Способ сборки металлокерамического ротора турбины и металлокерамический ротор турбины

(505 Г 01 05 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ СБОРКИ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО РОТОРА ТУРБИНЫ И МЕТАЛЛО-.КЕРАМИЧЕСКИЙ РОТОР ТУРБИНЫ(57) Использование: в газотурбостроении,конкретно в конструкциях роторов газотурбинных двигателей (ГТД) с керамической турбиной и в способах сборки металлического вала с керамическим диском турбины. Сущность изобретения: ротор турбины содержит металлический вал 1 с расточкой 3 и керамическое рабочее колесо 5, включающее диск с лопатками 7 и осевой выступ 8, а также разъемное кольцо 9, включающее сегменты 12, сопряженные с конической поверхностью 10 выступа 9 и с цилиндрической поверхностью 11 расточки 3. Между торцами 4 и 14 вала 1 и выступа 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцом вала, в котором выполнен осевой для подвода воздуха канал 2. Расточка 3 соединена с кольцом 9 радиальными штифтами 13. Сопряженный с кольцом 9 выступ 8 выполнен в аиде усеченной много-гранной пирамиды, обращенной основани ем к торцу вала. 2 с, и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.Ибретение относится к газотурбостроению, в частйости к конструкциям соеди нения металлического вала с керамическимдиском турбины и к способам сборки упомянутого металлокерамического (МКР) роторатурбины.Цель изобретения - повышение надежности узла соединения и точности сборкиМКР ротора турбины.Изобретение имеет следующие существенные отличительные признаки.Перед запрессовкой керамической цапфы турбины в металлический стакан валакомпрессора дополнительно при вращенииротора осуществляют притирку и центрирование цапфы путем многократного, резкоготорможения ротора, а осевое перемещение.цапфы осуществляют путем воздействиясжатого воздуха на торец цапфы,В роторе между торцами керамическойцапфы турбины и металлиЧеского стаканавала компрессора по оси предусмотренупорный расширяющийся элемент, а металлический вал выполнен с осевым каналом,на входе и выходе подключенном к источнику сжатого воздуха и к упорному элементу,выполненному в виде сильфона.Сопряженная с внутренней поверхностью упорного разъемного кольца цапфа выполнена в виде усеченной многограннойпирамиды, обращенной основанием к торцустакана вала.На фиг. 1 изображено общее устройстворотора; на фиг. 2 - поперечное сечение узласоединения. Ротор содержитметаллический вал 1 с осевым каналом 2 подвода сжатого воздуха, снабженный на конце расточкой 3, выполненной в виде полой втулки или стакана с донником (торцом) 4, и керамическое рабо. чее колесо 5 турбины, включающее диск 6 с рабочими лопатками 7 и осевой выступ (цапфу) 8. Между стаканом 3 и цапфой 8 по радиусу установлено разрезное упорное кольцо 9, сопряженное изнутри с конической поверхностью 10 цапфы 8 и снаружи - с цилиндрической поверхностью 11 стакана 3. При этом стакан 3 соединен с сегментами 12 кольца 9 радиальными штифтами 13. Между торцами 4 и 14 вала 1 и цапфы 8 установлен сильфон 15, герметично соединенный кромками 16 с торцем 4 вала 1. Стакан 3 и сегменты 12 кольца 9 могут быть связанй шлицевыми соединением, включающем выполненный на внутренней стороне стакана 3 продольный глухой паз 17, выступы 18 на сегментах 12 и установленные в проточке 19 стакана 3 разрезное прижимное кольцо 20,Сборку и изготовление металлокерамического ротора осуществляют следующим образом. На цапфу 8 диска 6 турбины устанавливают сегменты 12 упорного кольца 9 и 5 заводят их (8 и 9) в стакан 3 вала 1 до упорав стенку сильфона 15 с последующей установкой радиальных штифтов 13. После этого через канал 2 в полость Б сильфона 15 подают сжатый воздух и тем самым за счет 10 расширения сильфона и его воздействия наторец 14 цапфы последнюю прижимают к сегментам 12 разъемного кольца 9, При наличии упомянутого осевого усилия на режим .запуска раскручивают ротор и нагревают 15 цапфу 8 турбины и стакан 3 вала 1 до рабочей температуры. При вращении ротора неоднократно осуществляют его резкое торможение, что приводит к возникновению между валом 1 и турбиной 5 крутящего мо мента. Под воздействием последнего и осевого усилия происходит сдвижка и перемещение, т,е, притирка, цапфы 8 и сегментов 12 кольца 9.После такой притирки элементов при 25 вращении ротора осуществляют оконча. тельное крепление штифтами 13 кольца 9,после чего охлаждают узел соединения и останавливают ротор.В предложенной конструкции вместо 30 описанного штифтового соединения сегменты 12 разъемного кольца 9 могут быть соединены со стаканом 3 вала 1 шлицевым соединением, которое осуществляют следующим образом. Нагревают стакан, 3, напри мердотемпературы 400-500.С, за счет чегоудлиняют продольный паз 17, Затем в полость стакана 3 вводят цапфу 8 с монтированными сегментами 12 путем перемещения выступов 18 его в проточку 19.40 При этом торцами 4 и 14 сжимают сильфон15, После охлаждения стакана 3 сегменты 12 кольца 9 упираются во внутреннюю поверхность втулки и выступ 8 прижат сильфоном 15 поверхностями 10 к разъемному кольцу 45 9. В остальном вращение, нагрев и запрессовка деталей осуществляется описанным ранее образом, исключая необходимость крепления отсутствующих радиальных штифтов.50 Преимущества изобретения по сравнению с прототипом заключаются в следующем.Разъемное кольцо и цапфа колеса турбины выполнены некруглого сечения и 55 большего чем в прототипе, через которыепередается крутящий момент в работающей турбине;Если в прототипе осевое перемещениецапфы керамической турбины в стакане металлического вала осуществляют путем при;ложения к диску турбины напряжений изги- ное кольцо, керамический дискрабочего коба и растяжений, то в изобретении - за счет . леса турбины с осевой цапфой, размещеносевогосжатияцапфытурбиныподвоздей- ной в упорном кольце, установленные вствием сжатого воздуха, стенках стакана и в упорном кольце крепежЕсли в изобретении крепление цапфы 5 ные элементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,турбины в стакане вала осуществляют при с целью повышения надежности соедйневращении, т.е, при наличии расчетных цен- ния, ротор снабжен расширяющимся по бсйтробежных сил, после притирки деталей уз- упорным элементом, установленным со стола соединения, при.постоянном осевом ронО торца цапфы, последняя выполненавоздействии на цапфу турбины, то в прото конической Формы, сужающейся в сторонутипе этого выполнить невозможно.. диска турбины, кольцо - разъемным, с кониВсе это повышает надежность узла сое- ческой внутренней поверхностью, вал - с .динения и точность сборки металлокерами- осевым каналом, подключенным на вхоДе ического ротора турбины, выходе соответственно к источнику сжатого. Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я 15 воздуха и к расширяющемуся элементу.1, Способ сборкй металлокерамическо. Ротор по и. 2, о т л и ч а ю щ и й с яго ротора турбины, заключающийся в уста- тем, что упорный элемент выполнен в виденов ке керамической цапфы диска сильфона.совместно с упорным кольцом в цилиндри. Ротор по пп, 2 и 3, о т л и ч а ю щ й й"ческий стакан металлического вала, о тл и с я тем, что сопряженная с внутренней по.. ча ю щи й с я тем,что,с целью повышения, верхностью разъемного упорного кольцанадежности узла соединения и точности поверхность цапфы турбины выполнена всборки, дополнительно после установки на виде усеченной пирамиды, обращенной осрежиме запуска производят нагрев, враще- нованием к торцу стакана металлическогониеротораизапрессовкуцапфы вупорное 25 вала.кольцо путем осевого перемещения цапфы 5. Ротор по пп. 2 -4, о т л и ч а ю щ и йдиска турбины относительно вала вследст- с я тем; что он снабжен разрезным прижимвие воздействия сжатым воздухом на торец ным кольцом, на внутренней поверхностицапфы, стакана выполнены кольцевая выточка и2, Металлокерамический ротор турби осевые пазы, а на разъемном упорном кель-,ны, содержащий металлический вал с вы- це - сопряженные с упомянутыми пазамиполненной в нем цилиндрической выступы; причем прижимное кольцо устарасточкой,образующейстакан,установлен- новлено со стороны диска в кольцевой выное внутри последнего металлическое чпор- точке,