СИСТЕМА УРАВНОВЕШИВАНИЯ РОТОРА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, ДИСК РОТОРА И КОНСТРУКЦИОННЫЙ УЗЕЛ, СОДЕРЖАЩИЕ 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.

В ходе исследований, проведенных в рамках работ по определению напряжений, которые испытывает уравновешивающий захват, отмечено, что наиболее сильное тангенциальное напряжение было зафиксировано на уровне радиальной вершины каждого сквозного отверстия, а именно в стыковочной зоне и в ее окрестностях. В частности, тангенциальные напряжения связаны в основном с центробежными и тепловыми процессами.

Более того, было установлено, что части уравновешивающего захвата, подвергаемые сильному тангенциальному напряжению, испытывают также и осевое напряжение в результате завинчивания винтовой пары. Таким образом, совокупность этих тангенциальных и осевых напряжений может привести к значительному снижению срока эксплуатации уравновешивающего захвата и даже к его разрушению.

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.

Задача решается тем, что в системе уравновешивания ротора газотурбинной установки, которая содержит кольцевой уравновешивающий захват, включающий в себя 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 стыковочной зоне; при этом система также включает в себя несколько уравновешивающих грузов, которые жестко крепятся на кольцевом уравновешивающем захвате посредством, по меньшей мере, одной пары винт/гайка, пропускаемой через одно из отверстий; при этом один из элементов, гайка, головка винта, упирается в первую поверхность кольцевого уравновешивающего захвата, а уравновешивающий груз - во вторую, противоположную первой, поверхность кольцевого уравновешивающего захвата согласно изобретению.

Согласно изобретению для каждого сквозного отверстия кольцевой уравновешивающий захват на своей первой поверхности содержит первую выемку, через которую проходит радиальная вершина, при этом выемка располагается по обе стороны от стыковочной зоны, не соприкасается с элементом гайка, головка винта, при этом кольцевой уравновешивающий захват на своей второй поверхности содержит вторую выемку, через которую проходит радиальная вершина, при этом выемка, располагаемая по обе стороны от стыковочной зоны, не соприкасается с уравновешивающим грузом.

Таким образом, в изобретении предлагается техническое решение, позволяющее сместить осевые напряжения, возникающие в результате завертывания элементов пары винт/гайка, за пределы зоны кольцевого уравновешивающего захвата, на который вместе с тем оказывают сильное воздействие тангенциальные напряжения, при этом данная зона, как это отмечалось выше, центрирована относительно радиальной вершины соответствующего сквозного отверстия.

Действительно, предусмотренные выемки выполнены таким образом, чтобы они могли иметь выход в соответствующие сквозные отверстия, что обеспечивается путем изготовления этих выемок с одной и с другой стороны данной стыковочной зоны, т.е. одновременно и на кольцевой стенке захвата, и на так называемом участке с отверстиями, который также имеет кольцеобразную форму и включает в себя различные сквозные отверстия. Таким образом, для каждого из отверстий элемент гайка, головка винта более не упирается в радиальную вершину и располагается от нее на расстоянии, равном глубине первой выемки, что не приводит к образованию почти никакого осевого напряжения на радиальной вершине, которая испытывает сильные тангенциальные напряжения, связанные с центробежными и тепловыми процессами.

Вследствие этого осуществляемое в настоящем изобретении разъединение тангенциального и осевого напряжений приводит к увеличению срока эксплуатации уравновешивающих захватов и в значительной степени ограничивает опасность их разрушения.

Предпочтительно, чтобы каждая выемка располагалась вокруг соответствующего сквозного отверстия, на радиальной вершине и рядом с ней. Выемка, которая также подобна полукруглому вырезу или затыловке, могла бы и в большей степени быть вытянутой вокруг отверстия и даже полностью охватывать его, не выходя при этом за рамки изобретения.

Предпочтительно также предусмотреть кольцевой уравновешивающий захват, жестко закрепляемый на диске ротора, в частности на расширенном внутреннем радиальном участке, который также называется ступицей ротора, или совмещаемый с любым из соединительных фланцев, представляющих собой составную часть соответствующего конструкционного узла газотурбинной установки.

Предпочтительно также, чтобы в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями стыковочная зона имела форму круга, центром которого является ось кольцевого захвата.

Целесообразно, чтобы в поперечном сечении кольцевого захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями радиальная вершина каждого сквозного отверстия являлась точкой, располагаемой на поверхности круга, центром которого является ось кольцевого захвата.

Предпочтительно, чтобы первые выемки были выполнены в виде единого кольцевого паза в первой поверхности, центрируемого относительно оси кольцевого захвата, а вторые выемки были выполнены в виде единого кольцевого паза во второй поверхности, также центрируемого относительно оси кольцевого захвата. Такое решение дает преимущества, поскольку позволяет путем одной простой операции по обработке одной из поверхностей кольцевого уравновешивающего захвата получить полную выемку данной поверхности.

Предпочтительно также, чтобы каждый уравновешивающий груз крепился на уравновешивающем захвате посредством двух пар винт/гайка, которые пропускаются через два располагаемых непосредственно друг за другом отверстия.

Предпочтительно также, чтобы для каждого сквозного отверстия головка винта упиралась в первую поверхность уравновешивающего захвата, а гайка - в уравновешивающий груз. Можно было бы предположить и возникновение обратной ситуации, в которой гайка упирается в первую поверхность уравновешивающего захвата, а головка винта - в уравновешивающий груз, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.

Наконец, каждое сквозное отверстие может принимать форму выемки или круглого отверстия. Известно, что выемка, как правило, открыта в первом радиальном направлении, т.е. имеет выход на уровне данной открытой радиальной оконечности захвата, в то время как круглое отверстие в свою очередь имеет закрытый контур.

Еще одним объектом настоящего изобретения является диск ротора газотурбинной установки, который содержит описанную выше систему уравновешивания с вышеупомянутым уравновешивающим захватом, удерживаемым ступицей данного диска, с которой он может составлять единую деталь.

Еще одним объектом настоящего изобретения является конструкционный узел газотурбинной установки, содержащий, по меньшей мере, одну систему уравновешивания ротора, которая была представлена выше.

Преимущественно конструкционным узлом является турбина или компрессор газотурбинной установки высокого или низкого давления.

Наконец, еще одним объектом настоящего изобретения является газотурбинная установка, например авиационный турбореактивный двигатель, содержащая, по меньшей мере, один конструкционный узел, описанный выше.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления, которое не носит 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 варианту осуществления настоящего изобретения;

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

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 представлена часть ротора турбины ВД, устанавливаемой после камеры сгорания 2 турбореактивного двигателя. В этом контексте 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 размещается кольцевой соединительный фланец 24, предназначенный для крепления диска 8 к задней части конструкционного узла (не показан). Как это изображено 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 также содержит кольцевой соединительный фланец 30. Как показано на фиг.1, передний кольцевой соединительный фланец 28 на участке, расположенном сверху расширенной внутренней радиальной части 14, выступает за пределы передней боковой поверхности 26, с которой он составляет единое целое.

Помимо обеспечения соединения с компрессором высокого давления передний кольцевой соединительный фланец 28 обеспечивает также подсоединение располагаемого перед удерживающим лопатки диском 8 лабиринтового диска 32, основной функцией которого, как известно, является 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 в радиальной внешней части, как это схематично показано на фиг.1 стрелкой 38, соединяется с проходящим через лопатки 22 воздушным потоком.

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

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, называемый также «луком-пореем», имеет вдоль оси 6 фактически одинаковую толщину, которая равна длине отверстия 44 в этом же направлении. В этом контексте, как это известно специалистам и как проиллюстрировано 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 вперед, а затем в радиальном направлении в сторону центральной оси. В целом захват 52 и присоединяемые к нему соответствующим образом грузы 54 вместе 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 подсоединению конструкционного узла 1 к другому конструкционному узлу газотурбинной установки. Изготовитель такого конструкционного узла 1 газотурбинной установки, соответственно, способен обеспечить соответствующую установку уравновешивающей системы, в частности уравновешивающих 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 предварительно установленных на предназначенном для этой цели захвате 52 уравновешивающих грузов.

Как показано на фиг.1, можно сделать так, чтобы уравновешивающий захват 52 выступал за пределы поверхности 48 в сторону передней части на уровне внешней радиальной оконечности последней, а именно в районе пересечения поверхности 48, располагаемой под прямым углом к оси 6, с остальной частью передней боковой поверхности 58 диска 32, противоположной задней боковой поверхности 60, являющейся границей пространства 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 представлена одна из особенностей настоящего изобретения, которая состоит в особом конструкторском решении 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, соответствующем 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 участок 66 с отверстиями 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 66 с отверстиями, 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. В этом контексте 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.

Отверстия 78, как показано на фиг.4, предназначенные для установки в них пар 56 винт/гайка, имеют фактически одинаковые формы и размеры. В связи с этим при рассмотрении поперечного сечения захвата, в котором выполнены эти сквозные отверстия 78, или поперечного сечения захвата согласно 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 легкую кривизну, ориентированную по радиусу в первом направлении 70 внутрь. В этом контексте следует уточнить, что, как это 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) жестко 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 ниже.

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 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 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 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 это 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 результате испытываемое захватом 52 осевое напряжение, возникающее 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.

Как показано на фиг.5, изображающей другую особенность, которая может использоваться 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 винтовых пар.

Действительно, предусматриваются первая пара (56а) винт/гайка, 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, которое также применимо 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, оконечный радиальный участок 108 рассматриваемого отверстия согласно второму направлению 72, представлен дугой окружности 110 с радиусом R1, по одну и другую сторону которой располагаются две дуги окружности 112 с радиусом R2, который меньше радиуса R1. Дуга окружности 110 образует большую часть этого оконечного радиального участка 108 и в своей центральной части содержит вышеупомянутую радиальную вершину 80. С другой стороны, радиус R1 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.

Преимущественно отверстие 78 имеет ось симметрии 114, имеющую радиальное расположение, т.е. в направлении 62, при этом данная 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 тангенциальной оконечности отверстия.

Таким образом, каждое из двух отверстий 78 имеет первую боковую поверхность тангенциальной оконечности 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. Аналогично каждое из отверстий 78 содержит вторую боковую поверхность тангенциальной оконечности 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 которое 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 тангенциальной оконечности 116, 118, которое соответствует постоянному расстоянию между двумя ровными отрезками этих боковых поверхностей 116, 118, будет больше максимальной длины d по касательной 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 тангенциальной оконечности 116 первого сквозного отверстия 78 и 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 различия в размерах вышеупомянутых конструктивных элементов первый винт 84 располагается на определенном расстоянии от второй боковой поверхности тангенциальной оконечности 118, относительно которой он смещен по касательной согласно второму направлению 106. Такое положение обеспечивает естественное удержание груза 54, сквозь который почти без зазора пропускается винт 84, во втором направлении 106 относительно захвата 52.

Аналогичным образом предусматривается, чтобы второй винт 84 второй пары 56b винт/гайка упирался во вторую боковую поверхность тангенциальной оконечности 118 второго сквозного отверстия 78 и 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 дугой окружности 112, ни с центральной дугой окружности 110, включающей в себя радиальную вершину 80. Кроме того, по-прежнему с учетом различия в размерах вышеупомянутых конструктивных элементов второй винт 84 устанавливается на определенном расстоянии от первой боковой поверхности тангенциальной оконечности 116, относительно которой он смещен по касательной в первом направлении 104. Такое положение обеспечивает естественное удержание груза 54, сквозь который почти без зазора пропускается винт 84, в первом направлении 104 относительно захвата 52.

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 тангенциальное смещение во втором направлении 106 относительно оси симметрии 114 первого отверстия, в то время как ось 120 второго винта 84 имеет тангенциальное смещение в первом направлении 104 относительно оси симметрии 114 второго отверстия.

В заключение следует отметить, что специалистами могут вноситься различные усовершенствования в вышеописанное изобретение. При этом следует учесть, что описание изобретения носит иллюстративный, неограничительный характер. В этой связи 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 при этом 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 кольцевую стенку. Кольцевая стенка захвата ограничена в первом радиальном направлении стыковочной зоной, после которой в первом радиальном направлении в сторону открытой радиальной оконечности захвата проходит множество сквозных отверстий. Каждое сквозное отверстие, проходящее во втором, противоположном первому, направлении, содержит радиальную вершину, точка которой располагается в данной стыковочной зоне. Система уравновешивания дополнительно включает в себя несколько уравновешивающих грузов, которые жестко крепятся на уравновешивающем захвате посредством, по меньшей мере, одной пары винт/гайка, пропускаемой через одно из данных отверстий. Один из элементов, гайка, головка винта, упирается в первую поверхность уравновешивающего захвата, а уравновешивающий груз упирается во вторую, противоположную первой, поверхность уравновешивающего захвата. Для каждого сквозного отверстия уравновешивающий захват на своей первой поверхности содержит первую выемку, через которую проходит радиальная вершина, при этом первая выемка располагается по обе стороны от стыковочной зоны и не соприкасается с гайкой или головкой винта. Уравновешивающий захват на своей второй поверхности содержит вторую выемку, через которую проходит радиальная вершина, при этом вторая выемка располагается по обе стороны от стыковочной зоны и не соприкасается с уравновешивающим грузом. 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 долговечность и надежность уравновешивающего захвата. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система уравновешивания ротора газотурбинной установки (61), содержащая уравновешивающий захват (52), включающий в себя кольцевую стенку (64), ограниченную в первом радиальном направлении (70) стыковочной зоной (74), после которой в первом радиальном направлении (70), в сторону открытой радиальной оконечности захвата (76) проходит множество сквозных отверстий (78); при этом каждое сквозное отверстие (78), проходящее во втором (72), противоположном первому (70) направлении, содержит радиальную вершину (80), точка которой располагается в данной стыковочной зоне (74); при этом система дополнительно включает в себя несколько уравновешивающих грузов (54), которые жестко крепятся на уравновешивающем захвате (52) посредством, по меньшей мере, одной пары (56)винт/гайка, пропускаемой через одно из данных отверстий (78); при этом один из элементов - гайка (88), головка винта (86), упирается в первую поверхность (90) уравновешивающего захвата (52), а уравновешивающий груз (54) упирается во вторую (92), противоположную первой (90), поверхность уравновешивающего захвата (90), отличающаяся тем, что для каждого сквозного отверстия (78) уравновешивающий захват (52) на своей первой поверхности (90) содержит первую выемку (94), через которую проходит радиальная вершина (80); при этом первая выемка (94) располагается по обе стороны от стыковочной зоны (74) и не соприкасается с гайкой или головкой винта (86); при этом данный уравновешивающий захват (52) на своей второй поверхности (92) содержит вторую выемку (98), через которую проходит радиальная вершина (80); при этом вторая выемка (98) располагается по обе стороны от стыковочной зоны (74), не соприкасается с уравновешивающим грузом (54).

2. Система уравновешивания (61) по п.1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) стыковочная зона (74) имеет форму круга, центром которого является ось кольцевого захвата (6).

3. Система уравновешивания (61) по п.2, отличающаяся тем, что в поперечном сечении захвата с выполненными в нем сквозными отверстиями (78) радиальная вершина (80) каждого сквозного отверстия представлена точкой, располагаемой на поверхности круга (74), центром которого является ось кольцевого захвата (6).

4. Система уравновешивания (61) по п.2 или 3, отличающаяся тем, что первые выемки (94) выполнены в виде единого кольцевого паза (96), выполняемого на первой поверхности (90), при этом паз центрируется относительно оси кольцевого захвата (6), а вторые выемки (98) выполнены в виде единого кольцевого паза (99), который выполняется на второй поверхности (92) и центрируется относительно оси кольцевого захвата (6).

5. Система уравновешивания (61) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждый уравновешивающий груз (54) крепится на уравновешивающем захвате (52) посредством двух пар (56) винт/гайка, которые пропускают, соответственно, через два располагаемых непосредственно друг за другом отверстия (78).

6. Система уравновешивания (61) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в каждом сквозном отверстии (78) головка винта (86) упирается в первую поверхность (90) уравновешивающего захвата (52), причем гайка (88) упирается в уравновешивающий груз (54).

7. Система уравновешивания (61) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что каждое сквозное отверстие (78) принимает форму выемки или круглого отверстия.

8. Диск ротора газотурбинной установки, содержащий систему уравновешивания (61) по любому из предыдущих пунктов, при этом уравновешивающий захват (52) удерживается ступицей вышеупомянутого диска.

9. Конструкционный узел (1) газотурбинной установки, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну систему уравновешивания (61) по любому из пп.1-7.

10. Конструкционный узел (1) газотурбинной установки по п.9, отличающийся тем, что он является турбиной или компрессором газотурбинной установки.

11. Газотурбинная установка, содержащая конструкционный узел (1) по п.9 или 10.