УСТРОЙСТВО БАЛАНСИРОВКИ РОТОРА ТУРБИНЫ Российский патент 2010 года по МПК F01D5/10 

Настоящее изобретение относится к области турбин и, в частности, к области газотурбинных двигателей. Оно касается устройства балансировки вращающих частей турбины.

После изготовления любую вращающуюся часть турбины необходимо сбалансировать для обеспечения ее работы без вибраций. Чаще всего такую балансировку осуществляют путем установки грузиков, массу которых определяют в зависимости от перекоса и от расстояния до оси вращения турбины. Если есть возможность, то для этого используют болтовые крепления фланцев между двумя вращающимися частями для установки нужных грузиков. Так, грузик можно насаживать на крепежный болт между фланцем и зажимной гайкой. Пример такого монтажа приведен в патенте US 5285700. Согласно другому варианту ротор содержит специальный радиальный фланец для установки грузиков. В патенте US 4803893 описано устройство балансировки ротора турбины, в котором радиальный паз, обращенный в сторону оси вращения, служит для установки в нем грузиков и выполнен на ободе диска турбины.

В основу изобретения поставлена задача разработки средства установки грузика, которое было бы независимым от любого соединительного фланца между двумя деталями вращающейся части или двумя вращающимися частями. Действительно, в рамках модульной сборки турбин каждый вращающийся модуль должен поставляться уже идеально сбалансированным и не должен требовать дополнительной балансировки при сборке модуля с другим модулем. Таким образом, можно избежать установки грузика при помощи переходных фланцев.

Устройство балансировки должно быть также максимально легким, оставаясь при этом надежным и простым в монтаже.

Эти задачи решаются при помощи настоящего изобретения, объектом которого является устройство балансировки ротора турбины, содержащее, по меньшей мере, один грузик, устанавливаемый на роторе, отличающееся тем, что грузик содержит две поверхности радиального опорного положения, ориентированные в двух радиально противоположных направлениях, при этом упомянутые поверхности взаимодействуют с двумя поверхностями радиального опорного положения, выполненными на роторе, а грузик удерживается на роторе при помощи средства осевого стопорения.

В отличие от известных заявителю устройств такого типа стопорение грузика выполняют за счет радиальных опорных положений одновременно по двум противоположным направлениям: радиальному направлению в сторону внутреннего пространства и радиальному направлению в сторону наружного пространства. При этом облегчается его установка и снижается возможность ошибок со стороны сборщика.

В частности, средством осевого стопорения является болт с гайкой, при этом болт прижимает грузик к соединительному фланцу, выполненному за одно с ротором, а грузик содержит поверхность осевого опорного положения и две упомянутые поверхности радиального опорного положения.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения поверхность осевого опорного положения находится между двумя поверхностями радиального опорного положения. В частности, соединительный фланец содержит осевой цилиндрический участок и радиальный участок, в котором выполняют вырезы для прохождения болта крепления грузиков. Такая конструкция является предпочтительной, поскольку за счет выполнения вырезов снижают массу соединительного фланца, и после установки на место грузик обеспечивает удержание болта во время завинчивания гайки.

Настоящее изобретение применяется, в частности, для ротора, содержащего диск, при этом соединительный фланец выполняют за одно с боковой стороной диска.

Техническое решение согласно настоящему изобретению позволяет обеспечивать надежную установку грузика. В случае необходимости, средство осевого стопорения грузика выполняют из двух крепежных болтов.

Объектом настоящего изобретения являются также балансировочные грузики. Они имеют U-образную форму с одной центральной ветвью и двумя противоположными ветвями, при этом последние образуют поверхности радиального опорного положения. В частности, они содержат участок, образующий доводочную массу, то есть механически обрабатываемый для получения необходимой балансировочной массы.

Чтобы избежать любой возможности ошибки при монтаже, согласно варианту грузик выполняют симметричным относительно плоскости его центральной ветви.

Ниже приведено описание не ограничительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1 представляет вид в осевом разрезе модуля ротора турбины высокого давления.

Фиг.2 - вид в разрезе части модуля, показанного на фиг.1, содержащей устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - вид в изометрии грузика в соответствии с настоящим изобретением, установленного на соединительный фланец диска.

Фиг.4 - схему установки грузика, показанного на фиг.3.

Фиг.5 - вид в осевом разрезе варианта выполнения грузика, установленного на соединительный фланец.

Фиг.6 - частичный вид в изометрии варианта выполнения с двумя болтами.

Фиг.7 - вид в осевом разрезе варианта выполнения грузика, показанного на фиг.6.

На фиг.1 показан пример модуля ротора турбины БД в разрезе по оси вращения XX. В данном случае модуль 1 состоит из диска 3 турбины с лопатками 4, установленными на его периферическом ободе. На входе относительно направления газового потока во время работы диск 3 неподвижно соединен с диском 5', на котором установлены элементы 7 лабиринтного уплотнения. Диск 5' установлен при помощи болтового соединения на крепежном фланце 2, выполненном путем механической обработки на диске 3. На выходе диск 3 неподвижно соединен с диском 6, на котором установлены элементы 7' лабиринтного уплотнения и который продолжен цапфой 8 опорного подшипника турбины. На задней балансировочной плоскости ротор содержит весовые балансиры 9, взаимодействующие с болтами монтажа диска 6 на диске 3. Этот монтаж не входит в настоящее изобретение. Он относится к предшествующему уровню техники.

На передней балансировочной плоскости в зоне М, обведенной овальной линией, предусмотрено устройство балансировки в соответствии с настоящим изобретением. Эта зона не зависит от какого-либо соединения с другой частью.

На фиг.2 показан диск 5, соответствующий диску 5', показанному на фиг.1, и содержащий изменения для установки грузиков в соответствии с настоящим изобретением. Диск 5 жестко соединяют с диском 3 при помощи болтового крепления на фланце 2, который на этой фигуре не показан. На фигуре показан задний крепежный фланец компрессора после сборки; между двумя дисками вставлен болт 25 без гайки.

На передней стороне диска 5 путем механической обработки выполняют соединительный фланец 10. Это фланец, имеющий в осевом сечении форму уголка, содержит осевую цилиндрическую часть 10А и радиальную часть 10В. К фланцу 10 при помощи болта 30 и гайки 32 прижимают грузик 20. Грузик 20 содержит центральную часть 22, от которой отходят две лапки 23 и 24, образующие поверхности 23А и 24В радиального опорного положения, противоположные друг другу в радиальном направлении. Лапка 23 опирается на опорную поверхность 10А1 цилиндрического участка 10А. Лапка 24 опирается на опорную поверхность 10В1, см. также фиг.3 и 4. Грузик содержит также часть 25, образующую доводочную массу. В случае необходимости, эту часть механически обрабатывают для корректировки массы.

Болт 30, показанный отдельно на фиг.4, содержит головку 31 с лыской 31А, опирающейся на внутреннюю сторону цилиндрического участка 10А. За счет этого головку стопорят от вращения вокруг ее оси после ее установки по месту.

На фиг.3 и 4 фланец 10 показан в изометрии. Радиальная часть 10В показана спереди. Эта часть выполнена с зубчатыми выступами и содержит вырезы 10В2, через один из которых проходит болт 30.

Монтаж грузика 20 показан на фиг.4.

Предварительно путем вычисления определяют массу, которую необходимо добавить, и ее угловое положение на диске. В случае необходимости, часть грузика, предназначенную для корректировки массы, в данном случае часть 25, подвергают механической обработке. Болт 30 радиально вводят в вырез 10В2, соответствующий рассчитанному угловому положению. Головка заходит в пространство между фланцем и диском. При этом следует убедиться, что лыска 31А правильно установлена на внутренней стороне цилиндрического участка. Отверстием 22А, выполненным в центральной ветви 22, грузик сажают на болт до положения упора во фланец, при этом болт проходит через поверхность осевого опорного положения. Грузик устанавливают таким образом, чтобы лапки соответственно 23 и 24 прижались к двум поверхностям 10А1 и 10В1 радиального опорного положения. Весь узел удерживается на месте без каких-либо дополнительных средств удержания. Для этого достаточно завернуть гайку 32. Из предосторожности предпочтительно использовать самоконтрящуюся гайку.

На фиг.5 показан вариант выполнения грузика 120. На этой фигуре используются те же цифровые позиции, увеличенные на 100. Грузик отличается от предыдущего только симметрией относительно плоскости центральной части 122. С одной стороны он содержит лапки 123₁ и 124₁, а с другой стороны - лапки 123₂ и 124₂. Для корректировки массы грузика часть 125 можно механически обрабатывать. Такая геометрия позволяет осуществлять монтаж как с одной стороны, так и с другой.

На фиг.6 и 7 показан другой вариант выполнения. Аналогичные части обозначены такими же цифровыми позициями, увеличенными на 200. Диск 205 содержит фланец 210 для крепления грузика, который в данном случае располагают ближе к оси двигателя. Грузик 220 устанавливают на фланец 210 на поверхности 210В и между двумя опорными поверхностями 210А1 и 210В1 при помощи двух болтов 30, устанавливаемых рядом друг с другом. Оба болта идентичны. Такая конструкция повышает безопасность монтажа детали. Согласно варианту выполнения грузика радиально внутреннюю лапку 224 выполняют более длинной. Эта лапка выступает за радиальную часть 210 В и образует упор, стопорящий от вращения головки 31 болтов. Головки 31 стопорятся от вращения за счет взаимодействия лысок 31А с лапкой 224.

Настоящее изобретение описано в связи с балансировкой модуля турбины ВД, однако оно не ограничивается этим вариантом применения. Грузик можно устанавливать на любом типе ротора турбины. Кроме того, представленные формы не являются ограничительными. Специалист может адаптировать форму в зависимости от существующих требований.

Устройство балансировки ротора предназначено для турбины. Оно содержит по меньшей мере один грузик, устанавливаемый на ротор. Грузик содержит две поверхности радиального опорного положения, ориентированные по двум радиально противоположным направлениям, при этом упомянутые поверхности взаимодействуют с двумя поверхностями радиального опорного положения, выполненными на роторе, при этом грузик удерживается на роторе при помощи средства осевого стопорения. В частности, средством осевого стопорения является болт с гайкой, при этом болт удерживает грузик на соединительном фланце, выполненном за одно с ротором, содержащем поверхность осевого опорного положения и упомянутые поверхности радиального опорного положения. Технический результат - обеспечение надежности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство балансировки ротора турбины, содержащее, по меньшей мере, один грузик, устанавливаемый на ротор, причем грузик содержит, по меньшей мере, одну радиальную опорную поверхность и удерживается на роторе при помощи средства осевого стопорения, отличающееся тем, что грузик содержит две поверхности радиального опорного положения, ориентированные по двум радиально противоположным направлениям, при этом упомянутые поверхности взаимодействуют с двумя поверхностями радиального опорного положения, выполненными на роторе, причем указанные поверхности обеспечивают сохранение грузика на месте без необходимости его удержания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средством осевого стопорения является болт с гайкой, при этом болт удерживает грузик на соединительном фланце, выполненном заодно с ротором, содержащем поверхность осевого опорного положения и упомянутые поверхности радиального опорного положения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поверхность осевого опорного положения находится между двумя поверхностями радиального опорного положения, при этом болт проходит через поверхность осевого опорного положения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что соединительный фланец содержит вырезы для прохождения болтов крепления грузика.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для ротора, содержащего диск, соединительный фланец выполняют заодно с боковой стороной диска.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство осевого стопорения состоит из двух крепежных болтов.

7. Балансировочный грузик для устройства по п.1, имеющий U-образную форму с центральной ветвью и двумя противоположными ветвями, при этом последние образуют поверхности радиального опорного положения, выполненными с возможностью сохранения на месте грузика на роторе без необходимости его удержания.

8. Грузик по п.7, отличающийся тем, что содержит участок, образующий доводочную массу.

9. Грузик по одному из пп.7 или 8, отличающийся тем, что имеет конструкцию, симметричную по отношению к плоскости его центральной ветви.