Результат интеллектуальной деятельности: Ротор турбины

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

Известен ротор турбины, включающий в себя диск турбины с установленным на его ободе при помощи байонетного соединения уплотнительным кольцом, зафиксированным в окружном направлении контровочным замком. Недостатком такой конструкции является низкая надежность из-за повышенной температуры полотна и ступицы диска (Патент RU №2517462, МПК F01D 5/30, опубл. 27.05.2014).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является ротор турбины, в котором на диске установлен дефлектор, зафиксированный на ободе диска байонетным соединением, а относительно ступицы диска - болтовым соединением (Патент RU №2470170, МПК F02C 7/12, опубл. 20.12.2012).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность и повышенная масса конструкции из-за повышенных напряжений в болтовом соединении и наличия радиальных фланцев для установки болтового соединения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и снижении массы конструкции.

Техническая задача решается тем, что в роторе турбины, содержащий диск турбины, на ободе которого верхним байонетным соединением установлен дефлектор диска, ступица которого выполнена с цилиндрическим упругим элементом и с щелевой полостью относительно цилиндрического упругого элемента диска, согласно изобретению на хвостовике цилиндрического упругого элемента дефлектора диска выполнены направленные к оси ротора турбины радиальные выступы, на цилиндрическом упругом элементе диска выполнены направленные от оси ротора турбины радиальные выступы, образующие совместно с радиальными выступами дефлектора нижнее байонетное соединение, зафиксированное в окружном направлении контровочным замком с осевым пластинчатым выступом, с возможностью пластической деформации пластинчатого выступа в радиальном направлении на торцевую поверхность хвостовика упругого элемента дефлектора, причем радиальная высота контровочного замка равна радиальной высоте щелевой полости между упругими элементами диска и дефлектора, а контровочный замок выполнен Т-образным в плане, и число радиальных выступов дефлектора в нижнем байонетном соединении кратно или равно числу осевых выступов дефлектора в верхнем байонетном соединении.

Выполнение на хвостовике цилиндрического упругого элемента дефлектора, направленного к оси ротора турбины радиальных выступов, образующих с направленными от оси ротора турбины радиальными выступами на упругом цилиндрическом элементе диска нижнее байонетное соединение, зафиксированное в окружном направлении контровочным замком, позволяет зафиксировать дефлектор относительно диска в окружном и в осевом направлениях, а также исключить из конструкции болтовое соединение между диском и дефлектором, что повышает надежность ротора турбины и снижает его массу.

Выполнение контровочного замка с осевым пластинчатым выступом, с возможностью пластической деформации пластинчатого выступа в радиальном направлении на торцевую поверхность хвостовика цилиндрического упругого элемента дефлектора, исключает осевое перемещение контровочного замка относительно хвостовика дефлектора к диску ротора, что повышает надежность ротора турбины.

Выполнение радиальной высоты контровочного замка, равной радиальной высоте щелевой полости между упругими элементами диска и дефлектора, исключает радиальное перемещение контровочного замка под действием центробежных сил при работе ротора турбины, что исключает дисбаланс ротора и повышает его надежность.

Выполнение контровочного замка Т-образным в плане обеспечивает осевую фиксацию контровочного замка в направлении от диска ротора - радиальными выступами хвостовика дефлектора, что обеспечивает надежную работу ротора турбины.

Выполнение числа радиальных выступов хвостовика дефлектора в нижнем байонетном соединении, кратным или равным числу осевых выступов дефлектора в верхнем байонетном соединении, обеспечивает равномерный подвод охлаждающего воздуха на рабочие лопатки ротора турбины, что повышает его надежность.

На фиг. 1 представлен продольный разрез ротора турбины.

На фиг. 2 представлен элемент I ротора турбины в увеличенном виде.

На фиг. 3 показано размещение контровочного замка в щелевой полости между упругими элементами диска и дефлектора при сборке.

На фиг. 4 показан вид А элемента I ротора турбины.

На фиг. 5 показан вид Б элемента I ротора турбины.

Ротор 1 турбины (без позиции) состоит из диска 2 турбины, на ободе 3 которого верхним байонетным соединением 4 установлен дефлектор 5 диска 2. Вернее байонетное соединение 4 образовано осевыми выступами 6 дефлектора 5 и осевыми выступами 7 обода 3 диска 2. На ободе 3 диска 2 установлены также рабочие лопатки 8, на охлаждение которых поступает охлаждающий воздух 9 из воздушной полости 10 между диском 2 и полотном 11 дефлектора 5.

Ступица 12 дефлектора 5 диска 2 выполнена с цилиндрическим упругим элементом 13 и с щелевой полостью 14 относительно цилиндрического упругого элемента 15 диска 2 турбины, причем на внутренней поверхности 16 хвостовика 17 цилиндрического упругого элемента 13 дефлектора 5 выполнены направленные к оси 18 ротора 1 турбины радиальные выступы 19. На внешней поверхности 20 цилиндрического упругого элемента 15 диска 2 выполнены направленные от оси 18 ротора 1 турбины радиальные выступы 21, образующие совместно с радиальными выступами 19 дефлектора 5 нижнее байонетное соединение 22. В окружном направлении нижнее байонетное соединение 22 фиксируется контровочным замком 23, который выполнен с осевым пластинчатым выступом 24, с возможностью пластической деформации осевого пластинчатого выступа 24 в радиальном направлении на торцевую поверхность 25 хвостовика 17 цилиндрического упругого элемента 13 дефлектора 5.

Радиальная высота h контровочного замка 23 равна радиальной высоте Н щелевой полости 14 между цилиндрическими упругими элементами 13 и 15 дефлектора 5 и диска 2 соответственно.

Для фиксации контровочного замка 23 в осевом направлении радиальными выступами 19 дефлектора 5, контровочный замок 23 выполнен Т-образным в плане, с окружными выступами 26 и 27.

Для обеспечения сборки ротора 1 турбины и обеспечения равномерного по окружности подвода охлаждающего воздуха 9 на рабочие лопатки 8, число радиальных выступов 19 дефлектора 5 в нижнем байонетном соединении 22 равно числу осевых выступов 6 дефлектора 5 в верхнем байонетном соединении 4 дефлектора 5 с диском 2 и равно числу рабочих лопаток 8.

При сборке ротора 1 турбины контровочный замок 23 предварительно размещается в щелевой полости 14, а после совмещения радиальных выступов 19 и 21 нижнего байонетного соединения 22 сдвигается в осевом направлении от диска 2 и фиксируется в осевом направлении путем пластической деформации пластинчатого выступа 24 на торцевую поверхность 25 хвостовика 17 дефлектора 5. Осевой контакт радиальных выступов 19 и 21 нижнего байонетного соединения 22 при сборке обеспечивается за счет сил упругости полотна 11 дефлектора 5, а при работе ротора 1 турбины к силам упругости полотна 11 добавляется усилие от избыточного давления охлаждающего воздуха 9 в воздушной полости 10 между диском 2 и дефлектором 5.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками позволяет зафиксировать дефлектор относительно диска в окружном и в осевом направлениях, исключить из конструкции болтовое соединение между диском и дефлектором, осевое перемещение контровочного замка относительно хвостовика дефлектора к диску ротора, радиальное перемещение контровочного замка под действием центробежных сил и дисбаланс ротора турбины, повысить надежность ротора турбины и снизить его массу.