RU2773854C2 - Rotation-preventing spacer with transverse keys - Google Patents

Abstract

FIELD: engineering elements.

SUBSTANCE: proposed in the invention is a rotation-preventing spacer with transverse keys for use in a gas turbine engine (100). The compressor assembly disk (220) may have a ring (240) with transverse keys, having multiple keys (241), gears, or teeth alternating with multiple gaps (242) forming a surface (260) with transverse keys. The keys or gears of the surface with transverse keys can engage with the corresponding gears (243) made on the spacer (230) of the compressor assembly rotor (210). The gears of the spacer in combination with the gears or keys of the ring with transverse keys can prevent relative rotation of the spacer (230) and the disk (221) of the compressor.

EFFECT: above gives special advantages in transient modes, such as a start and shutdown of the gas turbine engine.

15 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение в целом относится к газотурбинным двигателям и, в частности, направлено на предотвращение вращения проставок компрессора.The present invention generally relates to gas turbine engines, and in particular is directed to preventing compressor spacers from rotating.

Уровень техники State of the art

Газотурбинные двигатели содержат следующие секции: компрессор, отсек сгорания и турбину. Компоненты секций газотурбинного двигателя подвержены воздействию высоких температур и давлений. Эти температуры и давления могут изменяться во время переходных процессов газотурбинного двигателя, особенно во время пуска и останова газотурбинного двигателя. Компоненты могут термически расширяться с разной скоростью, что приводит к потере управления между компонентами и термическим напряжениям и деформациям внутри компонентов.Gas turbine engines contain the following sections: compressor, combustion chamber and turbine. The components of gas turbine engine sections are exposed to high temperatures and pressures. These temperatures and pressures may change during gas turbine engine transients, especially during start-up and shutdown of the gas turbine engine. Components can thermally expand at different rates, resulting in loss of control between components and thermal stresses and strains within components.

В публикации заявки на патент США № 2012/0051918, выданной Glasspoole, описано устройство бандажного кольца для удержания компонента в осевом направлении на вращающемся компоненте газотурбинного двигателя. Устройство бандажного кольца содержит разъемное бандажное кольцо, закрепленное в кольцевой канавке, образованной на радиально наружной поверхности вращающегося компонента. Внутренний диаметр бандажного кольца смещен внутрь в радиальном контакте с обращенным радиально наружу седлом, предусмотренным на одном из двух компонентов, подлежащих сборке. Элемент, препятствующий вращению, предусмотрен на внутреннем диаметре бандажного кольца для удержания кольца от вращения. Втулка окружает бандажное кольцо для ограничения его радиального расширения при воздействии центробежных сил во время работы двигателя.US Patent Application Publication No. 2012/0051918 to Glasspoole describes a shroud ring arrangement for holding a component axially on a rotating component of a gas turbine engine. The shroud ring device comprises a detachable shroud ring fixed in an annular groove formed on the radially outer surface of the rotating component. The inside diameter of the retaining ring is offset inwardly in radial contact with a radially outwardly facing seat provided on one of the two components to be assembled. An anti-rotation element is provided on the inside diameter of the retaining ring to keep the ring from rotating. The sleeve surrounds the shroud ring to limit its radial expansion when exposed to centrifugal forces during engine operation.

В публикации заявки на патент США № 2012/0315142, выданной Bosco, описан механизм для прижатия уплотнительного кольца контура охлаждения лопастей турбинного двигателя к турбинному колесу, удерживающему лопасти, при этом колесо удерживает на своей расположенной ниже по потоку поверхности кольцевой фланец, расположенный радиально и образующий на поверхности канавку, выполненную с возможностью размещения уплотнительного кольца. US Patent Application Publication No. 2012/0315142 to Bosco describes a mechanism for pressing a turbine engine blade cooling circuit O-ring against a turbine wheel holding the blades, the wheel retaining on its downstream surface an annular flange disposed radially and forming on the surface of the groove, made with the possibility of accommodating the sealing ring.

Фланец содержит по меньшей мере два выреза на его краю, расположенных напротив дна канавки, для образования окон для вставки в канавку в осевом направлении кулачков, поддерживаемых окружностью кольца, обращенной к канавке колеса. Механизм содержит язычок болта, выполненный с возможностью размещения в канавке между поверхностью колеса и кольцом, и зажим, имеющий форму для поддержки поверхностью колеса и зацепления с болтом, чтобы обеспечить прижатие кольца к фланцу.The flange comprises at least two cutouts on its edge, located opposite the bottom of the groove, to form windows for inserting into the groove in the axial direction of the cams supported by the ring circumference facing the wheel groove. The mechanism includes a bolt tongue configured to be placed in a groove between the wheel surface and the ring, and a clamp shaped to support the wheel surface and engage with the bolt to force the ring against the flange.

Настоящее изобретение относится к решению одной или более проблем, выявленных авторами изобретения.The present invention relates to solving one or more problems identified by the inventors.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В целом в настоящем изобретении описываются системы и способы, относящиеся к проставке с поперечными шпонками, препятствующей вращению, в турбинном двигателе. Каждое из систем, способов и устройств согласно настоящему изобретению имеет несколько новаторских аспектов, ни один из которых не несет исключительной ответственности за раскрытые в данном документе желаемых характеристик.In general, the present invention describes systems and methods relating to an anti-rotation keyed spacer in a turbine engine. Each of the systems, methods and devices of the present invention has several innovative aspects, none of which is solely responsible for the desired characteristics disclosed herein.

В одном аспекте настоящего изобретения предлагается диск компрессора в сборе. Диск компрессора в сборе может иметь кольцо с поперечными шпонками. Кольцо с поперечными шпонками может иметь кольцевой корпус, имеющий окружность, образованную наружной поверхностью, и заднюю поверхность кольца, ортогональную наружной поверхности. Кольцо с поперечными шпонками может иметь несколько шпонок, чередующихся с несколькими зазорами, образуя поверхность с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, при этом каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками. Диск компрессора в сборе может иметь диск компрессора, выполненный с возможностью вмещать несколько лопастей компрессора по наружной окружности. Диск компрессора может иметь обод, выступающий из наружной части диска компрессора, образующий наружную окружность диска компрессора. Диск компрессора может иметь переднюю поверхность диска, расположенную радиально внутрь от обода. Диск компрессора может иметь передний выступ, проходящий в осевом направлении вперед от обода и определяющий глубину выступа. Глубина выступа может проходить от передней поверхности диска до поверхности переднего выступа вдоль внутренней поверхности переднего выступа. Передний выступ может вмещать кольцо с поперечными шпонками, находящееся в посадке с натягом на внутренней поверхности переднего выступа таким образом, что задняя поверхность кольца располагается смежно с передней поверхностью диска, а наружная поверхность – смежно с внутренней поверхностью переднего выступа.In one aspect of the present invention, a compressor disk assembly is provided. The compressor disc assembly may have a keyed ring. The keyed ring may have an annular body having a circumference defined by the outer surface and a back surface of the ring orthogonal to the outer surface. The keyed ring may have multiple keys interleaved with multiple gaps to form a keyed surface opposite the back surface of the ring, with each key of the multiple keys enclosing an annular sector of the keyed surface. The compressor disk assembly may have a compressor disk configured to receive a plurality of compressor blades around an outer circumference. The compressor disk may have a rim protruding from the outside of the compressor disk to form the outer circumference of the compressor disk. The compressor disk may have a front surface of the disk located radially inward from the rim. The compressor disk may have a front protrusion extending axially forward from the rim and defining the depth of the protrusion. The depth of the protrusion may extend from the front surface of the disc to the surface of the front protrusion along the inner surface of the front protrusion. The front shoulder may receive a keyed ring that is in an interference fit on the inner surface of the front shoulder such that the back surface of the ring is adjacent to the front surface of the disk and the outer surface is adjacent to the inner surface of the front shoulder.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается ротор компрессора в сборе для использования в газотурбинном двигателе. Ротор компрессора в сборе может иметь диск компрессора, имеющий обод, при этом обод имеет наружную поверхность, образующую наружную поверхность диска, причем обод выполнен с возможностью вмещения нескольких лопастей ротора вокруг наружной поверхности диска. Ротор компрессора в сборе может иметь кольцо с поперечными шпонками, расположенное радиально внутрь от обода, при этом кольцо с поперечными шпонками имеет несколько шпонок, чередующихся с несколькими зазорами, образуя поверхность с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, причем каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками. Ротор компрессора в сборе может иметь проставку. Проставка может иметь корпус проставки, имеющий по существу кольцевую форму, и наружную поверхность проставки. Проставка может иметь несколько зубцов проставки, образованных на задней поверхности корпуса проставки, при этом каждый зубец проставки из нескольких зубцов проставки охватывает кольцевой сектор задней поверхности, причем несколько зубцов проставки выполнено с возможностью зацепления с несколькими шпонками.In another aspect of the present invention, a compressor rotor assembly is provided for use in a gas turbine engine. The compressor rotor assembly may have a compressor disk having a rim, the rim having an outer surface forming the outer surface of the disk, the rim being configured to receive a plurality of rotor blades around the outer surface of the disk. The compressor rotor assembly may have a keyed ring disposed radially inward of the rim, wherein the keyed ring has a plurality of keys interleaved with a plurality of gaps to form a keyed surface opposite the back surface of the ring, each key of the plurality of keys enclosing an annular sector of the surface with transverse keys. The compressor rotor assembly may have a spacer. The spacer may have a spacer body having a substantially annular shape and an outer surface of the spacer. The spacer may have several spacer teeth formed on the rear surface of the spacer body, each spacer tooth of the multiple spacer teeth enclosing an annular sector of the rear surface, the multiple spacer teeth being configured to engage with the multiple keys.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается способ модернизации газотурбинного двигателя. Способ может включать формирование передней поверхности диска на диске компрессора в радиальном направлении внутрь от обода, при этом обод имеет наружную поверхность, образующую наружную поверхность диска компрессора, причем обод выполнен с возможностью вмещения нескольких лопастей ротора по наружной поверхности диска. Способ может включать формирование внутренней поверхности переднего выступа, проходящей на глубину выступа от передней поверхности диска компрессора до поверхности переднего выступа, при этом передний выступ проходит в осевом направлении вперед от обода. Способ может включать посадку кольца с поперечными шпонками на диск компрессора, при этом кольцо с поперечными шпонками имеет несколько шпонок, чередующихся с несколькими зазорами, образуя поверхность с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, причем каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками, при этом при посадке дополнительно располагают заднюю поверхность кольца смежно с передней поверхностью диска.In another aspect of the present invention, a method for upgrading a gas turbine engine is provided. The method may include forming a front surface of the disk on the compressor disk in a radial direction inward from the rim, wherein the rim has an outer surface forming the outer surface of the compressor disk, and the rim is configured to accommodate several rotor blades along the outer surface of the disk. The method may include forming an inner surface of the front lug extending to a depth of lug from the front surface of the compressor disk to the surface of the front lug, the front lug extending axially forward from the rim. The method may include fitting a keyed ring onto a compressor disk, wherein the keyed ring has multiple keys interleaved with multiple gaps to form a keyed surface opposite the back surface of the ring, each key of the multiple keys enclosing an annular sector of the cross keyed surface. dowels, while landing additionally have the rear surface of the ring adjacent to the front surface of the disc.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения должны быть очевидны из следующего описания, которое в качестве примера иллюстрирует аспекты настоящего изобретения.Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following description, which by way of example illustrates aspects of the present invention.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Подробности вариантов осуществления настоящего изобретения, как в отношении их конструкции, так и работы, могут быть частично подобраны в результате изучения прилагаемых графических материалов, в которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям и на которых:Details of the embodiments of the present invention, both with regard to their construction and operation, can be gleaned in part from a study of the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like parts and in which:

на фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация иллюстративного газотурбинного двигателя;in fig. 1 is a schematic illustration of an exemplary gas turbine engine;

на фиг. 2 представлен вид в перспективе задней части ротора компрессора в сборе 210, показанного на фиг. 1; иin fig. 2 is a perspective view of the rear of the compressor rotor assembly 210 shown in FIG. one; and

на фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, который может использоваться в газотурбинном двигателе 100, показанном на фиг. 1;in fig. 3 is a cross-sectional view of a portion of a gas turbine engine compressor 200 that can be used in the gas turbine engine 100 shown in FIG. one;

на фиг. 4 представлен вид в разобранном состоянии диска компрессора и проставки, показанных на фиг. 3;in fig. 4 is an exploded view of the compressor disc and spacer shown in FIG. 3;

на фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, который может использоваться в газотурбинном двигателе 100, показанном на фиг. 1;in fig. 5 is a cross-sectional view of a portion of a gas turbine engine compressor 200 that may be used in the gas turbine engine 100 shown in FIG. one;

на фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, показанного на фиг. 1, взятый вдоль линии 6—6 на фиг. 5; иin fig. 6 is a cross-sectional view of a portion of the turbine engine compressor 200 shown in FIG. 1 taken along line 6-6 in FIG. 5; and

на фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, показанного на фиг. 1, взятый вдоль линии 7—7 на фиг. 6.in fig. 7 is a cross-sectional view of a portion of the turbine engine compressor 200 shown in FIG. 1 taken along line 7-7 in FIG. 6.

Подробное описаниеDetailed description

Подробное описание, изложенное ниже в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, предназначено в качестве описания различных вариантов осуществления и не предназначено для представления исключительных вариантов осуществления, в которых настоящее изобретение может быть реализовано на практике. Подробное описание включает конкретные детали с целью обеспечения полного понимания вариантов осуществления. Тем не менее, специалистам в данной области техники будет понятно настоящее изобретение без этих конкретных деталей. В некоторых случаях хорошо известные элементы и компоненты показаны в упрощенной форме для краткости описания.The detailed description set forth below in conjunction with the accompanying drawings is intended as a description of various embodiments and is not intended to represent the exclusive embodiments in which the present invention may be practiced. The detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the embodiments. However, those skilled in the art will understand the present invention without these specific details. In some instances, well-known elements and components are shown in simplified form for brevity of description.

На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация иллюстративного газотурбинного двигателя. Некоторые поверхности были опущены или преувеличены (на этой и на других фигурах) для ясности и простоты объяснения. Также настоящее изобретение может ссылаться на переднее и заднее направление. В целом все ссылки на «передний» и «задний» связаны с направлением потока первичного воздуха (т. е. воздуха, используемого в процессе сгорания), если не указано иное. Например, передний является «расположенным выше по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха, и задний является «расположенным ниже по потоку» по отношению к потоку первичного воздуха.In FIG. 1 is a schematic illustration of an exemplary gas turbine engine. Some surfaces have been omitted or exaggerated (in this and other figures) for clarity and ease of explanation. Also, the present invention may refer to forward and backward directions. In general, all references to "front" and "rear" refer to the direction of flow of the primary air (i.e. the air used in the combustion process) unless otherwise noted. For example, the front is "upstream" of the primary air flow, and the rear is "downstream" of the primary air flow.

В дополнение, описание может в целом ссылаться на центральную ось 95 вращения газотурбинного двигателя, которая может в целом быть определена продольной осью его вала 120 (удерживаемого несколькими подшипниками 150 в сборе). Центральная ось 95 может быть общей или совместной с различными другими концентричными компонентами двигателя. Все ссылки на радиальное, осевое и окружное направления и измерения относятся к центральной оси 95, если не указано иное, и такие термины, как «внутренний» и «наружный», в целом указывают на меньшую или большую удаленность в радиальном направлении, при этом радиус 96 может проходить в любом направлении, перпендикулярном центральной оси 95 и отходящем наружу от нее.In addition, the description may generally refer to the central axis of rotation 95 of a gas turbine engine, which may generally be defined by the longitudinal axis of its shaft 120 (supported by a plurality of bearings 150 assemblies). The central axle 95 may be common or shared with various other concentric engine components. All references to radial, axial and circumferential directions and measurements refer to the central axis 95, unless otherwise indicated, and terms such as "inner" and "outer" generally indicate less or more distance in the radial direction, with the radius 96 may extend in any direction perpendicular to and outward from central axis 95.

Газотурбинный двигатель 100 содержит впуск 110, вал 120, турбокомпрессор или «компрессор» 200, отсек 300 сгорания, турбину 400, выпуск 500 для отработавших газов и муфту для передачи выходной мощности. Газотурбинный двигатель 100 может быть в конфигурации с одним валом или с двумя валами. Пунктирными линиями на фиг. 1 приблизительно показаны разные секции газотурбинного двигателя 100.Turbine engine 100 includes an intake 110, a shaft 120, a turbocharger or "compressor" 200, a combustion chamber 300, a turbine 400, an exhaust outlet 500, and a clutch for transmitting the power output. Gas turbine engine 100 may be in a single shaft or double shaft configuration. Dotted lines in Fig. 1 approximately shows different sections of gas turbine engine 100.

Компрессор 200 содержит ротор компрессора в сборе 210, неподвижные лопатки 250 компрессора («статоры») и впускные направляющие лопатки 255. Ротор компрессора в сборе 210 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор компрессора в сборе 210 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор компрессора в сборе 210 содержит один или более дисков компрессора в сборе 220 и одну или более проставок 230. Каждый диск компрессора в сборе 220 содержит диск 221 ротора компрессора (фиг.2), который по окружности заполнен лопастями 227 ротора компрессора (фиг. 2). В вариантах осуществления каждая проставка 230 проходит между ободами 222 смежных дисков компрессора в сборе 220 (см. фиг. 3). Статоры 250 в осевом направлении следуют за каждым из дисков компрессора в сборе 220. Каждый диск компрессора в сборе 220, спаренный со смежными статорами 250, которые следуют за диском компрессора в сборе 220, считается ступенью компрессора. Компрессор 200 содержит множество ступеней компрессора. Входные направляющие лопатки 255 в осевом направлении могут предшествовать первой ступени компрессора.Compressor 200 includes a compressor rotor assembly 210, stationary compressor vanes ("stators") 250, and inlet guide vanes 255. Compressor rotor assembly 210 is mechanically coupled to shaft 120. As shown, compressor rotor assembly 210 is an axial flow rotor assembly. . The compressor rotor assembly 210 includes one or more compressor disc assemblies 220 and one or more spacers 230. Each compressor disc assembly 220 includes a compressor rotor disc 221 (FIG. 2) that is circumferentially filled with compressor rotor blades 227 (FIG. 2). ). In embodiments, each spacer 230 extends between rims 222 of adjacent disks of compressor assembly 220 (see FIG. 3). Stators 250 axially follow each of the compressor disk assembly 220. Each compressor disk assembly 220 paired with adjacent stators 250 that follow the compressor disk assembly 220 is considered a compressor stage. Compressor 200 includes a plurality of compressor stages. The inlet guide vanes 255 in the axial direction may precede the first compressor stage.

Отсек 300 сгорания содержит один или более инжекторов 310 и содержит одну или более камер 390 сгорания.Compartment 300 combustion contains one or more injectors 310 and contains one or more chambers 390 combustion.

Турбина 400 содержит ротор турбины в сборе 410 и сопла 450 турбины. Ротор турбины в сборе 410 механически соединен с валом 120. Как показано, ротор турбины в сборе 410 представляет собой ротор осевого потока в сборе. Ротор турбины в сборе 410 содержит один или более дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420 содержит диск турбины, который по окружности заполнен лопатками турбины. Сопла 450 турбины в осевом направлении предшествуют каждому из дисков турбины в сборе 420. Каждый диск турбины в сборе 420, спаренный со смежным соплом 450 турбины, которое предшествует диску турбины в сборе 420, считается ступенью турбины. Турбина 400 содержит несколько ступеней турбины.Turbine 400 includes a turbine rotor assembly 410 and turbine nozzles 450. Turbine rotor assembly 410 is mechanically coupled to shaft 120. As shown, turbine rotor assembly 410 is an axial flow rotor assembly. Turbine rotor assembly 410 includes one or more turbine disc assemblies 420. Each turbine disc assembly 420 includes a turbine disc that is circumferentially filled with turbine blades. Turbine nozzles 450 axially precede each of turbine disc assembly 420. Each turbine disc assembly 420 paired with an adjacent turbine nozzle 450 that precedes turbine disc assembly 420 is considered a turbine stage. Turbine 400 contains several turbine stages.

Выпуск 500 для отработавших газов содержит диффузор 510 отработавших газов и коллектор 520 отработавших газов.The exhaust outlet 500 includes an exhaust diffuser 510 and an exhaust manifold 520.

На фиг. 2 представлен вид в перспективе задней части ротора компрессора в сборе 210, показанного на фиг. 1. Ротор компрессора в сборе 210 содержит диски компрессора в сборе 220, проставки 230 и заднюю ступицу 245. Каждый диск компрессора в сборе 220 содержит диск 221 ротора компрессора («диск») и несколько лопастей 227 ротора компрессора. Диски 221 соединяются или свариваются вместе при формировании ротора компрессора в сборе 210. В показанном варианте осуществления диски 221 соединены вместе криволинейными зубцами 219. Каждый диск 221 по окружности заполнен лопастями 227 ротора компрессора.In FIG. 2 is a perspective view of the rear of the compressor rotor assembly 210 shown in FIG. 1. Compressor rotor assembly 210 includes compressor disc assemblies 220, spacers 230, and a rear hub 245. Each compressor disc assembly 220 includes a compressor rotor disc 221 (“disk”) and multiple compressor rotor blades 227. The discs 221 are joined or welded together to form the compressor rotor assembly 210. In the embodiment shown, the discs 221 are joined together by curved teeth 219. Each disc 221 is filled with compressor rotor blades 227 circumferentially.

Каждый диск 221 может содержать наружную поверхность 229 диска. Наружная поверхность 229 диска является радиально наружной поверхностью диска 221 и образует часть внутренней поверхности пути потока через компрессор 200.Each disc 221 may include an outer surface 229 of the disc. Disc outer surface 229 is the radially outer surface of disc 221 and forms part of the inner surface of the flow path through compressor 200.

Каждая проставка 230 может содержать наружную поверхность 239 проставки. Наружная поверхность 239 проставки является радиально наружной поверхностью проставки 230 и образует часть внутренней поверхности пути потока через компрессор 200. Наружная поверхность 239 проставки может в целом находиться заподлицо с наружной поверхностью 229 диска для образования внутренней поверхности пути потока воздуха 10 через компрессор 200.Each spacer 230 may include an outer surface 239 of the spacer. The outer surface 239 of the spacer is the radially outer surface of the spacer 230 and forms part of the inner surface of the flow path through the compressor 200. The outer surface 239 of the spacer may generally be flush with the outer surface 229 of the disk to form the inner surface of the air flow path 10 through the compressor 200.

Задняя ступица 245 может быть расположена сзади дисков 221 и обычно является самым задним компонентом ротора компрессора в сборе 210. Задняя ступица 245 может иметь форму диска. Поверхность контакта 248 с валом проходит назад от задней ступицы 245 в форме диска и имеет цилиндрическую форму. Поверхность контакта 248 с валом может быть конической для соединения с частью вала 120.The rear hub 245 may be located behind the discs 221 and is typically the rearmost component of the compressor rotor assembly 210. The rear hub 245 may be in the form of a disc. The shaft contact surface 248 extends rearward from the rear hub 245 in the form of a disc and has a cylindrical shape. Shaft contact surface 248 may be tapered for engagement with a portion of shaft 120.

На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, который может использоваться в газотурбинном двигателе 100, показанном на фиг. 1. Диск 221 из каждого диска компрессора в сборе 220 (фиг. 2) содержит обод 222, переднее плечо 225 и заднее плечо 226. Обод 222 расположен на самой наружной радиальной части диска 221 и может быть расположен на радиально наружной окружности диска 221. В одном варианте осуществления обод 222 проходит полностью по окружности диска 221. Обычно каждый обод 222 содержит передний выступ 223, проходящий в осевом направлении вперед, и задний выступ 224, проходящий в осевом направлении назад. В одном варианте осуществления как передний выступ 223, так и задний выступ 224 проходят полностью по окружности диска 221. Передний выступ 223 может иметь поверхность 228 переднего выступа.In FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of a gas turbine engine compressor 200 that can be used in the gas turbine engine 100 shown in FIG. 1. The disc 221 of each compressor disc assembly 220 (FIG. 2) includes a rim 222, a front arm 225, and a rear arm 226. The rim 222 is located on the outermost radial portion of the disc 221 and may be located on the radially outer circumference of the disc 221. In In one embodiment, the rim 222 extends completely around the circumference of the disk 221. Typically, each rim 222 includes a front ridge 223 extending axially forward and a rear ridge 224 extending axially rearward. In one embodiment, both the front shoulder 223 and the rear shoulder 224 extend completely around the circumference of the disk 221. The front shoulder 223 may have a front shoulder surface 228.

Переднее плечо 225 и заднее плечо 226 расположены радиально внутрь от обода 222 и радиально наружу от оси диска 221. Переднее плечо 225 и заднее плечо 226 могут соединять смежные диски 221 вместе (например, посредством криволинейных зубцов 219). В одном варианте осуществления переднее плечо 225 и заднее плечо 226 проходят полностью по окружности диска 221. Переднее плечо 225 проходит в осевом направлении вперед, а заднее плечо 226 проходит в осевом направлении назад. Каждый диск 221 соединяется со смежным диском 221. Переднее плечо 225 одного диска радиально выровнено с задним плечом смежного диска 221. В одном варианте осуществления каждое переднее плечо 225 и каждое заднее плечо 226 содержат криволинейные зубцы 219 (фиг. 2).Front arm 225 and rear arm 226 are located radially inward from rim 222 and radially outward from the axis of disc 221. Front arm 225 and rear arm 226 may connect adjacent discs 221 together (eg, through curved teeth 219). In one embodiment, front arm 225 and rear arm 226 extend completely around disc 221. Front arm 225 extends axially forward and rear arm 226 extends axially rearward. Each disc 221 is connected to an adjacent disc 221. The front arm 225 of one disc is radially aligned with the rear arm of the adjacent disc 221. In one embodiment, each front arm 225 and each rear arm 226 comprise curved teeth 219 (FIG. 2).

Лопасти 227 ротора компрессора соединяются с дисками 221 на ободе 222. Каждая лопасть 227 ротора компрессора содержит основание (не показано) с удерживающим элементом, таким как соединение типа «елочка» или «ласточкин хвост». Прорези в ободе 222 имеют соответствующий удерживающий элемент, который прикрепляет каждую лопасть 227 ротора компрессора к диску 221.Compressor rotor blades 227 are connected to discs 221 on rim 222. Each compressor rotor blade 227 includes a base (not shown) with a retaining member such as a herringbone or dovetail. The slots in the rim 222 have a corresponding retainer that secures each compressor rotor blade 227 to the disk 221.

Каждая проставка 230 в целом имеет форму полого цилиндра или кругового кольца. Проставки 230 проходят между смежными дисками 221 и соединяются со смежными ободами 222 с помощью прессовой посадки, скользящей посадки или посадки с натягом. В одном варианте осуществления передний конец проставок 230 соединяется со смежным диском 221 с помощью скользящей посадки, в то время как задний конец проставок 230 соединяется со смежным диском 221 с помощью прессовой посадки. В другом варианте осуществления передний конец проставок 230 соединяется со смежным диском 221 с помощью прессовой посадки, в то время как задний конец проставок 230 соединяется со смежным диском 221 с помощью скользящей посадки. Проставки 230 расположены радиально внутрь от статоров 250.Each spacer 230 generally has the shape of a hollow cylinder or a circular ring. The spacers 230 extend between adjacent discs 221 and are connected to adjacent rims 222 by a press fit, slip fit, or interference fit. In one embodiment, the front end of the spacers 230 is connected to the adjacent disk 221 with a slip fit, while the rear end of the spacers 230 is connected to the adjacent disk 221 with a press fit. In another embodiment, the front end of the spacers 230 is connected to the adjacent disk 221 by a press fit, while the rear end of the spacers 230 is connected to the adjacent disk 221 by a slip fit. The spacers 230 are located radially inward from the stators 250.

Каждый статор 250 может проходить радиально внутрь от кожуха 252 статора к проставке 230. Статоры 250 могут быть выровнены по окружности и располагаться радиально наружу от проставки 230 для образования сопла для текучей среды между дисками 221 ротора компрессора.Each stator 250 may extend radially inward from stator housing 252 to spacer 230. Stators 250 may be circumferentially aligned and positioned radially outward from spacer 230 to form a fluid nozzle between compressor rotor disks 221.

Каждая проставка 230 может иметь цилиндрический корпус 231, переднюю кромку 232 и заднюю поверхность 233. Корпус 231 может представлять собой полый цилиндр или круговое кольцо. Передняя кромка 232 может проходить в осевом направлении вперед от корпуса 231. Передняя кромка 232 может представлять сбой кольцевой фланец, выступающий вперед от корпуса 231. Задняя поверхность 233 может проходить в осевом направлении назад от корпуса 231 в направлении, противоположном передней кромке 232. Задняя поверхность 233 может представлять собой кольцевой фланец, проходящий назад от корпуса 231.Each spacer 230 may have a cylindrical body 231, a leading edge 232, and a back surface 233. The body 231 may be a hollow cylinder or a circular ring. The leading edge 232 may extend axially forward from the housing 231. The leading edge 232 may be a failure annular flange protruding forward from the housing 231. The trailing surface 233 may extend axially rearward from the housing 231 in a direction opposite to the leading edge 232. Rear surface 233 may be an annular flange extending rearward from body 231.

Передняя кромка 232 может в осевом направлении перекрываться с задним выступом 224 смежного диска 221 и может располагаться радиально внутрь от заднего выступа 224. Передняя кромка 232 может иметь скользящую посадку, прессовую посадку или посадку с натягом с задним выступом 224. Задняя поверхность 233 может в осевом направлении перекрываться с передним выступом 223 смежного диска 221 и может располагаться радиально внутрь от переднего выступа 223. Задняя поверхность 233 может иметь скользящую посадку, прессовую посадку или посадку с натягом с передним выступом 223 на поверхности 228 переднего выступа.The leading edge 232 may axially overlap with the rear shoulder 224 of the adjacent disk 221 and may be located radially inward from the rear shoulder 224. The leading edge 232 may have a slip fit, a press fit, or an interference fit with the rear shoulder 224. overlap with the front shoulder 223 of the adjacent disc 221 and may be located radially inward from the front shoulder 223. The rear surface 233 may have a slip fit, press fit, or interference fit with the front shoulder 223 on the front shoulder surface 228.

Ротор компрессора в сборе 210 может также содержать одно или более колец 240 с поперечными шпонками, расположенных между каждой проставкой 230 и диском 221. Кольцо 240 с поперечными шпонками может препятствовать проскальзыванию проставки 230 (в направлении вращения) относительно смежного диска 221.The compressor rotor assembly 210 may also include one or more keyed rings 240 disposed between each spacer 230 and disc 221. The keyed ring 240 may prevent spacer 230 from sliding (in direction of rotation) relative to adjacent disc 221.

На фиг. 4 представлен вид в разобранном состоянии диска компрессора и проставки, показанных на фиг. 3. Кольцо 240 с поперечными шпонками может иметь кольцевой корпус 258 и несколько элементов или шпонок 241, препятствующих вращению. Каждая из шпонок 241 может быть отделена зазором 242. В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может иметь 18 или более шпонок 241. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что количество шпонок 241 может варьироваться в зависимости от диаметра проставки 230 и диаметра кольца 240 с поперечными шпонками. В некоторых вариантах осуществления увеличенное количество шпонок 241 может снизить напряжения на компонентах диска компрессора в сборе 220 и ротора компрессора в сборе 210. В показанном примере 18 шпонок могут обеспечивать баланс между приемлемыми значениями напряжения и сложностью увеличенной механической обработки увеличенного количества шпонок 241. В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может иметь более 18 шпонок 241. В некоторых других вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками, используемое для модернизации диска компрессора в сборе 220, может дополнительно ограничиваться указанным количеством шпонок 241, принимая во внимание тонкую конструкцию кольцевого корпуса 258. Шпонки 241 могут представлять собой зубья или зубцы, которые чередуются с зазорами 242, образуя поверхность 260 с поперечными шпонками. Шпонки 241 и зазоры 242 входят в зацепление с соответствующими зубцами 243 проставки (фиг. 5) на корпусе 231 проставки 230. Каждое кольцо 240 с поперечными шпонками может дополнительно иметь заднюю поверхность 262 кольца, противоположную поверхности 260 с поперечными шпонками.In FIG. 4 is an exploded view of the compressor disc and spacer shown in FIG. 3. The keyed ring 240 may have an annular body 258 and several anti-rotation features or keys 241. Each of the keys 241 may be separated by a gap 242. In some embodiments, the transverse key ring 240 may have 18 or more keys 241. Those skilled in the art will appreciate that the number of keys 241 may vary depending on the diameter of the spacer 230 and the diameter rings 240 with transverse keys. In some embodiments, the increased number of keys 241 may reduce stresses on components of the compressor disk assembly 220 and compressor rotor assembly 210. In the example shown, the 18 keys may provide a balance between acceptable stress levels and the difficulty of increased machining of the increased number of keys 241. In some embodiments, In some embodiments, the keyed ring 240 may have more than 18 keys 241. In some other embodiments, the keyed ring 240 used to retrofit the compressor disc assembly 220 may be further limited to the specified number of keys 241, given the thin design of the annular housing 258. The keys 241 may be teeth or teeth that alternate with gaps 242 to form a cross-keyed surface 260. The keys 241 and gaps 242 engage corresponding spacer teeth 243 (FIG. 5) on the body 231 of the spacer 230. Each keyed ring 240 may further have a ring back surface 262 opposite to the side keyed surface 260.

Кольцо 240 с поперечными шпонками также может иметь несколько установочных штифтов (штифтов) 244 для поперечных шпонок, которые прикрепляют кольцо 240 с поперечными шпонками к диску 221 через отверстия 247. В некоторых примерах кольцо 240 с поперечными шпонками может быть установлено на диск 221 в качестве модернизации. Штифты 244 могут способствовать закреплению кольца 240 с поперечными шпонками и предотвращению его деформации, например, во время установки.The keyed ring 240 may also have a plurality of keyed locating pins (pins) 244 that attach the keyed ring 240 to the disc 221 through holes 247. In some examples, the keyed ring 240 may be installed on the disc 221 as an upgrade. . The pins 244 can help secure the keyed ring 240 and prevent it from deforming, for example, during installation.

Кольцо 240 с поперечными шпонками может быть соединено с диском 221 посредством посадки с натягом. Штифты 244 могут быть вставлены через отверстия 247 в соответствующие отверстия в диске 221 для дополнительного прикрепления кольца 240 с поперечными шпонками к диску 221. В некоторых вариантах осуществления диск 221 может быть модернизирован с помощью кольца 240 с поперечными шпонками путем механической обработки наружной части диска 221 для размещения кольца 240 с поперечными шпонками. В частности, одна или более из поверхности 228 переднего выступа, внутренней поверхности 251 переднего выступа и передней поверхности 616 диска (фиг. 7) могут быть механически обработаны или модернизированы иным образом для вмещения и размещения кольца 240 с поперечными шпонками.The keyed ring 240 may be connected to the disc 221 by an interference fit. Pins 244 may be inserted through holes 247 into corresponding holes in disc 221 to further attach a keyed ring 240 to disc 221. In some embodiments, disc 221 may be retrofitted with a keyed ring 240 by machining the outside of disc 221 to placement of the ring 240 with transverse keys. In particular, one or more of front lug surface 228, front lug inner surface 251, and disc front surface 616 (FIG. 7) may be machined or otherwise modified to receive and accommodate the keyed ring 240.

В некоторых других вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть выполнено как одно целое с диском 221 и образовано в диске 221 как основной и единый компонент. Это может, например, исключить использование штифтов 244 и отверстий 247.In some other embodiments, the keyed ring 240 may be integral with the disc 221 and formed in the disc 221 as a primary and integral component. This may, for example, eliminate the use of pins 244 and holes 247.

На фиг. 5 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, который может использоваться в газотурбинном двигателе 100, показанном на фиг. 1. Вид на фиг. 5 аналогичен виду на фиг. 3 и изображает увеличенный вид диска 221, проставки 230, кольца 240 с поперечными шпонками.In FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a gas turbine engine compressor 200 that may be used in the gas turbine engine 100 shown in FIG. 1. View in FIG. 5 is similar to the view in FIG. 3 and shows an enlarged view of disc 221, spacer 230, keyed ring 240.

В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть соединено с диском 221 посредством посадки с натягом. Таким образом, кольцо 240 с поперечными шпонками может иметь такой размер, что наружная поверхность 246 кольца с поперечными шпонками покрывает внутреннюю поверхностью 251 переднего выступа. Наружная поверхность 246 поперечных шпонок может образовывать наружную окружность кольца 240 с поперечными шпонками. Кольцо 240 с поперечными шпонками дополнительно расположено между диском 221 и проставкой 230 таким образом, что задняя поверхность 233 проставки 230 находится в контакте с поверхностью 228 переднего выступа.In some embodiments, the cross-keyed ring 240 may be connected to the disc 221 by an interference fit. Thus, the key ring 240 may be sized such that the outer surface 246 of the key ring covers the inner surface 251 of the front shoulder. The outer surface 246 of the transverse keys may form the outer circumference of the ring 240 with transverse keys. The keyed ring 240 is further positioned between the disc 221 and the spacer 230 such that the rear surface 233 of the spacer 230 is in contact with the surface 228 of the front lip.

В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть установлено в газотурбинном двигателе 100 в качестве модернизации. В такой реализации проставка 230 может быть модернизирована или механически обработана для вмещения кольца 240 с поперечными шпонками в посадке с натягом. Штифты 244 могут прикреплять кольцо 240 с поперечными шпонками к проставке 230 и могут вставляться в отверстия 247 в кольце 240 с поперечными шпонками и соответствующие отверстия в диске 221. Штифты 244 могут быть закреплены в посадке с натягом внутри кольца 240 с поперечными шпонками и диска 221. В других вариантах осуществления штифты 244 могут быть закреплены сваркой или клеем. В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть цельным с диском 221, что исключает штифты 244 и дополнительную модификацию диска 221.In some embodiments, the keyed ring 240 may be installed in the gas turbine engine 100 as an upgrade. In such an implementation, the spacer 230 may be modified or machined to accommodate the keyed ring 240 in an interference fit. The pins 244 may attach the keyed ring 240 to the spacer 230 and may be inserted into the holes 247 in the keyed ring 240 and the corresponding holes in the disc 221. The pins 244 may be secured in an interference fit within the keyed ring 240 and the disc 221. In other embodiments, pins 244 may be secured by welding or adhesive. In some embodiments, the keyed ring 240 may be integral with the disc 221, eliminating pins 244 and additional modification to the disc 221.

Во время работы газотурбинного двигателя, особенно во время переходных режимов, таких как пуск и останов, радиальные посадки переднего и заднего концов каждой проставки 230 могут увеличиваться или уменьшаться вследствие теплового расширения и сжатия. Это может увеличить вероятность вращения проставки 230 относительно диска 221. Шпонки 241 кольца 240 с поперечными шпонками в соединении с зубцами 243 проставки могут предотвращать проскальзывание или вращение проставки 230 относительно смежного диска 221. Шпонки 241 могут соединяться с зубцами 243 проставки во взаимодействии «выступ-выемка» для предотвращения вращения. Штифты 244 и посадка с натягом между кольцом 240 с поперечными шпонками и диском 221 могут предотвратить проскальзывание кольца 240 с поперечными шпонками относительно диска 221.During operation of the gas turbine engine, especially during transients such as starting and stopping, the radial fits of the front and rear ends of each spacer 230 may increase or decrease due to thermal expansion and contraction. This may increase the likelihood of the spacer 230 rotating relative to the disc 221. The keys 241 of the cross-keyed ring 240 in engagement with the teeth 243 of the spacer may prevent the spacer 230 from slipping or rotating relative to the adjacent disc 221. The keys 241 may be connected to the teeth 243 of the spacer in a protrusion-notch engagement. » to prevent rotation. The pins 244 and the interference fit between the keyed ring 240 and the disc 221 can prevent the keyed ring 240 from slipping relative to the disc 221.

На фиг. 6 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, показанного на фиг. 1, взятый вдоль линии 6—6 на фиг. 5. Вид на фиг. 6 представляет собой осевой разрез компрессора 200, смотрящего вперед. На этом виде показано радиальное поперечное сечение шпонок 241 и зубцов 243 проставки.In FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of the turbine engine compressor 200 shown in FIG. 1 taken along line 6-6 in FIG. 5. View of FIG. 6 is an axial section of the compressor 200 looking forward. This view shows a radial cross section of the keys 241 and teeth 243 of the spacer.

В некоторых вариантах осуществления и проставка 230, и кольцо 240 с поперечными шпонками могут иметь одинаковый наружный диаметр. Это может позволить кольцу 240 с поперечными шпонками правильно направляться на диск 221 компрессора и позволять зубцам 243 проставки перекрываться в осевом направлении с передним выступом 223 диска 221. Таким образом, внутренняя поверхность 251 переднего выступа может быть смежной с наружной поверхностью 246 кольца с поперечными шпонками. Таким образом, внутренняя поверхность 251 переднего выступа также может перекрываться с зубцами 243 проставки (см. фиг. 7). Посадка с натягом между этими смежными поверхностями может предотвратить вращение. Подобным образом, внутренняя поверхность 251 переднего выступа может быть также смежной с наружной поверхностью 249 зубцов проставки. Наружная поверхность 249 зубцов проставки может быть частью проставки 230, соприкасающейся с диском 221. При работе при температуре проставка 230 расширяется (в радиальном направлении) быстрее, чем диск 221. Соответственно, проставка 230 нагревается, расширяется и сжимает диск 221, находясь с ним в посадке с натягом, а точнее, внутреннюю поверхность 251 переднего выступа.In some embodiments, both spacer 230 and keyed ring 240 may have the same outside diameter. This may allow the keyed ring 240 to correctly guide the compressor disc 221 and allow the spacer teeth 243 to axially overlap with the front shoulder 223 of the disc 221. Thus, the inner surface 251 of the front shoulder can be adjacent to the outer surface 246 of the keyed ring. Thus, the inner surface 251 of the anterior ridge can also overlap with the teeth 243 of the spacer (see FIG. 7). An interference fit between these adjacent surfaces can prevent rotation. Likewise, the inner surface 251 of the front lip may also be adjacent to the outer surface 249 of the teeth of the spacer. The outer surface 249 of the teeth of the spacer may be part of the spacer 230 in contact with the disk 221. When operating at temperature, the spacer 230 expands (in the radial direction) faster than the disk 221. Accordingly, the spacer 230 heats up, expands and compresses the disk 221 while in contact with it. interference fit, and more specifically, the inner surface 251 of the front ledge.

В некоторых вариантах осуществления каждая из шпонок 241 может иметь первую фиксирующую поверхность 602 шпонки и вторую фиксирующую поверхность 604 шпонки. Первая фиксирующая поверхность 602 шпонки может быть смежной с первой поверхностью 606 зубцов проставки. Вторая фиксирующая поверхность 604 шпонки может быть смежной со второй поверхностью 608 зубцов проставки. Как показано, каждая шпонка 241 представляет собой сектор кольца 240 с поперечными шпонками, имеющий форму кольцевого сектора, имеющего криволинейно-трапециевидное поперечное сечение. В дополнение к этому, может присутствовать небольшой окружной зазор 610, где первая фиксирующая поверхность 602 шпонки смежна с первой поверхностью 606 зубцов проставки, и где вторая фиксирующая поверхность 604 шпонки смежна со второй поверхностью 608 зубцов проставки. Это показано на выносном элементе на фиг. 6.In some embodiments, each of the keys 241 may have a first key locking surface 602 and a second key locking surface 604. The first locking surface 602 of the key may be adjacent to the first surface 606 of the teeth of the spacer. The second locking surface 604 of the key may be adjacent to the second surface 608 of the teeth of the spacer. As shown, each key 241 is a sector of a cross-key ring 240 shaped like an annular sector having a curved trapezoidal cross section. In addition, there may be a small circumferential gap 610 where the first key locking surface 602 is adjacent to the first spacer tooth surface 606, and where the second key locking surface 604 is adjacent to the second spacer tooth surface 608. This is shown on the detail in Fig. 6.

При рассмотрении выносного элемента на фиг. 6 в качестве примера, видно, что окружной зазор 610 обеспечивает пространство для проставки 230 для расширения и сжатия во время пуска и останова. Этот окружной зазор 610 также может обеспечивать достаточный промежуток для установки или соединения проставки 230 с диском 221. Например, когда проставка 230 нагревается и расширяется во время работы турбины, проставка 230 может потерять зацепление с кольцом 240 с поперечными шпонками. Более конкретно, первая поверхность 606 может потерять контакт с первой фиксирующей поверхностью 602 шпонки, и вторая поверхностью 608 зубцов проставки может потерять контакт со второй фиксирующей поверхностью 604 шпонки во время работы турбины, но проставка 230 расширяется таким образом, что наружная поверхность 249 зубцов проставки контактирует с внутренней поверхностью 251 переднего выступа. Это может увеличить трение посадки с натягом между проставкой 230 и диском 221 и способствовать предотвращению вращения проставки 230 и диска 221 относительно друг друга.When considering the remote element in Fig. 6, by way of example, circumferential clearance 610 provides space for spacer 230 to expand and contract during start and stop. This circumferential clearance 610 may also provide sufficient clearance to install or connect spacer 230 to disc 221. For example, as spacer 230 heats up and expands during turbine operation, spacer 230 may lose engagement with keyed ring 240. More specifically, the first surface 606 may lose contact with the first key locating surface 602 and the second spacer tooth surface 608 may lose contact with the second key locating surface 604 during turbine operation, but the spacer 230 expands such that the outer surface 249 of the spacer teeth makes contact. with the inner surface 251 of the front ledge. This can increase the friction of the interference fit between spacer 230 and disc 221 and help prevent spacer 230 and disc 221 from rotating relative to each other.

Во время останова проставка 230 может охлаждаться быстрее, чем диск 221, таким образом, проставка 230 и зубцы 243 проставки могут зацепляться со шпонками 241 кольца 240 с поперечными шпонками и предотвращать вращение проставки 230. Более конкретно, по мере остывания проставки 230 она может потерять контакт с внутренней поверхностью 251 переднего выступа, но тогда она контактирует со второй фиксирующей поверхностью 604 и повторно входит в зацепление с кольцом 240 с поперечными шпонками.During shutdown, spacer 230 may cool faster than disc 221, so spacer 230 and spacer teeth 243 may engage keys 241 of keyed ring 240 and prevent spacer 230 from rotating. More specifically, as spacer 230 cools, it may lose contact. with the inner surface 251 of the front projection, but then it contacts the second locking surface 604 and re-engages with the ring 240 with transverse keys.

На фиг. 7 представлен вид в поперечном разрезе части компрессора 200 газотурбинного двигателя, показанного на фиг. 1, взятый вдоль линии 7—7 на фиг. 6. В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может иметь глубину кольца с поперечными шпонками, указанную стрелкой (глубина кольца) 702. Глубина 702 кольца может проходить от задней поверхности 262 кольца до поверхности 620 шпонки.In FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of the turbine engine compressor 200 shown in FIG. 1 taken along line 7-7 in FIG. 6. In some embodiments, the keyed ring 240 may have a keyed ring depth indicated by an arrow (ring depth) 702. The ring depth 702 may extend from the rear surface 262 of the ring to the surface 620 of the key.

Передний выступ 223 может иметь глубину 704 выступа, проходящую от передней поверхности 616 диска до поверхности 228 переднего выступа 223, смежной с задней поверхностью 233. Глубина 704 выступа может быть немного больше (или глубже) глубины 702 кольца. Разницу глубин обеспечивает кольцевой зазор 710 между поверхностью 620 шпонки и задней поверхностью 233 проставки 230. Кольцевой зазор 710 может не допустить препятствия кольцом 240 с поперечными шпонками посадке с натягом между проставкой 230 и диском 221. Это позволяет проставке 230 опускаться до нижнего предела на диск 221, где задняя поверхность 233 соприкасается с поверхностью 228 переднего выступа.Front ridge 223 may have a ridge depth 704 extending from the front surface 616 of the disk to a surface 228 of the front ridge 223 adjacent to the rear surface 233. The ridge depth 704 may be slightly greater than (or deeper than) the ring depth 702. The depth difference is provided by an annular gap 710 between the key face 620 and the rear surface 233 of the spacer 230. The annulus 710 can prevent the cross-keyed ring 240 from interfering with the interference fit between the spacer 230 and the disc 221. This allows the spacer 230 to bottom out on the disc 221 , where the rear surface 233 is in contact with the surface 228 of the front ledge.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Газотурбинные двигатели могут подходить для различных промышленных применений, например, различных аспектов нефтегазовой отрасли (включающих передачу, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), энергетической промышленности, отрасли производства электрической и тепловой энергии, аэрокосмической отрасли и других транспортных отраслей.Gas turbine engines may be suitable for various industrial applications, such as various aspects of the oil and gas industry (including the transmission, collection, storage, extraction and recovery of oil and natural gas), the energy industry, the power and heat generation industry, the aerospace industry, and other transportation industries.

Как показано на фиг. 1, газ (как правило, воздух 10) поступает на впуск 110 как «рабочее вещество» и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочее вещество сжимается по пути 115 кольцевого потока посредством ряда дисков компрессора в сборе 220. В частности, воздух 10 нагнетается в пронумерованных «ступенях», при этом ступени связаны с каждым диском компрессора в сборе 220. Например, «воздух 4-й ступени» может быть связан с 4-м диском компрессора в сборе 220 в расположенном ниже по потоку или «заднем» направлении, проходящем от впуска 110 к выпуску 500 для отработавших газов. Подобным образом, каждый диск турбины в сборе 420 может быть связан с пронумерованной ступенью.As shown in FIG. 1, a gas (typically air 10) enters inlet 110 as a "working fluid" and is compressed by compressor 200. In compressor 200, working fluid is compressed along an annular flow path 115 by a series of disks in compressor assembly 220. In particular, air 10 is forced into numbered "stages", with stages associated with each compressor disk assembly 220. For example, "4th stage air" could be associated with a 4th compressor disk assembly 220 in the downstream or "rear" from intake 110 to exhaust outlet 500. Similarly, each turbine disc assembly 420 may be associated with a numbered stage.

После сжатия воздух 10 покидает компрессор 200 и поступает в отсек 300 сгорания, где он распыляется и добавляется топливо. Воздух 10 и топливо впрыскиваются в камеру 390 сгорания через инжектор 310 и сжигаются. Энергию получают от реакции сгорания через турбину 400 посредством каждой ступени ряда дисков турбины в сборе 420. Отработавшие газы 90 затем можно распылять в диффузоре 510 отработавших газов, собирать и перенаправлять. Отработавшие газы 90 покидают систему через коллектор 520 отработавших газов и могут быть дополнительно обработаны (например, чтобы снизить выбросы вредных веществ и/или чтобы рекуперировать тепло от отработавших газов 90).After compression, air 10 leaves compressor 200 and enters combustion chamber 300 where it is atomized and fuel is added. Air 10 and fuel are injected into combustion chamber 390 through injector 310 and combusted. Energy is obtained from the combustion reaction through the turbine 400 by each stage of a row of turbine disc assembly 420. The exhaust gases 90 can then be atomized in the exhaust diffuser 510, collected and redirected. Exhaust gases 90 exit the system through exhaust manifold 520 and may be further processed (eg, to reduce emissions and/or to recover heat from exhaust gases 90).

Компрессор 200 может иметь ряд дисков в сборе 220. Каждый диск в сборе 220 может иметь проставку 230 смежно с диском 221. Во время пуска и останова газотурбинного двигателя 100 различные компоненты, в том числе диски в сборе 220, подвергаются большим вращательным усилиям. Вращательные усилия могут заставить проставку 230 вращаться относительно диска 221. Это может вызвать износ между компонентами и их повреждение со временем.Compressor 200 may have a number of disc assemblies 220. Each disc assembly 220 may have a spacer 230 adjacent to disc 221. During start-up and shutdown of gas turbine engine 100, various components, including disc assemblies 220, are subjected to large rotational forces. Rotational forces can cause the spacer 230 to rotate relative to the disk 221. This can cause wear between components and damage over time.

Как раскрыто в данном документе, кольцо 240 с поперечными шпонками, имеющее шпонки 241, может быть вставлено в диск 221 или прикреплено к нему. Шпонки 241 могут взаимодействовать с зубцами 243 проставки и предотвращать такое вращение. В некоторых вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть вставлено в диск 221 в качестве модернизации. Это может потребовать механической обработки наружной окружности передней поверхности диска 221. Затем кольцо 240 с поперечными шпонками может быть вставлено в соответствующее пространство и диск 221 посредством посадки с натягом. Штифты 244 также могут быть вставлены в отверстия 247 в кольце с поперечными шпонками, чтобы дополнительно предотвратить вращение кольца 240 с поперечными шпонками относительно диска 221. Таким образом, проставка 230 может быть выполнена с соответствующими зубцами проставки, которые сцепляются со шпонками 241.As disclosed herein, a keyed ring 240 having keys 241 may be inserted into or attached to disc 221. The keys 241 can interact with the teeth 243 of the spacer and prevent such rotation. In some embodiments, the keyed ring 240 may be inserted into the disk 221 as an upgrade. This may require machining the outer circumference of the front surface of the disc 221. Then, the keyed ring 240 can be inserted into the corresponding space and the disc 221 by an interference fit. Pins 244 may also be inserted into holes 247 in the keyed ring to further prevent the keyed ring 240 from rotating relative to the disc 221. Thus, the spacer 230 may be provided with corresponding spacer teeth that engage with the keys 241.

В других вариантах осуществления кольцо 240 с поперечными шпонками может быть выполнено как одно целое с диском 221. Это может обеспечить эквивалентную замену во время капитального ремонта или модернизации двигателя.In other embodiments, the keyed ring 240 may be integral with the disc 221. This may provide an equivalent replacement during an engine overhaul or upgrade.

Предотвращение вращения проставки 230 и диска 221 относительно друг друга во время переходных режимов работы двигателя (например, при пуске и останове) может продлить срок службы компрессоров в сборе 220 и, в конечном итоге, газотурбинного двигателя 100.Preventing spacer 230 and disc 221 from rotating relative to each other during engine transients (eg, starting and stopping) can prolong the life of compressor assemblies 220 and ultimately gas turbine engine 100.

Предыдущее подробное описание является лишь иллюстративным по своей природе и не предназначено для ограничения настоящего изобретения или заявки и способов применения настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления не ограничены применением в сочетании с конкретным типом газотурбинного двигателя. Следовательно, хотя в настоящем изобретении для удобства объяснения изображен и описан конкретный фланец в сборе силовой турбины, следует понимать, что заднее зажимное кольцо согласно настоящему изобретению может быть реализовано в различных других конфигурациях, может использоваться с различными другими типами фланцев в сборе, а также может применяться в других типах машин. Более того, нет намерения привязываться к какой-либо теории, представленной в предыдущем уровне техники или подробном описании. Также следует понимать, что изображения могут иметь преувеличенные размеры для лучшей наглядности показываемых ссылочных элементов и не являются ограничивающими, если явно не будет указано так.The foregoing detailed description is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention or the application and uses of the present invention. The described embodiments are not limited to use in combination with a particular type of gas turbine engine. Therefore, while the present invention depicts and describes a specific power turbine flange assembly for ease of explanation, it should be understood that the rear clamp ring of the present invention may be implemented in various other configurations, may be used with various other types of flange assemblies, and may also apply to other types of machines. Moreover, it is not intended to be bound by any theory presented in the prior art or detailed description. It should also be understood that the images may be exaggerated for better visibility of the reference elements shown and are not limiting unless explicitly stated so.

Следует понимать, что положительные эффекты и преимущества, описанные выше, могут относиться к одному варианту осуществления или могут относиться к нескольким вариантам осуществления. Варианты осуществления не ограничиваются теми, которые решают любую или все заявленные проблемы, или теми, которые имеют какие-либо или все заявленные положительные эффекты и преимущества.It should be understood that the benefits and benefits described above may apply to one embodiment or may apply to multiple embodiments. Embodiments are not limited to those that solve any or all of the claimed problems, or those that have any or all of the claimed benefits and benefits.

Claims (33)

1. Диск компрессора в сборе (220), содержащий:1. Compressor disc assembly (220) containing: кольцо (240) с поперечными шпонками, имеющееring (240) with transverse keys, having кольцевой корпус (258), имеющий окружность, образованную наружной поверхностью (229), и заднюю поверхность (233) кольца, ортогональную наружной поверхности, иan annular body (258) having a circle formed by the outer surface (229) and a back surface (233) of the ring orthogonal to the outer surface, and несколько шпонок (241), чередующихся с несколькими зазорами (242), образуя поверхность (260) с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, при этом каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками; иa plurality of keys (241) alternating with a plurality of gaps (242) forming a transverse-key surface (260) opposite the back surface of the ring, each key of the plurality of keys enclosing an annular sector of the transverse-key surface; and диск (221) компрессора, выполненный с возможностью вмещения нескольких лопастей компрессора по наружной окружности, при этом диск компрессора имеетdisk (221) of the compressor, made with the possibility of accommodating several compressor blades around the outer circumference, while the compressor disk has обод (222), проходящий от наружной части диска компрессора, образующий наружную окружность диска компрессора,a rim (222) extending from the outer part of the compressor disc, forming the outer circumference of the compressor disc, переднюю поверхность (616) диска, расположенную радиально внутрь от обода, иthe front surface (616) of the disk, located radially inward from the rim, and передний выступ (223), проходящий в осевом направлении вперед от обода и определяющий глубину (704) выступа, при этом глубина выступа проходит от передней поверхности диска до поверхности (228) переднего выступа вдоль внутренней поверхности (251) переднего выступа, причем передний выступ выполнен с возможностью вмещения кольца с поперечными шпонками в посадке с натягом на внутренней поверхности переднего выступа таким образом, что задняя поверхность кольца расположена смежно с передней поверхностью диска, а наружная поверхность – смежно с внутренней поверхностью переднего выступа.a front protrusion (223) extending axially forward from the rim and defining the depth (704) of the protrusion, wherein the depth of the protrusion extends from the front surface of the disk to the surface (228) of the front protrusion along the inner surface (251) of the front protrusion, and the front protrusion is made with the possibility of receiving a ring with transverse keys in an interference fit on the inner surface of the front ledge so that the rear surface of the ring is located adjacent to the front surface of the disc, and the outer surface is adjacent to the inner surface of the front ledge. 2. Диск компрессора в сборе по п. 1, отличающийся тем, что одна или более шпонок из нескольких шпонок содержат отверстие (247) шпонки, проходящее от поверхности шпонки одной или более шпонок из нескольких шпонок до задней поверхности кольца, при этом каждое отверстие шпонки соответствует отверстию диска, выполненному в диске компрессора, причем каждое отверстие шпонки и соответствующее отверстие диска выполнены с возможностью вмещения в осевом направлении штифта (244).2. The compressor disk assembly according to claim 1, characterized in that one or more keys of several keys contain a key hole (247) extending from the surface of the key of one or more keys of the plural keys to the rear surface of the ring, with each key hole corresponds to a disk hole made in the compressor disk, each key hole and the corresponding disk hole being axially accommodating a pin (244). 3. Диск компрессора в сборе по п. 1, отличающийся тем, что несколько шпонок и несколько чередующихся зазоров равномерно распределены по поверхности с поперечными шпонками.3. The compressor disk assembly according to claim 1, characterized in that several keys and several alternating gaps are evenly distributed over the surface with transverse keys. 4. Диск компрессора в сборе по п. 1, отличающийся тем, что кольцо с поперечными шпонками имеет глубину кольца, определяющую расстояние от задней поверхности кольца до поверхности каждой шпонки из нескольких шпонок.4. Compressor disk assembly according to claim 1, characterized in that the ring with transverse keys has a ring depth that determines the distance from the rear surface of the ring to the surface of each key of several keys. 5. Диск компрессора в сборе по п. 4, отличающийся тем, что глубина кольца меньше, чем глубина переднего выступа.5. Compressor disk assembly according to claim 4, characterized in that the depth of the ring is less than the depth of the front ledge. 6. Ротор компрессора в сборе (210) для использования в газотурбинном двигателе (100), при этом ротор компрессора в сборе содержит:6. Compressor rotor assembly (210) for use in a gas turbine engine (100), while the compressor rotor assembly contains: диск (221) компрессора, имеющий обод (222), при этом обод имеет наружную поверхность, образующую наружную поверхность (229) диска, причем обод выполнен с возможностью вмещения нескольких лопастей ротора вокруг наружной поверхности диска,a compressor disk (221) having a rim (222), wherein the rim has an outer surface forming an outer surface (229) of the disk, the rim being configured to accommodate several rotor blades around the outer surface of the disk, кольцо (240) с поперечными шпонками, расположенное радиально внутрь от обода, при этом кольцо с поперечными шпонками имеет несколько шпонок (241), чередующихся с несколькими зазорами (242), образуя поверхность (260) с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, причем каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками; иa transverse key ring (240) located radially inward from the rim, wherein the transverse key ring has several keys (241) alternating with several gaps (242) forming a transverse key surface (260) opposite the back surface of the ring, wherein each key of several keys covers the annular sector of the surface with transverse keys; and проставку (230), имеющуюspacer (230) having корпус (231) проставки, имеющий по существу кольцевую форму, и наружную поверхность проставки, иa spacer body (231) having a substantially annular shape and an outer surface of the spacer, and несколько зубцов (243) проставки, выполненных на задней поверхности корпуса проставки, при этом каждый зубец проставки из нескольких зубцов проставки охватывает кольцевой сектор задней поверхности, причем несколько зубцов проставки выполнено с возможностью зацепления с несколькими шпонками.several teeth (243) of the spacer, made on the rear surface of the spacer body, wherein each tooth of the spacer of several teeth of the spacer covers the annular sector of the rear surface, and several teeth of the spacer are made with the possibility of engagement with several keys. 7. Диск компрессора в сборе по п. 6, отличающийся тем, что наружная поверхность проставки расположена заподлицо с наружной поверхностью диска.7. Compressor disc assembly according to claim 6, characterized in that the outer surface of the spacer is flush with the outer surface of the disc. 8. Диск компрессора в сборе по п. 6 отличающийся тем, что диск компрессора дополнительно содержит:8. Compressor disk assembly according to claim 6, characterized in that the compressor disk additionally contains: переднюю поверхность (616) диска, расположенную радиально внутрь от обода;the front surface (616) of the disk, located radially inward from the rim; передний выступ (223), проходящий в осевом направлении вперед от обода и определяющий глубину (704) выступа, при этом глубина выступа проходит от передней поверхности диска до поверхности (228) переднего выступа вдоль внутренней поверхности (251) переднего выступа, причем передний выступ выполнен с возможностью вмещения кольца с поперечными шпонками в посадке с натягом на внутренней поверхности переднего выступа таким образом, что задняя поверхность кольца расположена смежно с передней поверхностью диска.a front protrusion (223) extending axially forward from the rim and defining the depth (704) of the protrusion, wherein the depth of the protrusion extends from the front surface of the disk to the surface (228) of the front protrusion along the inner surface (251) of the front protrusion, and the front protrusion is made with the possibility of receiving a ring with transverse keys in an interference fit on the inner surface of the front ledge so that the rear surface of the ring is located adjacent to the front surface of the disk. 9. Диск компрессора в сборе по п. 8, отличающийся тем, что кольцо с поперечными шпонками дополнительно имеет наружную поверхность на наружной окружности, причем наружная поверхность расположена смежно с внутренней поверхностью переднего выступа.9. Compressor disk assembly according to claim 8, characterized in that the ring with transverse keys additionally has an outer surface on the outer circumference, and the outer surface is located adjacent to the inner surface of the front ledge. 10. Диск компрессора в сборе по п. 6, отличающийся тем, что кольцо с поперечными шпонками имеет глубину кольца, определяющую расстояние от задней поверхности кольца до поверхности каждой шпонки из нескольких шпонок, и10. Compressor disk assembly according to claim 6, characterized in that the ring with transverse keys has a ring depth that determines the distance from the rear surface of the ring to the surface of each key of several keys, and при этом глубина кольца меньше глубины переднего выступа, причем глубина выступа проходит от передней поверхности диска компрессора до поверхности переднего выступа.wherein the depth of the ring is less than the depth of the front protrusion, and the depth of the protrusion extends from the front surface of the compressor disk to the surface of the front protrusion. 11. Диск компрессора в сборе по п. 6, отличающийся тем, что одна или более шпонок из нескольких шпонок содержат отверстие шпонки, проходящее от поверхности с поперечными шпонками до задней поверхности кольца, при этом каждое отверстие шпонки соответствует отверстию проставки, выполненному в проставке, причем каждое отверстие шпонки и соответствующее отверстие проставки выполнено с возможностью вмещения в осевом направлении штифта в посадке с натягом.11. The compressor disk assembly according to claim 6, characterized in that one or more keys of several keys contain a key hole extending from the surface with transverse keys to the rear surface of the ring, with each key hole corresponding to a spacer hole made in the spacer, wherein each key hole and corresponding spacer hole is configured to axially receive the pin in an interference fit. 12. Диск компрессора в сборе по п. 6, отличающийся тем, что диск компрессора и кольцо с поперечными шпонками составляют единый компонент.12. Compressor disc assembly according to claim 6, characterized in that the compressor disc and the keyed ring form a single component. 13. Способ модернизации газотурбинного двигателя, при этом способ включает:13. A method for upgrading a gas turbine engine, wherein the method includes: формирование передней поверхности (616) диска на диске (221) компрессора радиально внутрь от обода (222), при этом обод имеет наружную поверхность, образующую наружную поверхность диска компрессора, причем обод выполнен с возможностью вмещения нескольких лопастей ротора по наружной поверхности диска;forming a disc front surface (616) on the compressor disc (221) radially inward from the rim (222), wherein the rim has an outer surface forming an outer surface of the compressor disc, the rim being configured to receive a plurality of rotor blades along the outer surface of the disc; формирование внутренней поверхности (251) переднего выступа, проходящей на глубину (704) выступа от передней поверхности диска компрессора до поверхности (228) переднего выступа, при этом передний выступ проходит в осевом направлении вперед от обода; иforming an inner surface (251) of the front protrusion extending to a depth (704) of the protrusion from the front surface of the compressor disk to the surface (228) of the front protrusion, the front protrusion extending axially forward from the rim; and посадку кольца (240) с поперченными шпонками на диск компрессора, при этом кольцо с поперечными шпонками имеет несколько шпонок (241), чередующихся с несколькими зазорами (242), образуя поверхность (260) с поперечными шпонками, противоположную задней поверхности кольца, причем каждая шпонка из нескольких шпонок охватывает кольцевой сектор поверхности с поперечными шпонками, при этом при посадке дополнительно размещают заднюю поверхность кольца смежно с передней поверхностью (616) диска.seating a keyed ring (240) on the compressor disk, wherein the keyed ring has multiple keys (241) alternating with multiple gaps (242) to form a keyed ring (260) opposite the back surface of the ring, each key of several keys encloses an annular sector of the surface with transverse keys, while landing, the rear surface of the ring is additionally placed adjacent to the front surface (616) of the disk. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что дополнительно включает этап посадки проставки на диск компрессора, при этом проставка имеет несколько зубцов проставки, выполненных на задней поверхности корпуса проставки, причем каждый зубец проставки из нескольких зубцов проставки охватывает кольцевой сектор задней поверхности кольца, при этом несколько зубцов проставки входят в зацепление с несколькими шпонками.14. The method according to claim 13, characterized in that it additionally includes the step of landing the spacer on the compressor disk, while the spacer has several spacer teeth made on the rear surface of the spacer housing, each spacer tooth of several spacer teeth enclosing the annular sector of the back surface of the ring , while several teeth of the spacer engage with several keys. 15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что кольцо с поперечными шпонками имеет глубину кольца, проходящую на расстояние от задней поверхности кольца до поверхности шпонки из нескольких шпонок, при этом глубина кольца меньше глубины выступа.15. The method according to claim 13, characterized in that the ring with transverse keys has a depth of the ring extending from the rear surface of the ring to the surface of the key of several keys, while the depth of the ring is less than the depth of the protrusion.

Images