Ротор газотурбинного двигателя
Владельцы патента RU 2563953:
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)
Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочего колеса, сопряженные поверхностями внутреннего и внешнего кольцевых посадочных элементов, а также втулки с установленными в них штифтами. Во внутреннем и внешнем кольцевых посадочных элементах выполнены цилиндрические отверстия. Втулки размещены в отверстиях внешнего кольцевого посадочного элемента и имеют расширенный участок со стороны его внутренней поверхности. Во втулках выполнено отверстие под штифт, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе. Штифт зафиксирован от перемещения в радиальном направлении при помощи деформации наружной поверхности втулки. Изобретение позволяет повысить надежность соединения секций ротора компрессора или турбины, а также снизить габариты соединения кольцевых посадочных элементов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является известный ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочего колеса, сопряженные поверхностями внутреннего и внешнего кольцевых посадочных элементов. В кольцевых посадочных элементах выполнены цилиндрические радиальные отверстия. В отверстиях внутреннего кольцевого посадочного элемента размещены втулки с установленными в них штифтами. Штифты фиксируются от проворота в отверстиях путем развальцовки отверстия в торце штифта.
/RU 2514820 C1, F01D 5/06, 10.05.2014/ - прототип.
Недостатком прототипа является повышенная трудоемкость изготовления и сборки с выполнением беззазорного соединения, исключающего ударные нагрузки в зоне соединения, увеличенные габариты.
Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование конструкции ротора, повышение его ремонтопригодности, снижение трудоемкости изготовления.
Технический результат - повышение надежности соединения дисков рабочего колеса ротора компрессора или турбины, снижение габаритов соединения кольцевых посадочных элементов.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном роторе газотурбинного двигателя, содержащем диски рабочего колеса, сопряженные поверхностями внутреннего и внешнего кольцевых посадочных элементов, в которых выполнены цилиндрические отверстия, втулки, размещенные в отверстиях одного из кольцевых посадочных элементов с установленными в них штифтами, согласно предложению втулки установлены в отверстиях внешнего кольцевого посадочного элемента и имеют расширенный участок со стороны его внутренней поверхности, во втулках выполнено отверстие под штифт, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе, штифт зафиксирован от перемещения в радиальном направлении при помощи деформации наружной поверхности втулки. Отверстие во внутреннем кольцевом посадочном элементе может быть выполнено сквозным с уменьшенным диаметром со стороны его внутренней поверхности. Штифт может иметь продольное сквозное отверстие.
В предлагаемом изобретении втулка используется в качестве фиксатора штифта. Установка втулок в отверстиях внешнего кольцевого посадочного элемента позволяет снизить уровень напряжений в кольцевом посадочном элементе ротора. Выполнение участка втулки со стороны внутренней поверхности кольцевого посадочного элемента расширенным позволяет воспринимать центробежные нагрузки от штифта. Диаметр отверстия под штифт во втулке равен диаметру отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе, что обеспечивает беззазорную посадку штифта. Фиксация штифта от перемещения в радиальном направлении при помощи деформации втулки позволяет исключить наличие поврежденного слоя на поверхности ротора, в котором возможно зарождение трещины.
Втулка удерживает штифт от перемещения в радиальном направлении. Штифт при этом воспринимает осевые, изгибные нагрузки и крутящий момент, действующие на ротор в процессе работы газотурбинного двигателя.
Втулка имеет цилиндрическую форму с расширенным участком с внутренней стороны внешнего кольцевого посадочного элемента. Расширенный участок может иметь цилиндрическую форму или форму любого многогранника. Размер втулки подбирают исходя из условий обеспечения надежности фиксации при деформации ее наружной поверхности. Кроме того, для обеспечения беззазорной посадки внешний диаметр втулки должен соответствовать диаметру отверстия во внешнем кольцевом посадочном элементе. Размер штифта подбирают минимально возможный исходя из условий прочности. Отверстие под штифт во внутреннем кольцевом посадочном элементе имеет цилиндрическую форму. Штифт фиксируют при помощи пластической деформации внешней части втулки, что приводит к уменьшению внешней части отверстия под штифт.
Количество цилиндрических радиальных отверстий и соответственно штифтов должно быть минимум одно. Цилиндрические отверстия в кольцевых посадочных элементах расположены по окружности относительно кольцевых элементов.
Отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе могут быть выполнены сквозными для исключения образования замкнутой полости, что приводит к облегчению запрессовки штифта и исключению дополнительных нагрузок от повышенного давления воздуха, возникающего на рабочих режимах газотурбинного двигателя. При этом должно соблюдаться условие того, что отверстие должно быть выполнено с уменьшенным диаметром со стороны внутренней поверхности кольцевого посадочного элемента, чтобы был образован уступ для предотвращения выпадения штифта во внутреннюю полость ротора. Также возможен вариант выполнения продольного сквозного отверстия произвольной формы в штифте.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано фигурами 1-4.
Фиг. 1 - общий вид фрагмента ротора газотурбинного двигателя;
Фиг. 2 - выносной вид соединения кольцевых посадочных элементов;
Фиг. 3 - вариант исполнения соединения кольцевых посадочных элементов со сквозным отверстием во внутреннем кольцевом посадочном элементе;
Фиг. 4 - вариант исполнения соединения кольцевых посадочных элементов с отверстием в штифте.
1 - ротор;
2 - диски рабочего колеса;
3 - внутренний кольцевой посадочный элемент;
4 - внешний кольцевой посадочный элемент;
5 - штифт;
6 - втулка;
7 - расширенный участок втулки;
8 - деформированная наружная поверхность втулки;
9 - уменьшенный диаметр сквозного отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе;
10 - уступ;
11 - сквозное продольное отверстие в штифте.
Ротор 1 компрессора или турбины газотурбинного двигателя состоит из дисков рабочего колеса 2, сопряженных между собой в периферийной части внутренним кольцевым посадочным элементом 3 и внешним кольцевым посадочным элементом 4. Внутренний и внешний кольцевые посадочные элементы 3, 4 соединены штифтом 5. Штифт 5 зафиксирован от перемещения под действием центробежных сил втулками 6, размещенными во внешнем кольцевом посадочном элементе 4. Втулка 6 имеет расширенный участок 7 и деформированную наружную поверхность 8, воспринимающие центробежные нагрузки от штифта 5 и втулки 6.
Сборку ротора 1 осуществляют следующим образом. Во внешнем кольцевом посадочном элементе 4 выполняют отверстия с расширенными участками, расположенными со стороны внутренней поверхности внешнего кольцевого посадочного элемента 4. В отверстия запрессовывают втулки 6. После установки втулок 6 выполняют совместную механическую обработку (точение) внутренней поверхности внешнего кольцевого посадочного элемента 4. Диски рабочего колеса 2 ротора 1 сопрягают между собой по внешнему и внутреннему кольцевым посадочным элементам 4, 3. Выполняют совместную сверловку отверстий, предназначенных для установки штифтов 5 таким образом, что отверстия располагают одновременно во втулках 6 и внутреннем кольцевом посадочном элементе 3. В отверстия устанавливают штифты 5. Внешние поверхности втулок 6 деформируют таким образом, чтобы диаметр внешней части отверстий стал меньше диаметров штифтов 5.
Для уменьшения усилий, необходимых для запрессовки штифтов 5 (за счет разгерметизации полостей, изолированных штифтами 5), отверстия выполняют сквозными с уменьшенным диаметром 9 со стороны внутренней поверхности внутреннего кольцевого посадочного элемента 3, образующим уступ 10 для предотвращения выпадения штифта 5 во внутреннюю полость ротора 1. Как вариант в штифтах 5 выполняют сквозные продольные отверстия 11.
Использование предлагаемого изобретение позволяет повысить надежность и ремонтопригодность соединения секций ротора газотурбинного двигателя.
1. Ротор газотурбинного двигателя, содержащий диски рабочего колеса, сопряженные поверхностями внутреннего и внешнего кольцевых посадочных элементов, в которых выполнены цилиндрические отверстия, втулки, размещенные в отверстиях одного из кольцевых посадочных элементов с установленными в них штифтами, отличающийся тем, что втулки установлены в отверстиях внешнего кольцевого посадочного элемента и имеют расширенный участок со стороны его внутренней поверхности, во втулках выполнено отверстие под штифт, диаметр которого равен диаметру цилиндрического отверстия во внутреннем кольцевом посадочном элементе, штифт зафиксирован от перемещения в радиальном направлении при помощи деформации наружной поверхности втулки.
2. Ротор газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что отверстие во внутреннем кольцевом посадочном элементе выполнено сквозным с уменьшенным диаметром со стороны его внутренней поверхности.
3. Ротор газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что штифт имеет продольное сквозное отверстие.
