труба зафиксирована в окружном направлении шлицевым соединением, причем на наружной поверхности контровочной трубы со стороны компрессора выполнен радиальный бурт, контактирующий по торцу со стяжной трубой, промежуточный вал, охватывающий вал турбины и зафиксированный относительно его в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а в осевом направлении зафиксированный относительно последнего посредством регулировочной втулки, установленной со стороны компрессора на валу турбины по резьбе и контактирующей с промежуточным валом по торцу, а также упорного кольца, установленного на валу турбины с противоположной стороны промежуточного вала и контактирующего с последним и радиальным выступом, выполненным на наружной поверхности вала турбины, при этом упомянутая регулировочная втулка зафиксирована относительно цапфы ротора компрессора в окружном направлении шлицевым соединением и контактирует с торцом радиального выступа, выполненного на цапфе ротора компрессора.
Такое выполнение устройства позволяет снизить массу, уменьшить габариты узла за счет исключения дополнительного шлицевого зацепления. Крутящий момент передается непосредственно от вала турбины на вал компрессора, не оказывая существенного влияния на промежуточный вал и подшипник, снижая степень износа и повышая тем самым его долговечность. Для регулирования осевого положения турбины не требуется смещения ротора, что облегчает сборку узла. Фиксация регулировочной втулки осуществляется посредством шлицевого соединения с цапфой ротора компрессора, при этом сохраняется модульность двигателя, т.к. съем компрессора не нарушает крепление вала турбины.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурой чертежа, на которой изображен продольный разрез узла соединения роторов компрессора и турбины ГТД.
Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит вал турбины 1, в который заведена цапфа ротора компрессора 2, зафиксированные относительно друг друга в окружном направлении шлицевым соединением 3, а в осевом направлении стяжным устройством, выполненным в виде стяжной трубы 4, контактирующей со стороны компрессора с цапфой ротора компрессор 2 по торцу, с резьбовой втулкой 6, установленной на стяжной трубе 4 со стороны турбины и жестко соединенной с валом турбины 1, контровочную трубу 7, относительно которой стяжная труба 4 зафиксирована в окружном направлении шлицевым соединением 8, причем на наружной поверхности контровочной трубы 7 со стороны компрессора выполнен радиальный бурт 9, контактирующий по торцу со стяжной трубой 5, промежуточный вал 10, охватывающий вал турбины 1 и зафиксированный относительно его в окружном направлении посредством шлицевого соединения 11, а в осевом направлении зафиксированный относительно последнего посредством регулировочной втулки 12, установленной со стороны компрессора на валу турбины 1 по резьбе и контактирующей с промежуточным валом 10 по торцу, а также упорного кольца 13, установленного на валу турбины 1 с противоположной стороны промежуточного вала 10 и контактирующего с последним и радиальным выступом 14, выполненным на наружной поверхности вала турбины 1, при этом упомянутая регулировочная втулка 12 зафиксирована относительно цапфы ротора компрессора 2 в окружном направлении шлицевым соединением 15 и контактирует с торцом радиального выступа 16, выполненного на цапфе ротора компрессора 2.
Узел собирается следующим образом. В собранный подшипниковый узел, содержащий промежуточный вал 10, устанавливается вал турбины 1. Регулировочная втулка 12 выставляет осевое положение турбины и прижимается за счет резьбового соединения через упорное кольцо 13 к торцу промежуточного вала. Для исключения проскальзывания вала турбины 1 относительно промежуточного вала 10 предусмотрено шлицевое соединение 11. Далее устанавливается компрессор, цапфа которого упирается в регулировочную втулку 12, образуя шлицевые соединения 3 и 15. В осевом положении цапфа ротора компрессора 2 фиксируется стяжной трубой 4, ввинченной в резьбовую втулку 6. Стяжная труба 4 контрится контровочной трубой 7 шлицевым соединением 8.
В процессе работы крутящий момент от вала турбины 1 на цапфу ротора компрессора 2 передается через шлицевое соединение 3. Суммарная осевая нагрузка от роторов передается на промежуточный вал 10 через регулировочную втулку 12 либо через упорное кольцо 13 в зависимости от направления осевой силы. Для однозначного положения в окружном направлении промежуточный вал 10 связан с валом турбины 1 шлицевым соединением 11.