УЗЕЛ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ Российский патент 2011 года по МПК F01D5/30 

Предпосылки изобретения

Изобретение относится к узлам лопатки турбины, в частности для газовых турбин.

Закрепление лопатки в дисках турбины необходимо производить для уверенности, что лопатки не ослабнут во время работы двигателя. Для лопаток турбины высокого давления, фиксирующих пластины, обычно применяются для обеспечения как безопасности, так и уплотнения охлажденного воздуха, для предотвращения чрезмерных утечек, причем эти пластины собирают, используя технологию последовательного монтажа. Однако там, где лопатки собираются в дисках, как полный двигатель (например, где хвостовик и углы платформы разные), невозможно установить обычные пластины, так как удерживающие пазы в диске и лопатке являются полными кольцами, следовательно, необходим новый способ.

Закрепление лопатки обычно достигается использованием фиксирующих планок для прикрепления пар лопаток к диску или, где необходимо улучшенное уплотнение, использование фиксирующих пластин применяется для прикрепления лопаток и дисков, размещающихся в кольцевых пазах, на составных частях.

ЕР 1657404 А1 раскрывает ротор турбодвигателя с лопатками турбины, установленными в осевых пазах в роторе. Лопатки турбины предотвращаются от перемещения в осевом направлении фиксирующими пластинами. Ромбовидные фиксирующие пластины вставляются в зазор между двумя пазами в роторе и лопатками турбины и затем вращаются так, что края ромбоидов зацепляются в пазах для прикрепления лопаток турбины.

US 5662458 раскрывает снабженный лопатками ротор для компрессора высокого давления газотурбинного двигателя с удерживающими пластинами. Удерживающие пластины помещаются в радиальных внутренних и наружных пазах и предотвращают перемещение в осевом направлении хвостовиков лопатки в их пазах. Когда все удерживающие пластины вставлены в загрузочный паз, фиксирующий элемент вставляется, чтобы закрыть зазор между двумя последними удерживающими пластинами. Фиксирующий элемент размещается между парой близлежащих удерживающих пластин для предотвращения их перемещения по кругу относительно диска. Фиксирующий элемент имеет нижний участок, который соответствует по форме загрузочному пазу. Он больше продолжен по направлению оси, чем загрузочный паз, так что он выступает в радиальный внутренний паз.

GB 2258273 А раскрывает фиксирующее приспособление для лопаток ротора газовой турбины. Фиксирующее приспособление содержит пластину, которая продолжается по окружности выше хвостовиков нескольких лопаток. Лопатки задерживаются между удерживающими крюками, составляющими одно целое с диском ротора и хвостовиками лопатки. Все пластины имеют упруго установленный крюк, который, когда в правильном положении, предотвращает вращение пластины. Пластина может быть откреплена нажатием крюка.

GB 905582 А раскрывает узел лопатки турбины, в частности для газовой турбины, с диском турбины с лопатками ротора, вставленными в пазы диска турбины, и фиксирующими пластинами, которые размещаются внутри кольцевых пазов с кромками в диске турбины и в лопатках ротора.

US 3656865 А раскрывает фиксирующую пластину для установки в удерживающие пазы в диске, наружный фланец которого не сплошной, поскольку пересекается пазами лопатки. Фиксирующая пластина имеет зубья на своей радиальной наружной стороне, которые делают возможным вставление фиксирующих пластин после того, как все лопатки установлены на диске.

Цель изобретения

Целью изобретения является обеспечение улучшенного узла снабженного лопатками диска турбины в отношении уплотнения и закрепления, где конфигурация устройства лопатки турбины подразумевает, что все лопатки могут быть установлены в диске турбины одновременно.

Данная цель решается посредством узла лопатки турбины по пункту 1. Зависимые пункты формулы изобретения определяют дополнительные разработки изобретения.

Изобретательный узел лопатки турбины, в частности газовой турбины, содержит диск турбины с лопатками ротора, вставленными в пазы диска турбины, и фиксирующие пластины, которые размещаются внутри кольцевых пазов с кромками в диске турбины и лопатках ротора. Края фиксирующих пластин, которые ориентированы к центру диска турбины, являются зазубренными посредством обеспечения зубьями. Часть кромки кольцевого паза диска турбины также является зазубренной посредством обеспечения зазорами, и зазоры кромки соответствуют зубьям фиксирующих пластин.

Фиксирующие пластины удерживают лопатки во время работы двигателя, что является необходимым для безопасности. Фиксирующие пластины также обеспечивают уплотнение охлажденного воздуха для предотвращения чрезмерных утечек. Зазубренные края фиксирующих пластин предусматривают вставление в зазубренную часть вставления кромки кольцевого паза диска турбины даже после того, как все лопатки турбины прикреплены к диску. Зазоры части вставления и зубья фиксирующих пластин соответствуют, чтобы сделать возможным вставление фиксирующих пластин в пазы.

В предпочтительной разработке изобретения фиксирующие пластины являются упруго деформируемыми. Это удерживает лопатки во время работы двигателя. В дополнение, упругое последействие будет обеспечивать необходимую силу для прикладывания к задней поверхности диска и предотвращения утечки охлажденного воздуха высокого давления для охлаждения деталей, находящихся внутри лопаток турбины высокого давления.

Другим преимуществом является то, что упруго деформируемые фиксирующие пластины могут легко быть выполнены из тонколистового металла, дающего существенное снижение стоимости для вариантов машинной обработки.

Фиксирующие пластины могут содержать, по меньшей мере, один загнутый участок на зазубренном крае или близко к зазубренному краю и/или на крае или близко к краю, противолежащему зазубренному краю, для обеспечения упругой деформации.

Фиксирующие пластины могут также содержать плоский участок с наружной стороны, по меньшей мере, одного загнутого участка, который предусматривает опору плоскости на диск турбины и, вследствие этого, обеспечивает хорошее уплотнение.

Дополнительно, фиксирующие пластины могут быть закреплены последней деформируемой замыкающей пластиной. Деформируемая замыкающая пластина размещается в зазубренной части кромки кольцевого паза диска турбины для прикрепления фиксирующих пластин в направлении вдоль окружности.

Дополнительные признаки, характеристики и преимущества изобретения становятся понятными из следующего описания вариантов осуществления изобретения относительно сопроводительных чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает вид в перспективе узла лопатки турбины.

Фиг.2 изображает вид в перспективе узла лопатки турбины с фиксирующими пластинами.

Фиг.3 изображает вид в разрезе узла лопатки турбины с фиксирующей пластиной.

Фиг.4 изображает узел лопатки турбины с фиксирующими пластинами и замыкающей пластиной.

Подробное описание варианта осуществления

Фиг.1 изображает узел лопатки турбины с лопаткой 2 турбины, содержащей верхний участок 1, несущую поверхность 5, платформу 3, паз 11 с кромкой 10 и хвостовик 6 лопатки турбины и диск 4 турбины, содержащий пазы 8 и кольцевой паз 13 (смотрите на фиг.3) с кромкой 12, содержащей зазубренную часть 14 с зазорами 15.

Лопатка 2 турбины применяется в газовой турбине, где горячий сжатый газ направляется к лопаткам турбины с несущими поверхностями, которые закрепляются на роторе для перемещения лопаток турбины и, таким образом, приведения в движение ротора. Ротор содержит несколько дисков 4 турбины. Лопатки 2 турбины прикрепляются к диску 4 турбины посредством своих хвостовиков 6, которые вставляются в пазы 8 диска 4 турбины. Несмотря на то, что пазы 8 на фиг.1 ориентированы по направлению оси через диск 4, так что они продолжаются более или менее перпендикулярно к концу и задним поверхностям диска 4, они могут иногда быть ориентированы так, что они продолжаются более или менее по касательной к концу и задним поверхностям диска.

Платформа 3 лопатки 2 турбины размещается по существу параллельно кольцеобразной поверхности диска 4 турбины между несущей поверхностью 5 и хвостовиком 6 лопатки турбины. Паз в лопатке 2 турбины, образующий сегмент полного паза 11, проходит вдоль нижней стороны платформы 3, когда все лопатки 2 турбины собраны. Кромка 10 паза 11 размещается прямоугольно к основанию паза 11. Кольцевой паз 13 в диске 4 турбины размещается на расстоянии от окружности диска 4 турбины и имеет кромку 12, которая является прямоугольной к основанию паза 13. Кромка 12 имеет зазубренную часть 14 с зазорами 15.

Когда лопатка 2 турбины собирается на диске 4 турбины, паз 11 в лопатке 2 турбины находится в той же самой плоскости, что и кольцевой паз 13 в диске 4 турбины. Пазы 11 и 13 и зазубренная часть 14 с зазорами 15 обеспечиваются для вставления и удерживания фиксирующих пластин, как изображено на фиг.2.

На фиг.2 изображен узел лопатки турбины с лопаткой 2 турбины, диск 4 турбины и фиксирующие пластины 16.

Лопатка 2 турбины прикрепляется к диску 4 турбины, как изображено на фиг.1 и фиг.3. Фиксирующие пластины 16 согласно настоящему варианту осуществления выполнены из тонколистового металла. Они содержат по существу плоское тело 22 с закругленными углами для лучшего технического ухода. Они дополнительно содержат зазубренный край и вогнутый край, который является загнутым участком 24 тела 22, противоположным зазубренному краю. Зазубренный край содержит два зуба 18. Загнутый участок 26 размещается между плоским телом 22 и зубьями 18 зазубренного края. Однако загнутый участок может также продолжаться в зубья или может быть выполнен только в зубьях.

Фиксирующие пластины 16 вставляются в кольцевые пазы 11 и 13 размещением вогнутого края за кромкой 12 паза 11 и затем вставлением зазубренной части 14 в кольцевой паз 13 диска 4 турбины размещением зубьев 18 в зазорах 15. Фиксирующая пластина затем перемещается по окружности, и следующая фиксирующая пластина может быть вставлена. Так как пластины 16 предварительно отформованы, они обеспечивают силу упругого последействия и должны быть запрессованы в пазу узла. Когда вставлены в пазы, упругое последействие прижимает плоский участок 22 к поверхности диска 4, что обеспечивает эффект хорошего уплотнения.

Фиг.3 изображает вид в разрезе узла лопатки турбины согласно фиг.2 вдоль линии А-А после вставления фиксирующих пластин. Здесь можно легко увидеть, что фиксирующая пластина 16 является плоской пластиной, загнутой на своих наружных участках. В области зазубренного края тело 22 загибается дважды с промежуточным загнутым участком 24, продолжающимся с углом к плоскому участку тела 22 и с зубьями 18, загнутыми так, чтобы быть параллельными плоскому участку тела 22. Край, противолежащий зазубренному краю, образован загнутым участком 26, который загибается так, чтобы продолжаться с углом относительно плоского участка тела 22. Посредством загиба фиксирующая пластина приобретает вогнутую форму, которая обеспечивает упругое последействие для прижатия ее к диску 4. Посредством зацепления пазы 11 и 13, загнутый участок 24 и зубья 18 удерживают фиксирующую пластину на месте.

Фиг.4 изображает узел лопатки турбины с лопаткой 2 турбины, диск 4 турбины и фиксирующие пластины 16.

Обеспечена замыкающая пластина 20, которая закрывает зазор между близлежащими фиксирующими пластинами 16. Замыкающая пластина 20 обеспечивается деформируемой нижней частью, так что она может быть вставлена за зубом зазубренной части 14 кромки 12 паза 11 в диске 4 турбины.

В действии фиксирующие пластины 16 и замыкающая пластина 20 удерживают лопатки 2 турбины в их пазах 8 (смотрите на фиг.1) и предотвращают лопатки турбины от перемещения в осевом направлении.

Изобретение относится к узлам лопатки турбины, в частности для газовых турбин. Узел лопатки турбины содержит диск турбины с лопатками ротора, вставленными в пазы диска турбины, и фиксирующие пластины. Фиксирующие пластины размещаются внутри кольцевых пазов с кромками в диске турбины и в лопатках ротора. Края фиксирующих пластин, которые ориентированы к центру диска турбины, являются зазубренными посредством обеспечения зубьями. Часть кромки кольцевого паза диска турбины также является зазубренной посредством обеспечения зазорами. Зазоры кромки соответствуют зубьям фиксирующих пластин. Пластины упруго деформируются. Изобретение позволяет снизить утечки через узел лопатки турбины, а также позволяет обеспечить установку фиксирующих пластин после закрепления всех лопаток на роторе турбины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел лопатки турбины, в частности газовой турбины, содержащий диск (4) турбины с лопатками (2) ротора, вставленными в пазы (8) диска (4) турбины и фиксирующие пластины (16), которые размещаются внутри кольцевых пазов (11, 13) с кромками (10, 12) в диске (4) турбины и в лопатках (2) ротора, отличающийся тем, что края фиксирующих пластин (16), которые ориентированы к центру диска (4) турбины, являются зазубренными посредством обеспечения зубьями (18) и тем, что часть кромки (12) кольцевого паза (13) диска (4) турбины также является зазубренной посредством обеспечения зазорами (15) и тем, что зазоры (15) кромки (12) соответствуют зубьям (18) фиксирующих пластин (16).

2. Узел турбины по п.1, отличающийся тем, что фиксирующие пластины (16) являются упругодеформируемыми.

3. Узел турбины по п.2, отличающийся тем, что фиксирующие пластины (16) содержат, по меньшей мере, один загнутый участок (24, 26) на зазубренном крае, или близко к зазубренному краю, и/или на крае, противолежащем зазубренному краю, или близко к краю, противолежащему зазубренному краю.

4. Узел турбины по п.3, отличающийся тем, что фиксирующие пластины (16) являются плоскими с наружной стороны, по меньшей мере, одного загнутого участка.

5. Узел турбины по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что фиксирующие пластины (16) выполнены из тонколистового металла.