Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с демпфированием вибрационных колебаний



Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с демпфированием вибрационных колебаний
Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с демпфированием вибрационных колебаний
Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с демпфированием вибрационных колебаний
Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с демпфированием вибрационных колебаний

 


Владельцы патента RU 2570087:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин. Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит диск ротора с кольцевой канавкой, в которой посредством хвостовиков закреплены лопатки ротора, и, по крайней мере, одно фиксирующее устройство. Колесо снабжено, по крайней мере, одним отверстием, выполненным в основании канавки диска, а лопатки ротора сопряжены между собой по торцам полок. Фиксирующее устройство содержит фиксатор и стопорный элемент с резьбовым и гладким участками, причем гладким участком стопорный элемент установлен в отверстии. Фиксатор выполнен в виде клина, размещен на резьбовом участке стопорного элемента большей стороной по направлению к оси диска и образует между соседними хвостовиками лопаток клиновое соединение. Изобретение позволяет обеспечить минимальные габариты и массу ротора при требуемых запасах прочности, увеличить ресурс газотурбинного двигателя за счет внедрения системы демпфирования колебаний лопаток без использования дополнительных деталей и элементов. 4 ил.

 

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов осевых компрессоров и турбин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленному изобретению является рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, описанное в пат. DE 1024983 (F01D 5/30, 27.02.1958), включающее диск ротора с кольцевой канавкой, в которой посредством хвостовиков закреплены множество лопаток ротора, и фиксирующие устройства. Контакт между соседними лопатками осуществляется за счет клиновых соединений, количество которых должно совпадать с количеством лопаток, что утяжеляет конструкцию. При этом контакт между элементами рабочего колеса возникает только при вращении ротора во время работы двигателя.

Однако в известном решении для обеспечения требуемых запасов прочности при отсутствии демпфирования колебаний лопаток ротор имеет увеличенную массу из-за переразмеренных габаритов и массы хвостовиков лопаток.

Задачей настоящего изобретения является снижение вибронапряжений на лопатках. Технический результат - обеспечение минимальных габаритов и массы ротора при требуемых запасах прочности, увеличение ресурса газотурбинного двигателя за счет внедрения системы демпфирования колебаний лопаток без использования дополнительных деталей и элементов.

Технический результат достигается тем, что в рабочем колесе ротора газотурбинного двигателя содержится диск ротора с кольцевой канавкой, в которой посредством хвостовиков закреплены лопатки ротора, и, по крайней мере, одно фиксирующее устройство. Колесо ротора снабжено, по крайней мере, одним отверстием, выполненным в основании канавки диска, лопатки ротора сопряжены между собой по торцам полок, а фиксирующее устройство содержит фиксатор и стопорный элемент с резьбовым и гладким участками. При этом стопорный элемент гладким участком установлен в отверстии, а фиксатор выполнен в виде клина, размещен на резьбовом участке стопорного элемента большей стороной по направлению к оси диска и образует между соседними хвостовиками лопаток клиновое соединение.

При работе газотурбинного двигателя возникают нежелательные колебания лопаток, в результате которых на лопатки действуют переменные механический нагрузки, снижающие надежность работы газотурбинного двигателя и ограничивающие его ресурс. Процесс демпфирования снижает уровень колебаний. Демпфирование колебаний лопаток газотурбинного двигателя возможно организовать за счет создания трения между лопатками в месте их сопряжения по торцам полок. Для обеспечения трения необходимо создать контактное усилие в стыках полок, для чего необходимо прижать соседние лопатки друг к другу.

В предлагаемом изобретении фиксирующее устройство выполняет следующие функции. Во-первых, фиксирующее устройство осуществляет передачу окружных усилий от лопаток к диску через стопорный элемент для фиксации лопаток от перемещения в окружном направлении. Во-вторых, фиксирующее устройство способствует преобразованию центробежной силы, действующей на него, в окружное усилие, прижимающее лопатки друг к другу. Для реализации указанных функций фиксирующие устройства имеют фиксаторы, которые выполняют в форме клина и устанавливают на стопорных элементах большей стороной по направлению к оси диска, при этом стопорные элементы размещены в отверстиях, выполненных в канавке диска. Установка фиксатора большей стороной по направлению к оси диска является одним из условий создания клинового соединения. Поскольку в клиновом соединении контактные поверхности располагаются под углом к радиальным осям рабочего колеса, то центробежная сила, действующая на фиксирующий элемент при работе газотурбинного двигателя, раскладывается в окружном направлении и прижимает лопатки друг к другу. Для обеспечения контакта хвостовиков лопаток с фиксирующими устройствами по плоскости смежные с ними грани хвостовиков выполняют под углом к вертикальной оси хвостовика. Дополнительно, для гарантированного контакта в клиновом соединении хвостовиков лопаток с фиксатором между фиксатором и контактными гранями канавки диска обеспечивают наличие зазора. Стопорный элемент через отверстия в фиксаторе и диске удерживает фиксатор и лопатки рабочего колеса в заданном положении. Таким образом, выполнение фиксирующего элемента согласно предлагаемому изобретению позволяет одновременно зафиксировать лопатки от перемещения в окружном направлении и обеспечить прижатие лопаток друг к другу без внедрения дополнительных деталей. При работе газотурбинного двигателя контактное усилие в стыках полок лопаток возрастает за счет воздействия на фиксаторы центробежной силы и преобразования ее через клиновое соединение в контактное усилие. Тем самым на всех режимах работы газотурбинного двигателя обеспечивается требуемое контактное усилие для надежного демпфирования лопаток. Количество фиксирующих устройств и стопорных элементов зависит от количества лопаток, размеров хвостовиков, габаритов рабочего колеса.

Изобретение проиллюстрировано чертежами 1-4

Фиг. 1 - продольный разрез замкового соединения;

Фиг. 2 - замковое соединение в поперечном сечении ротора;

Фиг. 3 - вид А на наружную поверхность рабочего колеса;

Фиг. 4 - 3D изображение фрагмента рабочего колеса.

1 - диск ротора; 2 - канавка диска; 3 - лопатка; 4 - хвостовик; 5 - фиксатор; 6 - зазор; 7 - стопорный элемент; 8 - резьбовая часть стопорного элемента; 9 - гладкая часть стопорного элемента; 10 - отверстие в канавке диска, 11 - полка лопатки.

Диск ротора 1 имеет кольцевую канавку 2, в которой закрепляют лопатки 3 посредством хвостовиков 4. В канавке 2 диска 1 между хвостовиками 4 лопаток 3 размещен фиксатор 5. Между фиксатором 5 и контактными гранями канавки 2 диска 1 имеется зазор 6. Фиксатор 5 закреплен в канавке 2 диска 1 с помощью стопорного элемента 7. Стопорный элемент 7 имеет резьбовую часть 8 и гладкую часть 9. Гладкая часть 9 размещена в отверстии 10, выполненном в канавке 2 диска 1. Верхняя часть стопорного элемента 7 зафиксирована в полках 11 лопаток 3.

Предлагаемое изобретение реализуют следующим образом. В заводное окно канавки 2 диска 1 последовательно устанавливают лопатки 3 и фиксаторы 5. В одном из вариантов исполнения фиксатор 5 имеет трапецеидальное продольное сечение, внешняя поверхность фиксатора 5 повторяет форму хвостовиков 4 лопаток 3. Фиксатор 5 размещают между лопатками 3 и создают с хвостовиками 4 лопаток 3 клиновое соединение. Фиксатор 5 закрепляют в канавке 2 диска 1 с помощью стопорного элемента 7, который размещают в сквозном отверстии, выполненном в фиксаторе 5. Стопорный элемент 7 посредством резьбовой части 8 крепят к фиксатору 5. Гладкую часть 9 стопорного элемента 7 размещают в отверстии 10 канавки 2 диска 1. От вворачивания стопорный элемент 7 стопорится за счет развальцовки внешней части в специальных фрезеровках, выполненных в полках 11 замковых лопаток 3. Между фиксатором 5 и контактными гранями канавки 2 диска 1 обеспечивают наличие зазора 6. Данная конструкция является наиболее технологичной и надежной, обеспечивает демпфирование лопаток без внедрения дополнительных элементов.

Лопаточный венец смещают на 1/2 расстояния между соседними лопатками 3 до совмещения отверстий 10 под стопорные элементы 7 в канавке 2 диска 1 и отверстий в фиксаторе 5. В резьбовую часть 8 совмещенного отверстия, выполненного в фиксаторе 3, заворачивают стопорный элемент 7 до упора в дно отверстия 10 в канавке 2 диска 1. Фиксатор 5 поджимают к хвостовикам 4 лопаток 3, образуя клиновое соединение и обеспечивая монтажное контактное усилие по смежным поверхностям полок 11 лопаток 3.

На хвостовиках 4 рабочих лопаток 3 устанавливают тензодатчики и на рабочих оборотах замеряют механическое напряжение в хвостовиках, значение которого составляет 22 кгс/мм2. Для прототипа механическое напряжение в хвостовиках рабочих лопаток составляет 25 кгс/мм2.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет снизить вибронапряжения на лопатках на 10%, что увеличивает ресурс двигателя минимум на 300 ч.

Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, содержащее диск ротора с кольцевой канавкой, в которой посредством хвостовиков закреплены лопатки ротора, и, по крайней мере, одно фиксирующее устройство, отличающееся тем, что колесо снабжено, по крайней мере, одним отверстием, выполненным в основании канавки диска, лопатки ротора сопряжены между собой по торцам полок, а фиксирующее устройство содержит фиксатор и стопорный элемент с резьбовым и гладким участками, при этом стопорный элемент гладким участком установлен в отверстии, а фиксатор выполнен в виде клина, размещен на резьбовом участке стопорного элемента большей стороной по направлению к оси диска и образует между соседними хвостовиками лопаток клиновое соединение.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой трением блисков, преимущественно для роторов газотурбинных двигателей. Неподвижно закрепленный на станине узел вращения диска блиска выполнен в виде сменной револьверной головки, установленной с помощью втулки в сменном корпусе, смонтированном на станине по ее фланговой и опорной поверхностям.

Средство блокировки кольцевого уплотнителя на диске турбины включает кольцевой зажим, устройство блокировки и средство стягивания. Кольцевой зажим закреплен на задней по потоку поверхности диска, ориентирован в радиальном направлении и ограничивает вместе с поверхностью диска канавку, в которой размещен кольцевой уплотнитель.

Крепление турбинной лопатки содержит канавку для лопатки и хвостовик лопатки, расположенный в канавке. Хвостовик лопатки имеет расположенную на стороне конца в направлении оси вращения ротора вершину хвостовика лопатки.

Ротор турбомашины содержит вращающийся элемент с установленной на нем лопаткой. Лопатка содержит хвостовик с выступающей структурой, формирующей стопорную поверхность, поддерживающую установленный хвостовик относительно вращающегося элемента под действием силы, направленной радиально внутрь.

Газовая турбина содержит диффузор выхлопа, расположенный по направлению потока ниже последней ступени турбины и включающий секцию прохождения струи и стойку. Секция прохождения струи содержит части первой и второй стенок, а стойка имеет переднюю кромку, проходящую между частью первой стенки и частью второй стенки.

Вентилятор газотурбинного двигателя содержит диск ротора, на наружной периферийной части которого предусмотрены ячейки (14), предназначенные для установки корневых частей (24) лопаток и ограниченные продольными ребрами (12).

Система штифтового крепления хвостовика для диска ротора паровой турбины с осевым потоком содержит штифты, проходящие аксиально через отверстия в чередующихся зубьях хвостовиков лопаток и зубьях диска.

Ротор барабанного типа осевого компрессора предназначен для газотурбинных двигателей, преимущественно авиационных. Рабочие лопатки (4) ротора установлены своими хвостовиками (3) в пазах (2), разнесенных по длине барабана (1) кольцевыми рядами.

Ротор турбины тепловой электростанции содержит множество лопаток, диск ротора и средство фиксации. Диск ротора прикреплен к валу и содержит на периферии выступы, к которым прикреплены лопатки.

Ротор турбинной установки включает вал ротора, ряд расположенных смежно друг с другом рабочих лопаток и проставки между лопатками. Вал ротора имеет проходящий по периферии приемный паз, в который рабочие лопатки вставлены своими хвостовиками.

Вибрационно-демпфирующая прокладка (10) предназначена для размещения между платформой (12) лопасти (6) вентилятора и диском (2) вентилятора. Прокладка имеет радиально внешнюю поверхность (18), оснащенную, по меньшей мере, одной пластиной (16a, 16b) в контакте с платформой лопасти вентилятора, и радиально внутреннюю поверхность (20), сформированную верхней по потоку поверхностью (22), обращенной к диску (2), и нижней по потоку поверхностью (24), отделенной от верхней по потоку поверхности уступом (26).

Рабочее колесо компрессора турбомашины содержит диск с лопатками, расположенными друг за другом по его окружности, установленными с возможностью непосредственного взаимодействия между полками смежных лопаток.

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. .

Изобретение касается системы (11) лопаток, включающей в себя ротор (12) и несколько распределенных по периметру (U) ротора (12) в виде венца (10) лопаток (14), при этом две непосредственно соседние лопатки (14) венца (10) образуют пару (a, b, b', b'', d, e, h) лопаток, между лопатками (14) которой расположен демпфирующий элемент (A, B, B', B'', D, E, H), и при этом за счет действующей в радиальном направлении (R) центробежной силы при вращении ротора (12) вокруг оси ротора каждый демпфирующий элемент (A, B, B', B'', D, E, H) вступает в контакт с двумя лопатками (14) соответствующей им пары (a, b, b', b'', d, e, h) лопаток. Для приведения в диссонанс частот колебательных свойств лопаток (14), благодаря чему отпадает необходимость в механической обработке пера (22) лопатки, предлагается, чтобы лопаточный венец (10) имел по меньшей мере две пары (a, b, b', b'', d, e, h) лопаток, снабженные различными демпфирующими элементами (A, B, B', B'', D, E, H). 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх