RU2736210C1

RU2736210C1 - Turbomachine rotor

Info

Publication number: RU2736210C1
Application number: RU2020112594A
Authority: RU
Inventors: Валерий Владимирович Леонтьев
Original assignee: Акционерное общество "ОДК-Климов"
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-11-12

Abstract

FIELD: turbines or turbomachines.SUBSTANCE: invention relates to turbine construction and can be used in power engineering and in aircraft gas turbine engines. Disclosed is turbomachine rotor. Elements of rotor (1, 2) are tightened by central clamping sleeve (3). Clamping sleeve has at ends thread (4) of different direction or different pitch and internal splines (5). Rotation of the central clamping sleeve at rotor assembly is performed for internal splines. Size of boring of the hub of the rotor element, through which central clamping sleeve is rotated during the rotor assembly, does not exceed internal diameter of the clamping sleeve. Central clamping sleeve is located outside the bore of the rotor element hub.EFFECT: technical result consists in improvement of strength of disks, which are part of rotor, and increase of rotor reliability due to design of rotor elements.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области турбиностроения и может быть использовано в области энергетического машиностроения и в конструкции авиационных газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of turbine engineering and can be used in the field of power engineering and in the design of aircraft gas turbine engines.

Известны конструкции роторов турбомашин, стяжка которых осуществляется с помощью центральной стяжки в виде стяжной втулки, установленной через расточки элементов роторов, таких как диски.Known designs of rotors of turbomachines, the tie of which is carried out using a central tie in the form of a withdrawal sleeve installed through the bores of the rotor elements, such as disks.

Такая конструкция требует обеспечить величину диаметров расточки элементов роторов, таких как диски, больше диаметра стяжной втулки. При этом прочность элементов роторов, таких как диски, существенно ухудшается, т.к. даже небольшое увеличение диаметра расточки ступицы диска негативно отражается на его прочности. Кроме того, конструкция стяжки, расположенная в расточке ступицы диска турбины, подвержена разогреву от горячей ступицы этого диска. При этом в работе усилие стяжки уменьшается из-за тепловых расширений элементов конструкции стяжки, и для сохранения усилия стяжки ротора, необходимого для обеспечения работоспособности ротора во всем диапазоне режимов работы, приходится увеличивать это усилие при монтаже (в холодном состоянии), что часто приводит к высоким напряжениям в конструкции стяжки. А если не увеличивать это усилие при монтаже, то может происходить потеря этого усилия в работе из-за разогрева конструкции стяжки от горячей ступицы диска, раскрытие соединений элементов ротора и разрушение ротора.This design requires that the diameter of the bore of the rotor elements, such as discs, be greater than the diameter of the withdrawal sleeve. In this case, the strength of rotor elements, such as discs, is significantly deteriorated, since even a small increase in the diameter of the disc hub bore negatively affects its strength. In addition, the screed structure located in the bore of the turbine disc hub is subject to heating from the hot hub of this disc. At the same time, in operation, the force of the tie is reduced due to the thermal expansion of the structural elements of the tie, and in order to maintain the tie force of the rotor, which is necessary to ensure the operability of the rotor in the entire range of operating modes, it is necessary to increase this force during installation (in a cold state), which often leads to high stresses in the screed structure. And if this force is not increased during installation, then this force may be lost in operation due to heating of the screed structure from the hot disc hub, disclosure of the joints of the rotor elements and destruction of the rotor.

На двигателях RTM322 (Роллс-Ройс - Турбомека), MTR390 (MTU - Турбомека - Роллс-Ройс) и АИ-450 (ЗМКБ «Прогресс») использованы конструкции центральной стяжки роторов турбокомпрессоров, проходящие через расточки ступиц дисков турбин. Для монтажа таких конструкций центральной стяжки при сборке роторов турбокомпрессоров на этих двигателях диаметры расточки дисков турбин выполнены несколько большими диаметров элементов конструкции самой стяжки. Таким образом, диски турбин ослаблены, что негативно отражается на надежности роторов. Для компенсации этого ослабления приходится увеличивать массу дисков турбин. Кроме того, конструкция стяжки, расположенная в расточке ступицы диска турбины, подвержена разогреву от горячей ступицы этого диска, что может привести к уменьшению усилия стяжки ротора в работе из-за тепловых расширений элементов конструкции стяжки, раскрытию стыков элементов ротора и разрушению ротора. Для предотвращения раскрытия стыков элементов роторов в работе требуется значительное увеличение усилия стяжки при монтаже. Это требует контролировать это усилие (например, через момент затяжки) при монтаже с высокой точностью, что существенно усложняет технологию сборки ротора.On the RTM322 (Rolls-Royce - Turbomeka), MTR390 (MTU - Turbomeka - Rolls-Royce) and AI-450 (Progress ZMKB) engines, the turbocharger rotors' central tie structures are used, passing through the turbine disc hub bores. For the installation of such structures of the central screed when assembling the rotors of turbochargers on these engines, the diameters of the bore of the turbine discs are made with several large diameters of the structural elements of the screed itself. Thus, the turbine discs are weakened, which negatively affects the reliability of the rotors. To compensate for this weakening, it is necessary to increase the mass of the turbine discs. In addition, the screed structure located in the bore of the turbine disk hub is subject to heating from the hot hub of this disc, which can lead to a decrease in the rotor tie force in operation due to thermal expansion of the screed structure elements, the opening of the rotor element joints and the destruction of the rotor. To prevent the opening of the joints of the rotor elements in operation, a significant increase in the tightening force is required during installation. This requires control of this force (for example, through the tightening torque) during assembly with high precision, which significantly complicates the technology of assembling the rotor.

Задачей предложенного изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, повышение надежности и технологичности конструкции ротора.The objective of the proposed invention is to eliminate the above disadvantages, improve the reliability and manufacturability of the rotor design.

Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в повышении надежности роторов за счет исполнения элементов ротора с минимально возможной расточкой для монтажа конструкции центральной стяжки, а также на повышение технологичности сборки ротора за счет исключения необходимости контролировать усилие стяжки при монтаже с высокой точностью.The technical result to which the invention is directed consists in increasing the reliability of the rotors due to the design of the rotor elements with the minimum possible bore for mounting the central screed structure, as well as improving the manufacturability of the rotor assembly by eliminating the need to control the screed force during assembly with high precision.

Технический результат достигается за счет того, что согласно изобретению ротор турбомашины, элементы которого стянуты центральной стяжкой - центральной стяжной втулкой, имеющей на концах резьбу разного направления или разного шага и внутренние шлицы, за которые производится вращение стяжной втулки при сборке ротора, отличается тем, что размер расточки ступицы элемента ротора, через который производится вращение центральной стяжной втулки при сборке, не превышает внутренний диаметр центральной стяжной втулки, а сама центральная стяжная втулка расположена вне расточки ступицы элемента ротора.The technical result is achieved due to the fact that, according to the invention, the rotor of the turbomachine, the elements of which are tightened by a central tie - a central withdrawal sleeve having threads at the ends of different directions or different pitch and internal splines, for which the withdrawal sleeve rotates when assembling the rotor, differs in that the size of the hub bore of the rotor element through which the central withdrawal sleeve rotates during assembly does not exceed the inner diameter of the central withdrawal sleeve, and the central withdrawal sleeve itself is located outside the bore of the rotor element hub.

Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг. 1, гдеThe essence of the invention is illustrated by the drawing FIG. 1, where

1 - диск компрессора,1 - compressor disk,

2 - диск турбины,2 - turbine disk,

3 - стяжная втулка,3 - withdrawal sleeve,

4 - резьба,4 - thread,

5 - шлицы,5 - splines,

6 - специальный ключ.6 - special key.

На Фиг. 1 изображена схема ротора, элементы которого - диск компрессора 1 и диск турбины 2 - стянуты стяжной втулкой 3. Стяжная втулка 3 имеет на концах резьбы 4 разного направления или разного шага и внутренние шлицы 5. При сборке ротора стяжная втулка 3 вращается с помощью специального ключа 6, который передает вращение стяжной втулке 3 через шлицы 5. Стяжная втулка 3 расположена между диском компрессора 1 и диском турбины 2. При этом расточка диска турбины 2 имеет диаметр меньше диаметра стяжной втулки 3 (по шлицам), что благоприятно отражается на прочности диска турбины 2. При этом исключен подогрев стяжной втулки 3 от ступицы горячего диска турбины 2, поскольку стяжная втулка 3 расположена между диском компрессора 1 и диском турбины 2 и не проходит через расточку диска турбины 2.FIG. 1 shows a diagram of the rotor, the elements of which - the compressor disk 1 and the turbine disk 2 - are pulled together by the withdrawal sleeve 3. The withdrawal sleeve 3 has 4 different directions or different pitch at the ends of the threads 4 and internal splines 5. When assembling the rotor, the withdrawal sleeve 3 rotates with a special wrench 6, which transmits the rotation of the withdrawal sleeve 3 through the splines 5. The withdrawal sleeve 3 is located between the disk of the compressor 1 and the disk of the turbine 2. In this case, the boring of the disc of the turbine 2 has a diameter less than the diameter of the withdrawal sleeve 3 (along the slots), which favorably affects the strength of the turbine disc 2. At the same time, heating of the withdrawal sleeve 3 from the hub of the hot disk of turbine 2 is excluded, since the withdrawal sleeve 3 is located between the disk of the compressor 1 and the disk of the turbine 2 and does not pass through the bore of the disk of the turbine 2.

Выполнение расточки ступицы элементов ротора размером не более внутреннего диаметра стяжной втулки обеспечивает повышение прочности дисков, входящих в состав ротора, и повышение, таким образом, надежности ротора. Расположение стяжной втулки вне расточки горячих дисков турбин позволяет исключить разогрев конструкции центральной стяжки и потерю усилия стяжки ротора из-за тепловых расширений элементов конструкции стяжки.The boring of the hub of the rotor elements with a size not exceeding the inner diameter of the withdrawal sleeve increases the strength of the discs included in the rotor, and thus increases the reliability of the rotor. The location of the withdrawal sleeve outside the bore of the hot turbine disks allows to exclude the heating of the central tie structure and the loss of the rotor tie force due to thermal expansion of the tie structure elements.

Кроме того, повышается технологичность процесса сборки ротора за счет исключения необходимости увеличивать усилие стяжки при монтаже и необходимости контролировать это усилие в связи с этим с высокой точностью.In addition, the manufacturability of the rotor assembly process is increased by eliminating the need to increase the tie force during installation and the need to control this force in connection with this with high accuracy.

Claims

The rotor of a turbomachine, the elements of which are tightened by a central withdrawal sleeve, which has threads at the ends of different directions or different pitch and internal splines, for which the central withdrawal sleeve rotates when assembling the rotor, characterized in that the size of the bore of the hub of the rotor element through which the central withdrawal sleeve rotates when assembling the rotor, the sleeve does not exceed the inner diameter of the withdrawal sleeve, and the central withdrawal sleeve itself is located outside the bore of the rotor element hub.