РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ ГТД Российский патент 2014 года по МПК F01D5/24 

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей (ГТД), в частности, к конструкции малоразмерного осевого лопаточного колеса, и может применяться в области турбомашиностроения.

Известно рабочее колесо осевой турбины с бандажными полками по периферии лопаток, имеющими разъем, с охватывающими бандаж пластинами, перекрывающими зону разъема (см. авторское свидетельство СССР №787689, кл. МКИ F01D 5/22, 1980 г. [1]). Недостатками данной конструкции является значительная трудоемкость изготовления, связанная с изготовлением и установкой пластин, а также ненадежное удержание пластин на бандаже под воздействием вибрационных нагрузок при работе турбины.

Известно рабочее колесо осевой турбины, включающее диск и установленные на его ободе лопатки, каждая из которых имеет бандажную полку на периферии пера, в бандажной полке каждой лопатки выполнен паз, образующий кольцевую канавку, в которую установлен проволочный демпфер (см. А.В. Левин, К.Н. Боришанский, Е.Д. Консон «Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин», Ленинград, 1981 г., с.20 и 626 [2]). Проволочный демпфер устанавливается в связи с тем, что при малой закрученности лопаток необходимый контакт по бандажным полкам колеса не обеспечивается, так как в процессе эксплуатации возникает зазор между полками вследствие недостаточной раскрутки лопаток и последующего увеличения зазора от износа при вибрационном контакте. Поверхность контакта между проволочным демпфером и бандажной полкой в данной конструкции относительно невелика. Подобная конструкция применима для наборных колес турбины, где вибрационная надежность лопаток обеспечивается как демпфированием в бандаже, так и за счет рассеяния энергии колебаний в замковом соединении лопаток с диском.

В основу предлагаемого изобретения положена задача повышения вибрационной надежности рабочих колес осевых турбомашин, в которых диск выполнен заодно с лопатками и бандажом на периферийной части лопаток.

Предлагается конструкция рабочего колеса осевой турбомашины, содержащего диск, выполненный заодно с лопатками и бандажом на периферийной части лопаток. Бандаж имеет сквозные осевые или наклонные к оси колеса прорези через определенное количество лопаток, образующие секторы, объединяющие одну или несколько лопаток. Прорези бандажа предназначены для компенсации температурных расширений и предотвращения трещин. По краям бандажа, на внутренней его поверхности, выполнены кольцевые канавки, в которые устанавливается проволочный демпфер. На внутренней поверхности прорезей выполнены фаски, образующие осевые или наклонные к оси колеса канавки. Укладка проволочного демпфера выполнена зигзагообразно таким образом, что в пределах одного сектора бандажа проволочный демпфер установлен в кольцевую канавку с одной стороны бандажа, например со стороны выходных кромок лопаток, в зоне прорези бандажа проволочный демпфер проложен вдоль осевой или наклонной канавки, далее - установлен в кольцевую канавку смежного сектора бандажа со стороны входных кромок лопаток. Возникающие во время работы вибрации рабочих лопаток гасятся за счет сил трения, возникающих при вращении рабочего колеса между бандажом и проволочным демпфером, при этом дополнительное рассеяние энергии колебаний происходит по местам стыков смежных секторов бандажа.

Такое выполнение рабочего колеса турбомашины и расположение проволочного демпфера позволяет повысить надежность рабочего колеса, при достаточно простой его конструкции, за счет повышения эффективности демпфирования колебаний лопаток вследствие увеличения протяженности участков и поверхности контакта проволочного демпфера с бандажом. Кроме этого, данная конструкция способствует гашению не только изгибных, но и крутильных колебаний. При этом газодинамическая эффективность турбомашины не снижается, так как отсутствуют элементы, загромождающие проточную часть, а участки проволочного демпфера в осевых или наклонных канавках дополнительно выполняют функцию уплотнения прорезей бандажа.

На фиг.1 изображен продольный разрез рабочего колеса турбины, в котором диск выполнен заодно с лопатками и бандажом. На фиг.2 изображен разрез бандажа. На фиг.3 изображена развертка бандажа с проволочным демпфером. На фиг.4 изображен вид Б на прорезь бандажа с проволочным демпфером. На фиг.5 изображен вид Б на прорезь бандажа, при этом проволочный демпфер не показан.

Рабочее колесо содержит диск 1, выполненный заодно с рабочими лопатками 2 и кольцевым бандажом 3. В бандаже выполнены сквозные прорези 4, расположенные вдоль оси колеса или под наклоном к оси. Прорези 4 в бандаже 3 могут быть выполнены как через каждую лопатку, так и через определенное количество лопаток, образуя сектора 5. По краям бандажа 3, на внутренней его поверхности, выполнены кольцевые канавки 6, в которые установлен проволочный демпфер 7. На внутренней поверхности прорезей 4 бандажа 3 выполнены фаски 8, образующие осевые или наклонные к оси колеса канавки 9. Проволочный демпфер 7 установлен в канавки 6 и канавки 9 зигзагообразно таким образом, что в пределах одного сектора 5 бандажа 3 проволочный демпфер 7 установлен в канавку 6 с одной стороны бандажа, например со стороны выходных кромок лопаток, затем в зоне прорези 4 проволочный демпфер 7 проложен вдоль осевой или наклонной канавки 9, далее проволочный демпфер установлен в канавку 6 смежного сектора бандажа со стороны входных кромок лопаток. Края 10 буртов 11 бандажа 3 выполнены с утонением для того, чтобы завальцовкой края обеспечить удержание проволочного демпфера 7 в канавках 6. Проволочный демпфер может быть выполнен цельным, либо набранным из сегментов.

В процессе работы турбомашины демпфирование колебаний лопаток 2 достигается за счет сил трения, возникающих при вращении рабочего колеса, между бандажом 3 и проволочным демпфером 7, как в зоне канавок 6, так и по местам стыков смежных секторов бандажа - в канавках 9 под прорезями 4.

Такое конструктивное исполнение рабочего колеса обеспечивает демпфирование колебаний лопаток турбомашин, в частности в рабочих колесах, выполненных заодно с лопатками.

Представленный вариант колеса позволяет повысить надежность рабочего колеса, при достаточно простой его конструкции, за счет повышения эффективности демпфирования колебаний лопаток вследствие увеличения поверхности контакта проволочного демпфера 7 с бандажом 3. Кроме этого, данная конструкция способствует гашению не только изгибных, но и крутильных колебаний. Газодинамическая эффективность турбомашины при этом не снижается, так как проволочный демпфер 7 не загромождает проточную часть турбомашины, а участки проволочного демпфера 7 в зоне перехода между канавками 6 смежных секторов 5 дополнительно выполняют функцию уплотнения прорезей 4 бандажа от перетекания рабочего тела (газа).

Предлагаемая конструкция демпфирующего элемента применима как для цельнолитых колес турбомашин, так и для колес с неразъемным соединением отдельно изготовленных диска и лопаток, а также для наборных колес с замковым соединением лопаток с диском. В последних двух случаях укладка переходных участков проволочного демпфера между кольцевыми канавками бандажных полок смежных лопаток производится вдоль стыка торцов смежных полок, с внутренней стороны.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности к конструкции малоразмерного осевого лопаточного колеса. Рабочее колесо содержит диск, выполненный заодно целое с лопатками и бандажом, установленным на периферийной части лопаток, а также проволочный демпфер. Бандаж имеет сквозные осевые или наклонные прорези, на внутренних поверхностях которых выполнены фаски, образующие осевые или наклонные канавки. По краям бандажа, на его внутренней поверхности, выполнены кольцевые канавки, в которые установлен проволочный демпфер. Проволочный демпфер уложен зигзагообразно, причем в пределах одного сектора бандажа между ближайшими прорезями проволочный демпфер установлен в кольцевую канавку с одной стороны бандажа. В зоне прорези проволочный демпфер проложен вдоль осевой или наклонной канавки, а затем проволочный демпфер установлен в кольцевую канавку смежного сектора бандажа с противоположной стороны бандажа. Изобретение позволяет повысить надежность рабочего колеса без снижения газодинамической эффективности турбомашины. 5 ил.

Рабочее колесо осевой турбомашины ГТД, содержащее диск, выполненный заодно целое с лопатками и бандажом на периферийной части лопаток, имеющим сквозные осевые или наклонные прорези, содержащее устройство демпфирования в виде проволочного демпфера, отличающееся тем, что на внутренней поверхности бандажа по его краям выполнены кольцевые канавки, в которые установлен проволочный демпфер, причем на внутренних поверхностях прорезей бандажа выполнены фаски, образующие осевые или наклонные канавки, при этом укладка проволочного демпфера выполнена зигзагообразно таким образом, что в пределах одного сектора бандажа между ближайшими прорезями проволочный демпфер установлен в кольцевую канавку с одной стороны бандажа, в зоне прорези проволочный демпфер проложен вдоль осевой или наклонной канавки, затем проволочный демпфер установлен в кольцевую канавку смежного сектора бандажа с противоположной стороны бандажа.