Модуль турбіни для газотурбінного двигуна, компресор, з’єднаний з модулем, газотурбінний двигун, що містить модуль турбіни

1. Модуль турбіни для газотурбінного двигуна, що містить щонайменше один диск турбіни і компонент у вигляді диска, встановлений на диску турбіни спереду відносно руху газового потоку, при цьому модуль містить засіб з'єднання між компресором двигуна і диском турбіни, який відрізняється тим, що перед з'єднанням модуля з компресором компонент заздалегідь з'єднаний з диском турбіни за допомогою болтового з'єднання на кріпильному фланці, виконаному за одне ціле з диском турбіни. 2. Модуль за п. 1, який відрізняється тим, що засіб з'єднання з компресором містить кріпильний фланець. 3. Модуль за п. 2, який відрізняється тим, що компонент має форму диска зі стінкою між його маточиною і його периферією і встановлений на фланці за допомогою болтів, що проходять через перші отвори в стінці, при цьому в стінці виконані другі отвори для болтового з'єднання модуля турбіни з компресором. C2 2 (11) 1 3 сора ВТ, а всі деталі, утворюючі ротор турбіни, об'єднують в модуль турбіни ВТ. Цей останній модуль містить тільки деталі, що обертаються, наприклад, диск турбіни, на якому болтами закріпляють лабіринтний ущільнювальний вузол і кільце з переднім з'єднувальним фланцем, а також ущільнювальний вузол, з'єднаний на виході з опорним підшипником. Як правило, модулі компресора ВТ і турбіни ВТ з'єднують за допомогою спеціальних фланців; ці фланці передають крутний момент від турбіни до компресора. Тому з'єднання за допомогою цих фланців повинно бути досить міцним для виконання цієї функції. Крім того, модулі повинні постачатися для збирання, будучи ідеально збалансованими в обертанні. У випадку такого модуля, як модуль турбіни ВТ, передбачають передню площину балансування і задню площину балансування. Площиною балансування є площина, в якій розташовують балансувальні тягарці на певній осьовій і кутовій відстані. У технічному рішенні із з'єднувальним фланцем фланець, який знаходиться на межі модуля, утворить відповідну площину балансування. Зокрема, це відноситься до межі між модулем компресора ВТ і модулем турбіни ВТ. Кожний модуль, призначений для збирання, балансують саме таким чином. Застосування спеціальних з'єднувальних фланців зручне, але приводить до збільшення ваги. Тому були зроблені спроби розробити модуль, монтаж якого на компресорі може бути забезпечений без спеціального з'єднувального фланця. Зокрема, розглядалася можливість забезпечення з'єднання з компресором безпосередньо на диску турбіни. Але в цьому випадку виникає проблема попереднього збирання модуля турбіни і його постачання вже в ідеально збалансованому стані. Дійсно, важливо, щоб монтажники, які займаються збиранням, не торкалися самого модуля, інакше пропадає значення використання модульної конструкції. У зв'язку з цим заявник поставив перед собою задачу розробити модуль турбіни, який відповідає цим вимогам. Відповідно до даного винаходу, модуль турбіни для газотурбінного двигуна, який містить, щонайменше, один диск турбіни і компонент у вигляді диска, встановлений на диску турбіни спереду відносно газового потоку, а також засіб з'єднання між компресором згаданого двигуна і диском турбіни, відрізняється тим, що перед з'єднанням модуля з компресором компонент заздалегідь з'єднують з диском турбіни за допомогою болтового з'єднання на кріпильному фланці, виконаному за одне з диском турбіни. Таким чином, заявлене рішення, яке полягає в безпосередньому кріпленні модуля компресора на диску турбіни і окремому з'єднанні компонента, встановленого між компресором і диском турбіни, з диском турбіни, дозволяє скоротити масу, не погіршуючи надійність з'єднання, а також, у разі необхідності, зробити балансування при попередньому збиранні модуля. 88281 4 Переважно засіб з'єднання компресора з диском турбіни містить згадану кріпильну фланець. Зокрема, коли вищезгаданий компонент має форму диска зі стінкою між його маточиною і його периферією, і його встановлюють на згаданому фланці за допомогою болтів, що проходять через перші отвори в стінці, для болтового з'єднання модуля турбіни з компресором в стінці виконують другі отвори. Згідно з іншою відмітною ознакою компонент кріплять до вказаного фланцю за допомогою болтів, число яких складає від 2 до 8 і які рівномірно розподіляють по колу. Переважно, щоб болти утримувалися гайками, які стопоряться у фланця з боку виходу разом з гайками, призначеними для з'єднання модуля з компресором. Згідно з іншою відмітною ознакою, вищезгаданий компонент містить передній пристрій балансування, встановлений на згаданому компоненті незалежно від засобу з'єднання з компресором. Даний винахід відноситься, зокрема, до модуля, вищезгаданий компонент якого виконаний у вигляді диска, що містить лабіринтні ущільнювальні елементи. Даний винахід стосується також компресора, з'єднаного з модулем, утворюючи газотурбінний двигун, який містить задній фланець кріплення до модуля. На цьому фланці виконують гнізда або проходи для головок кріпильних болтів, що вже знаходяться на модулі. Даний винахід буде більш очевидний з нижченаведеного опису не обмежувального варіанту здійснення з посиланнями на прикладені фігури креслень, на яких: Фіг.1 являє собою вигляд в осьовому розрізі половини модуля турбіни високого тиску відповідно до даного винаходу. Фіг.2 вигляд в осьовому розрізі деталі попереднього кріплення компонента до диска турбіни. Фіг.3 вигляд спереду деталі конструкції фланця компресора ВТ. Фіг.5 варіант виконання заднього фланця компресора ВТ. Фіг.6 вигляд ззаду в розрізі по VI-VI Фіг.2 або 3 деталі установки гайок на кріпильному фланці, нерухомо з'єднаному з диском турбіни. Фіг.7 варіант модуля турбіни, показаного на Фіг.7, обладнаного переднім пристроєм балансування. На Фіг.1 показана половина модуля турбіни ВТ в осьовому розрізі. Цей модуль містить диск 3 турбіни із маточиною, товщина якого в осьовому перерізі збільшується у бік осі, і на периферії якого встановлені лопатки 4 турбіни. Ці лопатки встановлюють в гнізда, виконані на ободі диска. Компонент 5 встановлюють на диску 3 спереду, тобто зліва на фігурі. Передній і задній напрям визначають відносно руху потоку газів в двигуні. У цьому випадку компонент виконаний у вигляді диска з симетрією обертання відносно осі турбіни. Цей диск містить маточину, товщина якої збільшується у бік осі двигуна, і частину, яка створює стінку 51 у бік периферії. На периферії диска виконані радіальні кільцеві пластини 53, утворюючі частину ла 5 біринтних ущільнювальних прокладок, що обертається. їх протилежна частина на фігурі не показана. Диск 5 кріплять до диска 3 за допомогою болтового з'єднання на кріпильному фланці 31, який виконаний за одне з диском і знаходиться спереду останнього. Болти 7 містять головку 71, стрижень 72, що проходить через отвір, виконаний в стінці 51, і через отвір, виконаний у фланці 31, і взаємодіє з гайкою 73. На задній стороні модуля розміщений диск 6 з цапфою 51, що утворює кронштейн для заднього опорного підшипника 62. Диск кріплять болтами на задньому кріпильному фланці 33. Кріпильні болти 64 розподілені по всьому контуру диска. Він містить також ущільнювальні елементи 63 для лабіринтної ущільнювальної прокладки. Диск 6 утворює задню площину балансування. Балансувальні тягарці встановлюють за допомогою кріпильних болтів. Модуль, показаний на Фіг.1, проходить через попереднє збирання і готовий до монтажу і з'єднання з компресором. Болти 7 призначені для утримання вищезгаданого компонента в нерухомому з'єднанні з диском турбіни під час операцій. Переважно болти 7 застосовують в кількості чотирьох і рівномірно розподіляють по колу. їх число може складати від 2 до 8. При цьому потрібно також враховувати наявність болтів кріплення компресора до диска. Болти 7 не заважають взаємодії між диском 3 і диском 5. На Фіг.2 і 3 показана деталь болтового з'єднання після кріплення модуля турбіни на кріпильному фланці 9 компресора. Компресор на фігурах не показаний. Кріпильний фланець 9 є кільцевим і утворює задню межу компресора. На Фіг.2 показаний частковий осьовий розріз, виконаний вздовж болта 7 кріплення компонента 5 до диска 3. На Фіг.3 показаний частковий осьовий розріз, виконаний вздовж болта 8 кріплення фланця 9 до диска 3. Головки 71 болтів 7 заходять в широкі фестонні вирізи фланця 9 таким чином, що вони взаємодіють безпосередньо з диском компонента 5. Таким чином, ці болти не грають ніякої ролі в з'єднанні фланця 9. Кожний з болтів 8, показаних на Фіг.3, бере участь в кріпленні фланця 9 до диска 3. Головки 81 спираються на передню поверхню фланця 9, притиснутого до диска 5 гайкою 83, яку встановлюють на задній стороні фланця 31. Стрижень 82 болта 8 проходить через диск компонента 5 і через обидва фланця 9 і 31. На Фіг.4 показаний вигляд спереду кільцевого фланця 9. Він містить вирізи у вигляді фестонів, що дозволяють йому огинати головки 71 болтів 7 і спиратися на диск компонента 5. Він містить також отвори для стрижнів 82 болтів 8, головки 81 яких спираються на краї отворів. На Фіг.5 показаний варіант 9і виконання кріпильного фланця компресора. Для проходження головок 71 кріпильних болтів диска 5 замість фесто 88281 6 нів прохід обмежений круглим отвором з діаметром, що трохи перевищує діаметр головок 71. Компонент 5 містить в стінці 51 такі ж отвори для проходження або болтів 7, або болтів 8. Щоб не переплутати під час збирання болти 7 і 8, можна додати їх головкам 71 і 81 різну форму. Наприклад, можна передбачити рифлені головки для одних болтів і широкі головки для інших болтів або навпаки (широка головка є головкою, більш широкою, ніж того вимагає операція загвинчування; вона відповідає головці для більш широкого стрижня). Крім того, що такий тип головок дозволяє розрізнювати болти, його перевагою є також те, що він дозволяє уникнути заїдання болтів 8 під час модульного демонтажу компресора і турбіни. Якщо болти 8 залишаються заблокованими, спеціальні головки 81 болтів 8 можуть витримати надпотужний момент для відділення стрижня 82 від головки 81. У будь-якому випадку забезпечується модульний демонтаж. На Фіг.6 показаний вигляд ззаду фланця 31. Переважно гайки 73 і 83 встановлюють і стопорять на місці перед збиранням деталей. Вони містять язички 731 і відповідно 831 прямокутної форми, що забезпечують їх спільне стопоріння від провертання. Це полегшує загвинчування болтів 7 і 8 під час монтажу. Гайки 73 і 83, які стопоряться на фланці 31, є ідентичними. Кількість кріпильних болтів 8 і 7 в конкретному прикладі складає відповідно 28 і 4. Встановлено, що 28 болтів надійно забезпечують кріплення компресора на диску. Різниця в 4 болти при монтажі з 32 болтами не має істотного значення. Цей факт був підтверджений проведеними розрахунками, зокрема, з урахуванням передачі крутного моменту, механічних напружень, терміну служби деталей і т.д. Нарешті, потрібно помітити, що така конструкція дозволяє забезпечувати взаємодію між модулем компресора і модулем турбіни. Для забезпечення балансування модуля передбачають установку тягарців на передній стороні диска компонента 5, яка переважно утворює передню площину балансування. Модуль, що містить цей пристрій балансування, показаний на Фіг.7. Модуль містить фланець 10 для установки тягарців на цій стороні. Фланець 10 є кільцевим зі стороною, перпендикулярною до осі модуля, і містить множину механічно оброблених гнізд для установки тягарців. Переважно число гнізд дорівнює кількості лопаток, встановлених на диску турбіни. На Фіг.7 показаний тягарець 11, який встановлений на місце і втримується болтами 111. У цьому випадку установка цих тягарців дозволяє відтворити передню площину балансування ротора модуля турбіни ВТ. Це задовольняє одній з умов постачання так званого чистого модуля. Модуль відповідно до даного винаходу не заважає обслуговуванню модулів, суміжних з ним. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 88281 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601