RU2204723C2

RU2204723C2 - Turbomachine disk deflector fixing device

Info

Publication number: RU2204723C2
Application number: RU2000112277/06A
Authority: RU
Inventors: В.К. Сычев; В.М. Язев; С.И. Фадеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: aircraft industry. SUBSTANCE: invention can be used in rotors of aircraft engines and ground industrial plants. Proposed device includes axial locking members in form of projections on surface of deflector rim located in groove on disk rim, and member to provide circumferential locking of deflector relative to disk. Groove is made with smooth changing from end face to radial surfaces. Deflector circumferential locking member is made in form of zigzag part. Invention eliminates stress concentrators and improves centering in peripheral and hub parts of deflector. EFFECT: improved reliability and repairability of construction. 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкциях роторов авиационных двигателей и промышленных установок наземного применения. The invention relates to power and transport engineering and can be used in the construction of rotors of aircraft engines and industrial installations for ground use.

В известной конструкции дефлектор в периферийной части прижат к диску по торцовой поверхности, а у ступичной части сопрягается с диском по цилиндрической поверхности [1]. От осевого и окружного перемещений дефлектор зафиксирован радиально направленными штифтами. In the known construction, the deflector in the peripheral part is pressed against the disk along the end surface, and in the hub part it is mated to the disk along the cylindrical surface [1]. From axial and circumferential movements, the deflector is fixed with radially directed pins.

Однако в условиях работы с высокими газодинамическими нагрузками данная конструкция не обладает высокой надежностью из-за разности температурного состояния диска и дефлектора. В результате высоких газодинамических нагрузок возможно раскрытие стыка между диском и дефлектором по торцу в периферийной части, что влечет за собой утечку охлаждающего воздуха или затекание газа к деталям ротора турбомашины и повышение их температуры. However, in conditions of work with high gas-dynamic loads, this design does not have high reliability due to the difference in the temperature state of the disk and deflector. As a result of high gas-dynamic loads, it is possible to open the joint between the disk and the deflector at the end in the peripheral part, which entails the leakage of cooling air or leakage of gas to the parts of the rotor of the turbomachine and an increase in their temperature.

Штифтовое соединение "диск-дефлектор" является ненадежным из-за недостаточной податливости радиальных штифтов. The disk-deflector pin connection is unreliable due to the insufficient flexibility of the radial pins.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является устройство для крепления лабиринта турбомашины [2]. Данное устройство содержит элементы осевой центровки в виде выступов на поверхности обода дефлектора, размещенных в канавке на ободе диска. В ступичной части дефлектор соединен с валом турбомашины при помощи шлиц и поджат гайкой, навернутой на вал. The closest in design to the claimed is a device for mounting a maze of a turbomachine [2]. This device contains elements of axial alignment in the form of protrusions on the surface of the rim of the deflector, located in the groove on the rim of the disk. In the hub part, the deflector is connected to the shaft of the turbomachine by means of a slot and is tightened by a nut screwed onto the shaft.

Однако известная конструкция не обладает достаточной надежностью из-за возникновения в сопряжениях концентраторов напряжений, которые в условиях работы с большой цикличностью могут привести к появлению дефектов. Соединение дефлектора с валом по шлицам, особенно при малом диаметре вала и большом диаметре дефлектора, может быть также недостаточно надежным при некоторых режимах работы двигателя. В случае сброса газа тонкостенный дефлектор охлаждается значительно быстрее, чем массивный диск. При этом теряется центровка в периферийной части по цилиндрическому бурту дефлектора, центровка же в ступичной части по шлицам является недостаточно надежной. However, the known design does not have sufficient reliability due to the occurrence of stress concentrators in the interfaces, which, under conditions of operation with high cyclicity, can lead to the appearance of defects. The connection of the deflector with the shaft along the splines, especially with a small diameter of the shaft and a large diameter of the deflector, may also be insufficiently reliable under certain engine operating conditions. In the event of a gas discharge, the thin-walled deflector cools much faster than a massive disk. In this case, alignment in the peripheral part along the cylindrical collar of the deflector is lost, while alignment in the hub part along the splines is not reliable enough.

Кроме того, ступица дефлектора к ступице диска по торцу прижимается гайкой, а в случае их взаимных перемещений может возникнуть износ торцев диска, дефлектора и гайки и ослабление затяжки деталей пакета ротора. Ремонт и замена дефектных элементов являются дорогостоящими. In addition, the hub of the deflector to the hub of the disk is pressed against the end by a nut, and in case of their mutual movements, wear of the ends of the disk, deflector and nut and loosening of the parts of the rotor package can occur. Repairing and replacing defective items is expensive.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы и ремонтопригодности конструкции устройства за счет устранения концентраторов напряжении в дефлекторе, улучшения центровки в периферийной и ступичной частях дефлектора, а также упругости дополнительной детали. The technical problem solved by the invention is to increase the reliability and maintainability of the device design by eliminating the voltage concentrators in the deflector, improving alignment in the peripheral and hub parts of the deflector, as well as the elasticity of the additional part.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для фиксации дефлектора диска турбомашины, включающем элементы осевой фиксации в виде выступов на поверхности обода дефлектора, размещенных в канавке на ободе диска, а также элемент окружной фиксации дефлектора относительно диска, согласно изобретению канавка выполнена с плавным переходом от торцовой к радиальной поверхности, а элемент окружной фиксации дефлектора выполнен в виде зигзагообразной детали. The essence of the invention lies in the fact that in the device for fixing the deflector of the disk of the turbomachine, including axial fixation elements in the form of protrusions on the surface of the rim of the deflector located in the groove on the rim of the disk, as well as an element of circumferential fixation of the deflector relative to the disk, according to the invention, the groove is made with a smooth transition from the front to the radial surface, and the element of the circumferential fixation of the deflector is made in the form of a zigzag part.

На ободе диска канавка под центровку и осевую фиксацию дефлектора в ободной части диска выполнена с плавным переходом от торцовой к радиальной поверхности, что позволяет по сравнению с прототипом избежать напряжений, которые в условиях работы с большой цикличностью могут привести к появлению дефектов и поломке. On the rim of the disk, the groove for centering and axial fixing of the deflector in the rim of the disk is made with a smooth transition from the end face to the radial surface, which allows avoiding stresses that can lead to defects and malfunctioning under high cyclic conditions.

Канавка может быть оформлена тремя проточками:
- кольцевой радиальной проточкой к центру диска;
- кольцевой торцовой проточкой;
- проточкой, соединяющей радиальную и торцовую проточки по конусной поверхности.The groove can be framed in three grooves:
- annular radial groove to the center of the disk;
- ring end groove;
- a groove connecting the radial and end grooves on the conical surface.

Выполнение элемента окружной фиксации и центровки дефлектора у ступичной части в виде зигзагообразной детали позволяет поджимать дефлектор в ободной части к торцу диска силой упругости этой детали и обеспечивать необходимые перемещения между ступицей дефлектора и диском при минимальных напряжениях в зигзагообразной детали. The implementation of the circumferential fixing element and centering of the deflector at the hub part in the form of a zigzag part allows the deflector in the rim part to be pressed against the end of the disk by the elastic force of this part and to provide the necessary movements between the deflector hub and the disk with minimal stresses in the zigzag part.

Опыт эксплуатации турбомашин показывает, что дефекты чаще возникают не в самих дисках и дефлекторах, а в элементах их соединения друг с другом или с валами. В случае возникновения дефектов в дополнительной зигзагообразной детали ремонт устройства будет заключаться в ее замене, что значительно удешевляет ремонт в сравнении с прототипом, повышая ремонтопригодность заявляемой конструкции. Operating experience of turbomachines shows that defects often occur not in the disks and deflectors themselves, but in the elements of their connection with each other or with the shafts. In the event of defects in the additional zigzag part, the repair of the device will consist in its replacement, which significantly reduces the cost of repairs in comparison with the prototype, increasing the maintainability of the claimed design.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство для фиксации дефлектора диска турбомашины. На Фиг.2 показан вид А на фиг.1. Figure 1 shows the inventive device for fixing the deflector disk of a turbomachine. Figure 2 shows a view of figure 1.

Фиг.3 иллюстрирует порядок выполнения проточек в диске турбомашины. Figure 3 illustrates the execution order of the grooves in the disk of a turbomachine.

Дефлектор 1 соединен с диском 2 в периферийной части выступами 3, которые входят в зацепление с выступами 4, выполненными на диске 2. Окружная центровка дефлектора 1 и диска 2 в периферийной части осуществляется по сопрягаемой поверхности 5. У ступичной части диск 2 с дефлектором 1 соединен зигзагообразной деталью 6, которая прикреплена к фланцу 7 диска 2 через фланец вала 8 болтами 9 и гайками 10, а через фланец 11 дефлектора 1 поджимает последний к диску 2 по поверхности 12. The deflector 1 is connected to the disk 2 in the peripheral part by the protrusions 3, which engage with the protrusions 4 made on the disk 2. The circumferential alignment of the deflector 1 and the disk 2 in the peripheral part is carried out along the mating surface 5. At the hub part, the disk 2 with the deflector 1 is connected a zigzag part 6, which is attached to the flange 7 of the disk 2 through the flange of the shaft 8 with bolts 9 and nuts 10, and through the flange 11 of the deflector 1 compresses the latter to the disk 2 on the surface 12.

От окружного перемещения дефлектор 1 через фланец 11 соединен с зигзагообразной деталью 6 осенаправленными штифтами 13. Фрезеровки 14 и 15 образуют выступы 3 и 4 соответственно на радиальных буртах дефлектора 1 и диска 2. Выполнение проточек на диске 2 следующее:
- радиальная проточка 16 к центру диска 2;
- торцовая проточка 17,
- выполнение плавного перехода 18, соединяющего проточки 16 и 17.From the circumferential movement, the deflector 1 through the flange 11 is connected to the zigzag part 6 by directional pins 13. Mills 14 and 15 form the protrusions 3 and 4, respectively, on the radial shoulders of the deflector 1 and disk 2. The grooves on the disk 2 are as follows:
- radial groove 16 to the center of the disk 2;
- end groove 17,
- performing a smooth transition 18 connecting the grooves 16 and 17.

Сборку осуществляют следующим образом. Assembly is as follows.

Дефлектор 1 выступами 3 через фрезеровки 15 в диске 2 заводят до упора в поверхность 12, после чего дефлектор 1 относительно диска 2 разворачивают на угол 360^o/2n, где n - количество выступов на диске 2 и дефлекторе 1.The deflector 1 by the protrusions 3 through the milling 15 in the disk 2 is led all the way to the surface 12, after which the deflector 1 relative to the disk 2 is turned at an angle of 360 ^o / 2n, where n is the number of protrusions on the disk 2 and the deflector 1.

Далее диск 2, собранный с дефлектором 1, через фланец 7 соединяют с фланцем вала 8 болтами 9. Во фланец 11 и дефлектор 1 устанавливают осенаправленные штифты 13. На штифты 13 и резьбовые части болтов 9 устанавливается зигзагообразная деталь 6, которую гайками 10 стягивают в пакет совместно с фланцами 7 диска 2 и вала 8. Next, the disk 2, assembled with the deflector 1, is connected through the flange 7 to the shaft flange 8 with the bolts 9. The flange 11 and the deflector 1 are mounted with fixed pins 13. A zigzag piece 6 is mounted on the pins 13 and the threaded parts of the bolts 9, which are pulled together by nuts 10 into a bag together with flanges 7 of disk 2 and shaft 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В процессе работы двигателя при выходе на режим взаимная центровка дефлектора 1 и диска 2 осуществляется по поверхности 5. Дефлектор 1 от осевого перемещения зафиксирован упором между торцами выступов 3 и 4 дефлектора 1 и диска 2 в ободной части и силой упругости детали 6 - в ступичной части. In the process of engine operation, upon entering the mode, the mutual alignment of the deflector 1 and the disk 2 is carried out on the surface 5. The deflector 1 from axial movement is fixed by the stop between the ends of the protrusions 3 and 4 of the deflector 1 and the disk 2 in the rim part and the elastic force of the part 6 is in the hub part .

Во время останова двигателя из-за большей скорости охлаждения дефлектора 1 центровка по поверхности 5 может нарушаться, в этом случае центровочным элементом служит зигзагообразная деталь 6. Деталь 6 за счет своей податливости также компенсирует взаимные осевые и радиальные перемещения дефлектора 1 и диска 2. During engine shutdown, due to the greater cooling rate of the deflector 1, the alignment on the surface 5 may be violated, in this case the centering element is the zigzag part 6. The part 6, due to its flexibility, also compensates for the mutual axial and radial movements of the deflector 1 and the disk 2.

Источники информации
1. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под ред. Д.В. Хронина, Москва, "Машиностроение", 1989, стр.188, рис.4.42.Sources of information
1. Design and engineering of aircraft gas turbine engines. Ed. D.V. Chronina, Moscow, "Mechanical Engineering", 1989, p. 188, Fig. 4.42.

2. Патент РФ 651608, F 01 D 11/02, F 04 D 29/08, 1993 г. 2. RF patent 651608, F 01 D 11/02, F 04 D 29/08, 1993

Claims

A device for fixing a disk deflector of a turbomachine, including axial locking elements in the form of protrusions on the surface of the deflector rim placed in a groove on the disk rim, as well as an element of circumferential fixing of the deflector relative to the disk, characterized in that the groove is made with a smooth transition from the end to the radial surfaces, and the circumferential fixation element of the deflector is made in the form of a zigzag part.