5.8. Узлы соединения валов компрессоров и турбин

Соединение частей валов ГТД чаще всего осуществляется шлицевыми муфтами и в зависимости от расположения опор и схем передачи осевых сил на фиксирующую опору должно обеспечивая передачу:

крутящих моментов к компрессору и агрегатам;

осевого усилия на упорный подшипник;

радиальных усилий на опорный подшипник.

Кроме того, соединение должно надежно работать в условиях некоторой несоосности и перекоса осей соединяемых узлов, которые всегда присутствуют вследствие деформации деталей при рабо­те двигателя и технологических допусков на изготовление и сборку.

Подвижное (гибкое) соединение валов позволяет:

упростить технологию производства элементов силовой систе­мы и их сборку;

снизить массу и упростить конструкцию силовой установки;

обеспечить более точную балансировку турбины и компрессора независимо друг от друга.

Рис.5.28. Соединительная муфта с промежуточной втулкой, передающей только крутящий момент: 1 - вал компрессора; 2 - ведомая часть муфты; 3 - разжимное пружинное кольцо; 4 - выступы шлиц; 5 - шлицевая втулка; 6 -ведущая часть муфты; 7 - вал турбины; 8 - зубчатый венец; 9 - трубка с фор­сункой; 10 - цилиндрические пояски; 11 - заглушки

Шлицевые муфты, передающие только крутящий момент, могут быть выполнены с промежуточной втулкой 5 (рис.5.28), имеющей внутренние эвольвентные шлицы.

На валах компрессора 1 и турби­ны 7 по прямоугольным шлицам установлена ведущая 6 и ведомая 2 части муфты. Муфты центрируются на валах по цилиндрическим пояскам 10. Осевая фиксация промежуточной втулки 5 осуществляется упором 4 в выступ шлиц и разжимным пружинным кольцом 3.

На рис.5.29 приведена схема муфты у которой эвольвентные шлицы выполнены непосредственно на валах турбины 4 и компрессора 3, соединенных промежуточной втулкой 1. Осевая фиксация втулки осуществляется упором буртиков 2 в выступы вала. Осевая нагрузка от ротора турбины через штангу 6 передается на передний радиально-упорный подшипник 5.

Рис.5.29. Узел соединения с удлиненной шлицевой втулкой, передающей только крутящий момент: 1 - промежуточная втулка; 2 - буртик; 3 - вал компрессора; 4 - вал турбины; 5 – опорно - упорный подшипник; 6 – штанга

Узел соединения валов, приведенный на рис.5.30, передает крутящий момент и осевую силу. Вал турбины 2 эвольвентными шлицами непосредственно соединяется с цапфой 1 вала компрессора. Осевая фиксация валов осуществлена стяжным болтом 3 с контровкой шлицевой втулкой 6. Шлицевая втулка под действием пружины входит в зацепление наружными шлицами с корпусом и стяжным болтом. Возможность работы с перекосом осей обеспечивается зазорами в шлицах и осевым зазором между торцом вала 1 и дистанционной втулкой 5.

Шлицевые муфты рис.5.31, а. б передают крутящий момент, осевую и радиальные силы. В муфте рис.5.31,а передача крутящего момента производится шлицами на наружной поверхности вала турбины 8 и цапфы компрессора 6. Осевая фиксация валов для передачи осевой силы осуществляется полусферическим соединением на цапфе 6 и втулке 7 байонетным замком.

Рис. 5.30. Узел соединения валов, передающий крутящий момент и осе­вую нагрузку: 1 - цапфа компрессора ; 2- вал турбины; 3 – стяжной болт; 4 – втулка упорная; 5 – втулка дистанционная; 6 – контровка стяжного болта

На наружной поверхности выступа вала турбины выполнено четыре паза. На внутренней поверхности втулки 7 выполнены аналогичные пазы. Сборка производится с помощью специального ключа 5, который вводится через трубку в передней части камеры сгорания и отверстия в цапфе компрессора. Пазы на цапфе и втулке совмещаются, вал сдвигается в осевом направлении до упора во втулку. Втулка 7 поворачивается ключом 5 на 90⁰. От окружного перемещения втулка 7 фиксируется пластинчатым замком 13.

Соединительная муфта (рис.5.31,б) передает крутящий момент и осевую силу и допускает надёжно работает при угловых смешениях валов.

Втулки 1 и 2 установлены на шлицах вала турбины 8 и компрессора 6 с фиксацией гайками 3 и соединены втулкой 10 для передачи крутящего момента. Осевая фиксация валов осуществляется стяжным болтом 12 по сферическим поверхностям 4 во втулке 14 и кольце 11.

Рис.5.31. Соединения валов с передачей М_кр и осевой силы: а – четырьмя кулачками; б – соединительным болтом; 1 – ведомая шлицевая втулка; 2 – ведущая шлицевая втулка; 3 - гайка; 4 – полусферические опорные поверхности; 5 – ключ монтажный; 6- задняя цапфа компрессора; 7 – стакан с четырьмя кулачками; 8 - вал турбины; 9 – сектор зубчатый; 10- втулка шлицевая; 11 – кольцо сферическое; 12 – болт; 13 – замок пластинчатый; 14- втулка

На рис.5.32 приведен пример соединения роторов турбины и компрессора с помощью трубчатой рессоры и стяжного болта в ТРДЦ АИ-25, ротор низкого давления (РНД).

Рис.5.32. Соединение валов турбины и компрессора с помощью трубча­той рессоры и стяжного болта ТРДД АИ-25: 1 - замок; 2 –втулка; 3 – вал компрессора; 4 – болт стяжной; 5 – втулка контровочная; 6 – рессора; 7 – труба; 8 – гайка; 9 – вал турбины

Крутящий момент с вала турбины 9 передается на заднюю цап­фу компрессора через тонкостенную трубчатую рессору 6 с внут­ренними эвольвентными шлицами на обоих концах. Рессора 6 рас­положена внутри ротора высокого давления (РВД) в тонкостенной трубе 7, которая обеспечивает герметизацию полостей обоих рото­ров.

Осевое усилие с ротора турбины на передний опорный подшипник компрессора передается через вал компрессора и стяжной болт 4, соединяющий валы роторов компрессора и турбины. Осевое рас­положение турбины обеспечивается размещением рессоры между гайкой 8 и буртиком контровочной втулки 5, с некоторым зазором , чем допускается работа с перекосами осей валов. Стяжной болт 4 контрится замком 1.

Конструкция соединительного узла вала компрессора и рессоры редуктора ТВД приведена на рис.5.33. Крутящий момент передается эвольвентными шлицами на внешней поверхности рессоры 1 и внутренней поверхности передней цапфы компрессора 2, а осевая фиксация рессоры осуществлена пружинящим кольцом 4 и фасон­ным болтом 3. Головка болта вставляется в расточку рессоры 1 и зафиксирована в ней кольцом 4. Внутри болта.4 выполнены шлицы, которые предназначены для контровки болта по шлицам стопора 7. Стопор 7 имеет шестигранную внешнюю поверхность, по которой он устанавливается во внутреннем шестигранном отверстии заглушки 8, закрепленной в цапфе компрессора штифтами 6.Стопор 7 удерживается от осевых смещений пружиной 9.

Рис. 5.33. Соединение рессоры редуктора с цапфой компрессора ТВД: 1- рессора; 2- передняя цапфа; 3- фасонный болт; 4- кольцо пружинное; 5 - распорная втулка; 6- штифт; 7- фасонный стопор, 8- заглушка

При сборке рессора 6 устанавливается по шлицам в цапфу компрессора, стопор 7 отжат в крайнее правое положение, болт 3 ввертывается в заглушку 8 до упора в распорную втулку 5, чем предупреждается выжимание кольца 4 из канавки. Стопор 7, под действием пружины смещает влево, входя своими шлицами в шлицы болта 3, обеспечивая надежную его контровку.

Узел соединения роторов компрессора и турбины с передачей крутящего момента осевой и радиальных сил, реализованный в двигателе ТВ2-117, приведен на рис.5.34. Крутящий момент с ротора турбины на ротор компрессора передается через шлицевую втулку 2, имеющую шлицы на внутренней и внешней поверхностях. Шлицевая втулка 2 по внутренним шлицам установлена по свободной посадке на шлицах вала турбины 4, а внешним шлицам также по свободной посадке на шлицах цапфы вала компрессора 3. Шлицевая втулка 2 удерживается от осевого смещения пружиной 1. Осевые и радиальные усилия передаются через сферическую муфту, образованную сферическим гнездом с тремя прорезями 6 в цапфе компрессора и тремя сферическими выступами 4 на валу тур­бины. Сборка и разборка валов осуществляется при смещении втул­ки 2 влево, до выхода из зацепления ее шлиц со шлицами валов компрессора и турбины, и поворота вала турбины на 60 , при кото­ром сферические выступы вала турбины 4 находятся напротив про­резей гнезда 6. При осевом смешении вала турбины вправо проис­ходит разъединение валов. Однозначность сборки узла обеспечива­ется выполнением на обоих шлицевых поясах по одной широкой шлице.

Узел соединения надежно работает и при некотором перекосе осей соединяемых валов.

Рис.5. 34. Соединение роторов компрессора и турбины ТВД ТВ2-117: 1 – пружина; 2 – втулка шлицевая; 3 – вал компрессора; 4 – вал турбины; 5 – прорези