Рабочее колесо компрессора турбомашины

Рабочее колесо компрессора турбомашины содержит диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток. По меньшей мере, один демпфирующий элемент установлен под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними. Хвостовики лопаток зафиксированы в кольцевом пазе, выполненном в диске. Демпфирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра, ограниченного сверху плоской пластиной с расположенными на ней двумя опорными выступами, а снизу кольцевой обечайкой с фаской. Элемент установлен с возможностью контакта с полками каждой из смежных лопаток через опорные выступы и с возможностью контакта поверхностей кольцевой обечайки с боковой поверхностью и/или днищем кольцевого паза. По бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные, и/или срезы, перпендикулярные опорным выступам для фиксирования демпфирующего элемента в кольцевом пазе и между хвостовиками лопаток. Позволяет за счет уменьшения веса демпфера в рабочем колесе повысить эффективность работы турбомашины, позволяет настраивать демпфер на определенный спектр мод нежелательных колебаний и повысить срок службы лопаток за счет их эффективного демпфирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области турбостроения, к противовибрационным средствам, в частности к средствам демпфирования колебаний лопаток рабочего колеса компрессора.

Системы лопаток, применяемые в турбомашинах, таких как компрессоры, снабжаются демпфирующими элементами, которые служат для демпфирования нежелательных изгибных и крутильных колебаний, возникающих во время работы турбомашины за счет различных возбуждений. Это позволяет предотвращать обусловленные большими амплитудами колебаний повреждения, связанные с «циклической усталостью», или приводит к преждевременной усталости материала и к сокращению срока службы лопаток. Демпфирующие элементы расположены между отдельными лопатками. В качестве демпфирующих элементов применяются, как правило, незакрепленные тела, которые в состоянии покоя сначала лежат между основаниями лопаток на диске, а во время работы рабочего колеса вследствие действующей в радиальном направлении центробежной силы прижимаются к нижней стороне полок лопаток. Каждый демпфирующий элемент находится одновременно в контакте с двумя соседними полками лопаток. Это ослабляет колебания и приводит в целом к меньшей колебательной нагрузке на систему лопаток.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известное рабочее колесо турбомашины, содержащее диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток, по меньшей мере, один демпфирующий элемент, установленный под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними, при этом хвостовики лопаток зафиксированы замковым соединением на диске /EP 0509838 МПК F01D 5/26 Опубл. 21.10.1992 г./.

Рабочее колесо с установленным в нем известным демпфирующим элементом обладает пониженным к.п.д., вследствие значительного веса демпфирующего элемента. Известный демпфирующий элемент невозможно применить на рабочих колесах с диском, имеющим кольцевой паз и конструкцию лопаток, разработанную для установки в нем, обычно это соединение имеет недостаточную площадь контакта полок и поверхностей демпфера.

Задачей изобретения является разработка рабочего колеса турбины с кольцевым пазом и демпфером, обеспечивающим эффективное демпфирование нежелательных колебаний.

Ожидаемый технический результат - уменьшение веса демпфера в рабочем колесе и повышение срока службы лопаток за счет эффективного демпфирования нежелательных колебаний, повышение кпд турбомашины.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном рабочем колесе компрессора турбомашины, содержащем диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток, содержащем, по меньшей мере, один демпфирующий элемент, установленный под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними и при том, что хвостовики лопаток зафиксированы замковым соединением на диске, по изобретению, хвостовики лопаток зафиксированы в кольцевом пазе, выполненном в диске, а демпфирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра ограниченного сверху плоской пластиной с расположенными на ней двумя опорными выступами, а снизу кольцевой обечайкой с фаской, при этом элемент установлен с возможностью контакта с полками каждой из смежных лопаток через опорные выступы и с возможностью контакта поверхностей кольцевой обечайки с боковой поверхностью и/или днищем кольцевого паза, причем по бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные, и/или срезы, перпендикулярные опорным выступам для фиксирования демпфирующего элемента в кольцевом пазе и между хвостовиками лопаток, а диаметр отверстия в полом цилиндре равен 3…5 диаметрам отверстия в плоской пластине с опорными выступами.

Выполнение демпфирующего элемента в виде полого цилиндра позволяет значительно уменьшить вес вращающегося рабочего колеса компрессора и тем самым повысить эффективность его работы.

Конструкция предложенного демпфирующего элемента, в зависимости от конфигурации опорной поверхности выступов, обеспечивает его контакт с полками лопаток в диапазоне от линейного до поверхностного, определяемого размерами выступа. Таким образом, с помощью имеющих подходящую поверхность и форму опорных выступов можно эффективно демпфировать различные моды колебаний, которые в процессе работы ротора могут изменяться и при остающейся неизменной форме всех демпфирующих элементов, далее не могут эффективно демпфироваться.

Демпфирующие элементы могут изготавливаться из различных материалов, например: цветные или черные сплавы и металлы, сталь, керамика и другие. Изготовленные из различных материалов демпфирующие элементы в зонах контакта с полками лопаток оказывают влияние на коэффициент трения пары, шершавость поверхности, и в сочетании с теплопроводностью и теплоемкостью материалов демпфирующих элементов обеспечивают целенаправленное демпфирование мод, например в верхних частотных диапазонах, и эффективность преобразования кинетической энергии вибрации в тепловую энергию.

Для исключения возможности перекоса и заклинивания демпфирующего элемента по бокам верхней плоской пластины элемента выполнены срезы параллельные опорным выступам и/или перпендикулярные опорным выступам, которые свободно фиксируют демпфирующий элемент между хвостовиками лопаток и разрешают только его радиальное перемещение.

Для обеспечения условий размещения опорных выступов, достаточной прочности плоской пластины и оптимального интервала демпфируемых мод частот колебаний диаметр отверстия в полом цилиндре может в 3…5 раз превышать диаметр отверстия в пластине. Увеличение диаметра отверстия в цилиндре более 5 раз нецелесообразно из возможного нарушения спектра демпфируемых частот. Такое же нарушение спектра частот наблюдается при уменьшении менее 3 раз диаметра отверстия в цилиндре по отношению диаметру отверстия в пластине.

Фиг.1 - фрагмент рабочего колеса в сборе в плоскости разреза, перпендикулярной оси ротора;

Фиг.2 - схема установки демпфирующего элемента, вид в продольной плоскости к оси ротора;

Фиг.3 - демпфирующий элемент;

Фиг.4 - демпфирующий элемент.

Рабочее колесо компрессора содержит диск 1, лопатки 2, каждая из которых имеет полку 3, хвостовик 4. В диске 1 выполнен паз 5, в который установлены лопатки 2 и демпфирующий элемент 6. Демпфирующий элемент 6 содержит цилиндр 7 с отверстием 8, ограниченный сверху плоской пластиной 9 с опорными выступами 10 и отверстием 11, и ограниченный снизу кольцевой обечайкой 12 с фаской 13. По бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные 14 и перпендикулярные 15 опорным выступам. Приспособление 16 для фиксирования лопаток и демпферов на диске.

Демпфирующий элемент 6 установлен в паз 5 так, что в состоянии покоя рабочего колеса компрессора в верхнем положении он контактной поверхностью фаски 13 кольцевой обечайки 12 опирается на боковую поверхность паза 5 или днище кольцевого паза или одновременно на боковую поверхность и днище кольцевого паза. В нижнем положении элемент через опорные выступы 10 опирается на полки 3 каждой из смежных лопаток 2. При рабочем режиме компрессора все демпфирующие элементы 6, перемещаясь под действием центробежной силы, входят во взаимодействие с полками 3 смежных лопаток 2. Образуемая в результате вибрационного относительного движения между лопатками кинетическая энергия, преобразуется в тепловую энергию, вследствие трения между соответствующими полками и прилегающим к ним демпфирующим элементом.

Использование изобретения позволяет за счет уменьшения веса демпфера в рабочем колесе повысить эффективность работы турбомашины, позволяет настраивать демпфер на определенный спектр мод нежелательных колебаний и повысить срок службы лопаток за счет их эффективного демпфирования.

1. Рабочее колесо компрессора турбомашины, содержащее диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток, по меньшей мере, один демпфирующий элемент, установленный под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними, при этом хвостовики лопаток зафиксированы замковым соединением на диске, отличающееся тем, что хвостовики лопаток зафиксированы в кольцевом пазе, выполненном в диске, демпфирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра, ограниченного сверху плоской пластиной с расположенными на ней двумя опорными выступами, а снизу кольцевой обечайкой с фаской, элемент установлен с возможностью контакта с полками каждой из смежных лопаток через опорные выступы и с возможностью контакта поверхностей кольцевой обечайки с боковой поверхностью и/или днищем кольцевого паза, при этом по бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные, и/или срезы, перпендикулярные опорным выступам для фиксирования демпфирующего элемента в кольцевом пазе и между хвостовиками лопаток.

2. Рабочее колесо компрессора турбомашины по п. 1, отличающееся тем, что диаметр отверстия в полом цилиндре равен 3…5 диаметрам отверстия в плоской пластине с опорными выступами.



 

Похожие патенты:

Прокладка для вставления между хвостом лопатки вентилятора турбореактивного двигателя и нижней частью отсека, в котором размещен этот хвост. Отсек ограничен диском вентилятора.

Устройство амортизации вибраций для лопатки газовой лопаточной машины, например газотурбинного двигателя, оборудованного вентилятором, или высокооборотного винтового двигателя.

Амортизатор для лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя. Конструкция амортизатора приспособлена для размещения между нижней гранью платформ двух смежных лопаток газотурбинного двигателя и ободом диска ротора, на котором установлены лопатки.

Изобретение относится к демпфером для гашения вибраций рабочих лопаток авиационных газотурбинных двигателей, а именно к устройствам демпфирования колебаний широкохордных рабочих лопаток вентиляторов с большой конусностью (большим подъемом) втулки.

Изобретение относится к средствам демпфирования колебаний лопаток турбомашин. .

Изобретение относится к ротору паровой или газовой турбины с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения. .

Прокладка для вставления между хвостом лопатки вентилятора турбореактивного двигателя и нижней частью отсека, в котором размещен этот хвост. Отсек ограничен диском вентилятора.

Устройство амортизации вибраций для лопатки газовой лопаточной машины, например газотурбинного двигателя, оборудованного вентилятором, или высокооборотного винтового двигателя.

Амортизатор для лопаток ротора компрессора газотурбинного двигателя. Конструкция амортизатора приспособлена для размещения между нижней гранью платформ двух смежных лопаток газотурбинного двигателя и ободом диска ротора, на котором установлены лопатки.

Изобретение относится к демпфером для гашения вибраций рабочих лопаток авиационных газотурбинных двигателей, а именно к устройствам демпфирования колебаний широкохордных рабочих лопаток вентиляторов с большой конусностью (большим подъемом) втулки.

Изобретение относится к средствам демпфирования колебаний лопаток турбомашин. .

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, например, в паровых турбинах. .

Статор компрессора осевой турбомашины содержит кольцевую группу лопаток, проходящих в радиальном направлении, внутренний корпус, сквозь который проходят внутренние концы лопаток, и по меньшей мере одну полосу. Внутренний корпус содержит кольцевые сегменты, расположенные торцом к торцу. Полоса проходит вдоль длины окружности вдоль внутренней поверхности корпуса и сопряжена со средствами сцепления на внутренних концах лопаток для их фиксации. Полоса проходит непрерывно вдоль по меньшей мере двух соседних кольцевых сегментов и расположена на расстоянии от внутренней поверхности корпуса. Внутренняя поверхность корпуса покрыта слоем истираемого материала, заключающего в себе указанную полосу. Другое изобретение группы относится к компрессору низкого давления осевой турбомашины, содержащему указанный выше статор, оснащенный лопатками. Группа изобретений позволяет повысить жесткость конструкции статора компрессора осевой турбомашины и предотвратить его низкочастотные вибрации. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рабочее колесо компрессора турбомашины содержит диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток. По меньшей мере, один демпфирующий элемент установлен под полками смежных лопаток с возможностью контакта с ними. Хвостовики лопаток зафиксированы в кольцевом пазе, выполненном в диске. Демпфирующий элемент выполнен в виде полого цилиндра, ограниченного сверху плоской пластиной с расположенными на ней двумя опорными выступами, а снизу кольцевой обечайкой с фаской. Элемент установлен с возможностью контакта с полками каждой из смежных лопаток через опорные выступы и с возможностью контакта поверхностей кольцевой обечайки с боковой поверхностью иили днищем кольцевого паза. По бокам плоской пластины элемента выполнены срезы, параллельные, иили срезы, перпендикулярные опорным выступам для фиксирования демпфирующего элемента в кольцевом пазе и между хвостовиками лопаток. Позволяет за счет уменьшения веса демпфера в рабочем колесе повысить эффективность работы турбомашины, позволяет настраивать демпфер на определенный спектр мод нежелательных колебаний и повысить срок службы лопаток за счет их эффективного демпфирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх