Патент на изобретение №2310088

(54) УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ ТУРБИНЫ И КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к трансмиссии, соединяющей роторы турбины и компрессора. Устройство соединения валов турбины и компрессора газотурбинного двигателя содержит промежуточный вал, в задний хвостовик которого по шлицам через шлицевую муфту установлен вал турбины, а в передний хвостовик – вал компрессора. На наружном диаметре шлиц вала турбины в кольцевую проточку заднего хвостовика промежуточного вала установлено центрирующее кольцо. Изобретение позволяет повысить надежность работы роликоподшипника турбины и уменьшить утечки воздуха в уплотнениях за счет улучшения крепления промежуточного вала на валу турбины. 3 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а именно к трансмиссии, соединяющей роторы турбины и компрессора.

Известен газотурбинный двигатель с трехопорным ротором, для компенсации несоосности опор которого на валу турбины установлена соединительная муфта (С.А.Вьюнов “Конструкция и проектирование авиационных ГТД”, стр.226, рис.4.66).

Недостатком известной конструкции является ее большой вес и габариты.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с узлом соединения валов газогенератора, состоящим из промежуточного вала, соединенного передним концом с валом компрессора (“двойная центровка” промежуточного вала), а задним концом через шлицевую муфту с валом турбины (патент RU №2190110).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является увеличенный перекос в соединении валов турбины и промежуточного из-за наличия только одной центровки, особенно на переменных режимах работы двигателя. При сборке может быть перекос в зазоре шлицевого соединения, который обычно составляет 0,12…0,24 мм. Перекос может привести к поломке роликоподшипника турбины и износу по лабиринтным уплотнениям, а также к увеличению вибрации и потребных радиальных зазоров по лопаткам турбины, что приводит к ухудшению параметров.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы роликоподшипника турбины и в уменьшении утечек воздуха в уплотнениях за счет улучшения крепления промежуточного вала на валу турбины.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве соединения валов турбины и компрессора газотурбинного двигателя, содержащем промежуточный вал, в задний хвостовик которого по шлицам через шлицевую муфту установлен вал турбины, а в передний хвостовик – вал компрессора, согласно изобретению, на наружном диаметре шлиц вала турбины в кольцевую проточку заднего хвостовика промежуточного вала установлено центрирующее кольцо.

Установка центрирующего кольца на наружном диаметре шлиц вала турбины в кольцевую проточку заднего хвостовика промежуточного вала позволяет фиксировать хвостовик вала турбины, исключая угловые перемещения и минуя шлицевую втулку, что улучшает работу роликоподшипника турбины и уменьшает радиальные зазоры между статором и ротором турбины, что в целом повышает надежность и КПД газотурбинного двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства соединения валов турбины и компрессора газотурбинного двигателя.

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

На фиг.3 – сечение А-А на фиг.2.

Устройство соединения 1 состоит из статора 2 с установленным в нем шарикоподшипником 3 и роликоподшипником 4, а также ротором компрессора 5 и консольным ротором турбины 6. Вал 7 компрессора 5 и вал 8 ротора турбины 6 соединены между собой с помощью промежуточного вала 9, соединенного с валом 7 компрессора своим передним хвостовиком 10 с помощью шлиц 11, а задним хвостовиком 12 через шлицевую муфту 13 – с валом 8 турбины. Осевое усилие от ротора турбины 6 на промежуточный вал 9 передается через резьбовую втулку 14 на внутреннее и наружное сферические кольца 15 и 16, шлицевую муфту 13 и гайку 17. Промежуточный вал 9 фиксируется в осевом направлении с помощью гайки 18. В радиальном направлении задний хвостовик 12 вала 9 фиксируется относительно вала 8 турбины 6 с помощью центрирующего кольца 16, установленного на вал 8 турбины 6. Дополнительно в радиальном направлении задний хвостовик 12 вала 9 фиксируется относительно вала 8 турбины 6 с помощью центрирующего кольца 20, установленного своим внутренним диаметром на наружный диаметр Д эвольвентных шлиц 19, а наружным диаметром – в кольцевой проточке 21 заднего конца 12 промежуточного вала 9, минуя шлицевую муфту.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя на промежуточный вал 9 действует со стороны вала 8 ротора турбины 6 крутящий момент, который передается на вал 9 с помощью шлиц 19, и осевое усилие, которое передается на вал 9 через гайку 17. Задний хвостовик 12 вала 9 не получает возможность угловых перемещений в пределах зазоров по шлицам 19 из-за того, что этому препятствует центрирующее кольцо 20, фиксируя хвостовик вала в радиальном направлении (работает “двойная посадка” вала, когда имеются центровки, расположенные до шлиц и за шлицами соединяемых валов).

Таким образом, исключается радиальное перемещение хвостовика вала, что уменьшает радиальные зазоры между статором и ротором турбины, повышая КПД и надежность двигателя.

Формула изобретения

Устройство соединения валов турбины и компрессора газотурбинного двигателя, содержащее промежуточный вал, в задний хвостовик которого по шлицам через шлицевую муфту установлен вал турбины, а в передний хвостовик – вал компрессора, отличающееся тем, что на наружном диаметре шлиц вала турбины в кольцевую проточку заднего хвостовика промежуточного вала установлено центрирующее кольцо.

РИСУНКИ