Результат интеллектуальной деятельности: РОТОР ТУРБОМАШИНЫ

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

Известен ротор турбомашины, в котором вал расположен с внутренней стороны от ступицы диска (Патент RU 2261350, F02C 7/12, F02C 7/06, 27.09.2005 г.).

Недостатком такой конструкции является низкая надежность и повышенный вес ротора, так как ступица диска располагается на увеличенном диаметре.

Наиболее близким к заявляемому является ротор турбомашины, включающий диск турбины, соединенный с валом компрессора болтовым соединением, и втулку, расположенную с внутренней стороны ступицы диска (Патент US 6883303, F02C 7/20, 26.04.2005 г.).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за сложного доступа к болтовому соединению диска турбомашины с валом компрессора, а также из-за низкой надежности втулки, расположенной с внутренней стороны ступицы диска.

Технический результат выражается в повышении надежности и технологичности конструкции ротора турбомашины за счет исключения дисбаланса ротора, снижения паразитных утечек воздуха, а также обеспечения доступа к болтовому соединению диска турбины с валом компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в роторе турбомашины, включающей диск турбины, соединенный с валом компрессора болтовым соединением, и втулку, расположенную с внутренней стороны ступицы диска, втулка состоит из неподвижной части, хвостовик которой выполнен с кольцевым ребром и кольцевой канавкой, и подвижной части, расположенной со стороны болтового соединения и выполненной с возможностью осевого сдвига, при этом передний хвостовик подвижной части втулки выполнен с уплотнительными кольцами и зафиксирован в радиальном направлении компрессорной втулкой, установленной на валу компрессора, а задний хвостовик подвижной части втулки выполнен с осевыми пазами и радиальными выступами и зафиксирован в радиальном направлении кольцевым ребром неподвижной части втулки, в окружном направлении - радиальными ребрами хвостовика неподвижной части втулки, входящими в осевые пазы хвостовика подвижной части втулки, а в осевом направлении - радиальными выступами, входящими во внутреннюю кольцевую канавку хвостовика неподвижной части втулки.

Выполнение втулки разъемной с возможностью осевого сдвига расположенной со стороны болтового соединения подвижной части втулки позволяет (за счет сдвижки части втулки) обеспечить доступ к болтовому соединению диска турбины с валом компрессора, а также обеспечивает качественную сборку ротора турбомашины, повышая его технологичность и надежность.

Выполнение переднего хвостовика подвижной части втулки с уплотнительными кольцами и его фиксация в радиальном направлении компрессорной втулкой обеспечивает надежное разделение полостей пониженного и повышенного давления воздуха, а также уменьшает паразитные утечки воздуха.

Выполнение заднего хвостовика подвижной части втулки с осевыми пазами и радиальными выступами и размещение в осевых пазах радиальных ребер неподвижной части втулки позволяет обеспечить фиксацию подвижной части втулки в окружном направлении. Фиксация заднего хвостовика в радиальном направлении охватывающим кольцевым ребром неподвижной части втулки исключает повышенный дисбаланс ротора турбомашины и повышает его надежность.

Фиксация заднего хвостовика подвижной части втулки в окружном направлении радиальными ребрами хвостовика неподвижной части втулки, входящими в осевые пазы хвостовика подвижной части втулки, а в осевом направлении - радиальными выступами, входящими во внутреннюю кольцевую канавку хвостовика неподвижной части втулки, обеспечивает надежное разделение полостей повышенного и пониженного давления воздуха в течение всего ресурса работы ротора турбомашины.

На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбомашины; на фиг.2 - продольный разрез ротора турбомашины в процессе его сборки; на фиг.3 представлен элемент I с фиг.1 в увеличенном виде; на фиг.4 - сечение А-А с фиг.3; на фиг.5 представлен элемент II с фиг.1 в увеличенном виде.

Ротор 1 турбомашины состоит из диска 2 турбины первой ступени, который соединен болтовым соединением 3 с валом 4 компрессора с передней стороны и с диском 5 турбины второй ступени с задней стороны, который, в свою очередь, соединен с валом турбины 6.

Для разделения воздушной полости 7 повышенного давления от воздушной полости 8 пониженного давления с внутренней стороны от ступицы диска 2 (и ступицы диска 5) установлена втулка, которая выполнена разъемной в осевом направлении и состоит из подвижной части 9, расположенной со стороны болтового соединения 3, и неподвижной части 10, которая радиальным ребром 11 зафиксирована между диском 5 турбины второй ступени и валом турбины 6.

Подвижная часть 9 выполнена с возможностью осевого сдвига в сторону вала 4 компрессора для обеспечения доступа к болтам 12 болтового соединения 3 при сборке ротора 1 турбомашины.

Передний хвостовик 13 подвижной части 9 втулки выполнен с уплотнительными кольцами 14 и 15 и зафиксирован в радиальном направлении компрессорной втулкой 16, установленной в валу 4 компрессора. Задний хвостовик 17 подвижной части 9 втулки выполнен с осевыми пазами 18 (с образованием осевых ребер 19) и радиальными выступами 20.

Хвостовик 21 неподвижной части 10 втулки выполнен с охватывающим кольцевым ребром 22 и кольцевой канавкой 23.

Задний хвостовик 17 зафиксирован в радиальном направлении кольцевым ребром 22 неподвижной части 10 втулки. В окружном направлении задний хвостовик 17 подвижной части 9 втулки зафиксирован радиальными ребрами 24 хвостовика 21 неподвижной части 10 втулки, входящими в осевые пазы 18 хвостовика подвижной части 9 втулки. В осевом направлении хвостовик 17 зафиксирован радиальными выступами 20, входящими во внутреннюю кольцевую канавку 23 хвостовика 21 неподвижной части 10 втулки.

Работает заявленное устройство следующим образом.

При сборке ротора 1 доступ к болтам 12 для затяжки болтового соединения 3 обеспечивается путем перемещения подвижной части 9 втулки в сторону вала 4 компрессора. После монтажа болтового соединения 3 подвижная часть втулки 9 перемещается в сторону вала турбины 6, осевые ребра 19 заднего хвостовика 17 подвижной части втулки 9 при этом упруго деформируются в радиальном направлении, обеспечивая надежную фиксацию радиальных выступов 20 в кольцевой канавке 23 неподвижной части 10 втулки.

При работе ротора 1 турбомашины под действием центробежных сил осевые ребра 19 заднего хвостовика 17 подвижной части втулки 9 упруго деформируются, обеспечивая надежную фиксацию радиальных выступов 20 в кольцевой канавке 23.