Устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток турбомашины Советский патент 1992 года по МПК F01D5/32 F04D29/32 

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в паровых и газовых турбинах, осевых компрессорах и т. д. Известно, что рабочие лопатки с осевой заводкой на рабочий диск турбомашины необходимо фиксировать в осевом направлении с целью предотвращения их смещения в пазах диска во время монтажа турбомашины, ее транспортировки и эксплуатации. Недостаток заключается в невозможности замены одной, вышедшей из строя в процессе эксплуатации, рабочей лопатки без демонтажа всего облапатывания. Это приводит к необоснованным затратам материальныхи временных ресурсов при ремонте турбомашины. Узкое функциональное назначение самих фиксирующих элементов не позволяет полнее использовать возможности существующих конструктивных схем и, в конечном итоге, негативно сказывается на характеристиках турбомашин. Известны устройства, позволяющие снять с рабочего диска турбомашины одну рабочую лопатку без демонтажа облапатыва(, которые содержат каналы, каждый из которых образован соосными радиальными отверстиями, выполненными в нижней часги хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие. Такое техническое решение позволяет осуществить жесткую фиксацию от осевого смещения рабочей лопатки во время эксплуатации благодаря действию на шарик центробежной силы, обусловленной вращением рЬтора турбомашины, а также снять одну рабочую лопатку без демонтажа всего облапатываиия за счет ввода стержня. Однако данное устройство не позволяет осуш.ествить надежную фиксацию рабочих лопаток во время монтажа турбомашины и ее транспортировки, что неблагоприятно сказывается на работоспособности устройства в целом. Целью изобретения является демпфирование колебаний рабочих лопаток, связанных или не связанных между собой демпфирующими связями, полками или бандажом, с помощью устройства, предназначенного для фиксации рабочих лопаток турбомашины от осевого смещения. Указанная цель достигается тем, что устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток в дискеУурбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверстиями, выполненными в нижней части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с за зором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие, дополнительно содержит установленные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, в радиальном отверстии диска с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца расположен шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала хвостовика, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика, при этом пальцы соседних хвостовИков, выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. Эффект демпфирования может быть усилен, если каждый палец в зоне контакта хвостовика и диска снабдить сферической выемкой, при этом размеры выемок на соседних пальцах выполнить неравными друг другу. Аналогичный эффект будет иметь место, если каждый канал расположить под углом к радиальному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравными друг другу, Наличие каналов, образованных соосными радиальными отверстиями, выполненными в части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска турбомашины, необходимо для расположения в них шарика, фиксирующего цилиндрического пальца и упругого элемента. Наличие упругого элемента необходимо для фиксации положения цилиндрического пальца и шарика при невращающемся роторе. Его присутствие не сужает .область использования предлагаемого устройства так как в настояш.ее время широко используются пружины , работающие в среде, температура которой превышает 450 С. Кроме того, закрепив нижний конец пружины на дне радиального отверстия, выполненного в соответствующей периферийной части диска, любым из известных способов, можно не обращать внимания на температуру рабочей среды с точки зрения работоспособности пружины. Наличие осевого отверстия, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверстия в хвостовике, позволяет при ввопе в него ключа посредством шарика отжимать подпружиненный цилиндрический палец и легко снимать одну рабочую лопатку, вышедшую из строя в процессе эксплуатации, без демонтажа всего облапатывания. Наличие цилиндрического пальца необходимо для жесткой фиксации рабочей лопатки кзк во время эксплуатации турбомашины, так и во время ее монтажа и транспортировки.

Кроме того, исполнение цилиндрического пальца из материала, коэффициент линейного расширения которого превосходит коэффициенты-линейного расширения материала соответствующей лопатки и диска турбомашины. необходимо с целью образования тугой посадки между цилиндрическим пальцем и рабочей лопаткой с диском на режиме прогрева турбомашины. Указанная тугая посадка позволит получить силы, воздействующие на степень прижатия хвостовика рабочей лопатки к диску турбомашины, на режиме вращения, следующем за режимом прогревания.

Исполнение соседних цилиндрических пал1рцев из материалов, коэффициенты линейного расширения которых не равны друг другу и одновременно с этим превосходят коэффициенты линейного расширения материала соответствующей лопатки и материала диска турбомашины, необходимо с целью получения различного воздействия на степень прижатия хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины. Это, в свою очередь, приведет к различию в квазисобственных частотах соседних лопаток и, еледовательно, к взаимному демпфированию их колебаний.

Наличие на соседних пальцах (в зоне контакта хвостовика и диска) сферических выемок различной геометрии позволяет повысить эффект демпфирования. Здесь дополнительно обеспечивается различная степень прижатия хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины за счет различной деформации соседних цилиндрических пальцев в радиаЯьном направлении, обусловленной различием в геометрических размерах сферических выемок на соседних пальцах.

Аналогичный эффект будет иметь место, если канал расположить под углом к радиальному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравными друг другу. Здесь за счет действия центробежных сил увеличивается сила трения между цилиндрическим пальцем с лопаткой с диском. Это повышает надежность демпфирования с помощью предлагаемого устройства.,

Чтобы обеспечить демонтаж лопатки при вводе ключа в осевое сквозное отверстие, радиальное отверстие в диске выполнено глубиной не меньше суммы длин пальцев и пружины в полностью сжатом состоянии, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенного в радиальном отверстии хвостовика, и не более половины диаметра шарика.

На фиг. 1 представлено устройство в рабочем положении; на фиг. 2 - то же, при демонтаже рабочей лопатки: на фиг. 3 - то же, в зоне контакта хвостовика и диска на фиксирующем цилиндрическом пальце расположена сферическая выемка; на фиг. 4 то же, канал расположен под углом к радиальному направлению.

Устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток, связанных или не связанных между собой демпфирующими связями, полками или бандажом, состоит из шарика 1, цилиндрического пальца 2 и пружины 3, расположенных с зазором в канале, образованном соосными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска 7 турбомашины, а также сквозного осевого отверстия 8, примыкающего к свободному торцу радиального отверстия 4 хвостовика 6 каждой лопатки. Каждый палец 2, часть которого находится в хвостовике 6, часть - в диске 7, расположен между шариком 1 и пружиной 3. Коэффициент линейного расширения материала каждого пальца 2 больше коэффициентов линейного расширения материала хвостовика б соответствующей лопатки и диска 7 турбомашины причем коэффициенты линейного расширения материала соседних пальцев 2 не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 6 и диска 7 турбомашины каждый палец 2 имеет сферическую выемку 10, причем геометрические размеры сферических выемок 10 на соседних пальцах 2 не равны друг другу. Канал, образованный соосными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и в соответствующей периферийной.части диска 7 турбомашины, может располагаться подугломкрадиальномунаправлению, причем диаметры соседних пальцев 2 не равны друг другу.

При монтаже палец 2 прижимается к центру диска 7, рабочая лопатка с предварительно вставленным в несквозное радиальное отверстие 4 шариком. 1 заводится в осевой паз. При прохождении лопаткой фиксированного положения палец 2 под воздействием пружины 3 автоматически входит в радиальное отверстие 4 в хвостовике 6 и стопорит осевое перемещение рабочей лопатки. Аналогичные операции проводятся над каждой лопаткой, входящей в состав рабочей ступени, после чего все лопатки связываются или не связываются демпфирующими связями или бандажом. В таком состоянии все лопатки оказываются надежно зафиксированными, турбомашину можно транспортировать к месту назначения.

На этапе прогревания турбины цилиндрические пальцы 2 нагревается, диаметр их увеличивается, они входят в контакт своими боковыми поверхностями с хвостовиками 6 лопаток и диском 7 (так как коэффициент линейного расширения их материала больше коэффициентоэ линейного расширения материала хвостовиков 6 и диска 7) и образуют в этих местах тугие посадки. При выходе 1урбины на рабочий режим рабочие лопатки пытаются под действием центробежных сил прижаться своими хвостовикамк 6 к диску 7 турбомашины и демпфируют циг)индрические пальцы 2, которые, в свою очередь, препятствуют свободному прижатию хвостовиков 6 к диску 7.

На рабочем режиме вследствие неодиfsaxoBbix свойств материала соседних цилиндрических ,пальцев 2 или их геометричзских размеров соседние рабочие лопатки будут неодинаково прижаты своими хаостовиками 6 к диску 7 турбомашины. В результате каазисобственные частоты .соседних рабочих лопаток окажутся различными и они будут не в состоянии выйти на резонансный режим одновременно.

При демонтаже рабочей лопатки в осевое отверстие 8 хвостовика 6 вводится ключ 9 в виде заостренного стержня, который, воздействуя на шарик 1, заставляет его перемещаться к оси ротора и воздействовать на подпружиненный палец 2. В это время цилиндрический палец 2 находится уже в холодном состоянии и не препятствует своему перемещению. В крайнем положении шарика 1 верхний торец пальца 2 должен находиться на уровне соприкасающихся друг с другом поверхностей хвостовика 6 и диска 7 турбомашины. Это позволит без труда заменить рабочую лопатку, вышедшую из строя в процессе эксплуатации.

Технико-экономическая эффективность

предлагаемого устройства заключается в

повышении надежности рабочих лопаток и

в улучшении вибрационных характеристик

турбомашины.

Формул а изобретения

1.Устройство для фиксации от осевого смещения рабочих лопаток турбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован несквозными соосными радиальными отверстиями, выполненными в нижней части каждого хвостовика лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие, отличающееся тем, что, с целью демпфирования колебаний лопатки, устройство дополнительно содержит установленные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем одна часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, а другая часть - в радиальном отверстии диска, с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца - шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала диска и коэффициент линейного расширения материала хвостовика, глубина радиального отверстия в диске не меньше суммы длин пальца и пружины в сжатом состоянии,

сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверстия хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенной в радиальном отверстий хЬостовика. и не более половины

диаметра шарика, при этом пальцы соседних хвостовиков выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что каждый палец имеет сферическую выемку в зоне контакта хвостовика и диска, причем пальцы соседних хвостовиков имеют выемки различного размера.

3.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что канал расположен под углом к

радиальному направлению, а пальцы соседних хвостовиков имеют различные диаметры.

Изобретение относится к турбомашино- строению и позволяет демпфировать колебания лопаток. Устройство для фиксации содержит каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверстиями 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и соответствующей периферийной «^асти диска 7,расположенных в них шарика 1, пружины 3 и цилиндрического пальца (П) 2 и сквозного осевого отверстия 8, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверстия в хвостовике 6 каждой лопатки. Причем каждый цилиндрический П 2 выполнен из материала, коэффициент линейного расширения которого больше, чему материалов, из которых изготовлены диск 7 и соответствующий хвостовик 6 лопатки, причем соседние П 2 выполнены из материалов, ког эффициенты линейного расширения которых не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 8 и диска каждый П 2 имеет сферическую выемку, причем размеры выемок на соседних пальцах не равны друг другу: Каналы могут располагаться под углом к радиальному направлению при условии, что диаметры соседних пальцев не равны друг другу. 2 3. п. ф-лы. 4 ил.ФигЛ