Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ДЕФЛЕКТОРА ДИСКА ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкциях роторов авиационных двигателей и промышленных установок наземного применения.

В известной конструкции дефлектор в периферийной части прижат к диску по торцовой поверхности, а у ступичной части сопрягается с диском по цилиндрической поверхности [1]. От осевого и окружного перемещений дефлектор зафиксирован радиально направленными штифтами.

Однако в условиях работы с высокими газодинамическими нагрузками данная конструкция не обладает высокой надежностью из-за разности температурного состояния диска и дефлектора. В результате высоких газодинамических нагрузок возможно раскрытие стыка между диском и дефлектором по торцу в периферийной части, что влечет за собой утечку охлаждающего воздуха или затекание газа к деталям ротора турбомашины и повышение их температуры.

Штифтовое соединение "диск-дефлектор" является ненадежным из-за недостаточной податливости радиальных штифтов.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является устройство для крепления лабиринта турбомашины [2]. Данное устройство содержит элементы осевой центровки в виде выступов на поверхности обода дефлектора, размещенных в канавке на ободе диска. В ступичной части дефлектор соединен с валом турбомашины при помощи шлиц и поджат гайкой, навернутой на вал.

Однако известная конструкция не обладает достаточной надежностью из-за возникновения в сопряжениях концентраторов напряжений, которые в условиях работы с большой цикличностью могут привести к появлению дефектов. Соединение дефлектора с валом по шлицам, особенно при малом диаметре вала и большом диаметре дефлектора, может быть также недостаточно надежным при некоторых режимах работы двигателя. В случае сброса газа тонкостенный дефлектор охлаждается значительно быстрее, чем массивный диск. При этом теряется центровка в периферийной части по цилиндрическому бурту дефлектора, центровка же в ступичной части по шлицам является недостаточно надежной.

Кроме того, ступица дефлектора к ступице диска по торцу прижимается гайкой, а в случае их взаимных перемещений может возникнуть износ торцев диска, дефлектора и гайки и ослабление затяжки деталей пакета ротора. Ремонт и замена дефектных элементов являются дорогостоящими.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы и ремонтопригодности конструкции устройства за счет устранения концентраторов напряжении в дефлекторе, улучшения центровки в периферийной и ступичной частях дефлектора, а также упругости дополнительной детали.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для фиксации дефлектора диска турбомашины, включающем элементы осевой фиксации в виде выступов на поверхности обода дефлектора, размещенных в канавке на ободе диска, а также элемент окружной фиксации дефлектора относительно диска, согласно изобретению канавка выполнена с плавным переходом от торцовой к радиальной поверхности, а элемент окружной фиксации дефлектора выполнен в виде зигзагообразной детали.

На ободе диска канавка под центровку и осевую фиксацию дефлектора в ободной части диска выполнена с плавным переходом от торцовой к радиальной поверхности, что позволяет по сравнению с прототипом избежать напряжений, которые в условиях работы с большой цикличностью могут привести к появлению дефектов и поломке.

Канавка может быть оформлена тремя проточками:
- кольцевой радиальной проточкой к центру диска;
- кольцевой торцовой проточкой;
- проточкой, соединяющей радиальную и торцовую проточки по конусной поверхности.

Выполнение элемента окружной фиксации и центровки дефлектора у ступичной части в виде зигзагообразной детали позволяет поджимать дефлектор в ободной части к торцу диска силой упругости этой детали и обеспечивать необходимые перемещения между ступицей дефлектора и диском при минимальных напряжениях в зигзагообразной детали.

Опыт эксплуатации турбомашин показывает, что дефекты чаще возникают не в самих дисках и дефлекторах, а в элементах их соединения друг с другом или с валами. В случае возникновения дефектов в дополнительной зигзагообразной детали ремонт устройства будет заключаться в ее замене, что значительно удешевляет ремонт в сравнении с прототипом, повышая ремонтопригодность заявляемой конструкции.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство для фиксации дефлектора диска турбомашины. На Фиг.2 показан вид А на фиг.1.

Фиг.3 иллюстрирует порядок выполнения проточек в диске турбомашины.

Дефлектор 1 соединен с диском 2 в периферийной части выступами 3, которые входят в зацепление с выступами 4, выполненными на диске 2. Окружная центровка дефлектора 1 и диска 2 в периферийной части осуществляется по сопрягаемой поверхности 5. У ступичной части диск 2 с дефлектором 1 соединен зигзагообразной деталью 6, которая прикреплена к фланцу 7 диска 2 через фланец вала 8 болтами 9 и гайками 10, а через фланец 11 дефлектора 1 поджимает последний к диску 2 по поверхности 12.

От окружного перемещения дефлектор 1 через фланец 11 соединен с зигзагообразной деталью 6 осенаправленными штифтами 13. Фрезеровки 14 и 15 образуют выступы 3 и 4 соответственно на радиальных буртах дефлектора 1 и диска 2. Выполнение проточек на диске 2 следующее:
- радиальная проточка 16 к центру диска 2;
- торцовая проточка 17,
- выполнение плавного перехода 18, соединяющего проточки 16 и 17.

Сборку осуществляют следующим образом.

Дефлектор 1 выступами 3 через фрезеровки 15 в диске 2 заводят до упора в поверхность 12, после чего дефлектор 1 относительно диска 2 разворачивают на угол 360^o/2n, где n - количество выступов на диске 2 и дефлекторе 1.

Далее диск 2, собранный с дефлектором 1, через фланец 7 соединяют с фланцем вала 8 болтами 9. Во фланец 11 и дефлектор 1 устанавливают осенаправленные штифты 13. На штифты 13 и резьбовые части болтов 9 устанавливается зигзагообразная деталь 6, которую гайками 10 стягивают в пакет совместно с фланцами 7 диска 2 и вала 8.

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы двигателя при выходе на режим взаимная центровка дефлектора 1 и диска 2 осуществляется по поверхности 5. Дефлектор 1 от осевого перемещения зафиксирован упором между торцами выступов 3 и 4 дефлектора 1 и диска 2 в ободной части и силой упругости детали 6 - в ступичной части.

Во время останова двигателя из-за большей скорости охлаждения дефлектора 1 центровка по поверхности 5 может нарушаться, в этом случае центровочным элементом служит зигзагообразная деталь 6. Деталь 6 за счет своей податливости также компенсирует взаимные осевые и радиальные перемещения дефлектора 1 и диска 2.

Источники информации
1. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под ред. Д.В. Хронина, Москва, "Машиностроение", 1989, стр.188, рис.4.42.

2. Патент РФ 651608, F 01 D 11/02, F 04 D 29/08, 1993 г.