RU2564959C1

RU2564959C1 - Gas turbine engine

Info

Publication number: RU2564959C1
Application number: RU2014141444/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Алексеевич Кузнецов; Валерий Николаевич КЛИМОВ; Александр Александрович Чернавин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2015-10-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas turbine engine includes fan and LP compressor, their impellers are installed on common shaft using the axial bolts with nuts. On the axial bolts between the nut and flange for the fan impeller securing in the shaft the balance elongated inserts are installed, in their internal cavity there is transition area from thread part of the bolt shank to the cylindrical part. The bolt heads are secured around their axis by the labyrinth flange, and in axial direction by ring installed on the fan shaft using the intermediate inserts. Ratio of the balance insert OD and diameter of the cylindrical part of the bolt shank is 1.2…3, ratio of the cylindrical part of the bolt shank to length of the balance insert is 1.0…3, and ratio of length of intermediate insert to the length of bolt head is 1…1.2.

EFFECT: invention increases reliability of the gas turbine engine due to exclusion of the fan rotor unbalance, and increasing of tightening reliability and axial lock of the bolts securing the fan and LP compressor impellers to the fan shaft.

4 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в том числе к турбореактивным двухконтурным двигателям.The invention relates to gas turbine engines, including turbojet dual-circuit engines.

Известен газотурбинный двигатель, в котором рабочее колесо вентилятора крепится к валу вентилятора осевыми болтами (С.А. Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр. 92, рис. 3.30).A gas turbine engine is known in which the impeller is attached to the fan shaft with axial bolts (S. A. Vyunov, “Design and Design of Aircraft Gas Turbine Engines”, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1981, p. 92, Fig. 3.30).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за высоких напряжений в болтах крепления рабочего колеса вентилятора к валу.A disadvantage of the known design is low reliability due to high voltages in the bolts of the fan impeller to the shaft.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель с высокой степенью двухконтурности, в котором рабочее колесо вентилятора совместно с ротором компрессора низкого давления осевыми призонными болтами крепится к валу вентилятора перед радиально-упорным шариковым подшипником (патент US №6708482, МПК: F01D 25/16, 25/28, 5/06).Closest to the claimed is a gas turbine engine with a high bypass ratio, in which the impeller of the fan, together with the rotor of the low-pressure compressor with axial tightening bolts, is attached to the fan shaft in front of the angular contact ball bearing (US patent No. 6708482, IPC: F01D 25/16, 25 / 28, 5/06).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенного дисбаланса ротора вентилятора, высокого уровня напряжений в осевых болтах и осложненной сборки.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is its low reliability due to the increased imbalance of the fan rotor, the high level of stress in the axle bolts and complicated assembly.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения дисбаланса ротора вентилятора и повышения прочности затяжки и осевой фиксации болтов крепления рабочих колес вентилятора и компрессора низкого давления к валу вентилятора.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of a gas turbine engine by eliminating the imbalance of the fan rotor and increasing the tightening strength and axial fixation of the bolts of the impellers of the fan and low pressure compressor to the fan shaft.

Указанный технический результат достигается тем, что в газотурбинном двигателе, включающем вентилятор и компрессор низкого давления, рабочие колеса которых установлены на общем валу с помощью осевых болтов с гайками, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, на осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу установлены балансировочные удлинительные втулки, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической, при этом головки болтов зафиксированы вокруг своей оси фланцем лабиринта, а в осевом направлении - кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок, причем отношение D/d =1, 2...3, d/h=1.0...3, L/l=1...1, 2, где:The indicated technical result is achieved in that in a gas turbine engine including a fan and a low pressure compressor, the impellers of which are mounted on a common shaft with axial bolts and nuts, ACCORDING TO THE INVENTION, balancing axles between the nut and the flange of the fan impeller to the shaft are mounted extension sleeves, in the inner cavity of which there is a section of the transition from the threaded part of the shank of the bolt to the cylindrical, while the bolt heads are fixed around their and the labyrinth flange, and in the axial direction, a ring mounted on the fan shaft with the help of intermediate bushings, the ratio D / d = 1, 2 ... 3, d / h = 1.0 ... 3, L / l = 1. ..1, 2, where:

D - наружный диаметр балансировочной втулки,D is the outer diameter of the balancing sleeve,

d - диаметр цилиндрической части хвостовика болта,d is the diameter of the cylindrical part of the shank of the bolt,

h - длина балансировочной втулки,h is the length of the balancing sleeve,

l - длина головки болта,l is the length of the bolt head,

L - длина промежуточной втулки.L is the length of the intermediate sleeve.

Установка на осевые болты между гайкой и фланцем крепления рабочего колеса вентилятора к валу балансировочных удлинительных втулок, во внутренней полости которых расположен участок перехода от резьбовой части хвостовика болта к цилиндрической, обеспечивает затяжку осевых болтов гайками с контролем их вытяжки от усилия затяжки, что позволяет минимизировать напряжения в болтах в процессе затяжки. Установка удлинительных втулок увеличивает длину болтов, что улучшает контроль величины их вытяжки, а также перенос резьбы как концентратора напряжений в ненагруженную зону, при этом втулки одновременно служат для балансировки ротора вентилятора путем изменения их массы.Installation on axial bolts between the nut and the flange of the fan impeller fastening to the shaft of balancing extension bushes, in the inner cavity of which there is a section of the transition from the threaded part of the bolt shank to the cylindrical one, ensures the axial bolts are tightened with nuts with the control of their extraction from the tightening force, which minimizes stress in bolts during tightening. The installation of extension sleeves increases the length of the bolts, which improves control of the amount of their extraction, as well as the transfer of the thread as a stress concentrator to the unloaded zone, while the sleeves simultaneously serve to balance the fan rotor by changing their mass.

При D/d<1,2 ухудшается надежность из-за повышения напряжений во втулке при затяжке гаек крепления рабочего колеса вентилятора.When D / d <1.2, reliability deteriorates due to increased stresses in the sleeve when tightening the nuts of the fan impeller.

При D/d>3 ухудшается надежность из-за увеличения напряжений в осевых болтах от центробежных сил балансировочных втулок.At D / d> 3, reliability deteriorates due to an increase in the stresses in the axle bolts from the centrifugal forces of the balancing bushes.

При d/h<1,0 снижается надежность из-за увеличения центробежных сил, действующих на втулку, и повышения напряжений в осевом болте.When d / h <1.0, reliability decreases due to an increase in centrifugal forces acting on the sleeve and an increase in stresses in the axial bolt.

При d/h>3 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за ухудшения балансировки ротора вентилятора.At d / h> 3, the reliability of the gas turbine engine is reduced due to the deterioration of the balancing of the fan rotor.

Фиксация головок болтов фланцем лабиринта исключает их поворот вокруг своей оси, а фиксация в осевом направлении кольцом, установленным на валу вентилятора с помощью промежуточных втулок, исключает осевое смещение болтов.The fixation of the bolt heads by the labyrinth flange eliminates their rotation around its axis, and the axial fixation by a ring mounted on the fan shaft with the help of intermediate bushings eliminates the axial displacement of the bolts.

При L/l <0,9 снижается надежность из-за повышенных напряжений в кольце.At L / l <0.9, reliability decreases due to increased stresses in the ring.

При L/l > 1,2 снижается надежность из-за осевого смещения болтов крепления рабочего колеса вентилятора.When L / l> 1.2, reliability is reduced due to the axial displacement of the bolts of the fan impeller.

На фиг. 1 изображен продольный разрез газотурбинного двигателя с вентилятором и компрессором низкого давления.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a gas turbine engine with a fan and a low pressure compressor.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.In FIG. 2 - element I in FIG. 1 enlarged view.

На фиг. 3 - вид А на фиг. 2.In FIG. 3 is a view A in FIG. 2.

На фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3.In FIG. 4 is a section BB in FIG. 3.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 и компрессора низкого давления 3, рабочие колеса 4 и 5 которых установлены своими фланцами 6, 7 на общем валу 8 вентилятора и закреплены с помощью осевых призонных болтов 9 и гаек 10. Между гайками 10 и фланцем 6 рабочего колеса 4 вентилятора на осевых болтах 9 установлены удлинительные балансировочные втулки 11, в отверстиях 12 которых расположен участок 13 перехода от резьбовой части 14 хвостовика 15 болта 9 к цилиндрической части 16.The gas turbine engine 1 consists of a fan 2 and a low pressure compressor 3, the impellers 4 and 5 of which are mounted with their flanges 6, 7 on a common shaft 8 of the fan and secured with axial fitting bolts 9 and nuts 10. Between the nuts 10 and the impeller flange 6 4 fans on axial bolts 9, extension balancing bushings 11 are installed, in the holes 12 of which there is a section 13 of the transition from the threaded part 14 of the shank 15 of the bolt 9 to the cylindrical part 16.

Головка 17 болта 9 фиксируется от поворота вокруг оси 18 болта 9 с помощью лысок 19, контактирующих с цилиндрической поверхностью 20 осевого кольцевого выступа 21 фланца 22 лабиринта 23, установленного на валу 8. Фланец 22 совместно с неподвижным лабиринтом 23 отделяют полость 24 подвода обогревающего воздуха на входной обтекатель 25 вентилятора 2.The head 17 of the bolt 9 is fixed from rotation around the axis 18 of the bolt 9 with flats 19 in contact with the cylindrical surface 20 of the axial annular protrusion 21 of the flange 22 of the labyrinth 23 mounted on the shaft 8. The flange 22 together with the stationary labyrinth 23 separate the cavity 24 for supplying heating air to fan inlet cowl 25.

От осевого перемещения головка 17 болта 9 фиксируется с помощью кольца 26, установленного на валу 8 ротора 27 с помощью болтов 28 с потайной головкой 29 и промежуточных втулок 30 и зафиксированного гайками 31.From axial movement, the head 17 of the bolt 9 is fixed using a ring 26 mounted on the shaft 8 of the rotor 27 using bolts 28 with a countersunk head 29 and intermediate sleeves 30 and fixed with nuts 31.

Работает данное устройство следующим образом.This device works as follows.

При сборке газотурбинного двигателя 1 болты 9 зафиксированы с помощью кольца 26 и фланца лабиринта 22 в осевом направлении и от поворота вокруг своей оси, что облегчает постановку рабочих колес 5,4 компрессора низкого давления 3 и вентилятора 2. Цилиндрическая часть болтов 9 работает как на растяжение от газовых сил, действующих на рабочие колеса 4, 5 вентилятора 2 компрессора низкого давления 3, так и на срез при передаче крутящего момента, и поэтому цилиндрическая часть 16 болтов 9 выполняется удлиненной, что увеличивает удлинение болта при его затяжке, а переходный участок 13 от резьбовой части 14 к цилиндрической 16, расположенный внутри балансировочной втулки 11 и являющийся концентратором напряжений, работает только на растяжение.When assembling a gas turbine engine 1, the bolts 9 are fixed with the ring 26 and the flange of the labyrinth 22 in the axial direction and from turning around its axis, which facilitates the setting of the impellers of the 5.4 low-pressure compressor 3 and fan 2. The cylindrical part of the bolts 9 works as a tensile from the gas forces acting on the impellers 4, 5 of the fan 2 of the low-pressure compressor 3, and to the shear when transmitting torque, and therefore the cylindrical part 16 of the bolts 9 is elongated, which increases the elongation of the bolt when it is heavy, and the transition section 13 from the threaded portion 14 to the cylindrical 16, located inside the balancing sleeve 11 and which is a stress concentrator, works only in tension.

Балансировочные втулки 11 позволяют точнее отбалансировать ротор 27 после постановки на вал 8 рабочих колес 4, 5 вентилятора и компрессора низкого давления, что повышает надежность газотурбинного двигателя 1.Balancing bushings 11 allow you to more accurately balance the rotor 27 after putting on the shaft 8 of the impellers 4, 5 of the fan and low-pressure compressor, which increases the reliability of the gas turbine engine 1.

Claims

A gas turbine engine comprising a fan and a low pressure compressor, the impellers of which are mounted on a common shaft using axial bolts with nuts, characterized in that balancing extension sleeves are installed on the axial bolts between the nut and the flange of the fan impeller to the shaft, in the inner cavity of which there is a section of the transition from the threaded part of the shank of the bolt to the cylindrical one, while the bolt heads are fixed around their axis by the labyrinth flange, and in the axial direction by a ring, mounted on the fan shaft using intermediate bushings, and the ratio D / d = 1,2 ... 3, d / h = 1,0 ... 3 and L / l = 1 ... 1,2, where:
D is the outer diameter of the balancing sleeve,
d is the diameter of the cylindrical part of the shank of the bolt,
h is the length of the balancing sleeve,
l is the length of the bolt head,
L is the length of the intermediate sleeve.