Газотурбинный двигатель

Газотурбинный двигатель (1) включает в себя диск (13) вентилятора (2) и конусный вал (8) компрессора низкого давления (3), закрепленные радиальными фланцами (9) и (16) на радиальном фланце (11) общего вала (12) вентилятора призонными болтами (19). Конусный вал (8) компрессора низкого давления установлен фланцем (9) на наружной поверхности (10) фланца (11) вала (12) вентилятора. Диск (13) вентилятора размещен фланцем (16) на внутренней поверхности (17) фланца (11) вала (12) вентилятора. Отношение толщины h радиального фланца диска вентилятора в месте размещения призонных болтов к толщине Н радиального фланца вала вентилятора находится в пределах 0,8…1,2. Отношение толщины h₁ радиального фланца конусного вала компрессора низкого давления в месте размещения призонных болтов к толщине Н радиального фланца вала вентилятора находится в пределах 0,4…0,8. Путем исключения смятия призонных болтов, а также исключения появления дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя повышается его надежность. 2 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям высокой степени двухконтурности.

Известен газотурбинный двигатель с рабочим колесом вентилятора, закрепленный на валу с помощью призонных болтов (С.А. Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.92, рис. 3.30).

Недостатком известной конструкции является отсутствие компрессора низкого давления, что снижает степень сжатия и экономичность двигателя в целом.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель высокой степени двухконтурности, в котором ротор компрессора низкого давления совместно с рабочим колесом вентилятора устанавливается на валу с помощью призонных болтов (патент RU №2331783, МПК 3/072).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность из-за дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя, а также из-за повышенных напряжений в призонных болтах.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения смятия призонных болтов, а также в исключении появления дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, включающем диск вентилятора и конусный вал компрессора низкого давления, закрепленные радиальными фланцами на радиальном фланце вала вентилятора призонными болтами, согласно изобретению конусный вал компрессора низкого давления установлен фланцем на наружной поверхности фланца вала вентилятора, а диск вентилятора размещен фланцем на внутренней поверхности фланца вала вентилятора, при этом h/H=0,8…1,2, a h₁/H=0,4…0,8,

где Н - толщина радиального фланца вала вентилятора в месте размещения призонных болтов,

h - толщина радиального фланца диска вентилятора в месте размещения призонных болтов,

h₁ - толщина радиального фланца конусного вала компрессора низкого давления в месте размещения призонных болтов.

Установка конусного вала компрессора низкого давления фланцем на наружной поверхности фланца вала вентилятора исключает появление дисбаланса роторов вентилятора и компрессора низкого давления при работе газотурбинного двигателя.

Размещение диска вентилятора фланцем на внутренней поверхности фланца вала вентилятора обеспечивает упругую радиальную вытяжку диска вентилятора, увеличивая натяг между радиальными фланцами диска и вала и снижая нагрузку на призонные болты, так как передача крутящего момента на диск вентилятора происходит частично за счет сил трения, что исключает смятие болтов, повышая надежность газотурбинного двигателя.

При h/Н<0,8 возможна поломка призонных болтов из-за увеличения напряжений смятия цилиндрической части болтов.

При h/Н>1,2 возрастает вес вентилятора и газотурбинного двигателя.

При h₁/Н<0,4 возможна поломка призонных болтов из-за увеличения напряжений смятия, а также из-за уменьшения их длины.

При h₁/Н>0,8 излишне возрастает вес компрессора низкого давления.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя.

На фиг.2 изображен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 и компрессора низкого давления 3, диски 4 и 5 которого с рабочими лопатками 6 и 7 установлены на конусном валу 8 компрессора низкого давления, который в свою очередь радиальным фланцем 9 установлен на наружной поверхности 10 радиального фланца 11 вала 12 вентилятора 2.

Диск 13 вентилятора 2 с рабочими лопатками 14 осевым кольцевым выступом 15 радиального фланца 16 установлен на внутренней поверхности 17 осевого кольцевого выступа 18 радиального фланца 11 вала 12. Пакет из фланцев 9, 11 и 16 затянут между собой призонными болтами 19 с гайками 20.

Работает устройство следующим образом.

При работе газотурбинного двигателя 1, особенно на повышенных режимах, под действием центробежных сил лопаток диск вентилятора испытывает значительные радиальные деформации, что приводит к увеличению натяга по поверхности 17 между радиальными фланцами 16 и 11 диска и вала, передаче части крутящего момента за счет сил трения по поверхности 17 и разгрузке призонных болтов 19. Натяг по поверхности 17 и сила трения по этой поверхности увеличивается с увеличением оборотов вентилятора, т.е. с повышением режима работы двигателя. Уменьшению напряжений смятия на болтах также способствует увеличенная толщина фланцев 16 и 9 диска 13 вентилятора и конусного вала 8 компрессора низкого давления. Низкий уровень вибраций газотурбинного двигателя на всех его режимах работы также обеспечивается за счет сохранения натяга между фланцами диска вентилятора и вала из-за упругой радиальной вытяжки диска вентилятора.

При ремонте двигателя 1 возможен съем диска 13 вентилятора 2 без съема компрессора низкого давления 3, что повышает эксплуатационную технологичность двигателя 1.

Газотурбинный двигатель, включающий диск вентилятора и конусный вал компрессора низкого давления, закрепленные радиальными фланцами на радиальном фланце общего вала вентилятора призонными болтами, отличающийся тем, что конусный вал компрессора низкого давления установлен фланцем на наружной поверхности фланца вала вентилятора, а диск вентилятора размещен фланцем на внутренней поверхности фланца вала вентилятора, при этом h/H=0,8…1,2, h₁/H=0,4…0,8,
где H - толщина радиального фланца вала вентилятора в месте размещения призонных болтов,
h - толщина радиального фланца диска вентилятора в месте размещения призонных болтов,
h₁ - толщина радиального фланца конусного фланца компрессора низкого давления в месте размещения призонных болтов.