Результат интеллектуальной деятельности: РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен ротор компрессора газотурбинного двигателя, диски которого соединены между собой сваркой [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая ремонтопригодность из-за невозможности замены поврежденного диска при переборке ротора.

Наиболее близким к заявляемому является ротор компрессора, обладающий высокой ремонтопригодностью и состоящий из дисков, установленных шлицами на валу и стянутых по ступицам гайками [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является пониженная надежность ротора компрессора из-за возможности отворачивания гайки, стягивающей его диски. Современные высоконапорные компрессоры выполняются многоступенчатыми и, соответственно, с большой длиной ротора, что увеличивает нагрузку на гайки и их контровочные замки. При работе двигателя из-за различной температурной деформации тонкостенного вала и массивных дисков, а также из-за упругой закрутки вала, нагруженного крутящим моментом, и вибрации на гайку действуют переменные по величине окружные и осевые силы, стремящиеся ее повернуть, что может привести к увеличению зазоров между дисками и к поломке компрессора.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности ротора компрессора путем исключения поломки внутренних осевых выступов замка за счет их максимальной радиальной толщины.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора газотурбинного двигателя, на шлицевом валу которого на шлицах установлены диски, зафиксированные в осевом направлении гайкой, закрепленной в окружном направлении кольцевым контровочным замком, установленным между гайкой и диском, согласно изобретению кольцевой контровочный замок наружным, направленным от диска, кольцевым осевым выступом подвижно установлен на наружной поверхности гайки, а боковыми поверхностями осевых, направленных к диску внутренних выступов выполнен с возможностью контакта с боковыми поверхностями шлиц вала, причем выступы частично расположены в выборках, выполненных между шлицевыми выступами ступицы диска, число выступов кратно числу шлиц вала, боковые рабочие поверхности выступов параллельны боковым поверхностям примыкающих к ним шлицевых выступов вала, а отношение внутреннего диаметра D выступов к внутреннему диаметру d шлицевых выступов ступицы примыкающего к замку диска равно D/d=0,9...1,1.

Подвижная установка кольцевого контровочного замка наружным, направленным от диска на наружной поверхности гайки, кольцевым осевым выступом позволяет обеспечить надежную фиксацию гайки контровочным замком.

Расположение выступов в выборках, выполненных между шлицевыми выступами ступицы диска, позволяет существенно увеличить радиальную толщину выступов замка, что повышает их прочность.

Выполнение числа выступов кратным числу шлиц вала позволяет исключить дисбаланс ротора компрессора.

Выполнение внутренней поверхности осевого выступа диаметром D по отношению к диаметру d внутренней поверхности шлицевого выступа с соотношением D/d=0,9...1,1 позволяет выполнить выступ максимальной радиальной толщины, т. е. максимально прочным.

При D/d<0,9 возможна поломка внутренних осевых выступов замка из-за радиального распора при взаимных температурных деформациях диска и вала.

При D/d>1,1 возможна поломка внутренних осевых выступов замка под воздействием крутящего момента в условиях вибрации при работе двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез ротора компрессора на его выходе.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Ротор 1 компрессора 2 газотурбинного двигателя установлен в шарикоподшипнике 3 статора 4. Ротор 1 состоит из шлицевого вала 5, на котором с помощью шлиц 6 установлены диски, в том числе диск последней ступени 7, зафиксированный в осевом направлении с помощью кольцевого контровочного замка 9, установленного между диском 7 и гайкой 8 и зацентрированного относительно наружного диаметра 10 в радиальном направлении с помощью кольцевого осевого ребра 11, расположенного на наружном диаметре замка 9. Фиксация гайки 8 относительно контровочного замка 9 производится путем местной деформации осевого ребра 11 в шлицевые впадины 12, расположенные на наружном диаметре 10. Кольцевой контровочный замок 9 выполнен с внутренними осевыми выступами 13, расположенными равномерно по окружности на его внутреннем диаметре и направленными в сторону диска 7 ротора компрессора 1. Выступы 13 расположены в канавках 14 между шлицевыми выступами 6 вала 5, при этом боковые поверхности 15 осевых выступов 13 замка 9 параллельны боковым поверхностям 16 примыкающих к ним шлицевых выступов 6 вала 5. Таким образом обеспечивается минимум контактных напряжений по боковым поверхностям 15 выступов 13 и минимальные зазоры между выступами 13 и боковыми поверхностями 16 выступов 6. Для повышения прочности выступов 13 в ступице 18 диска 7 выполнены выборки 17 между шлицевыми выступами 19, при этом радиальная толщина выступов 13 получается максимальной. При этом для исключения дисбаланса ротора компрессора 1 внутренние осевые выступы должны быть расположены равномерно по окружности, для чего число внутренних осевых выступов 13 кольцевого контровочного замка 9 выполняется кратным числу шлиц вала, которые также равномерно расположены по окружности. Внутренняя поверхность 20 диаметром D осевого выступа 13 выполняется по отношению к диаметру d внутренней поверхности 21 шлицевого выступа 19 ступицы 18 диска 7 с соотношением D/d=0,9...1,1, что позволяет выполнить выступ 13 максимальной радиальной толщины, т.е. максимально прочным.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя кольцевой контровочный замок 9 ротора 1 своими осевыми выступами 13 фиксируется в окружном направлении своими боковыми поверхностями 15 относительно шлицевых выступов 6 вала 5, фиксируя гайку 8 в окружном направлении с помощью кольцевого осевого ребра 11, местно сдеформированного в шлицевые выемки 12 на наружном диаметре 10 гайки 8. Подвижная установка замка 13 с помощью осевого кольцевого выступа на наружном диаметре гайки позволяет при сборке ротора 1 компрессора закручивать гайку 8 при минимальном радиальном смещении замка 13, а также обеспечивает надежную фиксацию гайки контровочным замком.

Источники информации
1. С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД, -М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 95, рис.3.33.

2. С.А. Вьюнов, стр. 89, рис.3.27 а - прототип.