RU2204042C2

RU2204042C2 - Gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2204042C2
Application number: RU2001111206/06A
Authority: RU
Inventors: В.В. Иванов; В.А. Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbines. SUBSTANCE: proposed gas-turbine engine contains compressor, combustion chamber, low-pressure turbine and high-pressure turbine. Rotor of high-pressure turbine is connected with compressor rotor by shaft-to-shaft joint and is cantilever-mounted on radial roller bearing. Inner race of radial bearing is secured on shaft by nut. Ratio of outer diameter of nut to outer diameter of inner race of roller bearing is 0.9-1.0. Nut is provided with communicating end face and inclined slots. Ratio of diameter of roller of roller bearing to width of end face slots is 1.3-2.5. Bottom of inclined slots is made to radius whose ratio to radius of roller is 0.5-0.9. EFFECT: improved reliability of gas-turbine engine by excluding damage to roller bearing when assembling the engine. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. The invention relates to gas turbine engines for aviation and ground applications.

Известен газотурбинный двигататель, рабочее колесо турбины высокого давления в котором установлено на валу компрессора с помощью болтов [1]. Known gas turbine engine, the impeller of a high pressure turbine in which is mounted on the compressor shaft using bolts [1].

Недостатком такой конструкции является низкая надежность из-за повышенных вибраций ротора турбины в результате невозможности балансировки отдельно собранного ротора турбины совместно с валом. The disadvantage of this design is low reliability due to increased vibrations of the turbine rotor as a result of the inability to balance a separately assembled turbine rotor together with the shaft.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является газотурбинный двигатель, рабочее колесо турбины высокого давления в котором собирают совместно с валом турбины и внутренним кольцом подшипника, балансируют, а затем в собранном виде устанавливают в статоре двигателя [2]. The closest in technical essence to the claimed one is a gas turbine engine, the impeller of a high pressure turbine in which is assembled together with the turbine shaft and the inner ring of the bearing, balanced, and then assembled installed in the engine stator [2].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за возможного повреждения тел качения (например, роликов) гайкой крепления на валу внутреннего кольца подшипника при сборке двигателя. Это связано с тем, что массивный ротор турбины весом более 150 кг "вслепую" устанавливают в наружном кольце подшипника, закрепленном в статоре, при этом гайка крепления внутреннего кольца подшипника проходит под роликами роликоподшипника. В случае удара гайки о сепаратор или торец ролика последний повреждается. Собранный таким образом двигатель может разрушиться из-за поломки подшипника. A disadvantage of the known design is its low reliability due to possible damage to the rolling elements (for example, rollers) by the fastening nut on the shaft of the inner ring of the bearing during engine assembly. This is due to the fact that a massive rotor of a turbine weighing more than 150 kg is installed “blindly” in the outer bearing ring fixed in the stator, while the nut of the inner ring of the bearing passes under the roller bearings. If the nut hits the cage or the end of the roller, the latter is damaged. An engine assembled in this way can be destroyed due to bearing failure.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения повреждения роликоподшипника при сборке двигателя. The technical problem solved by the invention is to increase the reliability of a gas turbine engine by eliminating damage to the roller bearing during engine assembly.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания, турбину низкого давления и турбину высокого давления, ротор которой соединен межвальным соединением с ротором компрессора и установлен консольно на радиальном роликоподшипнике, внутреннее кольцо которого закреплено на валу гайкой, согласно изобретению отношение наружного диаметра гайки к наружному диаметру внутреннего кольца роликоподшипника составляет 0,9-1, гайка выполнена с сообщающимися между собой торцовыми и наклонными пазами, при этом отношение диаметра ролика роликоподшипника к ширине торцовых пазов составляет 1,3-2,5, а донышко наклонных пазов выполнено по радиусу, величина которого относится к радиусу ролика роликоподшипника как 0,5-0,9. The essence of the invention lies in the fact that in a gas turbine engine containing a compressor, a combustion chamber, a low pressure turbine and a high pressure turbine, the rotor of which is connected by an inter-shaft connection to the compressor rotor and mounted cantilever on a radial roller bearing, the inner ring of which is fixed to the shaft with a nut, according to the invention the ratio of the outer diameter of the nut to the outer diameter of the inner ring of the roller bearing is 0.9-1, the nut is made with communicating between the end and inclined and grooves, while the ratio of the diameter of the roller bearing to the width of the end grooves is 1.3-2.5, and the bottom of the inclined grooves is made in radius, the value of which relates to the radius of the roller of the roller bearing as 0.5-0.9.

Внутреннее кольцо закреплено на валу гайкой, при этом отношение наружного диаметра гайки d к наружному диаметру D внутреннего кольца роликоподшипника составляет 0,9-1. The inner ring is fixed to the shaft with a nut, while the ratio of the outer diameter of the nut d to the outer diameter D of the inner ring of the roller bearing is 0.9-1.

В случае, когда d<0,9 D, при сборке возможно повреждение ролика подшипника в результате удара ролика о внутреннее кольцо. In the case where d <0.9 D, during assembly, damage to the bearing roller may result from impact of the roller on the inner ring.

При d>D не обеспечивается сборка турбины. Выполнение гайки с сообщающимися между собой торцовыми и наклонными пазами обеспечивает ее заворачивание и облегчает сборку ротора турбины, исключая повреждение подшипника при установке ротора турбины в двигатель. For d> D, turbine assembly is not ensured. The execution of the nut with interconnected end and inclined grooves ensures its tightening and facilitates the assembly of the turbine rotor, eliminating damage to the bearing when installing the turbine rotor in the engine.

При этом отношение диаметра d ролика роликоподшипника к ширине h торцовых пазов составляет 1,3-2,5. При d/h<1,3 возможно повреждение внутренней поверхности сепаратора гайки при сборке двигателя. При d/h>2,5 будет наблюдаться ослабление пластинчатого контровочного замка, что может привести к откручиванию гайки при работе двигателя. In this case, the ratio of the diameter d of the roller bearing roller to the width h of the end grooves is 1.3-2.5. When d / h <1.3, damage to the inner surface of the nut separator during engine assembly is possible. At d / h> 2.5, a weakening of the lock lock will be observed, which can lead to loosening of the nut during engine operation.

Выполнение донышка наклонных пазов по радиусу r, величина которого относится к радиусу d ролика роликоподшипника как 0,5-0,9, позволяет избежать касания ролика своим торцем гайки и повреждение подшипника. Если r/d будет менее 0,5, то будет наблюдаться снижение надежности гайки из-за концентрации напряжений по радиусу r малому по величине. Соотношение r/d>0,9 повышает вероятность касания ролика и гайки. The execution of the bottom of the inclined grooves along the radius r, the value of which relates to the radius d of the roller of the roller bearing as 0.5-0.9, avoids touching the roller with its end face of the nut and damage to the bearing. If r / d is less than 0.5, then there will be a decrease in the reliability of the nut due to the concentration of stresses along the radius r of small size. A ratio of r / d> 0.9 increases the likelihood of the roller and nut touching.

Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами. The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя заявляемой конструкции;
на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
фиг.3 - элемент III на фиг.2;
фиг.4 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде в процессе сборки;
фиг.5 - сечение А-А на фиг.4;
фиг.6 - вид Б на фиг.4.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a gas turbine engine of the claimed design;
figure 2 - element I in figure 1 in an enlarged view;
figure 3 - element III in figure 2;
figure 4 - element II in figure 1 in an enlarged view during the assembly process;
figure 5 - section aa in figure 4;
6 is a view B in figure 4.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбиины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5. The gas turbine engine 1 consists of a compressor 2, a combustion chamber 3, a high pressure turbine 4 and a low pressure turbine 5.

Вал 6 ротора 7 турбины высокого давления 4 соединен с помощью межвального соединения 8 с валом 9 ротора 10 компрессора 2 и установлен консольно в опоре 11 радиального роликоподшипника 12. The shaft 6 of the rotor 7 of the high pressure turbine 4 is connected by an inter-shaft connection 8 to the shaft 9 of the rotor 10 of the compressor 2 and is mounted cantilever in the support 11 of the radial roller bearing 12.

Наружное кольцо 13 роликоподшипника 12 установлено в упругом элементе 14 опоры 11, а его внутреннее кольцо 15, наружная поверхность 16 которого имеет диаметр D, закреплено стоящей перед ним гайкой 17 совместно с лабиринтом 18 на валу 6 ротора 7 турбины 4. Наружная поверхность 19 гайки 17 выполнена с диаметром d₁, меньшим наружного диаметра D внутреннего кольца 15.The outer ring 13 of the roller bearing 12 is installed in the elastic element 14 of the support 11, and its inner ring 15, the outer surface 16 of which has a diameter D, is fixed by the nut 17 facing it together with the labyrinth 18 on the shaft 6 of the rotor 7 of the turbine 4. The outer surface 19 of the nut 17 made with a diameter d ₁ smaller than the outer diameter D of the inner ring 15.

На гайке 17 выполнены торцовые пазы 20 шириной h, а также соединенные с ними наклонные пазы 21, донышко 22 которых выполнено по радиусу r. On the nut 17, end grooves 20 are made of width h, as well as inclined grooves 21 connected to them, the bottom 22 of which is made along the radius r.

В окружном направлении в подшипнике 12 ролики 23 удерживаются с помощью сепаратора 25 с внутренней поверхностью 26, а сам сепаратор 25 в осевом направлении удерживается торцовыми поверхностями 27 и 28 роликов 23. In the circumferential direction in the bearing 12, the rollers 23 are held by a separator 25 with an inner surface 26, and the separator 25 in the axial direction is held by the end surfaces 27 and 28 of the rollers 23.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

При работе двигателя гайка 17 фиксируется от отворачивания с помощью пластинатого замка 24, который входит в пазы 20. When the engine is running, the nut 17 is fixed from turning off using a plate lock 24, which is included in the grooves 20.

При сборке двигателя 1 при постановке ротора 7 турбины высокого давления 4 в двигатель 1 гайка 17 свободно проходит под роликами 23 подшипника 12, т. к. ее наружный диаметр d₁ выполнен меньшим наружного диаметра D внутреннего кольца 15 подшипника 12.When assembling the engine 1 when setting the rotor 7 of the high pressure turbine 4 into the engine 1, the nut 17 freely passes under the rollers 23 of the bearing 12, since its outer diameter d _{1 is} made smaller than the outer diameter D of the inner ring 15 of the bearing 12.

Когда при сборке ролики 23 попадают в пазы 20 гайки 17, то они контактируют с гайкой 17 по ее граням 29, защищая сепаратор 25 от повреждения, т. к. он выполнен из более мягкого, чем ролик, материала. When, during assembly, the rollers 23 fall into the grooves 20 of the nut 17, they contact the nut 17 along its faces 29, protecting the separator 25 from damage, since it is made of a material softer than the roller.

Далее при осевом смещении ротора 7 вперед ролики попадают в наклонные пазы 21, выполненные за одно целое с пазами 20. Ролик 23 не ударяется о гайку 17 своим торцем. Further, with the axial displacement of the rotor 7 forward, the rollers fall into inclined grooves 21 made integrally with the grooves 20. The roller 23 does not hit the nut 17 with its end face.

Таким образом, обеспечивается постановка ротора 7 турбины 4 в двигатель 1 без повреждения подшипника 12. Thus, the setting of the rotor 7 of the turbine 4 in the engine 1 is ensured without damage to the bearing 12.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр. 206, рис. 4.53.Sources of information
1. S. A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 206, Fig. 4.53.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1989, стр. 205, рис. 4.52. 2. S. A. Vyunov. Design and Design of Aviation Gas Turbine Engines, M .: Mechanical Engineering, 1989, p. 205, Fig. 4.52.

Claims

A gas turbine engine comprising a compressor, a combustion chamber, a low pressure turbine and a high pressure turbine, the rotor of which is connected by an inter-shaft connection to the compressor rotor and mounted cantilever on a radial roller bearing, the inner ring of which is fixed to the shaft with a nut, characterized in that the ratio of the outer diameter of the nut to the outer the diameter of the inner ring of the roller bearing is 0.9-1, the nut is made with interconnected end and inclined grooves, while the ratio of the diameter of the roller p the size of the ball bearing to the width of the end grooves is 1.3-2.5, and the bottom of the inclined grooves is made in radius, the value of which refers to the radius of the roller of the roller bearing as 0.5-0.9.