RU1816869C

RU1816869C - Method of assembling metal-ceramic rotor of turbine and metal-ceramic rotor of turbine

Info

Publication number: RU1816869C
Authority: RU
Inventors: Владимир Хаймович Дуберштейн; Александр Евгеньевич Гинзбург; Анатолий Андреевич Кохан; Александр Геннадьевич Черноусенко
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1993-05-23

Abstract

Использование: в газотурбостроении, конкретно в конструкци х роторов газотурбинных двигателей (ГТД) с керамической турбиной и в способах сборки металлического вала с керамическим диском турбины. Сущность изобретени : ротор турбины содержит металлический вал 1 с расточкой 3 и керамическое рабочее колесо 5, включающее диск с лопатками 7 и осевой выступ 8, а также разъемное кольцо 9, включающее сегменты 12, сопр женные с конической поверхностью 10 выступа 9 и с цилиндрической поверхностью 11 расточки 3. Между торцами 4 и 14 вала 1 и выступа 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцом вала, в котором выполнен осевой дл подвода воздуха канал 2. Расточка 3 соединена с кольцом 9 радиальными штифтами 13. Сопр женный с кольцом 9 выступ 8 выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды, обращенной основанием к торцу вала. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.Usage: in gas turbine construction, in particular in rotor designs of gas turbine engines (GTE) with a ceramic turbine and in methods of assembling a metal shaft with a ceramic turbine disk. The inventive turbine rotor comprises a metal shaft 1 with a bore 3 and a ceramic impeller 5, including a disk with blades 7 and an axial protrusion 8, as well as a split ring 9, including segments 12, mating with the conical surface 10 of the protrusion 9 and with a cylindrical surface 11 bores 3. Between the ends 4 and 14 of the shaft 1 and the protrusion 8, a bellows 15 is installed, hermetically connected by the edges 16 to the shaft end, in which the channel 2 is axially used for air supply. The bore 3 is connected to the ring 9 by radial pins 13. Connected to the rings Ohm 9, the protrusion 8 is made in the form of a truncated polyhedral pyramid facing the shaft end face. 2 sec and 4 z.p. f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относитс к газотурбостроению , в частности к конструкци м соеди- нени металлического вала с керамическим диском турбины и к способам сборки упом нутого металлокерамического (МКР) ротора турбины.The invention relates to gas turbine construction, in particular, to structures for connecting a metal shaft to a ceramic turbine disk and to methods for assembling said ceramic-metal (MKP) turbine rotor.

Цель изобретени - повышение надежности узла соединени и точности сборки МКР ротора турбины. :The purpose of the invention is to increase the reliability of the joint assembly and the accuracy of the assembly of the FIBC of the turbine rotor. :

Изобретение имеет следующие существенные отличительные признаки.The invention has the following salient features.

Перед запрессовкой керамической цапфы турбины в Металлический стакан вал а компрессора дополнительно при вращении ротора осуществл ют притирку и центрирование цапфы путем многократного, резкого торможени ротора, а осевое перемещение .цапфы осуществл ют путем воздействи сжатого воздуха на торец цапфы.Before pressing the ceramic axle of the turbine into the metal cup, the compressor shaft and additionally, when the rotor rotates, lap and center the axle by repeatedly, sharply braking the rotor, and axial displacement of the axle is carried out by applying compressed air to the end of the axle.

В роторе между торцами керамической цапфы турбины и металлического стакана вала компрессора по оси предусмотрен упорный расшир ющийс элемент, а металлический вал выполнен с осевым каналом, на входе и выходе подключенном к источнику сжатого воздуха и к упорному элементу, выполненному в виде сильфона.In the rotor between the ends of the ceramic axle of the turbine and the metal cup of the compressor shaft, an axial expanding element is provided along the axis, and the metal shaft is made with an axial channel connected at the input and output to the compressed air source and to the persistent element made in the form of a bellows.

Сопр женна с внутренней поверхностью упорного разъемного кольца цапфа выполнена в виде усеченной многогранной пирамиды, обращенной основанием к торцу стакана вала.Paired with the inner surface of the detachable thrust ring, the trunnion is made in the form of a truncated polyhedral pyramid facing the end of the shaft glass with its base.

На фиг. 1 изображено общее устройство ротора; на фиг. 2 - поперечное сечение узла соединени .In FIG. 1 shows a general rotor arrangement; in FIG. 2 is a cross-sectional view of a joint assembly.

Ротор содержит металлический вал 1с осевым каналом 2 подвода сжатого воздуха, снабженный на конце расточкой 3, выполненной в виде полой втулки или стакана с донником (торцом) 4, и керамическое рабочее колесо 5 турбины, включающее диск 6 с рабочими лопатками и осевой выступ (цапфу ) 8. Между стаканом 3 и цапфой 8 по радиусу установлено разрезное упорное кольцо 9, сопр женное изнутри с конической поверхностью 10 цапфы 8 и снаружи - с цилиндрической поверхностью 11 стакана 3. При этом стакан 3 соединен с сегментами 12 кольца 9 радиальными штифтами 13. Между торцами 4 и 14 вала 1 и цапфы 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцем 4 бала 1. Стакан 3 и сегменты 12 кольца 9 могут быть св заны шлицевыми соединением, включающем выполненный на внутренней стороне стакана 3 продольный глухой паз 17, выступы 18 на сегментах 12 и установленные вThe rotor contains a metal shaft 1 with an axial channel 2 for supplying compressed air, equipped at the end with a bore 3 made in the form of a hollow sleeve or a cup with a clover (end face) 4, and a ceramic impeller 5 of the turbine, including a disk 6 with working blades and an axial protrusion (pin ) 8. Between the glass 3 and the pin 8, a split thrust ring 9 is installed along the radius, which is connected from the inside to the conical surface 10 of the pin 8 and from the outside to the cylindrical surface 11 of the glass 3. In this case, the glass 3 is connected to the segments 12 of the ring 9 by radial pins 13. Between the bellows 15 are installed by the ends 4 and 14 of the shaft 1 and the pin 8, hermetically connected by the edges 16 to the end 4 of the ball 1. The glass 3 and segments 12 of the ring 9 can be connected by a spline connection, including a longitudinal blind groove 17 made on the inside of the glass 3, protrusions 18 on segments 12 and installed in

проточке 19 стакана 3 разрезное лрижим: ное кольцо 20. groove 19 cups 3 split trim: new ring 20.

Сборку и изготовление металлокерамического ротора осуществл ют следующим образом. На цапфу 8 диска 6 турбины устанавливают сегменты 12 упорного кольца Я иThe assembly and manufacture of the ceramic-metal rotor is carried out as follows. On the pin 8 of the disk 6 of the turbine set segments 12 of the thrust ring I and

завод т их (8 и 9) в стакан 3 вала 1 до упора в стенку сильфона 15с последующей установкой радиальных штифтов 13. После этого через канал 2 в полость Б сильфона 15 подают сжатый воздух и тем самым за счетinsert them (8 and 9) into the glass 3 of the shaft 1 until it stops against the wall of the bellows 15 with the subsequent installation of the radial pins 13. After that, compressed air is supplied through the channel 2 into the cavity B of the bellows 15 and thereby

расширени сильфона и его воздействи на торец 14 цапфы последнюю прижимают к сегментам 12 разъемного кольца 9. При наличии упом нутого осевого усили на режим запуска раскручивают ротор и нагреваютthe expansion of the bellows and its impact on the end face 14 of the journal pin is pressed against the segments 12 of the split ring 9. In the presence of the aforementioned axial force, the rotor is untwisted on the start-up mode and heated

цапфу 8 турбины и стакан 3 вала 1 до рабочей температуры. При вращении ротора неоднократно осуществл ют его резкое торможение, что приводит к возникновению между валом 1 и турбиной 5 крут щего момента . Под воздействием последнего и осевого усили происходит сдвижка и перемещение, т.е. притирка, цапфы 8 и сегментов 12 кольца 9.pin 8 of the turbine and a glass 3 of the shaft 1 to the operating temperature. When the rotor rotates, it is sharply braked repeatedly, which leads to a torque between the shaft 1 and the turbine 5. Under the influence of the last and axial forces, shift and displacement occur, i.e. lapping, trunnion 8 and segments 12 of the ring 9.

После такой притирки элементов приAfter such grinding in

вращении ротора осуществл ют окончательное крепление штифтами 13 кольца 9, после чего охлаждают узел соединени и останавливают ротор..the rotation of the rotor is finally secured by pins 13 of the ring 9, after which they cool the junction and stop the rotor.

В предложенной конструкции вместоIn the proposed design, instead of

описанного штифтового соединени сегменты 12 разъемного кольца 9 могут быть соединены со стаканом 3 вала 1 шлицевым соединением, которое осуществл ют следующим образом. Нагревают стакан. 3,например до температуры 400-500 С, за счет чего удлин ют продольный паз 17. Затем в полость стакана 3 ввод т цапфу 8 с монтированными сегментами 12 путем перемещени выступов 18 его в проточку 19.of the described pin connection, the segments 12 of the split ring 9 can be connected to the sleeve 3 of the shaft 1 by a spline connection, which is carried out as follows. Heat the glass. 3, for example, to a temperature of 400-500 ° C, whereby the longitudinal groove 17 is elongated. Then, a pin 8 with mounted segments 12 is inserted into the cavity of the cup 3 by moving its protrusions 18 into the groove 19.

При этом торцами 4 и 14 сжимают сильфон 15. После охлаждени стакана 3 сегменты 12 кольца 9 упираютс во внутреннюю поверхность втулки и выступ 8 прижат сильфоном 15 поверхност ми 10 к разъемному кольцуIn this case, the bellows 15 are compressed by the ends 4 and 14. After cooling the cup 3, the segments 12 of the ring 9 abut against the inner surface of the sleeve and the protrusion 8 is pressed by the bellows 15 with the surfaces 10 against the split ring

9. В остальном вращение, нагрев и запрессовка деталей осуществл етс описанным ранее образом, исключа необходимость креплени отсутствующих радиальных штифтов.9. Otherwise, the rotation, heating, and pressing-in of parts is carried out as previously described, eliminating the need to mount the missing radial pins.

Преимущества изобретени по сравнению с прототипом заключаютс в следующем .The advantages of the invention in comparison with the prototype are as follows.

Разъемное кольцо и цапфа колеса турбины выполнены некруглого сечени иThe split ring and the axle of the turbine wheel are non-circular section and

большего чем в прототипе, через которые передаетс крут щий момент в работающей турбине; more than in the prototype through which torque is transmitted in a running turbine;

Если в прототипе осевое перемещение цапфы керамической турбины в стакане металлического вала осуществл ют путем приложени к диску турбины напр жений изгиба и раст жений, то в изобретении - за счет осевого сжати цапфы турбины под воздействием сжатого воздухе.If in the prototype the axial movement of the trunnion of a ceramic turbine in a glass of a metal shaft is carried out by applying bending and tensile stresses to the turbine disk, then in the invention it is due to the axial compression of the trunnion of the turbine under the influence of compressed air.

Если в изобретении крепление цапфы турбины в стакане вала осуществл ют при вращении, т.е. при наличии расчетных центробежных сил, после притирки деталей узла соединени , при посто нном осевом воздействии на цапфу турбины, то в прото- типе этого выполнить невозможно. If in the invention the fastening of the axle of the turbine in the shaft housing is carried out during rotation, i.e. in the presence of calculated centrifugal forces, after lapping the parts of the connection unit, with a constant axial action on the axle of the turbine, this cannot be done in the prototype.

Все это повышает надежность узла соединени и точность сборки металлокерами- ческого ротора турбины.All this increases the reliability of the joint and the accuracy of assembly of the cermet rotor of the turbine.

Claims

1. A method of assembling a ceramic-metal rotor of a turbine, which consists in installing a ceramic journal of the disk together with a thrust ring in a cylindrical cup of a metal shaft, which consists in that, in order to increase the reliability of the connection unit and the accuracy of assembly, additionally after installation on In start-up mode, the rotor is rotated and the trunnion is pressed into the thrust ring by axial movement of the trunnion of the turbine disk relative to the shaft due to the action of compressed air on the trunnion end.

2. A ceramic-metal turbine rotor containing a metal shaft with a cylindrical bore made in it, forming a cup, a metal vnop ring installed inside the latter, a ceramic disk of the turbine impeller with an axial axle located in the thrust ring, installed in the walls of the cup and in thrust ring fasteners, characterized in that, in order to increase reliability, they are connected to none, the rotor is equipped with an axially expanding thrust element mounted on the side of the axle end, the last in shape, tapering towards the turbine disk, the ring is detachable, with a conical inner surface, the shaft is with an axial channel connected at the inlet and outlet, respectively, to a source of compressed air and to an expanding element.

3. The rotor according to claim 2, with h and h and with the fact that the thrust element is made in the form of a bellows.

4. The rotor according to paragraphs. 2 and 3, with respect to the fact that the surface of the turbine journal is mated with the inner surface of the split thrust ring in the form of a truncated pyramid facing the end of the glass of the metal shaft.

5. The rotor according to paragraphs. 2 -4. This is due to the fact that it is equipped with a split pressure ring, annular recess and axial grooves are made on the inner surface of the glass, and protrusions associated with said grooves are made on the split thrust ring, the pressure ring being installed with side of the disk in the ring groove ..