Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с компенсацией центробежных нагрузок



Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с компенсацией центробежных нагрузок
Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с компенсацией центробежных нагрузок
Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя с компенсацией центробежных нагрузок

 


Владельцы патента RU 2570088:

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

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов барабанно-дискового типа осевых компрессоров и турбин. Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, а также уплотнительную пластину и имеет компенсационное отверстие в ободе диска. Уплотнительная пластина расположена на внутренней поверхности полки лопатки, повторяет ее форму и выполнена с возможностью перекрытия зазоров между лопатками. Компенсационное отверстие, выполненное в ободе диска, соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части. Изобретение позволяет снизить массу и габариты элементов ротора. 3 ил.

 

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

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, включающее лопатки, закрепленные на диске барабана с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», и уплотнительные кольца. Уплотнительные кольца размещены в канавках. В процессе работы двигателя центробежная сила воздействует на уплотнительные кольца таким образом, что заставляет их перемещаться и образовывать плотный контакт со стенками канавки. Это позволяет снизить разницу давлений и утечку рабочего тела, что в конечном итоге способствует понижению износа внутренней поверхности полки лопатки. /US 637429 B1, F01D 5/22, 23.04.2002/ - прототип.

Однако конструкция рабочего колеса ротора по прототипу не предусматривает компенсацию центробежных сил, действующих на ротор от лопаток, что увеличивает массу ротора.

Задачей изобретения является повышение удельных характеристик компрессора и турбины.

Технический результат - снижение массы и габаритов элементов ротора.

Технический результат достигается тем, что рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, по крайней мере одно компенсационное отверстие и по крайней мере одну уплотнительную пластину, расположенную на внутренней поверхности полки лопатки, повторяющей ее форму и выполненную с возможностью перекрытия зазоров между лопатками. Компенсационное отверстие выполнено в ободе диска и соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части. Уплотнительные кольца выполнены разъемными и имеют z-образный замок.

Для снижения массы и габаритов конструкции необходимо снизить силы, действующие на элементы конструкции. Основной силой, действующей на рабочее колесо ротора, является центробежная сила. Кроме того, конструкция роторов и опор компрессоров и турбин современных газотурбинных двигателей обеспечивает наличие внутри ротора полости с пониженным относительно проточной части давлением воздуха. Частичная компенсация центробежных нагрузок в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет создания в полости замковой части рабочего колеса ротора зоны пониженного давления по сравнению с давлением в проточной части компрессора или турбины. В результате этого возникает сила, частично компенсирующая центробежные силы, воздействующие на рабочие лопатки компрессора или турбины. Зона пониженного давления в полости замковой части ротора организуется путем сообщения ее, при помощи компенсационных отверстий, выполненных в ободе диска, с внутренней полостью ротора, в которой создано пониженное давление (по сравнению с давлением в проточной части компрессора или турбины) за счет установки уплотнений в опорах ротора. Компенсационные отверстия наиболее целесообразно размещать с внешней стороны относительно контактных выступов замкового паза. Количество компенсационных отверстий обусловлено габаритами рабочего колеса, но, по крайней мере, одно на рабочее колесо.

Для герметизации полости замковой части рабочего колеса ротора под полки лопаток устанавливают уплотнительные кольца (по одному со стороны входа и выхода), а на внутренние поверхности полок рабочих лопаток закрепляют уплотнительные пластины, форма которых повторяет форму внутренней поверхности полки лопатки. В одном из вариантов исполнения уплотнительная пластина выполнена в виде двух стыкующихся элементов, один из которых имеет паз под второй элемент, а уплотнительные кольца выполнены разъемными и имеют z-образный замок. Данные элементы перекрывают зазоры между полками соседних лопаток и поверхностями диска и за счет этого устраняют перетечки рабочего тела из проточной части в замковую полость. Кроме того, стыки уплотнительных колец и пластин выполнены с возможностью перекрытия друг друга после сборки рабочего колеса, что способствует наилучшей герметизации замковой полости со стороны проточной части. Количество устанавливаемых уплотнительных пластин соответствует количеству стыков между лопатками.

Реализация предлагаемого изобретения целесообразна в конструкции роторов газотурбинных двигателей с замком типа кольцевой «ласточкин хвост», поскольку она требует минимального количества уплотнений компенсационных отверстий.

Изобретение проиллюстрировано фиг. 1-3:

фиг. 1 - фрагмент внешней части ротора;

фиг. 2 - замковое соединение в поперечном сечении А-А ротора;

фиг. 3 - вид Б на внутреннюю поверхность полки лопатки.

1 - ротор; 2 - диск; 3 - хвостовик лопатки; 4 - замковая часть лопатки; 5 - лопатка; 6 - компенсационное отверстие; 7 - полка лопатки; 8 - уплотнительные кольца, 9 -уплотнительная пластина.

Ротор 1 имеет диск 2, на котором посредством хвостовиков 3 в замковой части 4 закреплены лопатки 5. В ободе диска 2 выполнено компенсационное отверстие 6, сообщающее между собой замковую часть 4 и внутреннюю полость ротора 1. Под полками 7 лопаток 5 размещены уплотнительные кольца 8, на внутренней поверхности полок 7 закреплены уплотнительные пластины 9.

Предлагаемое изобретение реализуют следующим образом. При работе турбомашины на детали и элементы ротора 1 воздействуют центробежные силы. Внутреннюю полость ротора 1 отделяют от проточной части с помощью уплотнений в опорах ротора, что обеспечивает в ней пониженное давление. Частичную компенсацию центробежной нагрузки, действующей на ротор 1 от рабочих лопаток 5 компрессора, обеспечивают за счет снижения давления в полости замковой части 4 ротора 1. Для этого замковую часть 4 лопатки 5 и внутреннюю полость ротора 1 сообщают друг с другом при помощи компенсационных отверстий 6. При этом на полке 7 рабочей лопатки 5 возникают перепад давления и сила, направленная противоположно центробежной. Для исключения утечек рабочего тела из проточной части через зазоры между полками 7 соседних лопаток 5 и диском 2 под полки 7 рабочих лопаток 5 в проточки в диске 2 устанавливают уплотнительные кольца 8. На внутренних поверхностях полок 7 рабочих лопаток 5 закрепляют уплотнительные пластины 9, повторяющие их форму, которые после сборки рабочего колеса устанавливают с перехлестом.

На хвостовиках 3 рабочих лопаток 5 устанавливают тензодатчики и на рабочих оборотах замеряют механические напряжения в хвостовиках, значение которого составляет 52 кгс/мм2. Для прототипа механическое напряжение в хвостовиках рабочих лопаток компрессора составляет 60 кгс/мм2.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет уменьшить результирующую силу, воздействующую на лопатки 5. Это позволяет уменьшить габариты и массу хвостовиков 3 лопаток 5 и дисков 2 ротора 1 при сохранении требуемой прочности и, следовательно, повысить удельные параметры компрессора и турбины, что приводит к снижению расхода топлива, увеличению дальности полета для летательного аппарата, повышению его ресурса.

Реализация предлагаемого изобретения в конструкциях роторов газотурбинных двигателей обеспечивает снижение их массы до 20%.

Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, содержащее лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним компенсационным отверстием и по крайней мере одной уплотнительной пластиной, расположенной на внутренней поверхности полки лопатки, повторяющей ее форму и выполненной с возможностью перекрытия зазоров между лопатками, а компенсационное отверстие выполнено в ободе диска и соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части.



 

Похожие патенты:

Газотурбинный двигатель (1) включает в себя диск (13) вентилятора (2) и конусный вал (8) компрессора низкого давления (3), закрепленные радиальными фланцами (9) и (16) на радиальном фланце (11) общего вала (12) вентилятора призонными болтами (19).

Соединительная муфта для присоединения ротора к установке для тестирования балансировки включает основную часть корпуса, множество соединительных элементов и кольцо.

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, а также регулировочную втулку и упорную гайку.

Газотурбинный двигатель (1) включает в себя корпус приводов (2) с расположенным за ним ниже по потоку воздуха (3) компрессором (4) с передними по потоку спрямляющими (8) и рабочими (9) титановыми лопатками.

Турбинная установка содержит роторную машину (12, 14, 24) и балансировочный груз (78). Роторная машина содержит вращающийся компонент (62) с канавкой (76), имеющей основание (84) и пару наклонных сторон (86), сходящихся друг к другу в первом направлении (66) от основания (84) с образованием проема (92).

Изобретение относится к роторам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор турбомашины включает диск турбины, соединенный с валом компрессора болтовым соединением, и втулку, расположенную с внутренней стороны ступицы диска.

Изобретение относится к турбинам турбореактивных двигателей повышенной степени двухконтурности. Турбина турбореактивного двигателя включает статор, роторы высокого и низкого давлений с размещенным между ними межвальным уплотнением, содержащим установленный на валу ротора высокого давления фланец и ответный ему лабиринт на валу ротора низкого давления.

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к изготовлению сектора газотурбинного двигателя. Способ изготовления сектора колеса газотурбинного двигателя (11), содержащего лопатки (9), установленные в полках (7, 8) лопаток включает изготовление лопаток (9) отдельно от полок (7, 8) лопаток; приготовление смеси металлического порошка с термопластическим связующим материалом; впрыскивание смеси в литейную форму для получения заготовок полок (7, 8) лопаток; удаление связующего материала из заготовок полок (7, 8) лопаток; соединение лопаток (9) с заготовками полок (7, 8) лопаток путем установки лопаток (9) между внутренней (8) и внешней (7) полками лопаток.

Ротор турбины высокого давления включает диск, установленный фланцем, расположенным со стороны выходной кромки рабочей лопатки, на размещенной на валу втулке. На противоположной от диска стороне втулки выступами радиального ребра установлен лабиринт с уплотнительными гребешками.

Механизм содержит пару воздушных винтов противоположного вращения, турбину привода, соединенный с ней вал, неподвижный кожух, служащий опорой турбине посредством вала и двух подшипников, а также трансмиссию и втулку.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины. Узел соединения роторов содержит вал турбины, в который заведена цапфа ротора компрессора, контровочную трубу и промежуточный вал. Вал турбины и цапфа ротора компрессора зафиксированы относительно друг друга в окружном направлении шлицевым соединением, а в осевом направлении стяжным устройством, выполненным в виде стяжной трубы. Стяжная труба контактирует со стороны компрессора с цапфой ротора компрессора по торцу и имеет резьбовую втулку, установленную на стяжной трубе со стороны турбины и жестко соединенную с валом турбины. Стяжная труба зафиксирована в окружном направлении относительно контровочной трубы шлицевым соединением, причем на наружной поверхности контровочной трубы со стороны компрессора выполнен радиальный бурт, контактирующий по торцу со стяжной трубой. Промежуточный вал охватывает вал турбины и зафиксирован относительно него в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а в осевом направлении зафиксирован относительно последнего посредством регулировочной втулки и упорного кольца. Регулировочная втулка установлена со стороны компрессора на валу турбины по резьбе и контактирует с промежуточным валом по торцу. Упорное кольцо установлено на валу турбины с противоположной стороны промежуточного вала и контактирует с последним и радиальным выступом, выполненным на наружной поверхности вала турбины. Регулировочная втулка зафиксирована относительно цапфы ротора компрессора в окружном направлении шлицевым соединением и контактирует с торцом радиального выступа, выполненного на цапфе ротора компрессора. Изобретение позволяет снизить массу узла соединения роторов, уменьшить его габариты, повысить долговечность, снизить износ и упростить сборку. 1 ил.

Турбина включает турбинный диск и другую турбинную часть, между которыми образована полость. Турбинный диск содержит первый и второй выступы. Первый и второй выступы образованы так, что обеспечивается возможность закрепления балансировочного грузика между первым выступом и вторым выступом. Первый выступ содержит уплотнительную секцию, которая способна уплотнять проход текучей среды между турбинным диском и другой турбинной частью турбины. Полость между турбинным диском и другой турбинной частью ограничена радиально внутрь уплотнительной секцией и радиально наружу другим уплотнением. При изготовлении турбинного диска для турбины, имеющей турбинный диск и другую турбинную часть, между которыми образована полость, формируют первый и второй выступы на турбинном диске. Первый и второй выступы формируют так, что обеспечивается возможность закрепления балансировочного грузика между ними. Полость между турбинным диском и другой турбинной частью ограничивают радиально внутрь уплотнительной секцией и радиально наружу другим уплотнением. Группа изобретений позволяет упростить изготовление турбинного диска, имеющего балансировочную и уплотнительную системы. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх