Результат интеллектуальной деятельности: РОТОР ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ

Изобретение относится к области турбостроения, а точнее к турбинам газотурбинных двигателей.

Известен ротор двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя, содержащий вал, диски первой и второй ступеней с охлаждаемыми рабочими лопатками, а также промежуточный диск между рабочими дисками первой и второй ступеней, установленный опорными поверхностями обода на соответствующие опорные поверхности ободов дисков первой и второй ступеней [1].

Такая конструкция отличается простотой, однако, при высоких температурах газа, протекающего над ободом промежуточного диска, и высоких окружных скоростях обода высока вероятность выпучивания обода и его полома.

Известен также ротор двухступенчатой турбины, включающий два промежуточных диска, размещенных между рабочими дисками. Однако из-за несимметричности нагрузки высока вероятность поломки полотна промежуточного диска, что приводит к снижению надежности ротора турбины [2].

Техническая задача, решаемая изобретение, заключатся в повышении надежности ротора за счет исключения поломки промежуточных дисков из-за несимметричности нагрузки.

Данная задача решается за счет того, что в роторе двухступенчатой турбины, включающем два промежуточных диска, размещенных между рабочими дисками и имеющих полотна и ободы с опорной и консольными частями, согласно изобретению отношение длины опорной части обода промежуточного диска между полотном диска и торцем соседнего рабочего диска (L) к длине консольной части обода промежуточного диска (l) составляет 1,4-2,5.

При высоких температурах и больших окружных скоростях обод промежуточного диска не может нести нагрузку от собственных центробежных сил и стремится разорваться. Поэтому нагрузка от центробежных сил обода воспринимается в основном полотном и ступицей промежуточного диска, а часть центробежной нагрузки от опорной части, примыкающей к рабочему диску, воспринимается ободом этого диска.

Во избежание появления изгибных напряжений на полотне промежуточного диска нагрузка на полотно должна быть симметричной с учетом неравномерностей толщины обода по его длине и его температуры. Такая симметричность нагрузки достигается в том случае, когда отношение длины опорной части обода промежуточного диска между полотном диска и торцем соседнего рабочего диска (l) составляет 1,4-2,5. При отношении L/l < 1,4 или > 2,5 возникают изгибные напряжения в полотнах 9,10 промежуточных дисков 5 и 6.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показан продольный разрез ротора турбины с двумя промежуточными дисками. На фиг. 2 представлен элемент l на фиг. 1 в увеличенном виде.

Ротор двухступенчатой турбины 1 состоит из вала 2, на котором установлены рабочие диски первой ступени 3 и второй ступени 4, между которыми размещены передний 5 и задний 6 промежуточные диски, каждый из которых состоит из обода 7 и 8, полотна 9 и 10, а также ступиц 11 и 12 соответственно. Рабочие диски 3 и 4 включают в себя ободы 13 и 14, по цилиндрическим поверхностям 15 и 16 которых с помощью осевых цилиндрических выступов 17 и 18 промежуточные диски 5 и 6 установлены на рабочих дисках 3 и 4. Ободы 13 и 14 рабочих дисков 3 и 4 "охватывают" кольцевые осевые выступы 17 и 18 промежуточных дисков 5 и 6. Ободы 7 и 8 состоят из консольных 21, 22 и опорных 23, 24 частей. На ободах 13 и 14 рабочих дисков 3 и 4 установлены охлаждаемые рабочие лопатки первой и второй ступеней 19 и 20 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При работе турбины из-за высокого уровня температур и центробежных сил кольцевые ободы 7 и 8, омываемые по периферии высокотемпературной газовоздушной смесью, удерживаются полотнами 9 и 10 со ступицами 11 и 12, а также ободами 13 и 14 рабочих дисков 3, 4, которые имеют более низкую рабочую температуру, т.к. прикрыты охлаждаемыми рабочими лопатками 19 и 20.

Части 23 и 24 ободов промежуточных дисков 5 и 6, примыкающие к ободам 13 и 14 рабочих дисков 3 и 4, являются опорными, т.к. удерживаются с помощью ободов 13 и 14 через кольцевые осевые выступы 17 и 18 с одной стороны и полотном 9 или 10 промежуточных дисков 5 и 6 - с другой стороны. Нагрузки между ними распределены равномерно и симметрично, поэтому полотна 9 и 10 не испытывают при работе изгибных напряжений, что исключает поломку промежуточных дисков 5 и 6 и повышает надежность ротора.

Источники информации:
1. Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок, М., Машиностроение, 1970, с. 225.

2. Патент РФ N 1130008, F 01 D 5/18, F 02 C 7/12, 1982 г.