RU2273749C1

RU2273749C1 - Gas-turbine engine compressor and turbine rotor joint unit

Info

Publication number: RU2273749C1
Application number: RU2004126042/06A
Authority: RU
Inventors: Павел Никитович Гусев (RU); Павел Никитович Гусев; Василий Юрьевич Критский (RU); Василий Юрьевич Критский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-04-10

Abstract

FIELD: aircraft industry; aircraft engines.

SUBSTANCE: invention relates to design of joint unit of compressor and turbine rotors of gas-turbine engine. Proposed joint unit has intermediate shaft enclosing hollow splined ends of rotors of compressor and turbine and provided with bead, and threaded coupling member installed on splined end of turbine rotor. Radial-thrust bearing is installed on intermediate shaft opposite to compressor rotor end. Splines of intermediate shaft are made on bead, thrust bead is made on outer surface of turbine rotor end, splines of compressor rotor ends are made on its inner surface and splines of turbine rotor end are engaged with splines of bead of intermediate shaft and splines of compressor rotor end. Outer surface of compressor rotor end. Outer surface of compressor rotor end is in direct contact with inner surface of intermediate shaft, and end face surface of thrust bead of turbine rotor, with end face surface of intermediate shaft.

EFFECT: improved reliability of joint.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции узла соединения роторов газотурбинного авиадвигателя (ГТД).The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, and in particular to the design of the rotor connection unit of a gas turbine aircraft engine (GTE).

Известен узел соединения роторов компрессора и турбины ГТД, содержащий промежуточный вал, охватывающий полые шлицевые хвостовики роторов компрессора и турбины, снабженный буртиком, и резьбовой стяжной элемент, установленный на конце шлицевого хвостовика ротора турбины, причем на промежуточном вале установлен радиально-упорный подшипник, размещенный напротив хвостовика ротора компрессора [1].A known node for connecting the compressor rotors and the turbine engine turbine, containing an intermediate shaft covering the hollow spline shanks of the compressor rotors and the turbine, equipped with a shoulder, and a threaded coupling element mounted on the end of the spline shank of the turbine rotor, and on the intermediate shaft mounted angular contact bearing, located opposite compressor shank [1].

Недостатком известного устройства является значительная сложность сборки, а также отсутствие разгрузки осевых сил, действующих на радиально-упорный подшипник, установленный на промежуточном валу, т.к. только шлицевой хвостовик ротора турбины заведен в шлицы промежуточного вала и затянут гайкой через упорный буртик. Шлицевой хвостовик ротора компрессора просто заведен в шлицы промежуточного вала и не стянут с ним. Поэтому осевая сила от компрессора не передается на радиально-упорный подшипник и не разгружает его от действия осевых сил ротора турбины. Осевая сила от компрессора воспринимается другим радиально-упорным подшипником, установленным на наружном диаметре корпуса компрессора.A disadvantage of the known device is the significant complexity of the assembly, as well as the lack of unloading of axial forces acting on the angular contact bearing mounted on the intermediate shaft, because only the splined shank of the turbine rotor is inserted into the splines of the intermediate shaft and tightened with a nut through the thrust collar. The splined shank of the compressor rotor is simply inserted into the splines of the intermediate shaft and is not pulled with it. Therefore, the axial force from the compressor is not transmitted to the angular contact bearing and does not unload it from the action of the axial forces of the turbine rotor. The axial force from the compressor is perceived by another angular contact bearing mounted on the outer diameter of the compressor housing.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности соединения роторов компрессора и турбины ГТД.The objective of the present invention is to increase the reliability of the connection of the compressor rotors and the turbine engine.

Указанная задача достигается тем, что в известном узле соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя, содержащем промежуточный вал, охватывающий полые шлицевые хвостовики роторов компрессора и турбины, снабженный буртиком, и резьбовой стяжной элемент, установленный на конце шлицевого хвостовика ротора турбины, причем на промежуточном вале установлен радиально-упорный подшипник, размещенный напротив хвостовика ротора компрессора, согласно изобретению шлицы на промежуточном валу выполнены на буртике, на наружной поверхности хвостовика ротора турбины выполнен упорный буртик, шлицы хвостовика ротора компрессора выполнены на его внутренней поверхности, а шлицы хвостовика ротора турбины заведены в шлицы буртика промежуточного вала и шлицы хвостовика ротора компрессора, при этом наружная поверхность хвостовика ротора компрессора контактирует непосредственно с внутренней поверхностью промежуточного вала, а торцевая поверхность упорного буртика ротора турбины - с торцевой поверхностью промежуточного вала.This task is achieved by the fact that in the known node connecting the compressor rotors and the turbine of the gas turbine engine, containing an intermediate shaft covering the hollow spline shanks of the compressor rotors and the turbine, provided with a shoulder, and a threaded coupling element mounted on the end of the spline shaft of the turbine rotor, and on the intermediate shaft an angular contact bearing is installed, located opposite the compressor rotor shank, according to the invention, the splines on the intermediate shaft are made on the shoulder, on the outer a thrust collar is made on the surface of the turbine rotor shank, the compressor rotor shank slots are made on its inner surface, and the turbine rotor shank splines are inserted into the splines of the intermediate shaft flange and the compressor rotor shank splines, while the outer surface of the compressor rotor shank is in direct contact with the inner surface of the intermediate shaft, and the end surface of the thrust flange of the turbine rotor with the end surface of the intermediate shaft.

Такое выполнение устройства позволяет осуществить соединение хвостовиков роторов турбины и компрессора в области подшипника, что делает его более компактным и жестким. Это способствует снижению вибраций конструкции, увеличению коэффициента запаса по критической частоте вращения и расширению диапазона оборотов ротора двигателя, а следовательно, повышению надежности устройства. Кроме того, обеспечивается модульность конструкции.This embodiment of the device allows the connection of the shanks of the turbine rotors and compressor in the area of the bearing, which makes it more compact and rigid. This helps to reduce structural vibrations, increase the safety factor for the critical frequency of rotation and expand the range of revolutions of the rotor of the engine, and therefore, increase the reliability of the device. In addition, modular design is provided.

На фиг.1 изображен общий вид узла соединения роторов компрессора и турбины;Figure 1 shows a General view of the node connecting the rotors of the compressor and turbine;

на фиг.2 - промежуточный соединительный вал со шлицевыми хвостовиками роторов компрессора и турбины (элемент А фиг.1).figure 2 - intermediate connecting shaft with splined shanks of the rotors of the compressor and turbine (element A of figure 1).

Узел соединения роторов компрессора и турбины ГТД содержит промежуточный вал 1, охватывающий полые шлицевые хвостовики 2 и 3 соответственно роторов компрессора 4 и турбины 5. Промежуточный вал 1 снабжен буртиком 6. На конце шлицевого хвостовика 3 ротора турбины 5 установлен резьбовой стяжной элемент 7, а на промежуточном валу 1 - радиально-упорный подшипник 8, размещенный напротив хвостовика 2 ротора компрессора 4. На поверхности буртика 6 промежуточного вала 1 выполнены шлицы 9. На наружной поверхности шлицевого хвостовика 3 ротора турбины 5 выполнен упорный буртик 10. Шлицы 11 хвостовика 2 ротора компрессора 4 выполнены на его внутренней поверхности, а шлицы 12 хвостовика 3 ротора турбины 5 заведены в шлицы 9 буртика 6 промежуточного вала 1 и шлицы 11 хвостовика 2 ротора компрессора 4. Наружная поверхность 13 хвостовика 2 ротора компрессора 4 контактирует с внутренней поверхностью 14 промежуточного вала 1. Торцевая поверхность 15 упорного буртика 10 хвостовика 3 ротора турбины 5 контактирует с торцевой поверхностью 16 промежуточного вала 1 через регулировочные шайбы 17.The connection unit of the compressor rotors and the turbine engine turbine contains an intermediate shaft 1, covering the hollow spline shanks 2 and 3, respectively, of the compressor rotors 4 and the turbine 5. The intermediate shaft 1 is provided with a shoulder 6. At the end of the spline shank 3 of the turbine rotor 5, a threaded coupling element 7 is installed, and the intermediate shaft 1 - angular contact bearing 8, located opposite the shank 2 of the compressor rotor 4. On the surface of the shoulder 6 of the intermediate shaft 1 are made slots 9. On the outer surface of the spline shank 3 of the turbine rotor 5 the non-stop shoulder 10. The slots 11 of the shank 2 of the compressor rotor 4 are made on its inner surface, and the slots 12 of the shank 3 of the turbine rotor 5 are inserted into the slots 9 of the shoulder 6 of the intermediate shaft 1 and the slots 11 of the shank 2 of the compressor rotor 4. The outer surface 13 of the shank 2 of the rotor the compressor 4 is in contact with the inner surface 14 of the intermediate shaft 1. The end surface 15 of the thrust shoulder 10 of the shank 3 of the turbine rotor 5 is in contact with the end surface 16 of the intermediate shaft 1 through the adjusting washers 17.

Сборка соединения роторов компрессора и турбины с промежуточным валом осуществляется в следующей последовательности.The assembly of the connection of the compressor rotors and the turbine with the intermediate shaft is carried out in the following sequence.

В шлицы 9 промежуточного вала 1 вставляют шлицевой хвостовик 3 ротора турбины 5 так, чтобы его торцевая поверхность 15 его упорного буртика 10 контактировала через регулировочные шайбы 17 с торцевой поверхностью 16 промежуточного вала 1, при этом участок шлицевого хвостовика 3 ротора турбины 5 проходит через шлицы 9 промежуточного вала 1. Далее одновременно шлицевой хвостовик 2 ротора компрессора 4 заводят в шлицевой хвостовик 3 ротора турбины 5, а наружную поверхность 13 хвостовика 2 ротора компрессора 4 - внутрь промежуточного вала 1. Затем резьбовой стяжной элемент 7 ввертывают во внутреннюю резьбу шлицевого хвостовика 3 ротора турбины 5. Таким образом ротор компрессора 4, ротор турбины 5 и промежуточный вал 1 через указанные выше элементы получаются жестко стянутыми в одно целое.A splined shank 3 of the turbine rotor 5 is inserted into the splines 9 of the intermediate shaft 1 so that its end surface 15 of its thrust shoulder 10 contacts through the adjusting washers 17 with the end surface 16 of the intermediate shaft 1, while the portion of the splined shank 3 of the turbine 5 rotor passes through the splines 9 the intermediate shaft 1. Then, at the same time, the spline shaft 2 of the compressor rotor 4 is inserted into the spline shaft 3 of the turbine rotor 5, and the outer surface 13 of the shaft 2 of the compressor rotor 4 is inserted into the intermediate shaft 1. Then, threaded the first coupling element 7 is screwed into the internal thread of the splined shank 3 of the rotor of the turbine 5. Thus, the compressor rotor 4, the turbine rotor 5 and the intermediate shaft 1 through the above elements are rigidly tightened together.

Во время работы двигателя передача крутящего момента от ротора турбины 5 к ротору компрессора 4 и промежуточному валу 1 осуществляется через шлицевые соединения 9, 11 и 12, а уравновешивание осевых сил происходит через резьбовой стяжной элемент 7, причем разность осевых сил воспринимается радиально-упорным подшипником 8.During engine operation, torque is transmitted from the rotor of the turbine 5 to the compressor rotor 4 and the intermediate shaft 1 through spline connections 9, 11 and 12, and the axial forces are balanced through the threaded coupling element 7, and the difference in axial forces is perceived by the angular contact bearing 8 .

Предложенная конструкция позволяет обеспечить модульную сборку компрессора и турбины, т.к. промежуточный вал используется как соединительная муфта, в которую с одной стороны через шлицы промежуточного вала заводится шлицевой хвостовик ротора модуля турбины, с другой стороны шлицевой хвостовик ротора модуля компрессора одновременно заводится в шлицы ротора турбины и во внутреннюю цилиндрическую поверхность промежуточного вала. Затем узел соединения роторов стягивается резьбовым элементом.The proposed design allows for the modular assembly of the compressor and turbine, as the intermediate shaft is used as a coupling, into which, on the one hand, the splined shank of the rotor of the turbine module is fed through the splines of the intermediate shaft, on the other hand, the splined shank of the rotor of the compressor module is simultaneously inserted into the splines of the turbine rotor and in the inner cylindrical surface of the intermediate shaft. Then the rotor connection unit is pulled together by a threaded element.

Предложенное устройство обеспечивает высокую жесткость соединения, что способствует уменьшению вибраций, повышению критических чисел оборотов ротора двигателя и повышению его надежности.The proposed device provides high rigidity of the connection, which helps to reduce vibration, increase the critical speed of the rotor of the engine and increase its reliability.

Источник информацииThe source of information

1. ЕР № 0203881, кл. F 02 K 3/06, опубл. в 1988 г.1. EP No. 0203881, cl. F 02 K 3/06, publ. in 1988

Claims

An assembly for connecting a compressor rotor and a turbine of a gas turbine engine, comprising an intermediate shaft enclosing hollow spline shanks of the compressor rotor and turbine, provided with a collar, and a threaded coupling element mounted on the end of the spline shank of the turbine rotor, an angular contact bearing mounted opposite the shaft the compressor rotor shank, characterized in that the splines on the intermediate shaft are made on the shoulder, on the outer surface of the turbine rotor shank is made the shoulder, the splines of the compressor rotor shank are made on its inner surface, and the splines of the turbine rotor shank are inserted into the splines of the intermediate shaft flange and the splines of the compressor rotor shank, while the outer surface of the compressor rotor shank contacts directly with the inner surface of the intermediate shaft, and the end surface of the thrust collar turbine rotor - with the end surface of the intermediate shaft.