3.3.2. Роторы дискового типа

Ротор дискового типа представляет собой набор отдельных дисков, закреплённых на общем валу (рис.3.13).

Рис.3.13. Ротор дискового типа: 1 – вал; 2 – передний подшипник ротора; 3 – втулки лабиринтного уплотнения; 4 – гайки, стягивающие диски; 5 – диски; 6 – лопатки; 7 – трактовые кольца; 8 – диск лабиринтного уплотнения; 9 – радиально-упорный задний подшипник; 10 – фиксатор рабочей лопатки 1-ой ступени; 11 – контровочная втулка фиксаторов

Каждый диск 5 имеет обод для крепления рабочих лопаток 6 и ступицу крепления дисков с валом для передачи крутящего момента от турбины. Ширина обода диска определяется длинной полки замка устанавливаемых лопаток, ширина ступицы из условия прочности диска и передаваемого крутящего момента, а полотно диска специально профилируется – утоньшается от ступицы к ободу из условия прочности и минимальной массы. Иногда для упрощения технологии изготовления и снижения стоимости производства полотно диска выполняют постоянной толщины. Соединение дисков с валом должно обеспечивать надежную центровку, осевую фиксацию относительно вала, передачу крутящего момента на всех режимах эксплуатации и их сохранение на время всего ресурса. Нарушение центровки и осевые смещения дисков недопустимы, так как могут привести к разбалансировке ротора, повышению вибрации, изменению зазоров между роторными и статорными деталями двигателя и их касанию, и в итоге к снятию двигателя с эксплуатации.

Для передачи крутящего момента от вала к дискам применяются следующие способы:

- при помощи трения;

- шлицевое соединение;

- призонные болты.

При передаче крутящего момента за счёт сил трения (рис.3.14) диски должны устанавливаться на вал с большим натягом, чтобы обеспечить надежность соединения на всех режимах работы двигателя, когда диск нагрет и растянут центробежными силами.

Рис.3.14. Ротор дискового типа с передачей крутящих моментов от вала к дискам силой трения: 1 – вал с коническими посадочными поверхностями; 2 –диск из алюминиевого сплава; 3 – стальная втулка, запрессованная в диск; 4 –радиальные штифты для фиксации втулки в диске; 5 – коническая поверхность втулки; 6 – резьба на втулке для съемника при разборке ротора; 7 – разрезные кольца для осевой фиксации дисков на валу

Это требует создания больших натягов в холодном состоянии (высокие напряжения в диске) и вызывает трудности при сборке.

Если диск изготавливается из алюминиевого сплава, то для сохранения натяга в рабочем состоянии в ступицу диска запрессовывают стальную втулку 3, закреплённую специальными радиальными штифтами 4 (рис.3.14).

Радиальные штифты также обеспечивают центрирование диска относительно втулки независимо от режима работы двигателя. В настоящее время схема соединения диском с валом напрессовкой в ГТД не находит применения.

При передаче крутящего момента от вала к дискам при помощи шлицев (рис.3.13.) натяг нужен только для центрирования дисков относительно вала. В зависимости от профиля шлицев центровка дисков осуществляется или по боковым поверхностям шлицев (рис.3.15,а, б) или по цилиндрическим поверхностям (рис.3.15,в).

Рис.3.15. Профили шлицев:

а – эвольвентные; б – трапециевидные; в - прямоугольные

При выполнении трапециевидных шлицев с боковыми поверхностями, расположенными по радиусу (рис.3.15,б) сохраняется центровка дисков на всех режимах работы двигателя, что не требует больших натягов при сборке. Для снижения влияния температурных и инерционных деформаций на центрирование дисков могут применяться упругие ступицы (рис.3.16, а), либо торцовые шлицы (рис.3.16,б) боковые грани которых направлены по радиусу.

Рис. 3.16. Соединение дисков с валом: а – осевыми эвольвентными шлицами; б – торцовыми шлицами; 1 – диски; 2 – вал

В вентиляторных ТРДД для крепления диска 3 к валу 1, центровки и передачи крутящего момента применяются призонные болты 2 (рис.3. 17).

Основные достоинства дисковых роторов:

- большая несущая способность, допускающая на среднем диаметре лопаток окружные скорости до 400…450 м/с, что повышает напорность ступени;

- хорошее согласование диаметров компрессора и турбины, что позволяет создавать двигатели с оптимальными диаметральными габаритами;

- оптимальное число лопаток для каждой ступени.

Недостатки дисковых роторов:

- невысокая изгибная и крутильная жёсткость, что снижает значение критических частот вращения ротора, приводит к крутильным колебаниям и для их исключения требуется увеличить диаметр вала, толщину ступиц дисков. В итоге значительно возрастает масса ротора;

- склонность к возбуждению колебаний самих дисков вследствие их малой жесткости;

- обязательное применение двух опор для ротора компрессора.

Рис.3.17. Соединение диска вентилятора с валом: 1 – вал ротора вентилятора; 2 – призонный болт; 3 – диск; 4 – дополнительный промежуточный корпус

Для предотвращения резонансных колебаний дисков, повышения критических скоростей вращения ротора и частот крутильных колебаний, а также отстройки от резонанса на стационарных режимах работы двигателя между дисками, под лопатками направляющих аппаратов, устанавливаются трактовые кольца 7 (рис.3.13).

Трактовые кольца не участвуют в передачи крутящего момента, служат для повышения изгибной и крутильной жёсткости роторов, гашению колебаний дисков и образуют проточную часть компрессоров.