Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОКОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к турбокомпрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен турбокомпрессор газотурбинного двигателя, ротор которого выполнен с дисками с выносными элементами, на которых расположены шлицы, при этом ступицы дисков симметричны (патент RU №2106538).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточное центрирование шлиц по валу из-за значительной вытяжки ступиц дисков.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении ресурса и надежности двигателя путем обеспечения центровки и устранения вибраций ротора за счет перераспределения толщин по ширине ступиц дисков.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбокомпрессоре газотурбинного двигателя, ротор которого выполнен с дисками со ступицами, имеющими шлицы, вынесенные из под полотна на выносных элементах, согласно изобретению, ступицы расположены относительно оси полотна диска таким образом, что соотношение площадей F₁/F₂=1,2…1,9, где

F₁ - площадь сечения передней части ступицы в месте расположения выносного элемента со шлицами, F₂ - площадь сечения задней части ступицы.

Выполнение ступиц на дисках расположенными относительно оси полотна диска с соотношением площадей F₁/F₂=1,2…1,9 способствует снижению напряжений в шлицах ступицы диска за счет перераспределения толщин по ширине ступиц диска, что обеспечивает гарантированную центровку по шлицам вала, повышая циклическую долговечность шлиц и ресурс диска.

Для создания такого расположения ступиц дисков часть ступицы, примыкающая к выносному элементу, утолщается, а другая часть уменьшается, что уменьшает вытяжку части ступицы диска, примыкающей к выносному элементу. Таким образом происходит угловой поворот сечения ступицы диска.

Указанное воздействие представлено схематично на фиг.1.

При соотношении площадей F₁/F₂>1,9 появляется значительная недопустимая величина напряжений в точке Р. При этом разница в вытяжках L₁ и L₂ приводит к уменьшению вытяжки L₃ в шлицевом соединении, что позволяет уменьшить величину напряжений в шлицах (в концентраторах напряжений), обеспечить гарантированную центровку по шлицам вала. При значительной разности F₁ по сравнению с F₂ можно достичь напряжений сжатия в шлицах, но при этом перегружается ступица в точке Р. При F₁/F₂<1,2 перераспределение напряжений в ступице диска незначительно, но при этом усложняется изготовление.

На фиг.1 представлена схема взаимодействия толщин ступицы диска.

На фиг.2 изображен продольный разрез турбокомпрессора газотурбинного двигателя.

На фиг.3 элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Турбокомпрессор газотурбинного двигателя состоит из компрессора 1 и установленного в нем ротора 2 с рабочими колесами 3, диски 4 которых имеют ступицы 5 с шлицами 6 в соединении с валом 7. Ступица 5 состоит из передней части 8 и задней части 9 относительно оси 10 полотна диска. Шлицы 6 вынесены из под полотна на выносных элементах 11.

Работает устройство следующим образом.

При работе двигателя крутящий момент от турбины передается от вала 7 через шлицы 6 к рабочим колесам 3. Под действием центробежных сил задняя часть 9 ступицы 5 перемещается на больший радиус, чем передняя часть 8, при этом вытяжка в районе шлиц минимальна, что способствует повышению циклической долговечности шлиц и ресурса диска.

Предлагаемую конструкцию можно использовать в компрессоре и в турбине, имеющих диски со шлицами, вынесенными из под полотна.