При эксплуатации газотурбинных двигателей имели место случаи, когда при запуске двигателя ротор высокого давления не раскручивался. После ряда обязательных проверок, если неисправность не устраняется, двигатель подлежит съему с крыла и исследованию в условиях предприятия. При исследовании таких двигателей были обнаружены обрывы от одного до пяти болтов соединения вала с диском последней ступени компрессора высокого давления (КВД). Отделившиеся фрагменты болтов с гайками, попадая в лабиринтное уплотнение, заклинивали ротор высокого давления и не давали ему возможности раскручиваться при запуске двигателя.

Разрушение болтов во всех случаях было идентичным и происходило по развившейся кольцевой трещине в зоне сбега резьбы или по радиусу перехода шейки в утолщенную цилиндрическую часть болта. Металлургическое исследование разрушенных болтов показало, что характер кристаллического строения излома статический с признаками повторности. Начало развития трещины на всех болтах ориентировано со стороны оси вращения ротора.

Повышенная степень шероховатости в изломах, выраженная бугристостью практически на всем сечении болта, свидетельствовала о действии на болт высокого уровня напряжений при рабочих температурах на двигателе.

Специальным методом дефектоскопии (ЛЮМ1-ОВ) на некоторых неразрушенных болтах данного соединения были обнаружены трещины различной глубины и почти на всех болтах мелкие растрескивания глубиной до 0,5 мм. Все указанные дефекты располагались в зоне перехода от резьбовой к утолщенной цилиндрической части болтов и были ориентированы, как указывалось выше, со стороны оси вращения ротора.

Расположение разрушенных болтов и болтов с трещинами по окружности фланца соединения было бессистемным. Не была выявлена зависимость проявления дефекта от наработки двигателя. Качество изготовления деталей соответствовало требованиям документации. Результаты проведенных работ не выявили причины появления высокого уровня нагрузок на болты. Потребовалось проведение дополнительных исследований.

Всесторонний анализ конструкции и условий нагружения показал, что данное соединение в силу ряда обстоятельств претерпевало различные конструктивные изменения. В эксплуатации одновременно находилось несколько видов компоновки вал-диск (рис. 4).

Картина разрушения и растрескивания болтов во всех случаях была идентична. Выполненный расчет на прочность болтового соединения вала с диском последней ступени КВД показал достаточные запасы прочности болтов в данном соединении. Однако повторяющиеся случаи разрушения болтов с одинаковым ориентированием начальных трещин и идентичным характером излома свидетельствовали о наличии неких дополнительных усилий, вызывающих изгибные нагрузки в болтах данного соединения. Такие нагрузки могли вызываться деформацией фланца вала в результате неравномерности прогрева вала и диска при переходных режимах работы двигателя.

Для уменьшения деформации фланец вала был конструктивно изменен - увеличена его толщина на 1 мм, что должно было исключить нерасчетную нагрузку на болты. Тем не менее, наличие случаев разрушения болтового соединения показало, что принятые меры недостаточны.

При анализе геометрических параметров вала и диска отмечено, что в отдельных случаях повышенная деформация фланца помимо температурного фактора связана с условиями посадки при сборке соединения вал-диск. Так, при сборке этого соединения в одном двигателе неблагоприятное сочетание овальности посадочных поверхностей (максимальный диаметр фланца вала совпал с минимальным диаметром бурта диска) привело к дополнительным нагрузкам на фланец и приданию ему остаточных деформаций в форме "седла".

С целью устранения дефекта была отработана и внедрена новая конструкция вала, имеющего дополнительную массивную часть (рис. 5). Жесткость вала в радиальном направлении была повышена, обеспечена равномерность прогрева вала и диска при работе двигателя на переменных режимах. Кроме того, в сборочном цехе были ужесточены допуски на овальность посадочных собираемых поверхностей вала и диска, что исключило возможность сборки соединения, дающего при работе двигателя дополнительную нагрузку на болты.

Проверка состояния болтов после различной наработки на двигателях с улучшенной конструкцией вала и уточненными условиями сборки вала и диска показала отсутствие на них трещин и растрескиваний. Полученные результаты подтвердили правильность выбранного метода устранения дополнительных нагрузок, возникавших в болтовом соединении на переходных режимах работы двигателя.

Рис. 4	Рис. 5