Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя
Владельцы патента RU 2506426:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)
Изобретение относится к роторам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения. Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя включает рабочие колеса с дисками, рабочими лопатками и внешними лабиринтами. Каждый из внешних лабиринтов с помощью болтового соединения установлен на выносном фланце соответствующего обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки. Также каждый лабиринт содержит фланец, выполненный с возможностью примыкания к радиальным выступам замкового соединения диска. Фланец имеет в поперечном сечении L-образную форму. Замковое соединение каждого диска выполнено с осевыми выступами, направленными в сторону входной кромки рабочей лопатки. Осевые выступы расположены таким образом, что отношение величины внутренних диаметров осевых выступов к величине радиального зазора между осевыми выступами и L-образным фланцем внешнего лабиринта составляет 300…8000. Изобретение позволяет повысить надежность ротора турбины низкого давления за счет снижения температуры обода диска и исключения повышенных вибронапряжений консольной части внешнего лабиринта. 3 ил.
Изобретение относится к роторам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения.
Известен ротор турбины низкого давления, внешние лабиринты которого закреплены болтовым соединением на ободе рабочего колеса (патент РФ №2263790, F01D 3/00, F01D 5/08, 10.11.2005 г.).
Недостатком такой конструкции является ее повышенный вес, так как внешние лабиринты соединены между собой телескопически и для передачи крутящего момента между дисками выполнены дополнительные фланцы с осевыми штифтами.
Наиболее близким к заявляемому является ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, в котором каждый из внешних лабиринтов установлен болтовым соединением на выносном фланце обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки и примыкает к выступам замкового соединения на ободе диска (патент США №6763654, F02K 3/072, 20.07.2004 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных вибронапряжений и износа консольной части лабиринта, примыкающего к выступам замкового соединения на ободе диска.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности ротора турбины низкого давления за счет снижения температуры обода диска и исключения повышенных вибронапряжений консольной части внешнего лабиринта.
Указанный технический результат достигается тем, что ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, включающий рабочие колеса с дисками, рабочими лопатками и внешними лабиринтами, каждый из которых с помощью болтового соединения установлен на выносном фланце соответствующего обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки и содержит фланец, выполненный с возможностью примыкания к радиальным выступам замкового соединения диска, причем фланец каждого внешнего лабиринта имеет в поперечном сечении L-образную форму, а замковое соединение каждого диска выполнено с осевыми выступами, направленными в сторону входной кромки рабочей лопатки и расположенными таким образом, что выполняется условие
D - внутренние диаметры осевых выступов;
h - радиальный зазор между осевыми выступами и L-образным фланцем внешнего лабиринта.
Выполнение фланца каждого внешнего лабиринта L-образным в поперечном сечении повышает осевую и радиальную жесткость фланца, увеличивает его вибростойкость, что повышает надежность ротора турбины.
Выполнение на замковом соединении каждого диска осевых выступов, направленных в сторону входной кромки рабочей лопатки, позволяет обеспечить на рабочих режимах ротора контакт в радиальном направлении между L-образным фланцем лабиринта и осевым выступом, что снижает вибронапряжения за счет сил трения в L-образном фланце лабиринта.
Выбор соотношения 
На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбины низкого давления;
на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
на фиг.3 представлено сечение А-А на фиг.2.
Ротор 1 турбины низкого давления газотурбинного двигателя содержит рабочие колеса 2 и 3, каждое из которых состоит соответственно из дисков 4 и 5, рабочих лопаток 6 и 7, а также внешних лабиринтов 8 и 9, которые служат для уменьшения паразитных утечек газового потока 10 и для исключения контакта высокотемпературного потока 10 с дисками 4 и 5.
Внешние лабиринты 8 и 9 своими внутренними хвостовиками 11 и 12 соответственно закреплены болтовыми соединениями 13 и 14 на выносных фланцах 15 и 16 дисков 4 и 5.
Далее выполнение конструктивных элементов рабочих колес 2 и 3 показано на примере выполнения одного из них (рабочего колеса 2).
Фланец 17 внешнего лабиринта 8, примыкающий к ободу 18 диска 4 со стороны входной кромки 19 рабочей лопатки 6, выполнен L-образным в поперечном сечении. На радиальных выступах 20 замкового соединения 21 диска 4 выполнены осевые выступы 22, направленные в сторону входной кромки 19 рабочей лопатки 6 и размещенные на расстоянии h в радиальном направлении от внешней поверхности 23 осевой части L-образного в поперечном сечении фланца 17 внешнего лабиринта 8 (радиальный зазор h). Радиальная часть 24 L-образного фланца 19 закрывает осевые выступы 22 диска 4 от непосредственного контакта с газовым потоком 10.
Осевые выступы 22 расположены таким образом, что выполняется условие 
Конструктивные элементы рабочего колеса 3 выполнены аналогичным образом с конструктивными элементами рабочего колеса 2.
Работает заявленное устройство следующим образом (показано на примере работы рабочего колеса 2).
При сборке ротор 1 турбины низкого давления собирается с зазором h между осевыми выступами 22 диска 4 и с L-образным в поперечном сечении фланцем 19 лабиринтов 8.
При работе ротора 1 внешний лабиринт 8, контактирующий с паразитными утечками высокотемпературного газового потока 10, нагревается до более высокой температуры, чем обод 18 диска 4. Это приводит к большей термической деформации L-образного фланца 17 лабиринта 8 по сравнению с деформацией, возникающей до контакта фланца 17 лабиринта 8 по поверхности 23 с осевыми выступами 22 диска 4. Таким образом, существенно снижается вибронапряжение во фланце 19 и повышается надежность ротора 1 турбины низкого давления.
Ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, включающий рабочие колеса с дисками, рабочими лопатками и внешними лабиринтами, каждый из которых с помощью болтового соединения установлен на выносном фланце соответствующего обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки и содержит фланец, выполненный с возможностью примыкания к радиальным выступам замкового соединения диска, отличающийся тем, что фланец каждого внешнего лабиринта имеет в поперечном сечении L-образную форму, а замковое соединение каждого диска выполнено с осевыми выступами, направленными в сторону входной кромки рабочей лопатки и расположенными таким образом, что выполняется условие , где:
D - внутренние диаметры осевых выступов;
h - радиальный зазор между осевыми выступами и L-образным фланцем внешнего лабиринта.
