RU2522233C1

RU2522233C1 - Shafts uncoupling assembly for gas turbine engine low-pressure rotor

Info

Publication number: RU2522233C1
Application number: RU2013122547/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Еричев; Николай Владимирович Кикоть; Юрий Николаевич Шмотин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-07-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: countershaft is arranged between low-pressure compressor rotor shaft and low-pressure turbine shaft and splined therewith tangentially while axially it is coupled by coupling bolt and pipe, respectively. Note here that coupling pipe is locked tangentially by coupling pipe splines. Said pipe locks tangentially said coupling bolt by splines and is splined with low-pressure compressor rotor. Note here that spring is arranged between coupling bolt and lock pipe and aligned with the latter. Besides, cavity is made at stator section confined by sleeve and axially displacing piston. Said cavity communicated with hydraulic system delivery side via channel with bypass line. Note also that said piston is locked tangentially relative to sleeves by splines. Note that spring is arranged between said sleeve and piston and aligned with the latter. Besides, near tend surface of lock pipe and piston are tapered to make the gap there between. Bypass valve is connected with digital control system computer.EFFECT: preservation is shafts alignment at worst-case situation.2 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины.The present invention relates to gas turbine engines (GTE) for aviation applications, namely, to the design of the connection node of the compressor rotors and turbine.

В качестве наиболее близкого аналога выбрана «Система отсоединения вентилятора от турбореактивного двигателя с помощью взрывного заряда», описанная в патенте на изобретение RU 2317449 C2.As the closest analogue selected "System for disconnecting a fan from a turbojet engine using an explosive charge", described in patent for invention RU 2317449 C2.

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

Основным недостатком прототипа является то, что при отсоединении ротора компрессора посредством разрушения механических звеньев крепления опоры взрывом, который инициируется компьютером на основе информации от соответствующих средств измерений, происходит радиальное перемещение ротора компрессора относительно ротора турбины с последующим разрушением проточной части компрессора, а также возможной деформацией корпусов. Все это приводит к еще большему дисбалансу, и вибрационная нагрузка будет воздействовать на подвеску двигателя и самолет, вплоть до полной остановки разрушенного ротора.The main disadvantage of the prototype is that when disconnecting the compressor rotor by destroying the mechanical links of the support mounting by an explosion, which is initiated by a computer on the basis of information from appropriate measuring instruments, the compressor rotor moves radially relative to the turbine rotor with subsequent destruction of the compressor flow path, as well as possible deformation of the cases . All this leads to an even greater imbalance, and the vibration load will affect the engine mount and the aircraft, up to a complete stop of the destroyed rotor.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является сохранение соосности роторов компрессора и турбины при их отсоединении во время нештатной ситуации.The technical result achieved by using the present invention is to maintain the alignment of the compressor rotors and the turbine when they are disconnected during an emergency.

Указанный технический результат достигается тем, что узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя содержит вал компрессора низкого давления, механически связанный с валом турбины низкого давления, установленный в подшипниках, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор, при этом между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями, а в осевом направлении стяжным болтом и стяжной трубой соответственно, причем стяжная труба зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов контровочной трубой, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт посредством шлицевого соединения и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением, при этом между стяжным болтом и контровочной трубой, соосно последней, установлена пружина, кроме того, в статорной части выполнена полость, ограниченная втулкой и поршневым элементом, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном, причем поршневой элемент зафиксирован в окружном направлении относительно втулки шлицами, при этом между втулкой и поршневым элементом, соосно последнему установлена пружина, кроме того, близлежащие торцевые поверхности контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними.The specified technical result is achieved by the fact that the shaft disconnection unit in the low pressure rotor of the gas turbine engine comprises a low pressure compressor shaft mechanically connected to the low pressure turbine shaft, mounted in bearings, each of which is connected to the stator part of the gas turbine engine, while between the shaft the rotor of the low pressure compressor and the shaft of the low pressure turbine has an intermediate shaft connected to them in the circumferential direction by splined joints, and in the axle in the opposite direction with the coupling bolt and the coupling pipe, respectively, wherein the coupling pipe is secured in the circumferential direction by means of splines with a control pipe securing the coupling bolt in the circumferential direction by means of a spline connection and an additional splined connection connected to the low pressure compressor rotor, between the coupling bolt and the control pipe, coaxially with the latter, a spring is installed, in addition, a cavity is defined in the stator part, bounded by a sleeve and a piston element, made with possible axial displacement, communicated with the discharge line of the hydraulic system, for example oil, through a channel with a bypass valve, and the piston element is fixed in the circumferential direction relative to the sleeve with splines, while a spring is installed coaxially between the sleeve and the piston element, in addition, adjacent end surfaces the locking pipe and the piston element are conical with the formation of a gap between them.

Такое выполнение устройства обеспечивает сохранение соосности ротора компрессора относительно ротора турбины, за счет того, что ротор компрессора остается на своих опорах, а ротор турбины смещается в осевом направлении с последующим принудительным остановом за счет контролируемого трения за счет минимальных осевых зазоров между ротором и статором. Это обеспечивает сохранение компрессорных узлов, особенно корпусных элементов, и трансмиссии, а также не увеличивает вибрационного состояния двигателя в процессе останова.This embodiment of the device ensures that the compressor rotor is aligned with respect to the turbine rotor, due to the compressor rotor remaining on its supports, and the turbine rotor displaced in the axial direction with subsequent forced stop due to controlled friction due to minimal axial gaps between the rotor and the stator. This ensures the preservation of compressor units, especially housing elements, and transmission, and also does not increase the vibrational state of the engine during shutdown.

Упомянутый перепускной клапан может быть связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью.Mentioned bypass valve can be connected to the computer of the digital control system with full responsibility.

Управление системой отсоединения при помощи компьютера позволяет отложить отсоединение ротора, или не производить его, чтобы оптимизировать остаточную тягу во время трудного периода полета. Т.е. двигатель будет продолжать работу на меньшей тяге в пределах допустимых уровней вибраций.Computer control of the disconnect system allows you to postpone the disconnection of the rotor, or not to make it, to optimize the residual traction during a difficult period of flight. Those. the engine will continue to run at lower thrust within the acceptable vibration levels.

Сущность настоящего изобретения поясняется фиг.1 и 2, на которых изображен узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя с закрытым перепускным клапаном, а также узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя с открытым перепускным клапаном, соответственно.The essence of the present invention is illustrated in figures 1 and 2, which depicts a unit for disconnecting shafts in a low pressure rotor of a gas turbine engine with a closed bypass valve, as well as a unit for disconnecting shafts in a low pressure rotor of a gas turbine engine with an open bypass valve, respectively.

Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора низкого давления 1, механически связанный с валом турбины низкого давления 2, установленный в подшипниках 3 и 4, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор 5 и 6. При этом между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал 7, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями 8 и 9, а в осевом направлении стяжным болтом 10 и стяжной трубой 11 соответственно. Причем стяжная труба 11 зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов 12 контровочной трубой 13, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт 10 посредством шлицевого соединения 14 и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением 15, при этом между стяжным болтом 10 и контровочной трубой 13, соосно последней, установлена пружина 16. Кроме того, в статорной части выполнена полость 17, ограниченная втулкой 18 и поршневым элементом 19, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью 20 гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном 21. Причем поршневой элемент 19 зафиксирован в окружном направлении относительно втулки 18 шлицами 22. При этом между втулкой 18 и поршневым элементом 19, соосно последнему установлена пружина 23. Кроме того, близлежащие торцевые поверхности 24 и 25 контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними. Перепускной клапан 21 связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью 26 (см. фиг.1).A shaft disconnection assembly in a low pressure rotor of a gas turbine engine, comprising a low pressure compressor shaft 1 mechanically coupled to a low pressure turbine shaft 2 mounted in bearings 3 and 4, each of which is connected to the stator part of the gas turbine engine by bearings 5 and 6. between the rotor shaft of the low-pressure compressor and the shaft of the low-pressure turbine, an intermediate shaft 7 is installed, connected to them in the circumferential direction by splined joints 8 and 9, and in the axial direction by a coupling bolt 10 and yazhnoy pipe 11, respectively. Moreover, the coupling pipe 11 is fixed in the circumferential direction by means of the slots 12 with the locking pipe 13, fixing the coupling bolt 10 in the circumferential direction by means of a spline connection 14 and an additional splined connection 15 connected to the low-pressure compressor rotor, while between the coupling bolt 10 and the locking pipe 13, coaxially the latter, a spring 16 is installed. In addition, a cavity 17 is made in the stator part, bounded by a sleeve 18 and a piston element 19, made with the possibility of axial displacement, reported from the pump the main line 20 of the hydraulic system, for example, oil, through a channel with a bypass valve 21. Moreover, the piston element 19 is fixed in the circumferential direction relative to the sleeve 18 with splines 22. In this case, a spring 23 is installed coaxially between the sleeve 18 and the piston element 19. In addition, nearby the end surfaces 24 and 25 of the locking pipe and the piston element are conical with a gap between them. The bypass valve 21 is connected to the computer of the digital control system with full responsibility 26 (see figure 1).

При возникновении нештатной ситуации в работе двигателя, в случае обрыва лопатки или по другим причинам, определяемыми алгоритмами компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью 26 по командам средств измерений, срабатывает клапан 21, отделяющий нагнетающую масляную 20 от полости 17. В полости 17 давление масла повышается до рабочего уровня и приводит поршневой элемент 19 к осевому смещению до контакта конических поверхностей 24 и 25, преодолевая усилие пружины 23. Контровочная труба 13 смещается максимально вправо вплоть до упора в стяжную трубу 11, преодолевая усилие пружины 16. При этом шлицы 15 и 14 выходят из зацепления. Остается зацепление только в шлицах 12. Поршневой элемент 19 за счет трения, при этом возможна сварка по коническим поверхностям 24 и 25, удерживает контровочную трубу 13 в окружном направлении, которая удерживает стяжную втулку 11. Вал турбины низкого давления 2 свинчивается по резьбе стяжной втулки 11 и смещается по шлицам вправо (по потоку). Происходит контролируемое касание ротора турбины о статор с последующим остановом ротора. Пружины 16 и 23 необходимы, чтобы однозначно определять осевое положение контровочной трубы и поршневого элемента соответственно при нормальной работе двигателя (см. фиг.2).In the event of an emergency in the engine operation, in the event of a blade breakdown or for other reasons determined by the algorithms of the digital control system computer with full responsibility 26 according to the commands of the measuring instruments, a valve 21 is activated that separates the pumping oil 20 from the cavity 17. In the cavity 17, the oil pressure rises to the working level and leads the piston element 19 to axial displacement to the contact of the conical surfaces 24 and 25, overcoming the force of the spring 23. The control pipe 13 is displaced as far as possible to the right up to it is time in the shrink tube 11, overcoming the force of the spring 16. In this case, the slots 15 and 14 are disengaged. There remains only engagement in the splines 12. The piston element 19 due to friction, while welding on conical surfaces 24 and 25 is possible, holds the control pipe 13 in the circumferential direction, which holds the compression sleeve 11. The low pressure turbine shaft 2 is screwed onto the thread of the compression sleeve 11 and shifts along the slots to the right (downstream). A controlled touch of the turbine rotor against the stator occurs, followed by a stop of the rotor. Springs 16 and 23 are necessary to uniquely determine the axial position of the locking pipe and piston element, respectively, during normal engine operation (see figure 2).

В связи с вышеизложенным, специалисту на основании уровня техники должно быть очевидно, что заявленная конструкция обеспечивает сохранение соосности ротора компрессора относительно ротора турбины, при контролируемом разрушении двигателя в нештатной ситуации, что обеспечивает сохранение трансмиссии и корпусных элементов, а также не увеличивает вибрационного состояния двигателя в процессе его останова.In connection with the foregoing, it should be obvious to a specialist on the basis of the prior art that the claimed design ensures that the compressor rotor is in alignment with respect to the turbine rotor, with controllable engine failure in an emergency, which ensures the preservation of the transmission and housing elements, and also does not increase the vibrational state of the engine in the process of stopping it.

Claims

1. Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий вал компрессора низкого давления, механически связанный с валом турбины низкого давления, установленный в подшипниках, каждый из которых связан со статорной частью газотурбинного двигателя посредством опор, отличающийся тем, что между валом ротора компрессора низкого давления и валом турбины низкого давления установлен промежуточный вал, соединенный с ними в окружном направлении шлицевыми соединениями, а в осевом направлении стяжным болтом и стяжной трубой соответственно, причем стяжная труба зафиксирована в окружном направлении посредством шлицов контровочной трубой, фиксирующей в окружном направлении стяжной болт посредством шлицевого соединения и связанной с ротором компрессора низкого давления дополнительным шлицевым соединением, при этом между стяжным болтом и контровочной трубой, соосно последней, установлена пружина, кроме того, в статорной части выполнена полость, ограниченная втулкой и поршневым элементом, выполненным с возможностью осевого смещения, сообщенная с нагнетающей магистралью гидравлической системы, например масляной, посредством канала с перепускным клапаном, причем поршневой элемент зафиксирован в окружном направлении относительно втулки шлицами, при этом между втулкой и поршневым элементом, соосно последнему установлена пружина, кроме того, близлежащие торцевые поверхности контровочной трубы и поршневого элемента выполнены коническими с образованием зазора между ними.1. A shaft disconnect assembly in a low pressure rotor of a gas turbine engine, comprising a low pressure compressor shaft mechanically coupled to a low pressure turbine shaft mounted in bearings, each of which is connected to the stator part of the gas turbine engine by bearings, characterized in that between the compressor rotor shaft of low pressure and the shaft of the low pressure turbine has an intermediate shaft connected to them in the circumferential direction by splined joints, and in the axial direction by a coupling bolt and with a connecting pipe, respectively, wherein the coupling pipe is secured in the circumferential direction by means of splines with a control pipe securing the coupling bolt in the circumferential direction by means of a spline connection and an additional splined connection connected to the low pressure compressor rotor, while a spring is installed between the coupling bolt and the control pipe coaxially of the latter in addition, in the stator part there is a cavity bounded by a sleeve and a piston element configured to axially displace, communicated by a pressure line of a hydraulic system, for example, oil, through a channel with a bypass valve, the piston element being fixed in the circumferential direction relative to the sleeve with splines, while a spring is installed coaxially between the sleeve and the piston element, in addition, the adjacent end surfaces of the control pipe and piston element are made conical with the formation of a gap between them.

2. Узел отсоединения валов в роторе низкого давления газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что перепускной клапан связан с компьютером цифровой системы управления с полной ответственностью. 2. The node disconnecting the shafts in the low pressure rotor of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the bypass valve is connected to the computer of the digital control system with full responsibility.