Результат интеллектуальной деятельности: ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а также к двигателям, полученным путем конверсии авиационных в газотурбинные наземного применения.

Известен газотурбинный двигатель, диски ротора компрессора которого, особенно последних ступеней, соединены сваркой [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая ремонтопригодность из-за неразъемного соединения дисков.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является газотурбинный двигатель, компрессор которого выполнен с ротором дискового типа, при этом диски в роторе установлены шлицами на валу, стянуты между собой по ступицам гайками, а между ободами дисков установлены трактовые кольца [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за образования трещин в радиусах перехода от шлицев к ступице диска, так как шлицы на ступице диска являются концентраторами напряжений, приводящими к образованию трещин и к поломке дисков.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности двигателя путем повышения циклической долговечности диска за счет вынесения шлицев из зоны действия максимальных напряжений в ступице диска.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор с дисками, установленными шлицами на валу, согласно изобретению, внутренняя поверхность ступицы диска между его шлицами выполнена с радиусом R=1,02...1,1 r, а количество шлицев на ступице диска равно: n1=0,2...0,6n2, где

r - наружный диаметр шлицев вала компрессора;

R - радиус внутренней поверхности ступицы диска компрессора;

n1 - количество шлицев на ступице диска компрессора;

n2 - количество шлицев на валу компрессора.

Выполнение внутренней поверхности ступицы диска между его шлицами с радиусом R=1,02...1,1 r позволяет повысить прочность диска компрессора. При R<1,02 r шлицы диска окажутся в зоне повышенных напряжений, что приведет к образованию трещин на радиусах перехода от шлицев к ступице диска. При R > 1,1 r снижается прочность диска из-за снижения запасов прочности по напряжениям по ступице диска и запаса по разрушающей частоте вращения в меридиональном сечении. Так как максимальные напряжения на ступице диска реализуются на внутреннем ее диаметре, то в случае выполнения внутреннего диаметра ступицы с увеличенным радиусом R, шлицы диска с их концентраторами напряжений оказываются вне (ниже по радиусу) зоны максимальных напряжений в ступице, что приводит к многократному повышению циклической долговечности ступицы диска, существенно повышая ресурс диска компрессора.

Выполнение количества шлицев на ступице диска, равным: n1=0,2...0,6n2, позволяет повысить надежность компрессора ГТД. При n1<0,2n2 возрастают изгибные напряжения на шлицах диска, что может привести к их поломке. При n1 > 0,6n уменьшаются радиусы между соседними шлицами диска, которые являются концентраторами напряжений, что приводит к снижению запасов прочности компрессора газотурбинного двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя.

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

Ha фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5. Компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 состоит из статора 6 и ротора 7, на шлицевом валу 8 которого с помощью шлицев 9 установлены диски 10, стянутые по своим ступицам 11 с помощью гайки 12. Шлицы 13 с наружным радиусом r вала 8, охватывающие шлицы 9 диска 10, служат для центровки этого диска относительно вала 8, а также для передачи на диск крутящего момента с вала 8, остальные шлицы служат для увеличения радиальной жесткости этого вала. Между шлицами 9 диска 10 на всей длине ступицы 11 выполнены выборки 14 с увеличенным радиусом R по внутренней поверхности 15 и с увеличенными радиусами r1 перехода от поверхности 15 к боковой поверхности 16 шлицев 9 диска 10. Поверхность 15 выполнена с радиусом R, большим радиуса r наружной поверхности 17 шлицев 13 вала 8 в 1,02...1,1 раза.

Устройство работает следующим образом. При работе двигателя максимальные напряжения реализуются на внутренней поверхности ступицы 11 диска 10, т.е. на поверхности 15 с увеличенным радиусом R выборок 14. Так как шлицы 9 диска 10 находятся преимущественно ниже по радиусу наружной поверхности 17 шлиц 13 вала с радиусом r, то концентраторы напряжений в виде малых радиусов на шлицах находятся вне зоны максимальных напряжений ступицы 11 диска, что существенно повышает ресурс диска 10, одновременно снижая его вес.

Заявляемая конструкция особенно важна для газотурбинных двигателей наземного применения, полученных путем конверсии отработавших свой ресурс авиационных двигателей, так как позволяет путем доработки отработавшего диска продлить его ресурс для работы на наземной газотурбинной установке. Применение же данной конструкции для вновь проектируемых двигателей позволяет существенно повысить ресурс дисков компрессора при одновременном снижении их веса.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов, "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", М.: "Машиностроение", стр. 52, рис. 3.1.

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