РАДИАЛЬНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ФЛАНЕЦ, СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ИЛИ СТАТОРА И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК F01D5/06 F01D25/24 

Изобретение относится к кольцевым зажимам в виде фланцев для крепления элементов рабочего колеса или статора, а также к газотурбинному двигателю, содержащему соединение таких зажимов.

В газотурбинном двигателе диски рабочего колеса (например, турбины) соединены между собой зажимами, кольцевыми по радиально внутренней периферии, прижатыми одни к другим и скрепленными вместе болтовым соединением.

Другие элементы, такие как держатели кольцевых дорожек из истираемого материала, также могут содержать по своей внутренней периферии кольцевые фланцы, которые сжаты между кольцевыми зажимами дисков рабочего колеса и скреплены теми же болтами, что и диски рабочего колеса.

Эти кольцевые зажимы обычно выполнены в виде фестонов, то есть содержат чередующиеся выступы и впадины для уменьшения их массы. Проходные отверстия для крепежных болтов выполнены в выступах.

Для соединения многослойных зажимов необходимо, чтобы проходные отверстия, выполненные в выступах зажимов, были все расположены на одной прямой для исключения углового смещения одной из впадин и были выровнены с проходными отверстиями для болтов, выполненными в выступах других зажимов, так как в противном случае такой зажим был бы не скреплен болтами с другими зажимами и мог бы вырваться при работе, что привело бы к серьезным последствиям.

Задачей изобретения является исключение этих недостатков простым, эффективным и экономичным образом.

Для решения этой задачи радиальный кольцевой фланец элемента рабочего колеса или статора, содержащий по внутренней или внешней периферии чередование выступов и впадин, при этом в выступах выполнены проходные отверстия для крепежных болтов, отличающийся тем, что он содержит средства предотвращения неверного углового соединения, образованные, по меньшей мере, дном, по меньшей мере, одной впадины внутренней периферии, или, соответственно, внешней, радиус которой по сравнению с осью турбомашины меньше или, соответственно, больше радиуса круга, внешне или, соответственно, внутренне, касательного к проходным отверстиям болтов выступов для противодействия проходу крепежного болта в этой впадине и обеспечения крепления фланца к другому зажиму в правильном угловом положении.

В соответствии с изобретением когда фланец имеет такое угловое смещение, что его отверстия не находятся на одной линии с отверстиями других зажимов, средства предотвращения неверного соединения обеспечивают то, что, по меньшей мере, дно одной впадины этого фланца размещается на проходе, по меньшей мере, одного крепежного болта, и мешают его введению в отверстия других зажимов, исключая, таким образом, любой риск неверного монтажа этого зажима.

Целесообразно, чтобы упомянутое дно с нижним или, соответственно, верхним радиусом простиралось по всему интервалу между двумя выступами.

Для ограничения повышения массы, вызванного изменением радиуса, по меньшей мере, одной впадины зажима, достаточно, чтобы радиус дна, по меньшей мере, одной впадины, находился бы в пределах между радиусом круга, внутренне касательного к отверстиям выступов, и радиусом круга, внешне касательного к отверстиям выступов.

Предпочтительно, чтобы радиус дна, по меньшей мере, одной впадины был меньше или, соответственно, больше примерно на 10% радиуса внешне или, соответственно, внутренне касательного к отверстиям выступов.

Предпочтительно также, чтобы фланец содержал одно единственное дно впадины, имеющее определенный радиус, такой, как описано выше, причем дисбаланс, создаваемый этим дном выемки, сглаживается обработкой имеющегося на зажиме балансировочного валика при вращении.

Предпочтительно также, чтобы фланец содержал несколько доньев впадин с радиусом, описанным выше, при этом донья равномерно распределены по окружности по внутренней или внешней окружности зажима, что не вызывает дисбаланса при вращении и не требует использования балансировочного валика.

Изобретение касается также соединения элементов рабочего колеса или статора газотурбинного двигателя, содержащего, по меньшей мере, один кольцевой фланец описанного выше типа, соединенный с другими кольцевыми зажимами болтами, размещенными в отверстиях других кольцевых зажимов и в отверстиях выступов упомянутого кольцевого фланца, при этом упомянутое дно меньшего или, соответственно, большего диаметра размещено между двумя выступами упомянутого кольцевого зажима и между двумя выступами, по меньшей мере, одного из других кольцевых зажимов.

Изобретение касается также газотурбинного двигателя, такого как турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающегося тем, что он содержит описанное выше соединение элементов рабочего колеса или статора.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично изображает в частичном осевом разрезе половину вида турбины низкого давления;

Фиг.2 схематично изображает в увеличенном масштабе и в изометрии зону, ограниченную пунктирными линиями на фиг.1, где кольцевой фланец точно закреплен между двумя другими кольцевыми зажимами;

Фиг.3 схематично изображает в той же, что и на фиг.2 изометрической проекции схематичный вид, в котором кольцевой фланец имеет угловое смещение между двумя другими кольцевыми зажимами;

Фиг.4 частично изображает схематичный вид стороны радиального кольцевого фланца по изобретению, иллюстрирующий точное угловое положение;

Фиг.5 частично изображает схематичный вид стороны радиального кольцевого фланца по изобретению, иллюстрирующий неточное угловое положение;

Фиг.6 частично изображает схематичный вид стороны другого варианта осуществления радиального кольцевого фланца по изобретению.

На фиг.1 изображено расположенное по оси 10 рабочее колесо турбины низкого давления, содержащее во внешнем кожухе 16 расположенные поочередно подвижные лопатки 12 и неподвижные лопатки 14. Радиально внутренние края подвижных лопаток 12 закреплены на внешней периферии дисков 18, 20, 22, 24 рабочего колеса. Каждый диск 18, 20, 22, 24 содержит по своей внешней периферии входные 26 и выходные 28 перегородки в форме усеченного конуса для связи с другими дисками с помощью кольцевых зажимов 30, 32, размещенных радиально внутрь и скрепленных между собой болтами 33. Совокупность дисков связана с валом 34 турбины приводным конусом 36, стянутым между кольцевыми зажимами 30, 32 дисков 20 и 22.

Для исключения циркуляции паразитного воздуха между внутренней периферией ряда неподвижных лопаток 14 и входными 26 и выходными 28 перегородками дисков в форме усеченного конуса, между радиальными зажимами 30, 32 выходных 28 и входных 26 перегородок дисков в форме усеченного конуса, размещен радиальный кольцевой фланец 38, несущий на своей внешней периферии лабиринтное уплотнение 38, при этом лабиринтное уплотнение 40 взаимодействует с дорожкой 42 из истираемого материала, расположенной на внутренней периферии ряда неподвижных лопаток 14.

Как изображено на фиг.2, радиальные кольцевые зажимы 30, 32 входных 26 и выходных 28 перегородок в форме усеченного конуса и радиальный фланец 38 лабиринтного уплотнения 40 выполнены в виде фестонов и содержат поочередно расположенные впадины 44 и соответственно выступы 46, 48, 50, причем выступы 46, 48, 50 содержат отверстия 52, предназначенные для пропускания крепежных болтов, осуществляющих жесткое соединение между собой кольцевых зажимов входных 26 и выходных 28 перегородок кольцевого фланцев 38 лабиринтного уплотнения 40.

Однако в процессе установки кольцевого фланца 38 лабиринтного уплотнения 40 на место между кольцевыми зажимами входных 26 и выходных 28 перегородок возможно появление углового сдвига кольцевого фланца 38, что сопровождается тем, что выступы 46, 50 кольцевых зажимов 30, 32 входных 26 и выходных 28 перегородок в форме усеченного конуса аксиально выравниваются, и тем, что выступы 48 кольцевого фланца 38 лабиринтного уплотнения 40 аксиально выравниваются с впадинами 44 кольцевых зажимов 30, 32 входных 26 и выходных 28 перегородок в форме усеченного конуса (фиг.3). Такое позиционирование приводит к тому, что крепежные болты, вставляемые в отверстия 52 зажимов 30, 32 входных 26 и выходных 28 перегородок в форме усеченного конуса, не проходят в отверстие 52 фланца 38 лабиринтного уплотнения 40. Таким образом, фланец 38 лабиринтного уплотнения 40 удерживается в необходимом положении только сжатием зажимов 30, 32 перегородок 26, 28 в форме усеченного конуса и не скрепляются крепежными болтами.

В соответствии с изобретением эти недостатки, а также упомянутые выше недостатки устраняются благодаря тому, что, как изображено на фиг.4, зажим содержит средства для предотвращения неверного углового соединения при его совмещении с другими зажимами, причем эти средства образованы тем, что дно 54, по меньшей мере, одной впадины 44 зажима 38 лабиринтного уплотнения 40 имеет радиус по отношению к оси турбомашины 10, меньший радиуса круга 56, внешне касательного к отверстиям 52 выступов 48.

В процессе сборки фланцы 38 лабиринтного уплотнения 40 между кольцевыми зажимами 30, 32 с угловым смещением таким, что эти впадины 44 аксиально выравниваются с выступами 46, 50 зажимов 30, 32, установка крепежных болтов в отверстие 52 выступов 46, 50 зажимов 30, 32 входных 26 и выходных 28 перегородок в форме усеченного конуса становится невозможной, так как дно 54, по меньшей мере, одной впадины 44, располагается в проходе болта (фиг.5). Таким образом, единственная впадина 44, радиус которой выполнен в соответствии с изобретением, достаточна для обеспечения правильного монтажа.

Предпочтительно, чтобы радиус дна, по меньшей мере, одной впадины 44 находился между радиусом круга 56, внешне касательного к отверстиям 52 выступов 48 и радиусом круга 58, внутренне касательного к тем же отверстиям (фиг.4). Действительно, достаточно, чтобы дно, по меньшей мере, одной впадины 44 находилось между этими двумя кругами для исключения неправильного монтажа радиального фланца 38 лабиринтной прокладки 40.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения радиус дна, по меньшей мере, одной части впадины 44, меньше, примерно, на 10% радиуса круга, касательно внешнего к отверстиям выступов, что является достаточным для компенсации эффекта допуска на обработку зажима и позиционирования отверстий в области выступов зажима и, таким образом, обеспечения предотвращения неверного углового соединения.

В варианте осуществления изобретения, изображенного на фиг.6, фестоны зажимов выполнены по их внешней периферии. В этом случае дно 60, по меньшей мере, одной впадины 44 зажима имеет радиус, который превышает радиус круга 62, касательно внутренний к отверстиям 52 для прохода болтов выступов 48.

Подобным образом, в случае, когда фестоны образованы на внутренней периферии фланца 38, предпочтительно, чтобы радиус дна 60, по меньшей мере, одной впадины 44, заключался бы между радиусом круга 62, внутренне касательного к отверстиям 52 выступов 48 и радиусом круга 64, внешне касательно к тем же отверстиям (фиг.6).

Предпочтительно, чтобы радиус дна 60, по меньшей мере, одной впадины 44 превышал, примерно на 10% радиус круга 62, касательно внутреннего к отверстиям 52 выступов 48.

В варианте осуществления, когда кольцевой зажим содержит одно единственное дно 54, 60 полой части 44, имеющей заданный радиус, как описано выше, по периметру фланца 38 выполняется уравновешивающий поясок для сглаживания при обработке дисбаланса, возникающего при вращении единственного дна 54, 60 впадины 44.

Кольцевой зажим 48 может содержать несколько впадин 44, имеющих описанный выше радиус и равномерно распределенных по внутренней или внешней периферии зажима в зависимости от расположения фестонов радиально внутрь или наружу зажима. В этом случае не нужно предусматривать уравновешивающий поясок, так как равномерное распределение доньев 54, 60 впадин 44 с радиусом по изобретению не вызывает дисбаланса.

Изобретение может также использоваться при соединении более чем трех зажимов. В общем случае, для обеспечения правильного соединения n элементов рабочего колеса или статора достаточно, чтобы n-1 этих элементов содержали каждый радиальный зажим, имеющий, по меньшей мере, одно дно 54, 60 впадины, радиус которой выполнен, как указано выше.

Выполнение дна 54, 60 впадины 44, имеющей указанный выше радиус, является несложным, так как достаточно уменьшить глубину обработки впадины 44 фланца 38. Более того, это дно 54, 60 может служить угловым репером для позиционирования зажима.

Изобретение применимо всякий раз, когда фестонированные кольцевые зажимы скрепляются посредством болтового соединения в особенности в турбомашине.

Радиальный кольцевой фланец содержит на внутренней или внешней периферии чередование выступов, имеющих отверстия для стягивающих крепежных болтов, и впадин, а также средства предотвращения неверного углового соединения, препятствующие прохождению болтов во впадину. Средства предотвращения неверного углового соединения образованы дном, по меньшей мере, одной впадины внутренней или, соответственно, внешней периферии, радиус которой относительно оси турбомашины меньше или, соответственно, больше радиуса круга, внешне или, соответственно, внутренне касательного к отверстиям для прохода болтов в выступах. Другое изобретение группы относится к соединению элементов газотурбинного двигателя, содержащему указанный выше кольцевой фланец, скрепленный при помощи болтов с кольцевыми зажимами. Болты размещены в отверстиях зажимов и в отверстиях выступов фланца, а дно меньшего или, соответственно, большего радиуса размещено между двумя выступами фланца и между двумя выступами, по меньшей мере, одного из зажимов. Еще одно изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанное выше соединение. Изобретение позволяет исключить риск неверного монтажа кольцевого фланца. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Радиальный кольцевой фланец элемента рабочего колеса или статора, содержащий на внутренней или внешней периферии чередование выступов и впадин, при этом выступы содержат отверстия для прохода стягивающих крепежных болтов, причем указанный фланец содержит средства предотвращения неверного углового соединения, образованные дном, по меньшей мере, одной впадины внутренней или, соответственно, внешней периферии, радиус которой относительно оси турбомашины меньше или, соответственно, больше радиуса круга, внешне или, соответственно, внутренне касательного к отверстиям для прохода стягивающих болтов в выступах, препятствующие прохождению стягивающих крепежных болтов в указанную впадину для обеспечения скрепления фланца с другим зажимом в правильном угловом положении.

2. Фланец по п.1, в котором дно с внутренним (или, соответственно, внешним) радиусом простирается по всему интервалу между двумя выступами.

3. Фланец по п.1, в котором радиус дна, по меньшей мере, одной впадины заключается между радиусом круга, внутренне касательного к отверстиям выступов, и радиусом круга, внешне касательного к отверстиям выступов.

4. Фланец по п.1, в котором радиус дна, по меньшей мере, одной впадины меньше или, соответственно, больше примерно на 10% радиуса круга, внешне или, соответственно, внутренне касательного к отверстиям выступов.

5. Фланец по п.1, содержащий одно единственное дно впадины, имеющей вышеописанный радиус, и балансировочный валик, обрабатываемый для сглаживания дисбаланса, создаваемого этим дном впадины.

6. Фланец по п.1, содержащий несколько доньев впадины с описанным выше радиусом, при этом донья равномерно распределены по внутренней или внешней окружности фланца.

7. Соединение элементов рабочего колеса или статора газотурбинного двигателя, содержащее, по меньшей мере, один кольцевой фланец по п.1, скрепленный с кольцевыми зажимами 30, 32 болтами, которые размещаются в отверстиях других кольцевых зажимов и в отверстиях выступов упомянутого кольцевого фланца, при этом упомянутое дно меньшего радиуса или, соответственно, большего радиуса размещено между двумя выступами упомянутого кольцевого фланца и между двумя выступами, по меньшей мере, одного из кольцевых зажимов.

8. Газотурбинный двигатель, такой как турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающийся тем, что он содержит соединение элементов рабочего колеса или статора по п.7.