[go: up one dir, main page]

RU2260149C2 - Compound hollow shaft of gas-turbine engine - Google Patents

Compound hollow shaft of gas-turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2260149C2
RU2260149C2 RU2003124464/06A RU2003124464A RU2260149C2 RU 2260149 C2 RU2260149 C2 RU 2260149C2 RU 2003124464/06 A RU2003124464/06 A RU 2003124464/06A RU 2003124464 A RU2003124464 A RU 2003124464A RU 2260149 C2 RU2260149 C2 RU 2260149C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
gas
length
turbine engine
hollow shaft
Prior art date
Application number
RU2003124464/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003124464A (en
Inventor
С.С. Некрасов (RU)
С.С. Некрасов
В.В. Прокофьев (RU)
В.В. Прокофьев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority to RU2003124464/06A priority Critical patent/RU2260149C2/en
Publication of RU2003124464A publication Critical patent/RU2003124464A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260149C2 publication Critical patent/RU2260149C2/en

Links

Landscapes

  • Supercharger (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

FIELD: gas-turbine engines.
SUBSTANCE: compound hollow shaft of gas-turbine engine has three parts connected rigidly all together. Medium part is made of titanium; its length is chosen within 0,5-0,7 length of total compound shaft and its diameter belongs to 1,15-1,25 diameters of end parts of shaft's body.
EFFECT: increased critical frequency of rotation; reduced weight of shaft.
1 dwg

Description

Изобретение относится к составным валам с разъемными соединениями.The invention relates to composite shafts with detachable joints.

Известен вал, соединяющий компрессор и турбину, являющийся полым цилиндром, расположенным на 2 подшипниках [1].Known shaft connecting the compressor and the turbine, which is a hollow cylinder located on 2 bearings [1].

Полностью, выполняя свое предназначение, он очень труден в изготовлении, т.к. трудно выполнить центровку внутреннего отверстия, чтобы стенки полого вала имели одну толщину. Разная толщина стенок вала вызывает дисбаланс вала, а это нежелательно.Fully fulfilling its mission, it is very difficult to manufacture, because it is difficult to center the inner hole so that the walls of the hollow shaft have the same thickness. Different wall thicknesses cause shaft imbalance, which is undesirable.

Ближайшим по техническому решению является составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой [2].The closest in technical solution is a composite hollow shaft of a gas turbine engine containing three sections rigidly connected to each other [2].

Эта конструкция упрощает изготовление вала, но при большой длине вала собственная частота вращения вала будет недостаточной для работы. Собственная частота системы является конструктивной характеристикой данной системы, если есть возможность ее увеличить, то система выигрывает. В данном случае собственная частота незначительно выше рабочей, увеличивая собственную частоту до запаса 25%, мы способствуем бесперебойной работе ГТД. В противном случае это приведет к увеличению уровня вибрации, который не поддается демпфированию, т.к. данная критическая частота вращения вызывает изгиб вала и имеет незначительное смещение в опорах, где располагаются демпферы.This design simplifies the manufacture of the shaft, but with a large length of the shaft its own shaft speed will be insufficient for operation. The natural frequency of the system is a constructive characteristic of this system, if it is possible to increase it, then the system wins. In this case, the natural frequency is slightly higher than the working frequency, increasing the natural frequency to a margin of 25%, we contribute to the smooth operation of the gas turbine engine. Otherwise, this will lead to an increase in the level of vibration, which is not damped, because This critical speed causes the shaft to bend and has a slight displacement in the bearings where the dampers are located.

Задачей изобретения является повышение критической частоты вращения вала на 5%-10%, что в некоторых случаях бывает достаточно для получения необходимых запасов по критической частоте вращения вала, кроме этой задачи, также уменьшается вес вала, что также полезно для авиации.The objective of the invention is to increase the critical shaft speed by 5% -10%, which in some cases is sufficient to obtain the necessary reserves for the critical shaft speed, in addition to this task, the shaft weight is also reduced, which is also useful for aviation.

Указанная задача решается тем, что составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, причем средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.This problem is solved in that the composite hollow shaft of a gas turbine engine containing three sections rigidly connected to each other, the middle section being made of titanium, its length being selected within 0.5-0.7 of the length of the entire composite shaft, and its diameter in the limits of 1.15-1.25 of the diameters of the extreme sections of the shaft body.

Новым является то, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.New is that the middle section is made of titanium, and its length is selected in the range of 0.5-0.7 of the length of the entire composite shaft, and its diameter is in the range of 1.15-1.25 of the diameters of the extreme sections of the shaft body.

Вал, состоящий из трех частей, является двухопорным. Две части выполнены, например, из стали, а средняя - из титана. Две части из стали предполагают расположение на них подшипников и должны быть меньшего диаметра и большей толщины. Средняя часть выполняется большего диаметра, внутренняя обойма одного из подшипников или вала подшипника закрепляется на валу ротора и он определяет возможные размеры диаметра средней части при сохранении возможности передачи крутящего момента.The shaft, consisting of three parts, is double-supported. Two parts are made, for example, of steel, and the middle - of titanium. Two parts of steel suggest the location of bearings on them and should be of smaller diameter and greater thickness. The middle part is made of a larger diameter, the inner race of one of the bearings or the bearing shaft is fixed to the rotor shaft and it determines the possible dimensions of the diameter of the middle part while maintaining the possibility of transmitting torque.

Увеличенный диаметр средней части и применение более легкого металла, например титана, приводит к тому, что средняя часть становится более легкой и обладающей такой же жесткостью, как и две крайние части, вследствие этого критическая (или собственная) частота возрастает. Увеличение собственной частоты вала не более 10%, но этого достаточно в некоторых случаях, помимо этого из-за применения титана вал становится легче, что также выгодно для ГТД.The increased diameter of the middle part and the use of a lighter metal, for example titanium, leads to the fact that the middle part becomes lighter and has the same stiffness as the two extreme parts, as a result of which the critical (or natural) frequency increases. An increase in the natural frequency of the shaft is not more than 10%, but this is sufficient in some cases, in addition, due to the use of titanium, the shaft becomes lighter, which is also beneficial for gas turbine engines.

Приводим пример расчета вала из трех частей для передачи крутящего момента от компрессора низкого давления к турбине низкого давления, применяемой для авиационного ГТД военного образца.We give an example of calculating a three-part shaft for transmitting torque from a low-pressure compressor to a low-pressure turbine used for an aircraft gas turbine engine of a military standard.

Исходные данныеInitial data

длина вала l=1214,7 ммshaft length l = 1214.7 mm

диаметр левойleft diameter

крайней части Д1/d1=55/47,5 (мм)extreme part D 1 / d 1 = 55 / 47.5 (mm)

диаметр правойdiameter right

крайней части Д1/d1=55/37,5 (мм)extreme part D 1 / d 1 = 55 / 37.5 (mm)

диаметрdiameter

средней части Д3/d3=64/60 (мм)middle part D 3 / d 3 = 64/60 (mm)

длина левой части l1=273 ммthe length of the left side l 1 = 273 mm

длина правой части l2=279,3 ммthe length of the right side l 2 = 279.3 mm

длина средней части l3=662,4 ммthe length of the middle part l 3 = 662.4 mm

Расчет, выполненный методом начальных параметров, если весь вал из стали:The calculation performed by the method of initial parameters, if the entire shaft is made of steel:

nкр=1114,3 об/мин m=23,899 кг,n cr = 1114.3 rpm m = 23.899 kg,

если средняя часть выполнена из титанаif the middle part is made of titanium

nкр=1223,3 об/мин m=20,398 кг,n cr = 1223.3 rpm m = 20.398 kg,

выигрыш в массе 3,5 кг, а разница критических частот оборотов ≈9%.the gain in mass is 3.5 kg, and the difference in critical speed is ≈9%.

На чертеже изображен вал из трех участков, где левая крайняя часть 1, правая крайняя часть 2, середина увеличенного диаметра из титана 3, подшипники 4, 5, конус 6.The drawing shows a shaft of three sections, where the left end part 1, the right end part 2, the middle of the increased diameter of titanium 3, bearings 4, 5, cone 6.

Работа осуществляется следующим образом: когда работает двигатель, вал начинает разгоняться и при максимальном режиме достигает максимальной частоты вращения (если запас по критической частоте времени недостаточен, возрастает прогиб вала и необходимым требованием в нормативной документации является величина запасов по критической частоте). Если изгиб вала велик сверх нормы, возрастает нагрузка на подшипники 4, 5, что может вызвать их поломку. Увеличение запасов по критической частоте увеличивает работоспособность подшипников 4, 5.The work is carried out as follows: when the engine is running, the shaft starts to accelerate and reaches its maximum speed at maximum speed (if the margin at the critical time frequency is insufficient, the shaft deflection increases and the critical requirement is the size of the margin in the normative documentation). If the shaft bend is large above normal, the load on the bearings 4, 5 increases, which can cause them to break. An increase in critical frequency margins increases the performance of bearings 4, 5.

Из описания видно, что для реализации устройств используются элементы, применяемые в промышленности, что позволяет сделать вывод о промышленной применимости изобретения.The description shows that for the implementation of the devices used elements used in industry, which allows us to conclude that the industrial applicability of the invention.

Источники информацииSources of information

1. Никитин Ю.М. Конструирование элементов, деталей и узлов авиадвигателей (под ред. д-ра тех. наук проф. Г.С.Скубачевского), М.: Машиностроение, 1968, стр. 312-313, рис. 9.6.1. Nikitin Yu.M. The design of elements, parts and components of aircraft engines (under the editorship of Dr. Sc. Prof. G.S. Skubachevsky), Moscow: Mashinostroenie, 1968, pp. 312-313, Fig. 9.6.

2. Там же, стр. 107, рис. 4.11.2. Ibid., P. 107, fig. 4.11.

Claims (1)

Составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, отличающийся тем, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.A composite hollow shaft of a gas turbine engine containing three sections rigidly interconnected, characterized in that the middle section is made of titanium, and its length is selected within 0.5-0.7 of the length of the entire composite shaft, and its diameter is within 1, 15-1.25 from the diameters of the extreme sections of the shaft body.
RU2003124464/06A 2003-08-08 2003-08-08 Compound hollow shaft of gas-turbine engine RU2260149C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124464/06A RU2260149C2 (en) 2003-08-08 2003-08-08 Compound hollow shaft of gas-turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003124464/06A RU2260149C2 (en) 2003-08-08 2003-08-08 Compound hollow shaft of gas-turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003124464A RU2003124464A (en) 2005-02-27
RU2260149C2 true RU2260149C2 (en) 2005-09-10

Family

ID=35285933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003124464/06A RU2260149C2 (en) 2003-08-08 2003-08-08 Compound hollow shaft of gas-turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260149C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2435133C2 (en) * 2006-03-14 2011-11-27 Снекма Measuring device for inner dimensions of hollow shaft, namely aircraft gas turbine engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4358284A (en) * 1979-12-21 1982-11-09 Felten & Guilleaume Carlswerk Ag Fiber-reinforced driveshaft
DE4102572A1 (en) * 1990-01-29 1991-08-01 Nissan Motor DRIVE SHAFT
DE4007284A1 (en) * 1990-03-08 1991-09-12 Gkn Automotive Ag DRIVE SHAFT
US5277661A (en) * 1992-02-27 1994-01-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Titanium MMC fanshaft with superalloy end attachment
RU2110704C1 (en) * 1995-12-22 1998-05-10 Алексеев Кирилл Петрович Shaft
RU2175069C2 (en) * 1996-02-29 2001-10-20 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine shaft and its manufacturing process

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4358284A (en) * 1979-12-21 1982-11-09 Felten & Guilleaume Carlswerk Ag Fiber-reinforced driveshaft
DE4102572A1 (en) * 1990-01-29 1991-08-01 Nissan Motor DRIVE SHAFT
DE4007284A1 (en) * 1990-03-08 1991-09-12 Gkn Automotive Ag DRIVE SHAFT
US5277661A (en) * 1992-02-27 1994-01-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Titanium MMC fanshaft with superalloy end attachment
RU2110704C1 (en) * 1995-12-22 1998-05-10 Алексеев Кирилл Петрович Shaft
RU2175069C2 (en) * 1996-02-29 2001-10-20 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine shaft and its manufacturing process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2435133C2 (en) * 2006-03-14 2011-11-27 Снекма Measuring device for inner dimensions of hollow shaft, namely aircraft gas turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003124464A (en) 2005-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2339146A1 (en) Coupling system for a star gear train in a gas turbine engine
Schweizer Total instability of turbocharger rotors—physical explanation of the dynamic failure of rotors with full-floating ring bearings
US7665293B2 (en) Low speed rotor shaft for a small twin spool gas turbine engine
US20100260605A1 (en) Balance weight
EP0851148B1 (en) Balancer apparatus for an engine
US10161442B2 (en) Air foil bearings having multiple pads
GB2080486A (en) Shafts
EP3049655B1 (en) Gas turbine engine bearing arrangement translating radial vibrations into axial vibrations
JP2004211895A (en) Bearing journal
Gunter et al. Dynamic analysis of a turbocharger in floating bushing bearings
US11346233B2 (en) Damping device
Zhu et al. Dynamic characteristics of a supercritical helicopter tail transmission system with self-excited vibration and rubbing impact
RU2260149C2 (en) Compound hollow shaft of gas-turbine engine
Bently et al. Role of circumferential flow in the stability of fluid-handling machine rotors
Dai et al. Extensive experimental study on the stability of rotor system with spline coupling
Rao et al. Dynamics of asymmetric rotors using solid models
Aziaka et al. Structural and conceptual design analysis of an axial compressor for a 100 MW industrial gas turbine (IND100)
KR102888599B1 (en) Air turbine starter with bearing support structure
US11536157B2 (en) Damping device
US20170306787A1 (en) Turbine engine rotating at high speeds
Schmied et al. Application of MADYN 2000 to rotordynamic problems of industrial machinery
US11022099B2 (en) Ram air turbine shaft whirl damper
US20250188850A1 (en) Torsional vibration damper mechanism for gas turbine engine
Waumans et al. Design, optimisation and testing of a high-speed aerodynamic journal bearing with a flexible, damped support
Rzadkowski et al. Forced vibration of eight mistuned bladed discs on a solid shaft—excitation of the second compressor bladed disc

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20080611

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130729

PD4A Correction of name of patent owner