RU2230195C2 - Multistage turbine rotor - Google Patents

Multistage turbine rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2230195C2
RU2230195C2 RU2002114247/06A RU2002114247A RU2230195C2 RU 2230195 C2 RU2230195 C2 RU 2230195C2 RU 2002114247/06 A RU2002114247/06 A RU 2002114247/06A RU 2002114247 A RU2002114247 A RU 2002114247A RU 2230195 C2 RU2230195 C2 RU 2230195C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disks
rotor
disk
flange
shaft
Prior art date
Application number
RU2002114247/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002114247A (en
Inventor
С.И. Фадеев (RU)
С.И. Фадеев
В.К. Сычев (RU)
В.К. Сычев
А.П. Трушников (RU)
А.П. Трушников
В.М. Язев (RU)
В.М. Язев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU2002114247/06A priority Critical patent/RU2230195C2/en
Publication of RU2002114247A publication Critical patent/RU2002114247A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2230195C2 publication Critical patent/RU2230195C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power and transport engineering. SUBSTANCE: invention can be used in turbines of aircraft engines and gas-turbine plants of ground application. Proposed rotor of multistage turbine is provided with disks arranged in cantilever manner relative to supports and braced together with shaft by central bolt. Disks are furnished with flanges extended in axial direction. Flanges of neighbor disks being in contact over end face surfaces are aligned and fixed by precision pins. Shaft is provided with radial-conical envelope with attachment flange,

Description

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в турбинах авиационных двигателей и газотурбинных установках наземного применения.The invention relates to power and transport engineering and can be used in turbines of aircraft engines and gas turbine installations for ground use.

Известна конструкция ротора многоступенчатой турбины, в которой диски соединены между собой при помощи нескольких осенаправленных шпилек, расположенных примерно посередине полотна дисков. Через шпильки выполняется передача крутящего момента с одного диска на другой и на вал ротора, а также стяжка дисков в осевом направлении /1/.A known rotor design of a multi-stage turbine, in which the disks are interconnected using several directional studs located approximately in the middle of the blade web. Through the studs, the torque is transmitted from one disk to another and to the rotor shaft, as well as the screed of the disks in the axial direction / 1 /.

Недостатком данной конструкции является то, что отверстия, выполненные в дисках, являются концентраторами напряжений и могут стать источником трещин и разрушения дисков, работающих в условиях циклических нагрузок. При работе турбины температура дисков в таких конструкциях как правило выше, чем температура шпилек, поэтому шпильки вытягиваются, т.е. стяжка пакета дисков ненадежна.The disadvantage of this design is that the holes made in the disks are stress concentrators and can become a source of cracks and fracture of disks operating under cyclic loads. During turbine operation, the temperature of the disks in such structures is usually higher than the temperature of the studs; therefore, the studs are stretched, i.e. screed disc pack unreliable.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является ротор многоступенчатой турбины, в котором диски соединены между собой в осевом направлении и с фланцем вала с помощью шлиц Хирта, стянуты центральным стяжным болтом, проходящим через отверстия в ступице дисков. Радиальная центровка и передача крутящего момента выполняется также через шлицы Хирта /2/.The closest in design to the claimed is the rotor of a multi-stage turbine, in which the disks are connected to each other in the axial direction and with the shaft flange using the Hirth slots, are tightened by a central coupling bolt passing through the holes in the disk hub. Radial alignment and transmission of torque is also performed through the slots of Hirth / 2 /.

Основным недостатком известной конструкции является ослабление затяжки пакета ротора из-за вытяжки стяжного болта, работающего при циклических нагрузках в условиях различных температурных расширений болта и дисков, что ведет к разбалансировке ротора и снижению надежности конструкции.The main disadvantage of the known design is the weakening of the tightening of the rotor package due to the elongation of the coupling bolt operating under cyclic loads under various thermal expansion of the bolt and discs, which leads to the unbalance of the rotor and reduce the reliability of the design.

Кроме того, известная конструкция является недостаточно жесткой из-за удаленности передней опоры ротора от его центра тяжести.In addition, the known design is not rigid enough because of the remoteness of the front support of the rotor from its center of gravity.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и жесткости конструкции за счет исключения ослабления затяжки пакета ротора и разбалансировки при циклических нагрузках, а также приближения передней опоры ротора к его центру тяжести.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability and rigidity of the structure by eliminating the weakening of the tightening of the rotor package and unbalance during cyclic loads, as well as the approach of the front rotor support to its center of gravity.

Сущность изобретения заключается в том, в роторе многоступенчатой турбины с дисками, расположенными консольно относительно опор и стянутыми с валом центральным стяжным болтом, согласно изобретению, диски снабжены вынесенными в осевом направлении фланцами, при этом фланцы соседних дисков контактируют по торцовым поверхностям, зацентрированы между собой и зафиксированы призонными штифтами, вал снабжен радиально-конической оболочкой с присоединительным фланцем, имеющими в сечении

Figure 00000003
Figure 00000004
-образную форму, причем сужение конусного участка оболочки направлено в сторону присоединительного фланца, который скреплен с фланцем ближайшего диска, а между стяжным болтом и полотном диска первой ступени размещен упругий элемент в форме тарельчатой пружины.The essence of the invention lies in the fact that in the rotor of a multi-stage turbine with disks located cantilever relative to the supports and pulled together with a shaft by a central coupling bolt, according to the invention, the disks are provided with axially extended flanges, while the flanges of adjacent disks contact along the end surfaces, are centered between each other and fixed by tight-fitting pins, the shaft is equipped with a radial-conical shell with a connecting flange having a cross-section
Figure 00000003
Figure 00000004
-shaped shape, and the narrowing of the conical portion of the shell is directed towards the connecting flange, which is fastened to the flange of the nearest disc, and between the coupling bolt and the blade web of the first stage there is an elastic element in the form of a Belleville spring.

Кроме того, диски могут быть зацентрированы с помощью промежуточной детали, например диафрагмы.In addition, the discs can be centered using an intermediate part, such as a diaphragm.

Поскольку диски по месту стыка друг с другом имеют температуру выше, чем стяжной болт, то возникает вероятность вытяжки стяжного болта и раскрытия стыков по дискам. Однако разность температурных расширений пакета дисков и стяжного болта будет компенсировать тарельчатая пружина, что повысит надежность заявляемой конструкции. Жесткость пружины подбирается конструктивно и зависит от массы стягиваемого пакета, момента затяжки, направления прилагаемой на ротор рабочей нагрузки и других факторов.Since the disks at the junction with each other have a temperature higher than the coupling bolt, it is likely that the coupling bolt will be pulled out and the joints will open along the disks. However, the difference in temperature expansion of the disk package and the coupling bolt will compensate for the Belleville spring, which will increase the reliability of the claimed design. The spring stiffness is selected constructively and depends on the mass of the package being pulled together, the tightening torque, the direction of the workload applied to the rotor, and other factors.

Снабжение дисков фланцами, вынесенными в осевом направлении, а также контактирование фланцев соседних дисков по торцовым поверхностям, которые зацентрированы между собой и зафиксированы призонными штифтами, а также размещение упругого элемента позволяет исключить нарушение затяжки пакета дисков и разбалансировку ротора при циклических нагрузках. Разность температурных расширений между стяжным болтом и пакетом стягиваемых дисков будет компенсироваться упругим элементом в виде тарельчатой пружины, расположенной под опорной частью стяжного болта и работающей в зоне упругих деформаций.The supply of disks with axially extended flanges, as well as the contacting of the flanges of adjacent disks on end surfaces that are centered between each other and secured by prismatic pins, as well as the placement of an elastic element, eliminates the violation of the tightening of the disk package and unbalance of the rotor under cyclic loads. The difference in temperature expansions between the coupling bolt and the pack of contractible disks will be compensated by an elastic element in the form of a Belleville spring located under the supporting part of the coupling bolt and operating in the zone of elastic deformation.

Сужение конического участка радиально-конической оболочки направлено в сторону присоединительного фланца. Выполнение оболочки с радиальным и коническим участками и присоединительным фланцем, которые в сечении имеют

Figure 00000005
-образную форму, позволяет сместить передний опорный подшипник в сторону центра тяжести ротора, тем самым уменьшить его консольность и, следовательно, повысить жесткость.The narrowing of the conical section of the radial conical shell is directed towards the connecting flange. The execution of the shell with radial and conical sections and a connecting flange, which in cross section have
Figure 00000005
-shaped shape, allows you to shift the front thrust bearing towards the center of gravity of the rotor, thereby reducing its cantileverness and, therefore, increase rigidity.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующим образом.The invention is illustrated as follows.

На фиг.1 изображен ротор многоступенчатой турбины заявляемой конструкции.Figure 1 shows the rotor of a multi-stage turbine of the claimed design.

На фиг.2 изображен вариант выполнения ротора с дисками, зацентрированными диафрагмами.Figure 2 shows an embodiment of a rotor with disks centered on the diaphragms.

Ротор многоступенчатой турбины состоит из дисков первой ступени 1, второй ступени 2 и третьей ступени 3. Каждый из дисков снабжен фланцами 4, 5, вынесенными в осевом направлении. Фланцы 4, 5 соседних дисков 1 и 2, 2 и 3 контактируют по торцевым поверхностям 6. Во фланцах 4 выполнены осенаправленные отверстия, в которые установлены призонные штифты 7, тем самым обеспечивая центровку и фиксацию между собой дисков 1, 2 и 2, 3.The rotor of a multi-stage turbine consists of disks of the first stage 1, second stage 2 and third stage 3. Each of the disks is equipped with flanges 4, 5, which are axially extended. The flanges 4, 5 of the adjacent disks 1 and 2, 2 and 3 are in contact on the end surfaces 6. In the flanges 4 there are directed holes in which the pivot pins 7 are installed, thereby providing centering and fixing between the disks 1, 2 and 2, 3.

Диск 3 фланцем 8 с помощью болтов 9 и гаек 10 скреплен с присоединительным фланцем 11 вала 12. Присоединительный фланец 11 относится к радиально-конической оболочке 13, которая имеет

Figure 00000006
-образную форму, и выдвинут относительно ближайшего диска 3 в осевом направлении. Оболочка имеет конический участок 13, сужение которого идет в сторону присоединительного фланца 11.The disk 3 with a flange 8 with bolts 9 and nuts 10 is fastened to the connecting flange 11 of the shaft 12. The connecting flange 11 refers to a radially conical shell 13, which has
Figure 00000006
-shaped, and extended relative to the nearest disk 3 in the axial direction. The shell has a conical section 13, the narrowing of which goes towards the connecting flange 11.

Центральный стяжной болт 14 через тарельчатую пружину 15 стягивает пакет деталей, состоящий из дисков 1, 2 и 3. Один конец стяжного болта 14 снабжен резьбой 16, который ввернут в ответную резьбу на оболочке 13 вала 12. Для обеспечения ремонтопригодности резьба может быть выполнена в дополнительной детали 17. Для исключения перекоса стяжного болта 14 при заворачивании под его головку устанавливают сферическую шайбу 18.The central coupling bolt 14 tightens a part package consisting of discs 1, 2, and 3 through a cup spring 15. One end of the coupling bolt 14 is provided with a thread 16 that is screwed into the mating thread on the sheath 13 of the shaft 12. To ensure maintainability, the thread can be made in additional details 17. To exclude the skew of the coupling bolt 14 when screwing under its head, a spherical washer 18 is installed.

Вал 12 ротора расположен на передней 19 и задней (не показана) подшипниковых опорах.The rotor shaft 12 is located on the front 19 and rear (not shown) bearing bearings.

Между опорной частью стяжного болта 14 и полотнами сопряженных с ним дисков 1, 2, 3 расположены промежуточные элементы, выполненные в форме диафрагмы 20.Between the supporting part of the coupling bolt 14 and the webs of the disks 1, 2, 3 conjugated with it, intermediate elements are arranged in the form of a diaphragm 20.

Ротор заявляемой конструкции работает следующим образом.The rotor of the claimed design works as follows.

При работе турбины крутящий момент с диска 1 через фланец 4 и штифты 7 передается на фланец 5 диска 2, а с дисков 1, 2 через фланец 4 диска 2 и штифты 7 крутящий момент передается на фланец 5 диска 3. А с дисков 1, 2, 3 первой, второй, третьей ступеней соответственно через фланец 4 диска третьей ступени, болты 9 крутящий момент передается на фланец 13 вала 12.When the turbine is operating, torque from disk 1 through the flange 4 and pins 7 is transmitted to the flange 5 of the disk 2, and from disks 1, 2 through the flange 4 of the disk 2 and pins 7, the torque is transmitted to the flange 5 of the disk 3. A from disks 1, 2 , 3 of the first, second, third stages, respectively, through the flange 4 of the disk of the third stage, bolts 9, the torque is transmitted to the flange 13 of the shaft 12.

Во время работы из-за более высокой температуры осевое расширение пакета дисков будет больше, чем расширение стяжного болта. Однако вытяжки стяжного болта не происходит, т.к. разность расширений компенсируется упругой тарельчатой пружины 15.During operation, due to the higher temperature, the axial expansion of the disc pack will be larger than the expansion of the coupling bolt. However, the extraction of the coupling bolt does not occur, because the difference of the extensions is compensated by the elastic disk spring 15.

Источники информацииSources of information

1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1981, с.120.1. Skubachevsky G.S. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. - M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 120.

2. Там же, с.124, рис.5.05.2. Ibid., P. 124, Fig. 5.05.

Claims (2)

1. Ротор многоступенчатой турбины с дисками, расположенными консольно относительно опор и стянутыми с валом центральным стяжным болтом, отличающийся тем, что диски снабжены вынесенными в осевом направлении фланцами, при этом фланцы соседних дисков контактируют по торцовым поверхностям, зацентрированы между собой и зафиксированы призонными штифтами, вал снабжен радиально-конической оболочкой с присоединительным фланцем, имеющими в сечении
Figure 00000007
- образную форму, причем сужение конусного участка оболочки направлено в сторону присоединительного фланца, который скреплен с фланцем ближайшего диска, а между стяжным болтом и полотном диска первой ступени размещен упругий элемент в форме тарельчатой пружины.
1. The rotor of a multi-stage turbine with disks located cantilever relative to the supports and pulled together with a shaft by a central coupling bolt, characterized in that the disks are provided with axially spaced flanges, while the flanges of adjacent disks contact along the end surfaces, are centered between each other and secured with prism pins, the shaft is equipped with a radial conical shell with a connecting flange, having in cross section
Figure 00000007
- shaped, and the narrowing of the conical portion of the shell is directed towards the connecting flange, which is fastened to the flange of the nearest disk, and between the coupling bolt and the canvas of the disk of the first stage there is an elastic element in the form of a disk spring.
2. Ротор многоступенчатой турбины, отличающийся тем, что диски зацентрированы с помощью промежуточной детали, например, диафрагмы.2. The rotor of a multi-stage turbine, characterized in that the disks are centered using an intermediate part, for example, a diaphragm.
RU2002114247/06A 2002-05-30 2002-05-30 Multistage turbine rotor RU2230195C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114247/06A RU2230195C2 (en) 2002-05-30 2002-05-30 Multistage turbine rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114247/06A RU2230195C2 (en) 2002-05-30 2002-05-30 Multistage turbine rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002114247A RU2002114247A (en) 2003-11-27
RU2230195C2 true RU2230195C2 (en) 2004-06-10

Family

ID=32845693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002114247/06A RU2230195C2 (en) 2002-05-30 2002-05-30 Multistage turbine rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2230195C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1970532A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of a thermal fluid flow engine and gas turbine
RU2481481C2 (en) * 2007-07-06 2013-05-10 Снекма Air supply device for ventilation of blades of low pressure turbine of gas turbine engine; rotor of gas turbine engine, and gas turbine engine
US8506239B2 (en) 2007-03-12 2013-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Turbine with at least one rotor which comprises rotor disks and a tie-bolt
US8641365B2 (en) 2007-03-12 2014-02-04 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of a gas turbine
RU2506428C1 (en) * 2012-10-15 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Multistage gas turbine
EP3064705A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Rotor with a locking plate to prevent a twist lock from spinning off
US9631494B2 (en) 2011-06-16 2017-04-25 Thermodyn Rotor structure including an internal hydraulic tension device
RU2661566C2 (en) * 2016-12-28 2018-07-17 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Multistage turbine rotor

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1970532A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of a thermal fluid flow engine and gas turbine
US8506239B2 (en) 2007-03-12 2013-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Turbine with at least one rotor which comprises rotor disks and a tie-bolt
US8545171B2 (en) 2007-03-12 2013-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Rotor for a gas turbine
US8641365B2 (en) 2007-03-12 2014-02-04 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of a gas turbine
RU2481481C2 (en) * 2007-07-06 2013-05-10 Снекма Air supply device for ventilation of blades of low pressure turbine of gas turbine engine; rotor of gas turbine engine, and gas turbine engine
US9631494B2 (en) 2011-06-16 2017-04-25 Thermodyn Rotor structure including an internal hydraulic tension device
RU2623354C2 (en) * 2011-06-16 2017-06-23 Термодин Rotor containing internal hydraulic tensioning device and method of rotor assembly
RU2506428C1 (en) * 2012-10-15 2014-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Multistage gas turbine
EP3064705A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-07 Siemens Aktiengesellschaft Rotor with a locking plate to prevent a twist lock from spinning off
WO2016139002A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Rotor with a securing plate for preventing a rotational lock from screwing loose
US10641096B2 (en) 2015-03-04 2020-05-05 Siemens Aktiengesellschaft Rotor with a locking plate for securing an antirotation lock against unscrewing
RU2661566C2 (en) * 2016-12-28 2018-07-17 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Multistage turbine rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2407897C2 (en) Turbine rotor balancing device
US7942635B1 (en) Twin spool rotor assembly for a small gas turbine engine
JP4617166B2 (en) Turbojet engine having a fan integrated with a drive shaft supported by first and second bearings
JP3153764B2 (en) Rotor
US3056579A (en) Rotor construction
US20050241290A1 (en) Turbofan engine with the fan fixed to a drive shaft supported by a first and a second bearing
US7625128B2 (en) Thrust bearing housing for a gas turbine engine
US4249859A (en) Preloaded engine inlet shroud
JP6726618B2 (en) Method of assembling a set of impellers through tie rods, impellers and turbomachines
RU2230195C2 (en) Multistage turbine rotor
JP2000199406A (en) Fan decopupling device for gas turbine engine
JP2013119857A (en) Dynamic load reduction system
US20100239418A1 (en) Compressor diffuser
US20080260529A1 (en) Turbine Nozzle Support Device and Steam Turbine
JP2007218259A (en) Device for adjusting by shim capturing nozzle carrier
US10443449B2 (en) Spoke mounting arrangement
US9212567B2 (en) Gas duct for a gas turbine and gas turbine having such a gas duct
US8545171B2 (en) Rotor for a gas turbine
US9255523B2 (en) Fastening element and de-icing device of an aircraft gas-turbine engine
JP2015504140A (en) Turboshaft engine hot section bearing support and associated turboshaft engine
JP2002519564A (en) Turbomachine rotor
KR20080018821A (en) Methods and apparatus for fabricating a rotor for a steam turbine
JP2004346937A (en) Device and method for joining turbine rotors aligned in axial direction
KR20220038136A (en) A high temperature flange joint, an exhaust diffuser, and a method for coupling two components of a gas turbine engine
RU2204723C2 (en) Turbomachine disk deflector fixing device

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20051206

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20090115

QZ4A Changes in the licence of a patent

Effective date: 20051206

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20110331

PD4A Correction of name of patent owner