МЕХАНИЗМ БАЛАНСИРОВКИ ДИСКА РОТОРА, ДИСК, ОБОРУДОВАННЫЙ ТАКИМ МЕХАНИЗМОМ, И РОТОР, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННЫЙ ДИСК Российский патент 2009 года по МПК F02C7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к роторам газотурбинных двигателей.

В частности, оно относится к механизму балансировки диска ротора. Оно касается также диска ротора, оборудованного таким механизмом, и ротора, содержащего такой диск.

Уровень техники

В патенте США 3888601 описан газотурбинный двигатель, оборудованный механизмом балансировки. В нем раскрывается диск ротора, содержащий по окружности подвижные лопатки. Каждая подвижная лопатка содержит перо, ножку и площадку, выполненную между пером и ножкой. По окружности диска выполнены пазы, расположенные в осевом направлении и предназначенные для установки в каждом из них ножки лопатки. После установки лопатки на диске ее площадка выступает в боковом направлении с каждой стороны диска. С одной стороны диска в окружном направлении заодно с диском выполнены крюки, отстоящие друг от друга на определенном расстоянии. Они содержат две противоположные боковые стенки, ориентированные в радиальном направлении таким образом, что находятся в одной плоскости с боковыми стенками пазов для установки лопаток. Балансировку диска или ротора осуществляют при помощи балансировочных противовесов, содержащих основной корпус и два противоположных друг другу язычка, каждый из которых предназначен для установки между двумя стойками крюка. Согласно этому документу лопатки вставляют в соответствующие пазы диска. После этого устанавливают каждый противовес таким образом, чтобы его язычки зашли в крюк диска, для чего противовес перемещают по диску в радиальном направлении в наружную сторону, пока он не придет в положение упора в площадку лопатки. Установленные таким образом противовесы оказываются застопоренными: их осевому перемещению препятствуют язычки, удерживаемые в крюке, их радиальному перемещению в наружную сторону препятствует образующая упор площадка, а их радиальному перемещению во внутреннюю сторону препятствует упругое стопорное кольцо, установленное на соответствующей стороне диска. Для замены балансировочных противовесов снимают упругое стопорное кольцо, затем снимают противовесы и на их место устанавливают новые противовесы.

Недостатком описанного выше механизма балансировки является то, что оно не подходит для использования на диске ротора типа моноблочного лопаточного диска. Другим его недостатком является то, что такая конструкция противовесов для балансировки диска значительно увеличивает осевой размер диска. Действительно, к осевому размеру диска добавляется толщина крюков, размер противовесов и размер выступающих площадок. Вследствие этого при наличии агрегата из нескольких дисков габариты газотурбинного двигателя в осевом направлении могут оказаться слишком большими.

В патентах США 4848182 и 4926710 описан способ и система балансировки многодискового ротора с лопаточными решетками. На диске путем горячего насаживания закрепляют балансировочное кольцо таким образом, чтобы его окружная поверхность контактировала с контактной поверхностью диска, находящейся на одной стороне диска, и была направлена в его внутреннюю сторону. Кольцо находится в положении бокового упора вовнутрь диска, опираясь на кромку диска, направленную радиально наружу от контактной поверхности. Оно удерживается в боковом направлении от перемещения наружу диска при помощи упругого стопорного кольца. По своей наружной окружности балансировочное кольцо содержит зубцы, направленные радиально наружу и отделенные друг от друга впадинами. Когда кольцо закрепляют на диске, его зубцы прижимаются к контактной поверхности диска. Вследствие этого впадины вместе с контактной поверхностью и кромкой диска образуют полости, распределенные по окружности и открытые в боковом направлении наружу диска. Несколько дисков, каждый из которых оборудован балансировочным кольцом, соединяются между собой, образуя ротор. Способ балансировки диска или ротора состоит в установке балансировочных противовесов в некоторые из распределенных по окружности полостей. Балансировочные противовесы удерживаются от бокового смещения наружу диска при помощи упругого стопорного кольца, препятствующего их выходу из полости.

Недостатком описанного выше механизма балансировки является то, что балансировочные противовесы устанавливают на балансировочном кольце. Это требует наличия данного кольца, а также осуществления операции закрепления этого кольца путем горячего насаживания на диск.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание механизма балансировки диска и/или ротора при помощи балансировочных грузиков и устранение недостатков описанного выше известного технического решения.

Первым объектом настоящего изобретения является механизм балансировки, который предпочтительно используют для диска ротора типа моноблочной крыльчатки, при этом диск выполняют с ободом. Он содержит гнезда, выполненные в упомянутом ободе, и балансировочные грузики, устанавливаемые в упомянутых гнездах.

Предпочтительно эти гнезда выполняют на боковой стороне обода под площадкой диска, на которой находятся лопатки, и распределяют их по окружности обода.

Согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения гнезда в ободе не являются сквозными и выполнены в виде глухих выемок, отверстия которых выходят на боковую сторону обода. Согласно второму предпочтительному варианту выполнения эти гнезда выполнены сквозными и их отверстия выходят на противоположные друг другу первую и вторую боковые стороны обода.

Гнезда и грузики имеют соответствующую форму, чтобы избежать проворачивания или опрокидывания грузиков в соответствующем гнезде.

Механизм балансировки дополнительно содержит одно или два замковых кольца, предназначенных для установки сбоку обода таким образом, чтобы, по меньшей мере частично, перекрывать соответствующие отверстия гнезд. Согласно варианту выполнения замковое кольцо перекрывает отверстия, по меньшей мере, наполовину. Согласно другому варианту выполнения замковое кольцо полностью перекрывает отверстия. Для того чтобы избежать осевого проворачивания замкового кольца, оно содержит, по меньшей мере, один выступ, предназначенный для установки в одном из гнезд.

Согласно варианту выполнения механизм балансировки содержит одну или две окружные щели, выполненные под площадкой и предназначенные для установки в них окружного участка замкового кольца.

Вторым объектом настоящего изобретения является моноблочный лопаточный диск ротора, оборудованный механизмом балансировки, являющимся первым объектом настоящего изобретения.

Третьим объектом настоящего изобретения является ротор, содержащий, по меньшей мере, один диск, являющийся вторым объектом настоящего изобретения.

Преимуществом механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением является то, что гнезда грузиков выполнены непосредственно в ободе, что позволяет избежать использования дополнительной детали для установки балансировочных грузиков.

Другим преимуществом системы балансировки в соответствии с настоящим изобретением является то, что при такой установке грузиков облегчается доступ к ним и можно изменять балансировку дисков или ротора, меняя распределение балансировочных грузиков, не прибегая при этом к демонтажу самого ротора.

Еще одним преимуществом является то, что при помощи такого механизма балансировки становится возможным корректировать разбалансированность роторов.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего подробного описания частных вариантов выполнения, представленных в качестве примеров и не носящих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:

Фиг.1 - частичное изображение в осевом разрезе ротора, содержащего моноблочные лопаточные диски и диски со съемными лопатками.

Фиг.2 - частичное изображение в осевом разрезе диска, оборудованного первым вариантом механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - изображение, аналогичное фиг.2, во втором осевом разрезе.

Фиг.4 - частичное изображение в перспективе диска, оборудованного механизмом балансировки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 - частичное изображение в осевом разрезе, вид спереди, первого варианта выполнения механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 - изображение, аналогичное фиг.3, второго варианта выполнения механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан общий вид ротора 10, содержащего шесть дисков 12, 14. В представленном примере три диска (на фигуре справа) являются дисками 12, каждый из которых содержит съемные лопатки 16, закрепленные на ободе 18 диска. Остальные три диска (на фигуре слева) являются моноблочными лопаточными дисками 14, каждый из которых содержит лопатки 20, выполненные заодно с ободом 18 диска.

На фиг.2-4 показан моноблочный лопаточный диск 14, содержащий обод 18 и лопатки 20, выполненные заодно с ободом 18. На фиг.2 показан соединительный фланец 24, предназначенный для соединения диска 14 со смежным диском (не показан на фигуре) и закрепляемый на диске 14 при помощи крепежных средств, таких, например, как винты, проходящие через сквозное отверстие 26 обода и сквозное отверстие 28 соединительного фланца 24.

Обод 18 является зоной наибольшей толщины, сторона которой, направленная радиально наружу, выполняет роль площадки 32, от которой радиально наружу отходят лопатки 20.

В ободе 18 и, в частности, под площадкой 32 выполнены гнезда 36, распределенные по окружности на ободе 18. Согласно первому варианту выполнения механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением эти гнезда 36 выполнены в виде глухих отверстий, выходящих только на боковую сторону 180 обода 18.

Для балансировки диска и/или ротора в гнезда 36 устанавливают балансировочные грузики 40. В зависимости от тех задач, которые выполняются во время процесса балансировки, в некоторые гнезда 36 устанавливают грузик 40, тогда как в другие гнезда 36 грузик 40 не устанавливают.

В представленном примере в осевой плоскости и/или в поперечной плоскости гнезда 36 имеют по существу прямоугольное сечение с закругленными углами. Грузики 40 имеют по существу форму прямоугольного параллелепипеда, размеры которого соответствуют размерам гнезда 36, чтобы каждый грузик 40 точно входил в свое гнездо 36 без возможности проворачивания. Предпочтительно ребра прямоугольного параллелепипеда обрабатывают таким образом, чтобы они образовывали дополнительные фаски на грузике 40, дополнительно ограничивая возможные движения поворота или опрокидывания грузика 40 в его гнезде 36.

Предпочтительно зона обода 18, находящаяся между площадкой 32 и гнездами 36, слегка выступает относительно гнезд 36. В этой нависающей части, выступающей в боковом направлении из обода 18 относительно гнезд 36, обод 18 содержит окружную щель 42, выполненную в стороне, по существу противоположной площадке 32, и проходящую вдоль гнезд 36.

В щель 42 вставляют замковое кольцо 44, ширина которого позволяет ему, по меньшей мере частично, перекрывать гнезда 36 для стопорения грузиков 40.

Предпочтительно замковое кольцо 44 выполняют разрезным в поперечном направлении для облегчения его установки на место и демонтажа.

Предпочтительно замковое кольцо 44 содержит антиротационный элемент 46, препятствующий его вращению в поперечной плоскости после его установки в щель 42 обода 18. Этот антиротационный элемент 46 выполняют, например, в виде выступа замкового кольца 44, который вставляют в одно из гнезд 36, не занятое грузиком 40 (фиг.3).

На фиг.5 показан частичный и увеличенный вид спереди гнезда 36. В представленном примере замковое кольцо 44 перекрывает гнезда 36 по существу наполовину. Можно предусмотреть, чтобы замковое кольцо перекрывало гнезда 36 на две трети или полностью. Чтобы избежать выпадения грузиков 40 из гнезд 36, предпочтительно перекрывать гнезда 36 замковым кольцом, по меньшей мере, наполовину.

Чтобы дополнительно воспрепятствовать выпадению грузиков из их гнезд 36, согласно предпочтительному варианту выполнения можно закреплять грузики 40 в гнездах 36 путем нанесения на дно гнезда небольшого количества клея перед установкой в него грузика 40.

Согласно второму предпочтительному варианту выполнения механизма балансировки в соответствии с настоящим изобретением, показанному на фиг.6, гнезда 38 выполняют в виде сквозных отверстий, выходящих на обе стороны обода 18. Предпочтительно эти гнезда содержат первую полость 382, аналогичную гнездам 36, согласно первому варианту выполнения и выходящую на первую боковую сторону 182 обода 18, Они содержат также вторую полость 384, по существу симметричную первой полости 382 относительно центральной плоскости обода 18 и выходящую на вторую боковую сторону 184 обода 18, противоположную его первой боковой стороне 182. Обе полости 382, 384 соединены друг с другом через промежуточный канал 386, который в представленном примере имеет сечение, меньшее соответствующих сечений двух полостей 382, 384.

Балансировку диска и/или ротора осуществляют аналогично балансировке, осуществляемой при использовании описанного выше варианта выполнения механизма балансировки. Для этого балансировочные грузики 40 устанавливают в некоторые из полостей 382 и в первую щель 422, выполненную в первой части, выступающей относительно первой стороны 182 обода 18, вставляют первое замковое кольцо 442, по меньшей мере частично, перекрывающее первые полости 382 и удерживающее грузики 40.

Можно произвести более тонкую балансировку диска и/или ротора, устанавливая дополнительные грузики 30 в некоторые из промежуточных каналов 386. Эти дополнительные грузики, показанные на фиг.6 пунктирной линией, имеют форму, аналогичную форме грузиков 40, и размеры, соответствующие размерам промежуточных каналов 386.

Согласно этому же второму варианту выполнения для герметизации диска 14 применяют уплотнительные фланцы 48. Предпочтительно их устанавливают на дне вторых полостей 384, перекрывая любое сообщение между вторыми полостями и промежуточными каналами 386 меньшего сечения. Во вторую щель 424, выполненную во второй части, выступающей относительно второй стороны 184 обода 18, вставляют второе замковое кольцо 444, которое, по меньшей мере частично, перекрывает вторые полости 384 и удерживает уплотнительные фланцы 48.

Первое замковое кольцо 442 и соответственно второе замковое кольцо 444 разрезают в поперечном направлении для облегчения его установки на место и демонтажа.

Предпочтительно первое замковое кольцо 442 и, соответственно, второе замковое кольцо 444 содержат антиротационный элемент (не показан на фигуре), аналогичный антиротационному элементу замкового кольца 44 в первом варианте выполнения механизма.

Условия перекрывания гнезд 36 замковым кольцом 44, описанные со ссылкой на фиг.5 для первого варианта выполнения механизма балансировки, применимы также и для второго предпочтительного варианта выполнения механизма балансировки.

Описанное изобретение не ограничивается представленными вариантами выполнения. Можно предусмотреть конструкции и модификации этих вариантов выполнения, очевидные для специалистов и не выходящие за рамки настоящего изобретения.

Механизм балансировки применяется в диске ротора, содержащем обод. Он содержит гнезда, выполненные в ободе, балансировочные грузики, установленные в гнездах, при этом гнезда перекрываются замковым кольцом. Применяется в роторе, содержащем моноблочные лопаточные диски. Такое выполнение механизма балансировки позволит его упростить. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Механизм балансировки диска (14) ротора (10) типа моноблочного лопаточного диска, при этом диск (14) содержит обод (18), отличающийся тем, что содержит гнезда (36, 38), выполненные в ободе (18), и балансировочные грузики (40, 30), установленные в гнездах (36, 38).

2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что гнезда (36, 38) расположены под площадкой (32), на которой выполнены лопатки (20).

3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что гнезда (36, 38) распределены по окружности обода (18).

4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что гнезда (36) не являются сквозными в ободе (18), при этом их отверстия выходят на одну и ту же боковую сторону (180) обода (18).

5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит замковое кольцо (44), предназначенное для установки сбоку на ободе (18) таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично перекрывать отверстия гнезд (36).

6. Механизм по п.5, отличающийся тем, что дополнительно содержит окружную щель (42), предназначенную для установки замкового кольца (44).

7. Механизм по п.5, отличающийся тем, что замковое кольцо (44) содержит выступ (46), предназначенный для установки в одном из гнезд (36), чтобы препятствовать осевому вращению замкового кольца (44).

8. Механизм по п.1, отличающийся тем, что гнезда (38) выполнены сквозными в ободе (18) между первой боковой стороной (182) и второй боковой стороной (184) обода, противоположной его первой стороне.

9. Механизм по п.8, отличающийся тем, что гнезда (38) содержат первую полость (382), отверстие которой выходит на первую боковую сторону (182) обода (18), вторую полость (384), отверстие которой выходит на вторую сторону (184) обода (18), и промежуточный канал (386), соединяющий обе полости (382, 384).

10. Механизм по п.9, отличающийся тем, что балансировочные грузики (40) выполнены с возможностью установки в первых полостях (382).

11. Механизм по п.10, отличающийся тем, что промежуточные каналы (386) выполнены с возможностью установки в них дополнительных грузиков (30).

12. Механизм по п.9, отличающийся тем, что содержит уплотнительные фланцы (48), установленные во вторых полостях (384).

13. Механизм по п.9, отличающийся тем, что содержит первое замковое кольцо (442), предназначенное для установки сбоку на ободе (18) таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично перекрывать отверстия первых полостей (382), и второе замковое кольцо (444), предназначенное для установки сбоку на ободе (18) таким образом, чтобы перекрывать отверстия вторых полостей (384).

14. Механизм по п.13, отличающийся тем, что первое замковое кольцо (442), соответственно второе замковое кольцо (444) содержат выступ, предназначенный для установки в одну из первых полостей (382), соответственно в одну из вторых полостей (384), чтобы препятствовать осевому вращению кольца.

15. Механизм по п.13, отличающийся тем, что содержит первую окружную щель (422), предназначенную для установки первого замкового кольца (442), и вторую окружную щель (424), предназначенную для установки второго замкового кольца (444).

16. Механизм по п.5, отличающийся тем, что каждое замковое кольцо (44) перекрывает соответствующие отверстия, по меньшей мере, наполовину.

17. Механизм по п.16, отличающийся тем, что каждое замковое кольцо (44) полностью перекрывает соответствующие отверстия.

18. Механизм по п.13, отличающийся тем, что каждое замковое кольцо (442, 444) перекрывает соответствующие отверстия, по меньшей мере, наполовину.

19. Механизм по п.18, отличающийся тем, что каждое замковое кольцо (442, 444) полностью перекрывает соответствующие отверстия.

20. Механизм по п.1, отличающийся тем, что гнезда (36, 38) и балансировочные грузики (40, 30) имеют соответствующую форму, препятствующую проворачиванию или опрокидыванию балансировочных грузиков (40, 30) в соответствующих гнездах (36, 38).

21. Моноблочный лопаточный диск (14) ротора, отличающийся тем, что оборудован механизмом балансировки по п.1.

22. Ротор (10), отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один диск по п.21.