Результат интеллектуальной деятельности: РОТОР ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к узлам крепления дисков турбины на валу двигателя. Известен узел соединения диска с валом ротора газотурбинного двигателя, содержащий вал с торцевым фланцем и центрирующей поверхностью и диск с ответным фланцем и с посадочной цилиндрической поверхностью, стянутыми между собой болтами. (Г.С.Скубачевский, Авиационные газотурбинные двигатели, М.: Машиностроение, 1969 г., стр.120, рис. 5,03).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ротор турбомашины, содержащий диск с цапфой и вал, фланцы которых соединены стяжными болтами и сцентрированы друг относительно друга по цилиндрической поверхности на фланцах (см. патент РФ №2279571, МПК F04D 29/26, опубл. 10.07.2006 г.).

Недостатком такого соединения является то, что при эксплуатации за счет разных температурных расширений соединяемых деталей в рассмотренном выше соединении, а также за счет разных радиальных деформаций деталей в поле центробежных сил происходит расслабление радиальной посадки между валом и цапфой диска по посадочной цилиндрической поверхности до зазора, что может привести к появлению дисбаланса ротора и существенным вибрациям, что недопустимо.

Задачей изобретения является увеличение натяга по посадочной цилиндрической поверхности при вращении ротора путем центробежной подгрузки охватываемого фланца в районе посадочной цилиндрической поверхности для обеспечения плотной посадки по посадочной цилиндрической поверхности на фланцах цапфы диска и вала на всех режимах работы двигателя, а не только при сборке.

Указанная задача достигается тем, что в роторе турбомашины, содержащем диск с цапфой и вал, фланцы которых соединены стяжными болтами и сцентрированы друг относительно друга по цилиндрической посадочной поверхности на фланцах, охватываемый по цилиндрической посадочной поверхности фланец снабжен цилиндрическим выступом с радиальными прорезями для увеличения натяга по посадочной цилиндрической поверхности при вращении ротора путем центробежной подгрузки охватываемого фланца в районе посадочной цилиндрической поверхности.

Новым в изобретении является то, что охватываемый по цилиндрической посадочной поверхности фланец снабжен цилиндрическим выступом с радиальными прорезями для увеличения натяга по посадочной цилиндрической поверхности при вращении ротора путем центробежной подгрузки охватываемого фланца в районе посадочной цилиндрической поверхности.

Выполнение на охватываемом относительно цилиндрической посадочной поверхности фланце цилиндрического выступа с радиальными прорезями для увеличения натяга по посадочной цилиндрической поверхности при вращении ротора путем центробежной подгрузки охватываемого фланца в районе посадочной цилиндрической поверхности позволяет иметь плотную центрирующую посадку по посадочной цилиндрической поверхности на фланцах цапфы диска и вала на всех режимах работы двигателя, а не только при сборке. При этом на этапе проектирования можно подобрать геометрию цилиндрического выступа с радиальными прорезями в нем (высоту и ширину) так, что исходная посадка по посадочной цилиндрической поверхности не будет меняться до зазора и будет обеспечивать гарантированный натяг на всех эксплуатационных режимах работы ротора турбомашины.

На фиг.1 представлен продольный разрез ротора турбомашины, у которого охватываемый по цилиндрической посадочной поверхности фланец цапфы диска снабжен цилиндрическим выступом с радиальными прорезями.

На фиг.2 представлен продольный разрез ротора турбомашины, у которого охватываемый по цилиндрической посадочной поверхности фланец вала снабжен цилиндрическим выступом с радиальными прорезями в нем.

На фиг.3 представлен поперечный разрез фланца вала с цилиндрическим выступом и радиальными прорезями.

Ротор турбомашины содержит диск 1 с цапфой 2 и вал 3, фланцы 4 и 5 которых соединены стяжными болтами 6 с гайками 7 и сцентрированы друг относительно друга по цилиндрической посадочной поверхности 8 на фланцах 4 и 5. Охватываемый по цилиндрической посадочной поверхности 8 фланец 5 (фланец 5 цапфы 2 диска 1 на фиг.1) или фланец 4 (фланец 4 вала 3 на фиг.2) снабжен цилиндрическим выступом 9 с радиальными прорезями 10. Поскольку посадочной поверхностью цапфы 2 диска 1 на валу 3 является цилиндрическая посадочная поверхность 8 на фланцах 4 и 5, стяжные болты 6 установлены в ответных отверстиях во фланцах 4 и 5 с зазором.

В процессе работы при вращении ротора на элементы разрезанного выступа 9 фланца 5 цапфы 2 диска 1 (фиг.1) или разрезанного выступа 9 фланца 4 вала 3 (фиг.2) действуют равномерно распределенные по окружности радиальные силы, которые приводят к дополнительному радиальному перемещению фланца цапфы диска (или фланца вала) по радиусу, что, в свою очередь, приводит к увеличению радиуса охватываемой поверхности цапфы диска (или вала). Такое перемещение охватываемой поверхности изменяет посадку в сторону увеличения натяга между валом и цапфой диска по посадочной цилиндрической поверхности, что обеспечивает жесткое крепления диска к валу на всех режимах работы двигателя.

Изобретение позволяет обеспечить плотную посадку по цилиндрической поверхности на фланцах цапфы диска и вала, а значит, и надежную взаимную радиальную центровку диска и вала на всех режимах работы двигателя, а не только при сборке. Это избавляет двигатель от появления дисбаланса ротора турбомашины во время его эксплуатации и дополнительных вибраций двигателя.