СИСТЕМА УРАВНОВЕШИВАНИЯ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, ДИСК РОТОРА И КОНСТРУКЦИОННЫЙ УЗЕЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ СИСТЕМУ, И ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2012 года по МПК F01D5/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе уравновешивания ротора газотурбинной установки, а также к конструкционному узлу газотурбинной установки, содержащему, по меньшей мере, одну такую систему уравновешивания.

Изобретение также относится к газотурбинной установке, включающей в себя, по меньшей мере, один такой конструкционный узел, при этом данная газотурбинная установка, предпочтительно, представляет собой авиационный турбореактивный двигатель.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В конструкционных узлах, например компрессорах или турбинах, находящихся в эксплуатации газотурбинных установок, как правило, предусматривается система уравновешивания ротора, которая включает в себя кольцевой уравновешивающий захват, на котором посредством болтов, располагаемых в просверленных в нем сквозных отверстиях, крепятся уравновешивающие грузы. Таким образом, уравновешивающие грузы могут размещаться вокруг захвата таким образом, чтобы обеспечивалось хорошее уравновешивание соответствующего конструкционного узла газотурбинной установки. В связи с этим данный тип системы уравновешивания ротора обычно называется модульным.

Кольцевой уравновешивающий захват, как правило, содержит кольцевую стенку, которая в первом радиальном направлении ограничена стыковочной зоной, после которой в первом радиальном направлении, в сторону открытой радиальной оконечности захвата, вытянуто множество сквозных отверстий; при этом каждое сквозное отверстие во втором, противоположном первому, направлении содержит радиальную вершину, точка которой располагается в данной стыковочной зоне. Как правило, первое направление представляет собой радиальное направление в сторону центральной оси, а второе направление в противоположную от центральной оси сторону.

Кроме того, система включает в себя несколько уравновешивающих грузов, которые жестко крепятся на кольцевом уравновешивающем захвате посредством, по меньшей мере, одной пары винт/гайка, размещаемой в одном из отверстий; при этом головка винта упирается в первую поверхность кольцевого уравновешивающего захвата, а уравновешивающий груз во вторую, противоположную первой, поверхность кольцевого уравновешивающего захвата.

Каждый уравновешивающий груз крепится на захвате посредством двух пар винт/гайка, при этом винт каждой из них пропускается через предназначенное для него отверстие, имеющее соответствующие размеры. В связи с этим для удержания уравновешивающего груза относительно захвата в тангенциальном направлении и особенно в обоих направлениях движения последнего размеры сквозного отверстия устанавливаются, как правило, таким образом, чтобы каждый винт обеими сторонами фактически упирался, соответственно, в первую и вторую боковые поверхности этого отверстия. Другими словами, ширина отверстия в тангенциальном направлении по существу равна диаметру соответствующего винта.

Кроме того, в ходе исследований по определению напряжений, которые испытывает уравновешивающий захват, было отмечено, что наиболее сильные тангенциальные напряжения были зафиксированы на уровне радиальной вершины каждого сквозного отверстия, а именно на и по краям вышеупомянутой стыковочной зоны. В частности, уточнено, что тангенциальные напряжения связаны в основном с центробежными и тепловыми процессами.

Однако изложенный выше способ удержания уравновешивающего груза в тангенциальном направлении, т.е. за счет двойного упора каждого винта, соответственно, в две боковые поверхности отверстия, не предоставляет большой свободы при разработке радиального оконечного участка отверстия, в котором сохраняется сильное тангенциальное напряжение.

Таким образом, радиальный оконечный участок и его радиальная вершина, в частности, представляют собой зону с высокой концентрацией напряжений, при этом срок использования уравновешивающего захвата продолжает оставаться небольшим, а опасность разрушения данного захвата существенно повышается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, технической задачей предлагаемого изобретения является разработка системы уравновешивания ротора газотурбинной установки, а также конструкционного узла газотурбинной установки, позволяющего устранить вышеупомянутые недостатки, возникающие в случае использования решений, созданных на основе предшествующего уровня техники.

Поставленная задача решается тем, что в системе уравновешивания ротора газотурбинной установки, которая содержит уравновешивающий захват, включающий в себя несколько сквозных отверстий, а также несколько уравновешивающих грузов, каждый из которых жестко крепится на уравновешивающем захвате посредством первой и второй пар винт/гайка, содержащих, соответственно, первый винт и второй винт, которые устанавливаются в непосредственно следующих друг за другом, соответственно, первом и втором отверстиях; при этом каждое из отверстий имеет первую и вторую боковые поверхности, которые располагаются с одной и другой стороны от винта, входящего в состав соответствующей пары винт/гайка; при этом вторая боковая поверхность смещена относительно первой боковой поверхности в первом направлении, а первое сквозное отверстие смещено относительно второго сквозного отверстия во втором направлении, противоположном первому, согласно изобретению первый винт упирается в первую боковую поверхность первого сквозного отверстия и располагается на определенном расстоянии от второй боковой поверхности, а второй винт упирается во вторую боковую поверхность второго сквозного отверстия и располагается на определенном расстоянии от первой боковой поверхности.

Следовательно, в изобретении предлагается оригинальный способ обеспечения удержания (при этом в две стороны тангенциального направления) уравновешивающих грузов на уравновешивающем захвате. Действительно, упор первого винта в первую боковую поверхность первого сквозного отверстия предоставляет возможность блокировать перемещение уравновешивающего груза относительно захвата во вторую сторону тангенциального направления, в то время как упор второго винта во вторую боковую поверхность второго сквозного отверстия позволяет блокировать перемещение уравновешивающего груза относительно того же самого уравновешивающего захвата в первую сторону тангенциального направления. В связи с этим при креплении каждого груза в тангенциальном направлении отсутствует необходимость в том, чтобы тангенциальная ширина сквозных отверстий была фактически равна диаметру соответствующего винта.

В результате обеспечивается большая свобода при разработке радиального оконечного участка сквозных отверстий и возможность подбирать наиболее подходящую форму с целью максимально минимизировать концентрацию тангенциальных напряжений, которые испытывает данный радиальный оконечный участок.

Таким образом, благодаря настоящему изобретению, согласно которому диаметр каждого винта меньше тангенциальной ширины отверстия, через которое он пропускается, возникает возможность разработать форму отверстия, позволяющую увеличить сроки эксплуатации уравновешивающего захвата и одновременно уменьшить опасность его разрушения.

Предпочтительно, чтобы в поперечном сечении кольцевого захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями для каждого из этих сквозных отверстий максимальное расстояние D в тангенциальном направлении между двумя боковыми поверхностями было больше, чем максимальная длина d данного винта в том же самом тангенциальном направлении; при этом соотношение D/d должно составлять 1,2-2, более предпочтительно, почти 1,5.

С другой стороны, можно предусмотреть, чтобы в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями каждое из этих сквозных отверстий имело ось симметрии, располагаемой в радиальном направлении, а ось винта, пропускаемого через это отверстие, имела смещение относительно оси симметрии.

Предпочтительно, чтобы в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями каждое из этих сквозных отверстий имело радиальный оконечный участок, который образуется дугой круга с радиусом R1, по обе стороны которого располагаются, соответственно, две дуги круга с радиусом R2, меньшим радиуса R1. В этой связи было отмечено, что такая особенная форма, пологая и усовершенствованная увеличению тангенциальной ширины отверстия, позволяла уменьшить возможность поломки ранее используемых форм на уровне радиального оконечного участка отверстия и минимизировать концентрацию напряжений в основании данного отверстия.

Предпочтительно также, чтобы радиус R2 был фактически равен радиусу винта, пропускаемому через соответствующее отверстие.

Наконец, каждое сквозное отверстие принимает форму выемки или круглого отверстия. Например, выемка обычно открыта в первом радиальном направлении, т.е. имеет выход на уровне открытой радиальной оконечности захвата, в то время как круглое отверстие, в свою очередь, обладает закрытым контуром.

Настоящее изобретение также относится к диску ротора газотурбинной установки, который содержит описанную выше систему уравновешивания с вышеупомянутым уравновешивающим захватом, удерживаемым ступицей данного диска, с которой он может составлять единую деталь.

Настоящее изобретение относится также к конструкционному узлу газотурбинной установки, содержащему, по меньшей мере, одну вышеупомянутую систему уравновешивания ротора.

Предпочтительно, чтобы конструкционным узлом являлась турбина или компрессор газотурбинной установки, высокого или низкого давления.

Объектом настоящего изобретения также является газотурбинная установка, например авиационный турбореактивный двигатель, содержащая, по меньшей мере, один конструкционный узел, который описан выше.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления, не носящих ограничительного характера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В описании приведены ссылки на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1 изображает частичный вид сбоку конструкционного узла газотурбинной установки согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - частичный вид в изометрии кольцевого уравновешивающего захвата, являющегося составным элементом системы уравновешивания ротора, входящего в состав изображенного на фиг.1 конструкционного узла газотурбинной установки;

Фиг.3 - вид в разрезе, выполненный по линии III-III, детали, представленной на фиг.2, на котором дополнительно расположены уравновешивающий груз и соответствующие приспособления его установки;

Фиг.4 - вид в разрезе, выполненный по линии IV-IV, детали, представленной на фиг.3;

Фиг.5 - частичный вид в разрезе, выполненный по линии V-V, детали, представленной на фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 изображена часть конструкционного узла 1 газотурбинной установки согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, при этом в данном случае этот конструкционный узел является турбиной высокого давления (так называемой турбиной ВД) газотурбинной установки, которая в свою очередь представлена авиационным турбореактивным двигателем.

На фиг.1 показана часть ротора турбины ВД, устанавливаемой после камеры сгорания 2 турбореактивного двигателя. Следует отметить, что понятия «задний» и «передний», которые будут использоваться в последующем, определяются относительно основного направления (на чертеже обозначено стрелкой 4) прохождения газов через газотурбинную установку, при этом данное направление фактически параллельно продольной оси 6 турбореактивного двигателя, которая одновременно совпадает с осью конструкционного узла 1 и входящих в его состав дисков.

Действительно, конструкционный узел 1 включает в себя основной диск ротора, называемый также удерживающим лопатки диском 8, который размещается относительно оси 6, проходящей через всю систему осей 10 турбореактивного двигателя благодаря наличию отверстия 12. Отверстие 12 выполняется известным специалистам способом на уровне являющегося самой толстой частью диска 8 расширенного внутреннего радиального участка 14, который ограничен передней 16 и задней 18 поверхностями, располагаемыми перпендикулярно оси 6. Расширенный внутренний радиальный участок 14, образующий ступицу диска, по оси 6 обладает фактически одинаковой толщиной, которая равна длине отверстия 12 в этом же направлении.

На уровне внешнего радиального оконечного участка 20 диска 8 установлены лопатки 22 турбины, проходя через которые, выводимые из камеры сгорания 2 газы могут расширяться.

На задней боковой поверхности 23 удерживающего лопатки диска 8 устанавливается кольцевой соединительный фланец 24, предназначенный для крепления диска 8 к задней части конструкционного узла (не показан). Как показано на фиг.1, задний кольцевой соединительный фланец 24 на уровне участка, расположенного сверху расширенной внутренней радиальной части 14, выступает за пределы задней боковой поверхности 23, с которой он составляет единое целое.

С другой стороны, на передней боковой поверхности 26 удерживающего лопатки диска 8 размещается другой кольцевой соединительный фланец 28, предназначенный для крепления диска 8 к другому конструкционному узлу газотурбинного двигателя, а именно к компрессору высокого давления, называемому компрессором ВД (не показан), который, в свою очередь, содержит кольцевой соединительный фланец 30. Как показано на фиг.1, передний кольцевой соединительный фланец 28 на уровне участка, расположенного сверху расширенной внутренней радиальной части 14, выступает за пределы передней боковой поверхности 26, с которой он составляет единое целое.

Более того, кроме соединения с компрессором высокого давления передний кольцевой соединительный фланец 28 обеспечивает также присоединение располагаемого перед удерживающим лопатки диском 8 лабиринтового диска 32, основным предназначением которого охлаждение диска 8 и установленных на нем лопаток. Действительно, диск 32, содержащий одно или несколько кольцевых уплотняющих устройств 34 лабиринтового типа, размещаемых вдоль статора конструкционного узла, позволяет образовать между диском 32 и охлаждаемым диском 8 кольцевое пространство 36 для охлаждения. Таким образом, поступающий в пространство 36 приточный воздух обтекает переднюю боковую поверхность 26 диска 8, а затем соединяется в радиальной внешней части, как это схематично показано на фиг.1 стрелкой 38, с проходящим через лопатки 22 воздушным потоком.

Согласно данному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, лабиринтовый диск 32 устанавливается соосно оси 6 между двумя кольцевыми соединительными фланцами 28, 30, на которых он жестко крепится посредством болтов 40, используемых для соединения двух фланцев.

Благодаря отверстию 44, лабиринтовый диск 32 располагается также поперек системы осей 10 турбореактивного двигателя. Отверстие 44 выполняется известным способом на уровне расширенного внутреннего радиального участка 46, являющегося самой толстой частью диска 32 и ограниченного передней 48 и задней 50 поверхностями, размещаемыми под прямым углом к оси 6. Расширенный внутренний радиальный участок 46 или ступица диска имеет вдоль оси 6 фактически одинаковую толщину, которая равна длине отверстия 44 в этом же направлении. Как это известно специалистам в данной области техники и как показано на чертежах, диск (на отрезке радиуса от точки, располагаемой ближе к центральной оси, до точки, располагаемой дальше от центральной оси) содержит ступицу 46, оболочку или фланец и, наконец, в зависимости от потребностей, кольцо.

Согласно данному предпочтительному варианту осуществления изобретения, на расширенном внутреннем радиальном участке или ступице 46 устанавливается кольцевой уравновешивающий захват 52 с уравновешивающими грузами 54. Данный кольцевой уравновешивающий захват 52 изготавливается как единое целое вместе с расширенным внутренним радиальным участком 46, за пределы которого, относительно поверхности 48, он выступает сначала в направлении вперед, а затем в радиальном направлении в сторону центральной оси. В целом захват 52 и прикрепляемые к нему соответствующим образом грузы 54 совместно образуют систему уравновешивания ротора газотурбинной установки 61.

С учетом того, что уравновешивающий захват 52 отличается от вышеупомянутых соединительных фланцев, уравновешивающие грузы 54 могут быть окончательно установлены на захвате 52 перед операцией по присоединению конструкционного узла 1 к другому конструкционному узлу газотурбинной установки. Изготовитель такого конструкционного узла 1 газотурбинной установки, соответственно, имеет возможность обеспечить соответствующую установку уравновешивающей системы, в частности грузов 54 на захвате 52 посредством пар 56 винт/гайка, поскольку последующее соединение данного конструкционного узла 1 с другим конструкционным узлом газотурбинной установки (в данном случае компрессором высокого давления) не требует выполнения операций по демонтажу/монтажу уравновешивающих грузов, предварительно установленных на предназначенном для этой цели захвате 52.

Как это показано на фиг.1, имеется возможность обеспечить выступание уравновешивающего захвата 52 за пределы поверхности 48 в сторону передней части на уровне внешней радиальной оконечности последней, а именно в районе пересечения данной поверхности 48, располагаемой под прямым углом к оси 6, с остальной частью передней боковой поверхности 58 этого диска 32, противоположной задней боковой поверхности 60, ограничивающей пространство для охлаждения 36. Кроме того, следует отметить, что боковые поверхности 58 и 60 располагаются на уровне оболочки или фланца диска 32.

В связи с этим представляется понятным, что уравновешивающий захват 52 не предназначен для соединения с другим конструктивным элементом газотурбинной установки независимо от того, является ли он элементом того же конструкционного узла 1 или соседнего конструкционного узла газотурбинной установки, из чего следует, что он служит исключительно для установки уравновешивающих грузов 54. Таким образом, никакой другой конструктивный элемент газотурбинной установки, за исключением уравновешивающих грузов 54, не крепится на этом кольцевом уравновешивающем захвате 52, который, как это изображено на фиг.1, радиально расположен к оси ближе, чем вышеупомянутые кольцевые соединительные фланцы 28, 30, используемые для крепления турбины высокого давления на компрессоре высокого давления, а также для удержания лабиринтового диска 32.

На фиг.2-4 представлен предпочтительный вариант конструкторского решения кольцевого уравновешивающего захвата 52, устанавливаемого соосно оси 6, которая также называется осью кольцевого захвата.

Кольцевой уравновешивающий захват 52, как правило, состоит из двух частей, прилегающих вплотную друг к другу и смещенных в радиальном направлении 62 захвата, т.е. кольцевой стенки 64, представляющей собой внешнюю радиальную часть данного захвата, и составного элемента с отверстиями 66, являющегося внутренней радиальной частью последнего. Стенка 64 или основная часть захвата 52 представляет собой полнотелый элемент, который включает в себя как единое целое кольцевой связующий элемент 68, обеспечивающий крепление захвата на поверхности 48 расширенного внутреннего радиального участка 46 диска 32.

Стенка 64 имеет радиальное расположение 62 и вытянута в первом направлении 70, соответствующее направлению, ведущему в сторону центральной оси, до зоны, которая называется стыковочной (обозначена на чертеже пунктирной линией 74) и отделяет данную стенку 64 от составного элемента с отверстиями 66, при этом стыковочная зона 74 преимущественно имеет форму условного цилиндра круглого сечения, центрированного по оси 6. Следует отметить, что второе направление 72, взаимосвязанное с радиальным направлением 62 и изображенное на чертежах, представляет собой направление, ориентированное в сторону, удаленную от центральной оси.

Кольцевой составной элемент с отверстиями 66 вытянут в радиальном направлении (в первом направлении 70) от стыковочной зоны 74 до открытой радиальной оконечности захвата 76. Данный участок 66 включает в себя сквозные отверстия 78, каждое из которых вытянуто в радиальном направлении (первом направлении 70) от стыковочной зоны 74 в сторону открытой радиальной оконечности захвата 76. В данном случае отверстия 78 имеют форму выемок, т.е. они вытянуты в радиальном направлении на протяжении всего кольцевого участка с отверстиями 66, поскольку они открыты в радиальном направлении внутрь на уровне открытой радиальной оконечности захвата 76. Другими словами, каждый из них обладает незамкнутым контуром в отличие от круглого отверстия, которое представляет собой замкнутый контур. Например, отверстия 78, как альтернативный вариант (не выходя при этом за рамки настоящего изобретения), могли бы иметь форму круглых отверстий.

Одновременно следует отметить, что каждое сквозное отверстие 78, если следовать второму направлению 72, обладает радиальной вершиной 80, при этом ее верхняя точка располагается в вышеупомянутой стыковочной зоне 74.

Все отверстия 78, как это показано на фиг.4, предназначенные для установки в них пар 56 винт/гайка, обладают фактически одинаковыми формами и размерами. В связи с этим при рассмотрении поперечного сечения захвата, в котором выполнены эти сквозные отверстия 78, или поперечного сечения данной фиг.4 стыковочная зона 74 принимает форму кольца, центрированного относительного оси 6. Более того, можно также увидеть, что радиальная вершина 80 каждого сквозного отверстия 78 представлена точкой, располагаемой на кольце 74, при этом основание каждого отверстия 78 преимущественно имеет небольшую кривизну, ориентированную по радиусу в первом направлении 70 внутрь. В этой связи следует уточнить, что, как показано на фиг.3 (соответствует диаметральному или радиальному сечению), данная радиальная вершина 80 в выполненном сечении принимает форму отрезка прямой, преимущественно параллельной оси 6 (не показана) и вытянутой на всю длину отверстия 78 в направлении той же самой оси. Кроме того, данный отрезок прямой 80 полностью располагается в стыковочной зоне 74.

Как показано на фиг.3, уравновешивающие грузы 54 (на фиг.3 изображен только один) прочно устанавливаются на уравновешивающем захвате 52 посредством одной или нескольких пар 56 винт/гайка, каждая из которых пропускается через одно из отверстий 78, при этом каждый уравновешивающий груз 54 преимущественно крепится на захвате 52 при помощи двух пар 56 винт/гайка, которые проходят в тангенциальном направлении захвата 52 через, соответственно, два следующих непосредственно друг за другом отверстия 78, как это более детально будет описано в последующем.

Кроме того, пара 56 винт/гайка включает в себя винт 84, содержащий головку винта 86, упирающуюся в первую поверхность 90 или заднюю поверхность захвата 52, расположенную фактически под прямым углом к оси 6 и напротив поверхности 48 лабиринтового диска 32. Пара винт/гайка включает в себя также гайку 88, устанавливаемую на резьбовом участке винта, при этом данная гайка 88 упирается во внешнюю поверхность соответствующего уравновешивающего груза 54, внутренняя поверхность которого, в свою очередь, упирается во вторую поверхность 92 или переднюю поверхность захвата 52, которая расположена фактически под прямым углом к оси 6 и напротив первой поверхности 90.

Таким образом, если следовать из передней части в направлении назад, то предусматривается следующая последовательность деталей, а именно гайка 88, уравновешивающий груз 54, захват 52 и, наконец, головка винта 86, при этом данные конструктивные элементы преимущественно соприкасаются друг с другом попарно.

Как это показано на фиг.2-4, с целью не допустить очень сильных напряжений, которые захват 52 испытывает на уровне каждой радиальной вершины отверстия 80, предлагается сместить осевое напряжение, возникающее в результате затягивания соединительного узла, представленного парой 56 винт/гайка, которая проходит через рассматриваемое отверстие, путем использования выемки, расположение которой осуществляется на основании тщательного расчета.

Действительно, для каждого отверстия 78 уравновешивающий захват 52 на своей первой поверхности 90 содержит первую выемку 94, через которую проходит радиальная вершина 80, подвергаемая сильному тангенциальному напряжению, при этом выемка вытянута вдоль стыковочной зоны 74 и размещается по обе стороны от нее в радиальном направлении. Другими словами, выемка 94 располагается как на кольцевой стенке 64, так и на составном элементе с отверстиями. В связи с этим считается возможным полагать, что в этом случае она открывается в рассматриваемое отверстие 78. Как это показано на фиг.3, первая выемка 94 не соприкасается с головкой винта 86, которая, в свою очередь, упирается в уравновешивающий захват 52 на уровне первой поверхности 90 и на определенном расстоянии от радиальной вершины 80, которая испытывает сильное тангенциальное напряжение, что позволяет не прикладывать почти никакого осевого напряжения на уровне этой вершины 80. Испытываемое захватом 52 осевое напряжение возникает в результате затягивания соединительного узла, представленного парой 56 винт/гайка, преимущественно смещается в радиальном направлении согласно второму направлению 72 к середине кольцевой стенки 64, в которую упирается головка винта 86.

Например, выемка 94, вытянутая в первом направлении 70, имеет достаточно большое углубление, позволяющее полностью покрыть вогнутое основание отверстия 78. Таким образом, если следовать в том же первом направлении 70, то головка винта 86 может войти в соприкосновение с профилем отверстия 78 (такая попытка предпринималась в районе зоны радиальной вершины 80).

Для облегчения процесса изготовления, как это лучше всего видно на фиг.4, первые выемки 94 представлены, преимущественно, единым кольцевым пазом 96, который выполняется на первой поверхности 90; при этом данный паз 96, имеющий предпочтительно полукруговое сечение, центрируется относительно оси 6 и располагается вдоль имеющей форму круга стыковочной зоны 74.

Аналогичным образом (ниже приводится менее детализированное описание) уравновешивающий захват 52 для каждого отверстия 78 также содержит на своей второй поверхности 92 вторую выемку 98, проходящую через его радиальную вершину 80 и вытянутую по одну и другую сторону от стыковочной зоны 74; при этом данная вторая выемка 98 не соприкасается с уравновешивающим грузом 52. Кроме того, в данном случае вторые выемки 98 со стороны поверхности 92 в целом могут быть выполнены в виде единого кольцевого паза 99, располагаемого на этой второй поверхности 92; при этом данный паз 99 с преимущественно полукруговым сечением центрируется относительно оси 6 и размещается вдоль имеющей форму круга стыковочной зоны 74. Как правило, первые выемки 94 и вторые выемки 98 в некоторой степени идентичны, поскольку они располагаются преимущественно симметрично относительно определенной поперечной плоскости.

Как показано на фиг.3, каждая вторая выемка 98 не соприкасается с грузом 54. В связи с этим последний упирается в уравновешивающий захват 52 на уровне второй поверхности 92 на расстоянии от радиальной вершины 80, которая испытывает сильное тангенциальное напряжение, что позволяет не прикладывать почти никакого осевого напряжения на уровне этой вершины 80. В этом контексте испытываемое захватом 52 осевое напряжение, возникающее в результате затягивания соединительного узла 56, представленного парой винт/гайка, преимущественно смещается в радиальном направлении, согласно второму направлению 72, к середине кольцевой стенки 64, в которую упирается головка винта 86.

Как показано на фиг.5, изображающей одну из частных форм осуществления изобретения, которая, преимущественно, комбинированно используется при изготовлении выемок (их описание со ссылкой на фиг.2-4 приведено выше), каждый груз 54 (один из них схематично обозначен пунктирными линиями) жестко устанавливается на уравновешивающем захвате 52 посредством двух пар винт/гайка.

Действительно, предусматриваются первая пара винт/гайка (56а), которая содержит первый винт 84, проходящий через первое отверстие 78, а также вторая пара (56b) винт/гайка, которая в свою очередь содержит второй винт 84, проходящий через второе отверстие 78, смещенное относительно первого отверстия 78 в первом направлении 104 тангенциального направления 102; при этом первое направление 104, противоположное по направленности второму направлению 106, соответствует, как это показано на фиг.5, направлению движения по часовой стрелке.

Относительно представленного в схематичном виде второго отверстия 78, принимающего форму выемки, которая также применима и ко всем другим сквозным отверстиям 78, следует отметить, что согласно поперечному сечению захвата, в котором выполнены эти сквозные отверстия 78, или поперечному сечению, изображенному на фиг.5, радиальный оконечный участок 108 рассматриваемого отверстия согласно второму направлению 72, представлен дугой окружности 110 с радиусом R1, по одну и другую сторону которого располагаются две дуги окружности 112 с радиусом R2, который меньше радиуса R1. Дуга окружности 110 образует большую часть оконечного радиального участка 108 и в своей центральной части содержит радиальную вершину 80. С другой стороны, радиус R2 двух дуг окружности 112, которые ограничивают оконечный радиальный участок 108, фактически равен радиусу винта 84, что позволяет, в случае необходимости, обеспечить поверхностное соприкосновение винта 84 с одной из двух дуг окружности 112.

Отверстие 78 имеет ось симметрии 114, имеющую радиальное расположение, т.е. в направлении 62, при этом ось симметрии 114 проходит через ось 6 диска и радиальную вершину 80. Вследствие этого две дуги окружности 112 симметричны оси 114, при этом каждая из них может представлять собой составную часть боковой поверхности отверстия.

Каждое из двух отверстий 78 имеет, соответственно, первую боковую поверхность 116, предпочтительно, начинающуюся на уровне соединения центральной дуги окружности 110 с дугой окружности 112, расположенной в наиболее удаленной точке согласно второму направлению 106, продолжением которой, соответственно, является ровный отрезок, по существу прямой и параллельный радиальному направлению 62 и оси симметрии 114, вплоть до открытой радиальной оконечности захвата 76. Аналогичным образом каждое из отверстий 78 содержит вторую боковую поверхность 118, предпочтительно начинающуюся на уровне соединения центральной дуги окружности 110 с дугой окружности 112, расположенной в наиболее удаленной точке согласно первому направлению 104, продолжением которой, соответственно, является ровный отрезок, по существу прямой и параллельный радиальному направлению 62 и оси симметрии 114, вплоть до открытой радиальной оконечности захвата 76.

Одна из особенностей данной конструкции заключается в возможности предусмотреть, чтобы диаметр каждого винта 84 был меньше тангенциальной ширины отверстия 78, сквозь который он проходит, что позволит обеспечить большую тангенциальную протяженность оконечного радиального участка 108 и, соответственно, уменьшить концентрацию напряжения на радиальной вершине 80 и вокруг нее, в частности, благодаря своей усовершенствованной и пологой форме. В связи с этим предполагается, что максимальное тангенциальное расстояние D между двумя боковыми поверхностями 116, 118, которое соответствует постоянному расстоянию между двумя ровными отрезками этих боковых поверхностей 116, 118, будет больше максимальной тангенциальной длины d данного винта 84, которая фактически равна величине диаметра последнего, при этом соотношение D/d составит 1,2-2, предпочтительно, около 1,5, что позволяет уменьшить тангенциальные напряжения, наиболее сильные из которых локализованы в и вблизи стыковочной зоны боковых поверхностей сквозного отверстия с винтом. Вне минимальной границы этого интервала винт и боковые поверхности соприкасаются или располагаются очень близко друг к другу, что способствует увеличению тангенциальных напряжений, тогда как вне максимальной границы крепление структуры становится ненадежным.

Кроме того, для обеспечения удержания при движении по касательной груза 54 на уравновешивающем захвате 52 в первую очередь предусматривается, чтобы первый винт 84 первой пары 56а винт/гайка упирался в первую боковую поверхность 116 первого сквозного отверстия 78, соприкасался и упирался в ровный участок данной боковой поверхности 116, на краю соединения с дугой окружности 112, как это показано на фиг.5. Таким образом, винт больше не соприкасается ни с дугой окружности 112, ни с центральной дугой окружности 110, включающей в себя радиальную вершину 80. Кроме того, с учетом различных размеров вышеупомянутых конструктивных элементов первый винт 84 располагается на определенном расстоянии от второй боковой поверхности 118, относительно которой он смещен согласно второму направлению 106. Такое положение обеспечивает естественное удержание во втором направлении 106 относительно захвата 52 груза 54, сквозь который почти без зазора пропускается винт 84.

Аналогичным образом предусматривается, чтобы второй винт 84 второй пары 56b винт/гайка упирался во вторую боковую поверхность 118 второго сквозного отверстия 78, соприкасался и упирался в ровный участок данной боковой поверхности 118, на краю соединения с дугой окружности 112, как это показано на фиг.5. Таким образом, винт больше не соприкасается ни с данной дугой окружности 112, ни с центральной дугой окружности 110, включающей в себя радиальную вершину 80. Кроме того, по-прежнему с учетом различных размеров вышеупомянутых конструктивных элементов второй винт 84 устанавливается на определенном расстоянии от первой боковой поверхности 116, относительно которой он смещен в первом направлении 104. Такое положение обеспечивает естественное удержание в первом направлении 104 относительно захвата 52 груза 54, сквозь который почти без зазора пропускается винт 84.

Наконец, для объяснения понятия «смещенное от центра» позиционирование винтов 84 в их соответствующих отверстиях, на фиг.5 можно увидеть, что ось 120 первого винта имеет смещение во втором направлении 106 относительно оси симметрии 114 первого отверстия, в то время как ось 120 второго винта 84 имеет смещение в первом направлении 104 относительно оси симметрии 114 второго отверстия.

Очевидно, что специалистами в данной области техники могут вноситься различные усовершенствования в предложенное изобретение. При этом описание носит иллюстративный, не ограничительный характер. В этом контексте следует отметить, что если при описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения использовались сквозные отверстия, имеющие форму выемок, то, в качестве альтернативного варианта, эти отверстия, не выходя за рамки предлагаемого изобретения, могут представлять собой простые круглые отверстия, просверленные в уравновешивающем захвате.

Система уравновешивания ротора газотурбинной установки содержит уравновешивающий захват, включающий в себя несколько сквозных отверстий. Система также включает в себя несколько уравновешивающих грузов, каждый из которых прочно крепится на уравновешивающем захвате посредством первой и второй пар винт/гайка, содержащих первый винт и второй винт, которые устанавливаются в непосредственно следующих друг за другом первом и втором отверстиях. Каждое из отверстий имеет первую и вторую боковые поверхности, которые располагаются с одной и другой стороны от винта, входящего в состав соответствующей пары винт/гайка. Вторая боковая поверхность смещена относительно первой боковой поверхности в первом направлении, а первое сквозное отверстие смещено относительно второго сквозного отверстия во втором, противоположном первому, направлении. Первый винт упирается в первую боковую поверхность первого сквозного отверстия и располагается на расстоянии от второй боковой поверхности. Второй винт упирается во вторую боковую поверхность второго сквозного отверстия и располагается на расстоянии от первой боковой поверхности. Другими объектами изобретения являются диск ротора газотурбинной установки и конструкционный узел, содержащие описанную выше систему уравновешивания, а также газотурбинная установка, содержащая конструкционный узел. Изобретения позволяют повысить срок использования уравновешивающего захвата и снизить опасность его разрушения. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система уравновешивания ротора газотурбинной установки (61), содержащая уравновешивающий захват (52), включающий в себя несколько сквозных отверстий (78); при этом система включает в себя несколько уравновешивающих грузов (54), каждый из которых прочно крепится на уравновешивающем захвате (52) посредством первой и второй пар винт/гайка (56a, 56b), содержащих соответственно первый винт (84) и второй винт (84), которые устанавливаются в непосредственно следующих друг за другом соответственно первом и втором отверстиях (78, 78); при этом каждое из отверстий (78, 78) имеет первую (116) и вторую (118) боковые поверхности, которые располагаются с одной и другой стороны от винта, входящего в состав соответствующей пары винт/гайка; при этом вторая боковая поверхность (118) смещена относительно первой боковой поверхности (116) в первом направлении (104), а первое сквозное отверстие смещено относительно второго сквозного отверстия во втором (106), противоположном первому, направлении, отличающаяся тем, что первый винт (84) упирается в первую боковую поверхность (116) первого сквозного отверстия (78) и располагается на определенном расстоянии от второй боковой поверхности (118), при этом второй винт (84) упирается во вторую боковую поверхность (118) второго сквозного отверстия (78) и располагается на определенном расстоянии от первой боковой поверхности (116).

2. Система уравновешивания (61) по п.1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении уравновешивающего захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) для каждого из сквозных отверстий (78) максимальное расстояние (D) в направлении (102) между двумя боковыми поверхностями (116, 118) превышает максимальную длину (d) винта (84) в том же направлении; при этом отношение D/d должно составлять 1,2-2.

3. Система уравновешивания (61) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в поперечном сечении уравновешивающего захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) ось симметрии (114) каждого из сквозных отверстий (78) располагается в радиальном направлении, при этом ось (120) винта (84), пропускаемого через отверстие (78), имеет смещение во втором направлении (106) относительно данной оси симметрии (114).

4. Система уравновешивания (61) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) каждое из сквозных отверстий (78) имеет радиальный оконечный участок (108), который образуется дугой круга (110) с радиусом (R1), по обе стороны которого располагаются соответственно две дуги круга (112, 112) с радиусом (R2), который меньше радиуса (R1).

5. Система уравновешивания (61) по п.3, отличающаяся тем, что в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) каждое из сквозных отверстий (78) имеет радиальный оконечный участок (108), который образуется дугой круга (110) с радиусом (R1), по обе стороны которого располагаются соответственно две дуги круга (112, 112) с радиусом (R2), который меньше радиуса (R1).

6. Система уравновешивания (61) по п.4, отличающаяся тем, что радиус (R2) фактически равен радиусу винта (84), пропускаемого через соответствующее отверстие (78).

7. Система уравновешивания (61) по п.5, отличающаяся тем, что радиус (R2) фактически равен радиусу винта (84), пропускаемого через соответствующее отверстие (78).

8. Система уравновешивания (61) по любому из пп.1, 2, 5-7, отличающаяся тем, что каждое сквозное отверстие (78) имеет форму выемки или круглого отверстия.

9. Система уравновешивания (61) по п.3, отличающаяся тем, что каждое сквозное отверстие (78) имеет форму выемки или круглого отверстия.

10. Система уравновешивания (61) по п.4, отличающаяся тем, что каждое сквозное отверстие (78) имеет форму выемки или круглого отверстия.

11. Диск ротора газотурбинной установки, содержащий систему уравновешивания (61) по любому из пп.1-10, при этом уравновешивающий захват (52) удерживается ступицей вышеуказанного диска.

12. Конструкционный узел (1) газотурбинной установки, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну систему уравновешивания (61) по любому из пп.1-10.

13. Конструкционный узел (1) газотурбинной установки по п.12, отличающийся тем, что он является турбиной или компрессором газотурбинной установки.

14. Газотурбинная установка, содержащая конструкционный узел (1) по п.12 или 13.