ОБЛОПАЧЕННЫЙ РОТОР ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ ФИКСАЦИИ ЛОПАТКИ В НЕМ Российский патент 2003 года по МПК F01D5/30 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, и более конкретно к ротору турбины и усовершенствованному устройству фиксации лопатки.

Роторы турбины обычно содержат группу профилированных лопаток ротора, закрепленных по внешней окружности диска ротора. Каждая профилированная лопатка включает в себя замковую часть (хвостовик), входящий в отдельный паз, выполненный на внешней окружности диска. Обычно в гражданских и большинстве военных газотурбинных двигателях для закрепления отдельных турбинных лопаток в диске используют пазы со шлицами, которые удерживают лопатки в радиальном и в общем случае тангенциальном направлениях. Однако для осевого направления должно использоваться дополнительное средство фиксации. Например, обычной практикой является использование цельных заклепок с готовой головкой на одном конце и полым противоположным концом, который развальцовывается в лопатке.

Такой способ фиксации лопаток обладает многими недостатками. В некоторых случаях заклепки не оказывали достаточного противодействия осевым нагрузкам, передаваемым лопатками, и выскальзывали из своих шлицов, истирая прилежащие детали. Это явление можно отнести за счет сравнительно слабой конструкции, которую представляет собой развальцованный конец заклепки, и процесса сборки, при котором в заклепке сохраняется остаточное напряжение. Попытки усовершенствования фиксации лопаток привели к созданию разнообразных способов крепления с помощью заклепок. Было предложено круговое заклепочное устройство для установки заклепок в лопатки. Это устройство имеет большие габариты, сложно и дорого. Другой предложенный способ заключается в установке полой заклепки с твердым стержнем, имеющим конический буртик, который вставляется с конца заклепки, устанавливаемой затем гидравлическим прессом. Этот способ, хотя и вполне пригодный, требует на установку в три раза больше времени, чем ранее используемые способы.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства фиксации лопатки, которое обеспечивает надежное крепление и требует для установки применения только простого ручного пневматического заклепочного инструмента.

Задачей настоящего изобретения является также создание устройства фиксации лопатки, в котором использованы доступные материалы.

Конструкция в соответствии с настоящим изобретением включает в себя облопаченный ротор для газотурбинного двигателя, имеющий ось вращения и снабженный диском, содержащим кольцевой обод с группой разнесенных в пространстве и расположенных проходящими в направлении оси вращения пазов, установленными на роторе лопатками, каждая из которых имеет профильную часть, полку лопатки и замковую часть, расположенную в соответствующем пазу, устройством фиксации лопатки, расположенным в зоне паза ротора между замковой частью лопатки и ободом в контакте с ними, причем диск и замковая часть лопатки снабжены углубленными полостями, расположенными связанными с каждым пазом, а устройство фиксации лопатки снабжено металлическим стержнем, имеющим кольцевые шлицы на одном конце и обсадную головку на другом конце, и металлическим фиксатором из пластичного металла, установленным запрессованным на шлицы и в осевом направлении в соответствующей углубленной полости в диске и лопатке.

Способ в соответствии с настоящим изобретением включает в себя способ фиксации лопатки в облопаченном роторе для газотурбинного двигателя, имеющем ось вращения и снабженном диском, содержащим кольцевой обод с группой разнесенных в пространстве пазов, проходящих в направлении оси вращения, при этом каждая лопатка содержит профильную часть, полку лопатки и замковую часть, которую размещают в соответствующем пазу в диске, а диск снабжен углубленными полостями, связанными с пазами, причем в соответствии с предлагаемым способом сначала вводят замковую часть лопатки в соответствующий паз в диске, затем вводят металлический стержень, имеющий шлицы на одном конце и обсадную головку на другом конце, в зону паза ротора между замковой частью лопатки и ободом с контактом с ними, далее устанавливают металлический фиксатор, выполненный в виде втулки из пластичного металла, на шлицы на конце металлического стержня, и затем прикладывают силу к металлическому фиксатору и при этом одновременно с усилием тянут стержень и поджимают металлический фиксатор в осевом направлении в соответствующую полость в диске и лопатке.

На прилагаемых чертежах представлен предпочтительный вариант выполнения изобретения.

На фиг. 1 представлено осевое поперечное сечение типичной лопатки газотурбинного двигателя, раскрывающее предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения пред установкой;
на фиг. 2 представлен увеличенный фрагмент поперечного сечения, на котором показана часть стержня, переломленного в заранее определенном месте после его установки;
на фиг. 3 представлено осевое поперечное сечение типичной сборки турбины с лопатками газотурбинного двигателя, раскрывающее предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения; и
на фиг. 4 представлен увеличенный фрагмент сечения по линии 4/4, показанной на фиг. 3.

Обратимся теперь к чертежам и, в частности, к фиг. 1 и 3, на которых представлены часть турбинной лопатки 10 газотурбинного двигателя, в котором ротор 12 показан в осевом поперечном сечении. Ротор 12 содержит обод 20 диска, на котором укреплена группа лопаток, протяженных в радиальном направлении. Обычно каждая лопатка 14 имеет замковую часть (хвостовик) 24, которая вставлена в паз 22, выполненный в ободе 20 диска.

Устройство 1 фиксации лопатки состоит из металлического стержня (корпуса) 3, который имеет кольцевые шлицы 5 на одном конце и обсадную головку 7 на другом конце. Металлическая втулка 9 запрессована на шлицы 5. В диске 20 выполнены углубленные полости. В рассматриваемом варианте выполнения углубленные (например, зенкованием) конические полости 11 выполнены таким образом, что в них может входить металлическая втулка 9, имеющая аналогичную коническую форму.

Предпочтительно, чтобы металлический стержень 3 был снабжен одиночным углубленным шлицем 15 за участком, на котором установлена втулка 9. Одиночный углубленный шлиц 15 будет тем заранее определенным местом, в котором будет переломлен стержень после того, как втулка 9 встанет на место. На фиг. 2 показан металлический стержень 3 после перелома в заранее определенном месте 15.

Таким образом, как можно видеть, металлическая втулка 9 установлена над кольцевыми шлицами 5 стержня 3. Металлическая втулка 9 запрессовывается на шлицы 5 с помощью ручного инструмента, который одновременно с усилием тянет стержень 3 и с усилием продвигает металлическую втулку 9 вдоль оси к углубленным поверхностям 11 диска 20 и лопатки 14. После правильной установки втулки 9 одиночный углубленный шлиц 15 переламывается в заранее определенном месте.

Как показано на фиг. 3 и 4, устройство 1 фиксации лопатки обычно проходит через обод 20 диска и, как правило, в месте соприкосновения между замковой частью 24 и материалом обода 20 диска. Устройство 1 фиксации лопатки закрепляет лопатку 14 на диске 20 ротора 12.

Втулка 9 выполняется преимущественно из пластичного металла. Предпочтительно, чтобы пластичный металл был жаростойким. Еще более предпочтительно, чтобы пластичный металл являлся сплавом на основе никеля. Наиболее предпочтительно, чтобы пластичный металл был марки Inco 600^ТМ (Инко 600^ТМ).

Предпочтительно, чтобы стержень 3 представлял собой заклепку. Более предпочтительно, чтобы стержень 3 был выполнен в виде корпуса заклепки марки Черри^ТМ (Cherry^ТМ Rivet grip).

Ротор и способ фиксации лопаток в нем предназначены для использования в энергетике, а именно в турбинных секциях газотурбинных двигателей. Ротор содержит стержень заклепки со шлицами на одном конце и обсадной головкой на другом конце и втулку, выполненную из мягкого материала, которая запрессована на шлицах фактически у поверхностей диска и лопатки. Способ и устройство фиксации лопаток обеспечивают их надежное крепление, причем для установки лопаток требуется только простой ручной пневматический заклепочный инструмент. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Облопаченный ротор (12) для газотурбинного двигателя, имеющий ось вращения и снабженный диском, содержащим кольцевой обод (20) с группой разнесенных в пространстве и расположенных проходящими в направлении оси вращения пазов (22), установленными на роторе (12) лопатками (14), каждая из которых имеет профильную часть, полку (16) лопатки и замковую часть (24), расположенную в соответствующем пазу (22), устройством (1) фиксации лопатки, расположенным в зоне паза (22) ротора (12) между замковой частью (24) лопатки (14) и ободом (20) в контакте с ними, отличающийся тем, что диск и замковая часть (24) лопатки снабжены углубленными полостями (11), расположенными связанными с каждым пазом (22), а устройство (1) фиксации лопатки снабжено металлическим стержнем (3), имеющим кольцевые шлицы (5) на одном конце и обсадную голову (7) на другом конце, и металлическим фиксатором (9) из пластичного металла, установленным запрессованным на шлицы (5) и в осевом направлении в соответствующей углубленной полости (11) в диске и лопатке (14). 2. Ротор по п, 1, отличающийся тем, что в упомянутом ободе (20) диска выполнены конические углубленные полости (11) размещения металлического фиксатора (9). 3. Ротор по п. 2, отличающийся тем, что упомянутый металлический фиксатор (9) является конической втулкой. 4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый металлический стержень (3) снабжен кольцевыми шлицами (5). 5. Ротор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что металлический стержень (3) со шлицами (5) содержит по крайней мере один углубленный шлиц (15), расположенный за участком, на котором установлен металлический фиксатор (9), и являющийся местом переламывания металлического стержня (3) за счет приложения силы после установки втулки (9). 6. Ротор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что упомянутый пластичный металл представляет собой сплав на основе никеля. 7. Ротор по п. 6, отличающийся тем, что упомянутый пластичный металл представляет собой металл марки Инко 600^ТМ. 8. Ротор по п. 7, отличающийся тем, что стержень (3) является заклепкой. 9. Ротор по п. 7, отличающийся тем, что стержень (3) является корпусом заклепки марки Черри^ТМ. 10. Способ фиксации лопатки (14) в облопаченном роторе (12) для газотурбинного двигателя, имеющем ось вращения и снабженном диском, содержащим кольцевой обод (20) с группой разнесенных в пространстве пазов (22), проходящих в направлении оси вращения, при этом каждая лопатка (14) содержит профильную часть, полку (16) лопатки и замковую часть (24), которую размещают в соответствующем пазу (22) в диске, а диск снабжен углубленными полостями (11), связанными с пазами (22), отличающийся тем, что сначала вводят замковую часть (24) лопатки (14) в соответствующий паз (22) в диске, затем вводят металлический стержень (3), имеющий шлицы (5) на одном конце и обсадную головку (7) на другом конце, в зону паза (22) ротора (12) между замковой частью (24) лопатки (14) и ободом (20) с контактом с ними, далее устанавливают металлический фиксатор (9), выполненный в виде втулки из пластичного металла, на шлицы (5) на конце металлического стержня (3), и затем прикладывают силу к металлическому фиксатору (9) и при этом одновременно с усилием тянут стержень (3) и поджимают металлический фиксатор (9) в осевом направлении в соответствующую полость (11) в диске и лопатке (14). 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что после установки металлического фиксатора (9) металлический стержень (3) посредством приложения к нему усилия, переламывают в месте расположения по крайней мере одного углубленного шлица (15), выполненного на участке за установленным металлическим фиксатором (9) и имеющего глубину больше, чем у остальных шлицов (5). 12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что металлический фиксатор (9) вводят в углубленные полости (11) в упомянутом ободе (20) диска. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что вводят металлический фиксатор (9), выполненный в виде втулки.