ЛОПАТОЧНЫЙ УЗЕЛ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2016 года по МПК F01D5/30 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к турбине, в частности к лопатке турбины, более конкретно, к лопатке со стопорным элементом для обеспечения аксиального закрепления лопатки относительно диска ротора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газовая турбина содержит роторный узел, который обычно включает в себя лопатки, прикрепленные к диску ротора. Каждая лопатка содержит хвостовик, полку и перо. Хвостовик каждой лопатки обычно имеет так называемую «елочную» конфигурацию для обеспечения надежного крепления к периферии диска, чтобы все еще иметь запас для теплового расширения. Крепление лопатки к диску ротора елочного типа эффективно в сдерживании радиального и кругового перемещений лопаток относительно диска ротора, против радиальных центробежных сил. Однако при работе на высокой скорости при высокой температуре газотурбинного двигателя аксиальный поток воздуха или газа через роторный узел прикладывает постоянную аксиальную силу к лопаткам, чтобы сместить хвостовик лопаток вдоль оси относительно гнезд елочного типа на окружности диска ротора. Чтобы сдерживать лопатки против аксиальной силы, обычной практикой стало использование различных удерживающих систем.

Традиционное решение состоит в применении стопорной шайбы, чтобы закрепить лопатку относительно гнезд в диске ротора. Однако стопорная шайба должна быть изогнута при сборке, что увеличивает сложность процесса сборки и может вызвать ошибки.

В US 4349318 раскрывается стопорный узел лопатки, включающий в себя непрерывный стопор проволочного типа, в целом цилиндрическую стопорную пластину и разрезное стопорное кольцо. Кольцеобразные пазы или углубления образуются посредством обработки на диске ротора и хвостовиках лопаток для вмещения отдельных стопорных элементов.

В EP 0761930 A1 раскрывается удерживающая пластина, расположенная в радиально внутренних и внешних гнездах, что предотвращает аксиальное перемещение хвостовиков в их гнездах. Стопорный элемент расположен между смежной парой удерживающих пластин, чтобы предотвратить их круговое перемещение относительно диска. Стопорный элемент, в свою очередь, взаимодействует с диском, чтобы закреплять себя на диске.

Из указанной выше ссылки можно видеть, что современные аксиальные стопорные системы либо требуют дополнительной обработки в процессе сборки, либо имеют сложную конструкцию, что вызывает высокую стоимость продукта и более высокую вероятность поломок.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предоставление лопатки турбины с простым стопорным элементом для аксиального закрепления лопатки относительно диска ротора.

Другой задачей настоящего изобретения является предоставление отказоустойчивого решения в процессе сборки стопорного элемента.

Задачи решены посредством лопатки турбины, содержащей перо, полку и хвостовую часть, выполненную с возможностью приема в установочные гнезда диска ротора. Лопатка дополнительно содержит стопорный элемент, расположенный на хвостовой части и взаимодействующий с диском ротора для обеспечения аксиального закрепления лопатки на диске ротора.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения стопорный элемент является стопорным штифтом, расположенным между хвостовой частью и диском ротора, стопорный штифт, содержащий первый выступ для взаимодействия с первым пазом в хвостовой части, и второй выступ для взаимодействия со вторым пазом в диске ротора.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения первый и второй выступы расположены на одном конце стопорного штифта для приема первым и вторым пазом соответственно.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения стопорный штифт содержит третий выступ на своем другом конце для упора в компонент, расположенный рядом с лопаткой в аксиальном направлении ротора.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения компонент содержит тепловой экран с противовращательным элементом для взаимодействия с третьим выступом стопорного штифта.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения противовращательный элемент имеет такой размер и расположен таким образом, чтобы противовращательный элемент взаимодействовал с третьим выступом стопорного штифта, как первый и второй выступы стопорного штифта взаимодействуют с первым и вторым пазами соответственно.

Согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения стопорный элемент или стопорный штифт расположен на обеих сторонах хвостовой части.

Техническое решение по настоящему изобретению обеспечивает лопатку с простой и экономичной аксиальной стопорной системой для обеспечения аксиального закрепления лопатки относительно диска ротора, а также отказоустойчивое решение в процессе сборки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение далее пояснено более подробно посредством различных вариантов осуществления и со ссылкой на чертежи.

Фиг.1 показывает схематичный общий вид узла лопатки турбины со стопорным штифтом согласно вариантам осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 показывает вид спереди узла лопатки по фиг.1; и

Фиг.3 показывает вид сбоку в поперечном сечении узла лопатки.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 показывает схематичный вид узла лопатки турбины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Лопатка 100 содержит перо 111, полку 112 и хвостовую часть 101. Хвостовая часть «елочного» типа выполнена с возможностью приема в установочных гнездах диска 102 ротора. Чтобы показать полную хвостовую часть 101, диск 102 ротора не показан на фиг.1, но его можно видеть на фиг.3, которая показывает вид в поперечном сечении узла хвостовой части 101 и диска 102 ротора.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения лопатка 100 дополнительно содержит стопорный элемент, расположенный на хвостовой части 101 и взаимодействующий с диском 102 ротора для обеспечения аксиального закрепления лопатки относительно диска 102 ротора.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения стопорный элемент выполнен в виде стопорного штифта 106, как показано на фиг.1. Стопорный штифт 106 расположен между хвостовой частью 101 и диском 102 ротора, что можно видеть в виде в поперечном сечении по фиг.3. Со ссылкой на фиг.1 и фиг.2, первый выступ 107 и второй выступ 108 соответственно расположены на стопорном штифте 106 в радиальном направлении. Первый паз 104 расположен в хвостовой части 101, чтобы принимать первый выступ 107; второй паз 105 расположен на диске 102 ротора, чтобы принимать второй выступ 108.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, первый выступ 107 и второй выступ 108 расположены на одном конце стопорного штифта 106 в радиальном направлении. Первый паз 104 и второй паз 105 соответственно выполнены на хвостовой части 101 и диске 102 ротора в соответствующем положении, чтобы принимать первый выступ 107 и второй выступ 108. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что два выступа не обязательно располагаются на одном конце стопорного штифта 106. Например, выступы 107, 108 также могут быть смещены вдоль аксиального направления стопорного штифта 106 до тех пор, пока они будут приняты в соответствующих пазах.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, третий выступ 109 расположен в другом конце стопорного штифта 106, противоположном тому концу, в котором расположены выступы 107, 108. Как показано на фиг.1, тепловой экран 103 расположен рядом с хвостовой частью 101 лопатки в аксиальном направлении. Тепловой экран 103 содержит противовращательный элемент 110. Противовращательный элемент 110 имеет такой размер и расположен таким образом, чтобы он взаимодействовал с третьим выступом 109 стопорного штифта 106, как первый и второй выступы 107 и 108 стопорного штифта взаимодействуют с первым и вторым пазами 104 и 105 соответственно.

В процессе сборки, после установки лопатки 100 и диска 102 ротора, стопорный штифт 106 вставляется между хвостовой частью 101 и диском 102 ротора. После вставки стопорный штифт 106 должен быть повернут на определенный угол, чтобы первый и второй выступы 107 и 108 могли блокироваться в соответствующих пазах 104 и 105 соответственно. Однако, так как выступы 107, 108 и пазы 104, 105 могут быть не видны после вставки стопорного штифта 106, сложно оценить, установлен ли штифт на место. Эта проблема может быть решена посредством расположения противовращательного элемента 110 и его взаимодействия с третьим выступом 109 штифта 106, как упоминалось выше, в этом случае противовращательный элемент 110 также может работать, как элемент установки положения для стопорного штифта 106. В частности, после установки стопорного штифта тепловой экран 103 собирается в аксиальном направлении рядом с хвостовой частью 101. Однако, если стопорный штифт 106 не на месте, противовращательный элемент 110 застрянет на третьем выступе 109. Значит, тепловой экран 103 не может быть собран на месте. Только когда стопорный штифт 106 поворачивается в положение блокировки, тепловой экран 103 может устанавливаться правильно, с противовращательным элементом 110, взаимодействующим с третьим выступом 109. Таким образом, достигается отказоустойчивость для сборки стопорного штифта.

Специалистам в данной области техники следует понимать, что противовращательный элемент также может располагаться на других компонентах, отличных от теплового экрана, до тех пор, пока достигается отказоустойчивость для сборки стопорного штифта.

Дополнительно, как показано на фиг.3, стопорные штифты 106 могут располагаться на обеих сторонах каждой хвостовой части 101.

Несмотря на то что изобретение было описано подробно в связи лишь с ограниченным количеством вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Скорее, изобретение может быть модифицировано, чтобы включать в себя любое количество изменений, исправлений или эквивалентных расположений, не описанных до сих пор в материалах настоящей заявки, но которые соответствуют сущности и объему изобретения. Дополнительно, в то время как были описаны различные варианты осуществления изобретения, стоит понимать, что аспекты изобретения могут включать в себя лишь некоторые из описанных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не должно рассматриваться как ограниченное предыдущим описанием, но ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 - Лопатка

101 - Хвостовая часть

102 - Диск ротора

103 - Тепловой экран

104 - Первый паз

105 - Второй паз

106 - Стопорный штифт

107 - Первый выступ

108 - Второй выступ

109 - Третий выступ

110 - Противовращательный элемент

111 - Перо

112 - Полка

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при аксиальном закреплении лопатки турбины относительно диска ротора. Лопатка имеет перо, полку и хвостовую часть, а также стопорный штифт. Хвостовая часть лопатки выполнена с возможностью размещения в установочном гнезде диска ротора, а стопорный штифт расположен между хвостовой частью и диском. Стопорный штифт содержит радиально расположенные первый выступ и второй выступ. На хвостовой части лопатки выполнен первый паз для приема первого выступа с возможностью блокировки, а на диске ротора - второй паз для приема второго выступа с возможностью блокировки. В результате обеспечивается простая и экономичная стопорная система для закрепления лопатки относительно диска ротора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопаточный узел для турбины, содержащий лопатку (100), имеющую перо (111), полку (112) и хвостовую часть (101), диск (102) ротора и стопорный штифт (106), при этом
хвостовая часть лопатки выполнена с возможностью размещения в установочном гнезде диска ротора, а стопорный штифт расположен между хвостовой частью (101) и диском (102) ротора, отличающийся тем, что
стопорный штифт (106) содержит радиально расположенные первый выступ (107) и второй выступ (108), при этом на хвостовой части (101) лопатки выполнен первый паз (104) для приема первого выступа (107) с возможностью блокировки, а на диске (102) ротора - второй паз (105) для приема второго выступа (108) с возможностью блокировки.

2. Лопаточный узел по п.1, отличающийся тем, что первый и второй выступы (107, 108) смещены вдоль аксиального направления стопорного штифта (106).

3. Лопаточный узел по п.1, отличающийся тем, что первый и второй выступы (107, 108) расположены на одном конце стопорного штифта.

4. Лопаточный узел по п.3, отличающийся тем, что стопорный штифт содержит третий выступ (109), расположенный на другом конце стопорного штифта для упора в предусмотренный рядом с лопаткой компонент (103), расположенный в аксиальном направлении ротора.

5. Лопаточный узел по п.4, отличающийся тем, что на компоненте (103) рядом с хвостовой частью расположен в аксиальном направлении противовращательный элемент (110) с возможностью взаимодействия с третьим выступом стопорного штифта.

6. Лопаточный узел по п.5, отличающийся тем, что указанный компонент (103) представляет собой тепловой экран.

7. Лопаточный узел по п.1, отличающийся тем, что стопорный штифт расположен на обеих сторонах хвостовой части лопатки.

8. Лопаточный узел по п.1, отличающийся тем, что хвостовая часть лопатки представляет собой хвостовую часть елочного типа.

9. Способ сборки лопаточного узла для турбины по любому из пп.1-8, характеризующийся тем, что он включает установку лопатки (100) в диск (102) ротора, введение стопорного штифта (106) между хвостовой частью (101) лопатки и диском ротора, поворот стопорного штифта с обеспечением блокировки первого выступа (107) стопорного штифта в первом пазу (104), расположенном на хвостовой части, и блокировки второго выступа (108) стопорного штифта во втором пазу, расположенном на диске ротора.

10. Способ по п.9, в котором противовращательный элемент (110) располагают с обеспечением взаимодействия с третьим выступом (109) стопорного штифта.