RU2188339C2

RU2188339C2 - Compressor rotor of gas turbine engine

Info

Publication number: RU2188339C2
Application number: RU2000127596/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Кузнецов; А.И. Тункин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-08-27

Abstract

FIELD: gas turbine engines of aircraft and ground application. SUBSTANCE: according to invention in rotor of compressor with balance weights U-shaped balance weights are used which are installed with radial clearance of δ = 0,05...1mm at inner side of radial ring rib of disk and are fixed circumferentially in its holes by axial fasteners at D-d = 2δ where D is diameter of fastener in ring rib, and d is diameter of fastener stem. EFFECT: reduced time taken for balancing, improved reliability of compressor rotor in operation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к роторам компрессоров газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. The invention relates to rotors of compressors for gas turbine engines of aviation and ground applications.

Известен ротор компрессора ГТД, для балансировки (устранения дисбаланса) которого используются балансировочные грузики, выполненные в виде отдельных сегментов и зафиксированные относительно диска с помощью болтов [1]. The rotor of a GTE compressor is known, for balancing (eliminating an imbalance) of which balancing weights are used, made in the form of separate segments and fixed relative to the disk using bolts [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как болты имеют концентраторы напряжений в виде резьбы и, находясь в поле действия центробежных сил, могут оборваться, что приведет к поломке компрессора. A disadvantage of the known design is its low reliability, since the bolts have stress concentrators in the form of a thread and, being in the field of action of centrifugal forces, can break, which will lead to compressor failure.

Наиболее близким к заявляемому является ротор компрессора ГТД, в котором балансировочные грузики выполнены в виде сегментов и устанавливаются на кольцевых осевых выступах дисков с помощью развальцованных заклепок [2]. Closest to the claimed is the rotor of the GTE compressor, in which the balancing weights are made in the form of segments and are installed on the annular axial protrusions of the discs using flared rivets [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за неудобства развальцовки заклепок, так как подход к ним закрыт рабочими лопатками. В условиях современного газотурбинного двигателя балансировочные грузики работают в условиях повышенных температур до 700^oС и высоких окружных скоростей до 300 м/с. Обрыв балансировочного грузика может вызвать поломку работающего двигателя. Одновременно жесткие требования предъявляются к удобству постановки балансировочных грузиков, так как это определяет время балансировки ротора компрессора газотурбинного двигателя.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is its low reliability due to the inconvenience of flaring rivets, since the approach to them is closed by working blades. In a modern gas turbine engine, balancing weights operate at elevated temperatures up to 700 ^o C and high peripheral speeds up to 300 m / s. A break in the balancing weight may cause a malfunction of the running engine. At the same time, stringent requirements are imposed on the convenience of balancing weights, since this determines the balancing time of the compressor rotor of a gas turbine engine.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении времени балансировки и в повышении надежности работы ротора компрессора путем исключения контакта кольцевого ребра диска со стержнем заклепки. The technical problem to which the claimed invention is directed is to reduce the balancing time and to increase the reliability of the compressor rotor by eliminating the contact of the annular edge of the disk with the rivet shaft.

Сущность технического решения заключается в том, что в роторе компрессора ГТД с балансировочными грузиками согласно изобретению балансировочные грузики выполнены U-образной формы, установлены с радиальным зазором δ, равным от 0,05 до 1 мм, с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и зафиксированы в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d = 2δ, где D - диаметр крепежного отверстия в кольцевом ребре, d - диаметр стержня крепежного элемента. The essence of the technical solution lies in the fact that in the rotor of a gas turbine compressor with balancing weights according to the invention, the balancing weights are made in a U-shape, installed with a radial clearance δ of 0.05 to 1 mm, from the inside of the radial ring edge of the disk and fixed in circumferential direction along its holes with axial fasteners, where Dd = 2δ, where D is the diameter of the fastening hole in the annular rib, d is the diameter of the rod of the fastener.

Выполнение балансировочных грузиков U-образной формы позволяет за счет обхвата кольцевых радиальных ребер фиксироваться этим грузикам относительно этих ребер в осевом направлении, за счет чего обладающие повышенной жесткостью ребра уменьшают деформацию закомпрессорного лабиринта под действием центробежных сил от балансировочных грузиков, способствуя сохранению радиальных зазоров между лабиринтом и ответными ему статорными элементами двигателя, за счет чего повышается надежность крепления балансировочного грузика на кольцевом ребре. The implementation of U-shaped balancing weights allows axial direction of these weights to be fixed relative to these ribs due to the circumference of the annular radial ribs, due to which the ribs with increased stiffness reduce the deformation of the compressor maze under the action of centrifugal forces from the balancing weights, contributing to the preservation of radial gaps between the labyrinth and reciprocal stator elements of the engine, thereby increasing the reliability of mounting the balancing weight on the ring bre.

Установка балансировочных грузиков с радиальным зазором величиной δ = 0,05. . .1 мм с внутренней стороны радиального кольцевого ребра диска и фиксация в окружном направлении по его отверстиям осевыми крепежными элементами, причем D-d = 2δ, позволяет исключить контакт кольцевого ребра диска со стержнем заклепки, повышая надежность работы ротора компрессора. Installation of balancing weights with a radial clearance of δ = 0.05. . .1 mm from the inner side of the radial annular disk rib and fixing in the circumferential direction through its holes with axial fasteners, with D-d = 2δ, eliminates the contact of the circular disk rib with the rivet rod, increasing the reliability of the compressor rotor.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ротора компрессора ГТД. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the rotor of a gas turbine compressor.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде при невращающемся роторе компрессора. In FIG. 2 - element I in FIG. 1 in an enlarged view with a non-rotating compressor rotor.

На фиг. 3 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде при вращающемся роторе компрессора. In FIG. 3 - element I in FIG. 1 in an enlarged view with a rotating compressor rotor.

Ротор 1 компрессора ГТД состоит из вала 2, на котором с помощью шлиц 3 установлены диски 4 с рабочими лопатками 5 и промежуточными кольцами 6. На диске последней ступени 7 с помощью байонетного соединения 8 закреплен закомпрессорный дисковый лабиринт 9 с уплотнительными гребешками 10 на ободе 11, на внутренней поверхности которого выполнено направленное к оси компрессора радиальное кольцевое ребро 12 с отверстиями 13. На ребре 12 установлены U-образные сегментные балансировочные грузики 14, зафиксированные в окружном направлении относительно отверстий 13 с помощью крепежных элементов в виде заклепок 15, каждая из которых состоит из головки 16, стержня 17 и развальцованной юбочки 18. Относительно внутренней поверхности 19 радиального ребра 12 балансировочные грузики 14 своей посадочной поверхностью 20 установлены с радиальным зазором δ, причем D-d = 2δ. Заклепка 15 зафиксирована в радиальном и окружном направлениях относительно балансировочного грузика 14 по поверхностям 21 и 22 стержня 17 заклепки, а в осевом - путем развальцовки юбочки 18. The rotor 1 of the gas turbine compressor consists of a shaft 2, on which, with the help of a slot 3, disks 4 are installed with rotor blades 5 and intermediate rings 6. A compression disk labyrinth 9 with sealing ridges 10 is mounted on the rim 11 using the bayonet coupling 8 on the inner surface of which there is made a radial annular rib 12 directed to the compressor axis with holes 13. U-shaped segmented balancing weights 14 are installed on the rib 12, fixed in the circumferential direction relative to the hole 13 with the help of fasteners in the form of rivets 15, each of which consists of a head 16, a shaft 17 and a flared skirt 18. Relative to the inner surface 19 of the radial rib 12, the balancing weights 14 are installed with their radial clearance δ, with Dd = 2δ . The rivet 15 is fixed in radial and circumferential directions relative to the balancing weight 14 on the surfaces 21 and 22 of the rivet shaft 17, and in the axial direction by flaring the skirt 18.

Работает устройство следующим образом. При сборке ротора компрессора 1 балансировочные грузики 14 могут свободно перемещаться в радиальном направлении в пределах зазора δ = 0,05...1 мм. При вращении ротора компрессора 1, например при его балансировке или при работе газотурбинного двигателя, под действием центробежных сил грузики 14 перемещаются в радиальном направлении от оси ротора компрессора и самоустанавливаются поверхностью 20 по поверхности 19 кольцевого радиального ребра 12. При этом стержень 17 заклепки 15, являющийся слабым элементом в данной конструкции, не контактирует с кольцевым ребром 12, за счет чего повышается надежность крепления балансировочного грузика 14 на кольцевом ребре 12. Сегментный балансировочный грузик 14 в зависимости от потребной массы может быть выполнен на большой дуге окружности и поэтому крепится двумя, тремя или большим количеством заклепок 15. В этом случае во избежание перерезания стержня 17 заклепки 15 разница диаметров D-d выбирается исходя из температурных деформаций кольцевого ребра 12 и грузика 14. Заявляемая конструкция является удобной с точки зрения постановки и крепления балансировочных грузиков 14, так как развальцовка юбочки 18 фиксирующей заклепки 15 производится с внешней стороны кольцевого ребра 12 в осевом направлении. The device operates as follows. When assembling the compressor rotor 1, the balancing weights 14 can freely move in the radial direction within the gap δ = 0.05 ... 1 mm. When the rotor of the compressor 1 is rotated, for example, when it is balanced or when the gas turbine engine is operating, under the action of centrifugal forces, the weights 14 move radially from the axis of the compressor rotor and self-install by surface 20 along the surface 19 of the annular radial rib 12. Moreover, the shaft 17 of the rivet 15, which is weak element in this design, does not contact with the annular rib 12, thereby increasing the reliability of mounting the balancing weight 14 on the annular rib 12. Segment balancing gr depending on the required mass, the narrow 14 can be made on a large arc of a circle and therefore fastened with two, three or more rivets 15. In this case, in order to avoid cutting the rivet 15 pin 17, the diameter difference Dd is selected based on the temperature deformations of the annular rib 12 and the weight 14 The inventive design is convenient from the point of view of setting and fixing the balancing weights 14, since the flare skirt 18 of the fixing rivet 15 is made from the outer side of the annular rib 12 in the axial direction and.

Источники информации
1. С. А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 1989 г., стр.66, рис.3.10.Sources of information
1. S. A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. M.: Engineering, 1989, p. 66, Fig. 3.10.

2. С.А.Вьюнов, стр.95, рис.3.33 - прототип. 2. S. A. Vyunov, p. 95, Fig. 3.33 - prototype.

Claims

The compressor rotor of a gas turbine engine with balancing weights, characterized in that the balancing weights are made in a U-shape, are installed with a radial clearance of δ = 0.05-1 mm from the inside of the radial annular disk edge and are fixed in the circumferential direction through its holes with axial mounting elements, moreover, Dd = 2δ, where D is the diameter of the mounting hole in the annular rib, d is the diameter of the rod of the fastening element.