Устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток турбомашины

 

Изобретение относится к турбомашиностроению и позволяет демпфировать колебания лопаток. Устройство для фиксации содержит каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и соответствующей периферийной «^асти диска 7,расположенных в них шарика 1, пружины 3 и цилиндрического пальца (П) 2 и сквозного осевого отверстия 8, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверстия в хвостовике 6 каждой лопатки. Причем каждый цилиндрический П 2 выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чему материалов, из которых изготовлены диск 7 и соответствующий хвостовик 6 лопатки, причем соседние П 2 выполнены из материалов, ког эффициенты линейного расширения которых не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 8 и диска каждый П 2 имеет сферическую выемку, причем размеры выемок на соседних пальцах не равны друг другу: Каналы могут располагаться под углом к радиальному направлению при условии, что диаметры соседних пальцев не равны друг другу. 2 3. п. ф-лы. 4 ил.ФигЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4794747/06 (22) 23.02,90 (46) 23.02.92; Бюл, М 7 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) P.Ô. Дорохов v A.В. Косарев (53) 621.438 (088.8) (56) Заявка ФРГ Ь 2200818, кл. F 01 0 5/32, опублик. 1977, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ОТ

ОСЕВОГО СМЕЩЕНИЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИНЫ (57) Изобретение относится к турбомашиностроению и позволяет демпфировать колебания. лопаток. Устройство для фиксации содержит каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и соответствующей периферийной части диска 7, „„ Ы „„1714170 A l (я)5 F 01 D 5/32, F 04 О 29/32 расположенных в них шарика 1, пружины 3 и цилиндрического пальца (П) 2 и сквозного осевого отверстия 8, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверстия в хвостовике 6 каждой лопатки, Причем каждый цилиндрический П 2 выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чем у матери алов, из которых изготовлены диск 7 и соответствующий хвостовик 6 лопатки, причем соседние П 2 выполнены из материалов, ко-. эффициенты линейного расширения которых не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 8 и диска каждый П 2 имеет сферическую выемку, причем размеры выемок на соседних пальцах не равны друг другу;

Каналы могут располагаться под углом к радиальному направлению при условии, что диаметры соседних пальцев не равны друг другу. 2 з. и. ф-лы, 4 ил.

1114170

15

20 ными друг другу

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в паровых и газовых турбинах, осевых компрессорах и т. д.

Известно, что рабочие лопатки с осевой заводкой на рабочий диск турбомашины необходимо фиксировать в осевом направлении с целью предотвращения их смещения в пазах диска во время монтажа турбомашины, ее транспортировки и эксплуатации, Недостаток заключается в невозможности замены одной, вышедшей из строя в процессе эксплуатации, рабочей лопатки без демонтажа всего облапатывания. Это приводит к необоснованным затратам материальных и временных ресурсов при ремонте турбсмашины. Узкое функциональное назначение самих фиксирующих элементов не позволяет полнее использовать возможности существующих конструктивных схем и, в конечном итоге, негативно сказывается на характеристиках 1урбомашин.

Известны устройства, позволяющие снять с рабочего диска турбомашины одну рабочую лопатку без демонтажа облапатывания, которые содержат каналы, каждый из которых образован соосными радиальными отверстиями, выполненными в нижней часги хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие.

Такое техническое решение позволяет

55 осуществить жесткую фиксацию от осевого смещения рабочей лопатки во время эксплуатации благодари действию на шарик центробежной силы, обусловленной вращением ротора турбомашины, а также снять одну рабочую лопатку без демонтажа всего облапатывания за счет ввода стержня.

Однако данное устройство не позволяет осушествить надежную фиксацию рабочих лопаток во время монтажа турбомашины и ее транспортировки, что неблагоприятно сказывается на работоспособности устройства в целом, Целью изобретения является демпфирование колебаний рабочих лопаток, связанных или не связанных между собой демпфирующими связями, полками или бандажом, с помощью устройства, предназначенного для фиксации рабочих лопаток турбомашины.от осевого смещения, Указанная цель достигается тем, что устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток в диске турбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверстиями, выполненными в нижней части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие, дополнительно содержит установленные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, в радиальном отверстии диска с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца расположен шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала хвостовика, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика, при этом пальцы соседних хвостовйков, выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

Эффект демпфирования может быть усилен, если каждый палец в зоне контакта хвостовика и диска снабдить сферической выемкой, при этом размеры выемок на соседних пальцах выполнить неравными друг другу. Аналогичный эффект будет иметь место, если каждый канал расположить под углом к радиальному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравНаличие каналов, образованных соосными радиальными отверстиями, выполненными в нижней части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска турбомашины, необходимо для расположения в них шарика, фиксирующего цилиндрического пальца и упругого элемента.

Наличие упругого элемента необходимо для фиксации положения цилиндрического пальца и шарика при невращающемся роторе, Его присутствие не сужает, область использования предлагаемого устройства, так как в настоящее время широко используются пружины, работающие в средне, температура которой превышает 450 С.

Кроме того, закрепив нижний конец пружины на дне радиального отверстия, выполненного в соответствующей периферийной части диска, любым из известных способов, можно не обращать внимания на температуру рабочей среды с точки зрения работоспособности пружины. Наличие осевого отверстия, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверстия в хвостовике, позволяет при вводе в него ключа посредством шарика отжи1714170 мать подпружиненный цилиндрический палец и легко снимать одну рабочую лопатку; вышедшую из строя в процессе эксплуатации, без демонтажа всего облапатывания.

Наличие цилиндрического пальца необходимо для жесткой фиксации рабочей лопатки как во время эксплуатации турбомашины, так и во время ее монтажа и транспортировки.

Кроме того, исполнение цилиндрического пальца из материала, коэффициент линейного расширения которого превосходит коэффициенты-линейного расширения

10 материала соответствующей лопатки и диска турбомашины, необходимо с целью обра- 15

40 выемок различной геометрии позволяет повысить эффект демпфирования. Здесь дополнительно обеспечивается различная степень прижатия хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины за счет различной деформации соседних цилиндрических 45 пальцев в радиайьном направлении, обусловленной различием в геометрических размерах сферических выемок на соседних пальцах. зова ни я тугой посадки между цилиндрическим пальцем и рабочей лопаткой с диском на режиме прогрева турбомашины. Указанная тугая посадка позволит получить силы, воздействующие на степень прижатия хвостовика рабочей лопатки к диску турбомашины, на режиме вращения, следующем за режимом прогревания.

Исполнение соседних цилиндрических пальцев из материалов, коэффициенты линейного расширения которых не равны друг другу и одновременно с этим превосходят коэффициенты линейного расширения материала соответствующей лопатки и материала диска турбомашины, необходимо с целью получения различного воздействия . на степень прижатая хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины. Это, в свою очередь, приведет к различию в квазисобственных частотах соседних лопаток и, следо- 35 вательно, к взаимному демпфированию их колебаний.

Наличие на соседних пальцах (в зоне контакта хвостовика и диска) сферических

Аналогичный эффект будет иметь место;если канал расположить под углом к ради-альному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравными друг другу. Здесь за счет действия центробеж- 55 ных сил увеличивается сила трения между. цилиндрическим пальцем с лопаткой с диском. Это повышает надежность демпфирования с помощью предлагаемого устройства.

Чтобы обеспечить демонтаж лопатки при вводе ключа в осевое сквозное отверстие, радиальное отверстие в диске выполнено глубиной не меньше суммы длин пальцев и пружины в полностью сжатом состоянии, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенного в радиальном отверстии хвостовика, и не более половины диаметра шарика.

На фиг. 1 представлено устройство в рабочем положении; на фиг. 2 — то же. при демонтаже рабочей лопатки; на фиг. 3 — то же, в зоне контакта хвостовика и диска на фиксирующем цилиндрическом пальце расположена сферическая выемка; на фиг. 4— то же, канал расположен под углом к радиальному направлению.

Устройство дпя фиксации от осевого смещения рабочих лопаток, связанных или не связанных между собой демпфирующими связями, полками или бандажом, состоит из шарика 1, цилиндрического пальца 2 и пружины 3; расположенных с зазором в канале, образованном соосными радиальны ми отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6.каждой лопатки и s соответствующей периферийной части диска 7 турбомашины, а также сквозного осевого отверстия 8, примыкающего к csoбодному торцу радиального отверстия 4 хвостовика 6 каждой лопатки. Каждый палец

2, часть которого находится в хвостовике 6, часть — в диске 7, расположен между шариком 1 и пружиной 3. Коэффициент линейного расширения материала каждого пальца 2 больше коэффициентов линейного расширения материала хвостовика 6 соответствующей лопатки и диска 7 турбомашины, причем коэффициенты линейного расширения материала соседних пальцев 2 не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 6 и диска 7 турбомашины каждый палец 2 имеет сферическую выемку 10, причем геометрические размеры сферических выемок 10 на соседних пальцах 2 не равны друг другу.

Канал, образованный соосными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и в соответствующей периферийной. части диска 7 турбомашины, может располагаться под углом к радиальному направлению, причем диаметры соседних пальцев 2 не равны друг другу, При монтаже палец 2 прижимается к центру диска.7, рабочая лопатка с предварительно вставленным в несквозное ради- . альное отверстие 4 шариком,1 заводится в осевой паз. При прохождении лопаткой фик171417Î

40 сированного положения палец 2 под воздействием пружины 3 автоматически входит в радиальное отверстие 4 в хвостовике 6 и стопорит осевое перемещение рабочей лопатки. Аналогичные операции проводятся над каждой лопаткой, входящей в состав рабочей ступени, после чего все лопатки связываются или не связываются демпфирующими связями или бандажом. В таком состоянии все лопатки оказываются надежно зафиксированными. турбомашину можно транспортировать к месту назначения.

На этапе прогревания турбины цилиндрические пальцы 2 нагреваются, диаметр их увеличивается, они входят в контакт своими боковыми поверхностями с хвостовиками 6 лопаток и диском 7 (так как коэффициент линейного расширения их материала больше коэффициентов линейного расширения материала хвостовиков 6 и диска 7) и образуют в этих местах тугие посадки. При выходе турбины на рабочий режим рабочие лопатки пытаются под действием центробежных сил прижаться своими хвостовиками 6 к диску 7 турбомашины и демпфируют цилиндрические пальцы 2, которые, в сво1о очередь, препятствуют свободному прижатию хвостовиков 6 к диску 7.

На рабочем режиме вследствие неодинаковых свойств материала соседних цилиндрических, пальцев 2 или их геометрических размеров соседние рабочие лопатки будут неодинаково прижаты своими хвастовиками 6 к диску 7 турбомашины. B результате квазисобственные частоты соседних рабочих лопаток окажутся различными и они будут не в состоянии выйти на резонансный режим одновременно.

При демонтаже рабочей лопатки в осевое отверстие 8 хвостовика 6 вводится ключ

9 в виде заостренного стержня, который, воздействуя на шарик 1, заставляет его перемещаться к оси ротора и воздействовать на подпружиненный палец 2. В это время цилиндрический палец 2 находится уже в холодном состоянии и не препятствует своему перемещению. В крайнем положении шарика 1 верхний орец пальца 2 должен находиться на уровне соприкасающихся друг с другом поверхностей хвостовикз 6 и диска 7турбомашины, Зто позволит без труда заменить рабочую лопатку, вышедшую из строя в процессе эксплуатации.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении надежности рабочих лопаток и в улучшении вибрационных характеристик турбомаши н ы.

Формула изобретения

1. Устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток турбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован несквозными соосными радиальными отверстиями, выполненными в нижней части каждого хвостовика лопатки и

s соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие, отличающееся тем,что,сцелью демпфирования колебаний лопатки, устройс*гво дополнительно содержит установлен; ные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем одна часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, а другая часть — в радиальном отверстии диска, с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца — шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала диска и коэффициент линейного расширения материала хвостовика, глубина радиального отверстия в диске не меньше суммы длин пальца и пружины в сжатом состоянии, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенной в радиальном отверстии хвостовика. и не более половины диаметра шарика, при этом пальцы соседних хвостовиков выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

2, Устройство пои. 1, отличаю ще ес я тем, что каждый палец имеет сферическую выемку в зоне контакта хвостовика и диска. причем пальцы соседних хвостовиков имеют выемки различного размера.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что канал расположен под углом к радиальному направлению, а пальцы соседних хвостовиков имеют различные диаметры.

1714170

Составитель Р.Дорохов

Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор А, Мотыль

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ б73 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при,ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5