RU2260149C2 - Compound hollow shaft of gas-turbine engine - Google Patents
Compound hollow shaft of gas-turbine engine Download PDFInfo
- 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
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title abstract 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
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)
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)
| 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)
| 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 |
-
2003
- 2003-08-08 RU RU2003124464/06A patent/RU2260149C2/en active
Patent Citations (6)
| 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)
| 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 |