RU2310088C2 - Device for connecting shafts of turbine and compressor of gas-turbine engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; gas-turbine engines.

SUBSTANCE: invention relates to transmission connecting rotors of turbine and compressor. Proposed device contains intermediate shaft, whose tail piece is fitted in turbine shaft by splines through splined sleeve, and front piece is fitted in compressor shaft. Alignment ring is fitted in ring groove on intermediate shaft tail piece on outer diameter of splines of turbine shaft.

EFFECT: improved reliability of roller bearing of turbine, reduced air leakage through seals owing to improved fastening of intermediate shaft on shaft of turbine.

3 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а именно к трансмиссии, соединяющей роторы турбины и компрессора.The invention relates to gas turbine engines (GTE), namely to a transmission connecting the rotors of the turbine and compressor.

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).A gas turbine engine with a three-rotor rotor is known, to compensate for the misalignment of the bearings of which a coupling is installed on the turbine shaft (S. A. Vyunov "Design and design of aircraft gas turbine engines", p. 226, Fig. 4.66).

Недостатком известной конструкции является ее большой вес и габариты.A disadvantage of the known design is its large weight and dimensions.

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).Closest to the claimed one is a gas turbine engine with a gas generator shaft connection unit consisting of an intermediate shaft connected to the compressor shaft by the front end (“double centering” of the intermediate shaft) and the rear end through a spline coupling with the turbine shaft (patent RU No. 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.A disadvantage of the known design adopted for the prototype is the increased skew in the connection of the shafts of the turbine and the intermediate due to the presence of only one alignment, especially in variable engine operating modes. During assembly, there may be a skew in the gap of the spline connection, which is usually 0.12 ... 0.24 mm. Misalignment can lead to breakdown of the turbine roller bearing and wear on labyrinth seals, as well as to an increase in vibration and the required radial clearances along the turbine blades, which leads to deterioration of parameters.

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.The technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability of the turbine roller bearing and to reduce air leaks in the seals by improving the fastening of the intermediate shaft to the turbine shaft.

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.The essence of the technical solution lies in the fact that in the device for connecting the shafts of the turbine and the compressor of the gas turbine engine containing an intermediate shaft, the turbine shaft is installed in the rear shank of the splines through the splined sleeve, and the compressor shaft, according to the invention, is installed on the outer diameter of the splines in the front shank of the compressor a turbine shaft, a centering ring is installed in the annular groove of the rear shank of the intermediate shaft.

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.The installation of a centering ring on the outer diameter of the turbine shaft splines in the annular groove of the rear shank of the intermediate shaft allows the turbine shaft shank to be fixed, eliminating angular movements and bypassing the splined sleeve, which improves the operation of the turbine roller bearing and reduces the radial clearance between the stator and turbine rotor, which generally increases reliability and efficiency of a gas turbine engine.

На фиг.1 изображен продольный разрез устройства соединения валов турбины и компрессора газотурбинного двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of a device for connecting the shafts of a turbine and a compressor of a gas turbine engine.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.Figure 2 - element I in figure 1 in an enlarged view.

На фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.Figure 3 is a section aa in figure 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.The connection device 1 consists of a stator 2 with a ball bearing 3 and a roller bearing 4 installed in it, as well as a compressor rotor 5 and a cantilever rotor of a turbine 6. The shaft 7 of the compressor 5 and the shaft 8 of the turbine 6 rotor are interconnected by means of an intermediate shaft 9 connected to the shaft 7 of the compressor with its front shank 10 using the slot 11, and the rear shank 12 through the spline coupling 13 with the shaft 8 of the turbine. The axial force from the rotor of the turbine 6 to the intermediate shaft 9 is transmitted through the threaded sleeve 14 to the inner and outer spherical rings 15 and 16, the spline coupling 13 and the nut 17. The intermediate shaft 9 is axially fixed with the nut 18. In the radial direction, the rear shank 12 shaft 9 is fixed relative to shaft 8 of turbine 6 with a centering ring 16 mounted on shaft 8 of turbine 6. Additionally, in the radial direction, the rear shank 12 of shaft 9 is fixed relative to shaft 8 of turbine 6 with a centering ring 20 copulating their inner diameter to the outer diameter D of involute spline 19 and the outer diameter - the annular groove 21 in the rear end 12 of the intermediate shaft 9, bypassing the splined coupling.

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).The device operates as follows. When the engine is running on the countershaft 9, there is a torque from the shaft 8 of the turbine rotor 6, which is transmitted to the shaft 9 by means of the slot 19, and the axial force that is transmitted to the shaft 9 through the nut 17. The rear shank 12 of the shaft 9 does not receive the possibility of angular movements within the gaps on the splines 19 due to the fact that the centering ring 20 prevents this, fixing the shaft shank in the radial direction (the shaft “double fits” when there are alignments located up to the splines and behind the splines of the connected shafts).

Таким образом, исключается радиальное перемещение хвостовика вала, что уменьшает радиальные зазоры между статором и ротором турбины, повышая КПД и надежность двигателя.Thus, the radial movement of the shaft shank is eliminated, which reduces the radial gaps between the stator and the turbine rotor, increasing the efficiency and reliability of the engine.

Claims (1)

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.A device for connecting the shafts of a turbine and a compressor of a gas turbine engine, comprising an intermediate shaft, a turbine shaft installed in the rear shank of the splines through a spline coupling, and a compressor shaft in the front shank, characterized in that the outer diameter of the turbine shaft splines in the rear groove of the rear shank of the intermediate the shaft has a centering ring.

Images