RU2506426C1

RU2506426C1 - Gas turbine engine low-pressure turbine rotor

Info

Publication number: RU2506426C1
Application number: RU2012147307/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Сычев; Владимир Михайлович Язев; Валерий Алексеевич Кузнецов; Ирина Викторовна Карпман
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-02-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft has turbines. Low-pressure turbine rotor comprises working wheels with discs, working blades and outer labyrinths. Every said outer labyrinth is bolted to external flange of appropriate disc rim on working blade inlet edge. Besides, every labyrinth includes the flange abutting on the disc lock joint radial ledges. Said flange features L-like cross-section shape. Lock joint of every disc gas axial ledges directed towards working blade inlet edge. Axial ledges are arranged so that ratio between axial ledge IDs and radial clearance between axial ledges and L-like flange makes 300…8000.

EFFECT: higher reliability owing to ruled out vibration strains.

3 dwg

Description

Изобретение относится к роторам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения.The invention relates to rotors of low pressure turbines of gas turbine engines for aviation applications.

Известен ротор турбины низкого давления, внешние лабиринты которого закреплены болтовым соединением на ободе рабочего колеса (патент РФ №2263790, F01D 3/00, F01D 5/08, 10.11.2005 г.).A known rotor of a low-pressure turbine, the outer labyrinths of which are bolted to the rim of the impeller (RF patent No. 2263790, F01D 3/00, F01D 5/08, 11/10/2005).

Недостатком такой конструкции является ее повышенный вес, так как внешние лабиринты соединены между собой телескопически и для передачи крутящего момента между дисками выполнены дополнительные фланцы с осевыми штифтами.The disadvantage of this design is its increased weight, since the external labyrinths are telescopic interconnected and additional flanges with axial pins are made to transmit torque between the disks.

Наиболее близким к заявляемому является ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, в котором каждый из внешних лабиринтов установлен болтовым соединением на выносном фланце обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки и примыкает к выступам замкового соединения на ободе диска (патент США №6763654, F02K 3/072, 20.07.2004 г.).Closest to the claimed one is the rotor of a low-pressure turbine of a gas turbine engine, in which each of the external labyrinths is mounted by bolting on the remote flange of the disk rim from the input edge of the working blade and is adjacent to the protrusions of the lock connection on the rim of the disk (US patent No. 6763654, F02K 3 / 072, 07/20/2004).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных вибронапряжений и износа консольной части лабиринта, примыкающего к выступам замкового соединения на ободе диска.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is its low reliability due to increased vibration stresses and wear of the cantilever part of the labyrinth adjacent to the protrusions of the castle connection on the rim of the disk.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности ротора турбины низкого давления за счет снижения температуры обода диска и исключения повышенных вибронапряжений консольной части внешнего лабиринта.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the rotor of a low-pressure turbine by lowering the temperature of the rim of the disk and eliminating the increased vibration stresses of the cantilever part of the external maze.

Указанный технический результат достигается тем, что ротор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, включающий рабочие колеса с дисками, рабочими лопатками и внешними лабиринтами, каждый из которых с помощью болтового соединения установлен на выносном фланце соответствующего обода диска со стороны входной кромки рабочей лопатки и содержит фланец, выполненный с возможностью примыкания к радиальным выступам замкового соединения диска, причем фланец каждого внешнего лабиринта имеет в поперечном сечении L-образную форму, а замковое соединение каждого диска выполнено с осевыми выступами, направленными в сторону входной кромки рабочей лопатки и расположенными таким образом, что выполняется условиеThe specified technical result is achieved in that the rotor of the low-pressure turbine of a gas turbine engine, including impellers with disks, rotor blades and external labyrinths, each of which is mounted on a remote flange of the corresponding rim of the disk from the input edge of the rotor blade and contains a flange, made with the possibility of abutment to the radial protrusions of the castle disk connection, and the flange of each external labyrinth is in cross section L-shaped, and the deputy The forged connection of each disk is made with axial protrusions directed towards the input edge of the working blade and arranged so that the condition

, где:

where:

D - внутренние диаметры осевых выступов;D are the internal diameters of the axial protrusions;

h - радиальный зазор между осевыми выступами и L-образным фланцем внешнего лабиринта.h is the radial clearance between the axial protrusions and the L-shaped flange of the outer maze.

Выполнение фланца каждого внешнего лабиринта L-образным в поперечном сечении повышает осевую и радиальную жесткость фланца, увеличивает его вибростойкость, что повышает надежность ротора турбины.The execution of the flange of each external labyrinth L-shaped in cross section increases the axial and radial rigidity of the flange, increases its vibration resistance, which increases the reliability of the turbine rotor.

Выполнение на замковом соединении каждого диска осевых выступов, направленных в сторону входной кромки рабочей лопатки, позволяет обеспечить на рабочих режимах ротора контакт в радиальном направлении между L-образным фланцем лабиринта и осевым выступом, что снижает вибронапряжения за счет сил трения в L-образном фланце лабиринта.Performing on the locking connection of each disk of axial protrusions directed towards the input edge of the working blade allows to ensure radial contact between the L-shaped labyrinth flange and the axial protrusion at the rotor operating conditions, which reduces vibration stresses due to friction forces in the L-shaped labyrinth flange .

Выбор соотношения

обусловлен тем, что при

снижается надежность ротора турбины низкого давления из-за отсутствия радиального контакта между L-образным фланцем и осевым выступом на рабочих режимах. При

снижается надежность ротора турбины из-за повышенных напряжений и пластической деформации L-образного фланца лабиринта и осевого выступа.Ratio selection

due to the fact that when

the reliability of the rotor of the low pressure turbine is reduced due to the lack of radial contact between the L-shaped flange and the axial protrusion in operating conditions. At

the reliability of the turbine rotor decreases due to increased stresses and plastic deformation of the L-shaped labyrinth flange and axial protrusion.

На фиг.1 показан продольный разрез ротора турбины низкого давления;Figure 1 shows a longitudinal section of a rotor of a low pressure turbine;

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

на фиг.3 представлено сечение А-А на фиг.2.figure 3 presents a section aa in figure 2.

Ротор 1 турбины низкого давления газотурбинного двигателя содержит рабочие колеса 2 и 3, каждое из которых состоит соответственно из дисков 4 и 5, рабочих лопаток 6 и 7, а также внешних лабиринтов 8 и 9, которые служат для уменьшения паразитных утечек газового потока 10 и для исключения контакта высокотемпературного потока 10 с дисками 4 и 5.The rotor 1 of the low pressure turbine of a gas turbine engine contains impellers 2 and 3, each of which consists of disks 4 and 5, rotor blades 6 and 7, as well as external labyrinths 8 and 9, which serve to reduce spurious leaks of the gas stream 10 and for contact exclusion of high-temperature flow 10 with disks 4 and 5.

Внешние лабиринты 8 и 9 своими внутренними хвостовиками 11 и 12 соответственно закреплены болтовыми соединениями 13 и 14 на выносных фланцах 15 и 16 дисков 4 и 5.The outer labyrinths 8 and 9 with their inner shanks 11 and 12, respectively, are fixed by bolted connections 13 and 14 on the remote flanges 15 and 16 of the disks 4 and 5.

Далее выполнение конструктивных элементов рабочих колес 2 и 3 показано на примере выполнения одного из них (рабочего колеса 2).Further, the implementation of the structural elements of the impellers 2 and 3 is shown by the example of one of them (impeller 2).

Фланец 17 внешнего лабиринта 8, примыкающий к ободу 18 диска 4 со стороны входной кромки 19 рабочей лопатки 6, выполнен L-образным в поперечном сечении. На радиальных выступах 20 замкового соединения 21 диска 4 выполнены осевые выступы 22, направленные в сторону входной кромки 19 рабочей лопатки 6 и размещенные на расстоянии h в радиальном направлении от внешней поверхности 23 осевой части L-образного в поперечном сечении фланца 17 внешнего лабиринта 8 (радиальный зазор h). Радиальная часть 24 L-образного фланца 19 закрывает осевые выступы 22 диска 4 от непосредственного контакта с газовым потоком 10.The flange 17 of the outer labyrinth 8, adjacent to the rim 18 of the disk 4 from the side of the input edge 19 of the working blades 6, is made L-shaped in cross section. On the radial protrusions 20 of the lock connection 21 of the disk 4, axial protrusions 22 are made, directed towards the input edge 19 of the working blade 6 and placed at a distance h in the radial direction from the outer surface 23 of the axial part of the L-shaped cross-section of the flange 17 of the outer maze 8 (radial clearance h). The radial part 24 of the L-shaped flange 19 closes the axial protrusions 22 of the disk 4 from direct contact with the gas stream 10.

Осевые выступы 22 расположены таким образом, что выполняется условие

, где D - внутренние диаметры осевых выступов 22; h - радиальный зазор между осевыми выступами 22 и L-образным фланцем 19 внешнего лабиринта 8.The axial protrusions 22 are arranged so that the condition

where D is the inner diameter of the axial protrusions 22; h is the radial clearance between the axial protrusions 22 and the L-shaped flange 19 of the outer maze 8.

Конструктивные элементы рабочего колеса 3 выполнены аналогичным образом с конструктивными элементами рабочего колеса 2.The structural elements of the impeller 3 are made in a similar way with the structural elements of the impeller 2.

Работает заявленное устройство следующим образом (показано на примере работы рабочего колеса 2).The claimed device operates as follows (shown on the example of the operation of the impeller 2).

При сборке ротор 1 турбины низкого давления собирается с зазором h между осевыми выступами 22 диска 4 и с L-образным в поперечном сечении фланцем 19 лабиринтов 8.When assembling, the rotor 1 of the low-pressure turbine is assembled with a gap h between the axial protrusions 22 of the disk 4 and with the L-shaped in cross section flange 19 of the labyrinths 8.

При работе ротора 1 внешний лабиринт 8, контактирующий с паразитными утечками высокотемпературного газового потока 10, нагревается до более высокой температуры, чем обод 18 диска 4. Это приводит к большей термической деформации L-образного фланца 17 лабиринта 8 по сравнению с деформацией, возникающей до контакта фланца 17 лабиринта 8 по поверхности 23 с осевыми выступами 22 диска 4. Таким образом, существенно снижается вибронапряжение во фланце 19 и повышается надежность ротора 1 турбины низкого давления.When the rotor 1 is operating, the external labyrinth 8, which comes into contact with parasitic leaks of the high-temperature gas stream 10, is heated to a higher temperature than the rim 18 of the disk 4. This leads to greater thermal deformation of the L-shaped flange 17 of the labyrinth 8 compared with the deformation that occurs before contact the flange 17 of the labyrinth 8 on the surface 23 with the axial protrusions 22 of the disk 4. Thus, the vibration stress in the flange 19 is significantly reduced and the reliability of the rotor 1 of the low pressure turbine is increased.

Claims

The rotor of a low pressure turbine of a gas turbine engine, including impellers with disks, rotor blades and external labyrinths, each of which is mounted on a remote flange of the corresponding rim of the disk from the input edge of the rotor blades using a bolt connection and contains a flange that is able to adjoin radial protrusions castle connection of the disk, characterized in that the flange of each external labyrinth has a L-shaped cross section, and the castle connection of each disk is made but with axial protrusions directed towards the input edge of the working blade and arranged so that the condition

where:
D are the internal diameters of the axial protrusions;
h is the radial clearance between the axial protrusions and the L-shaped flange of the outer maze.