Ротор турбины Советский патент 1992 года по МПК F01D5/22 

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в газотурбинных двигателях, содержащих керамические и металлические детали в проточной части.

Известен ротор с напряженным бандажом, описанный в патенте Великобритании № 2069065, кл. РОЮ 5/00. Ротор содержит установленные на валу рабочие колеса компрессора и керамическое рабочее колесо турбокомпрессора. Колесо состоит из диска с лопатками турбины и компрессорными лопатками, укрепленными на бандаже лопаток. На периферийном бандаже лопаток навиты жгуты из высокопрочных керамических или углеродистых волокон.

Известны роторы с напряженным бандажом, состоящие из диска с установленными в нем керамическими лопатками, содержащими полки с выемками, образующими кольцевой желоб, причем бандаж размещен в кольцевом желобе и представляет собой многослойную намотку жгутов из высокопрочных керамических или углеродных волокон (патент США № 4518315, кл. F 01 D 5/28)- прототип.

При получении многослойной намотки невозможно обеспечить постоянство натяжения жгута и постоянство толщины бандажа по ширине желоба из-за нерегулярного проскальзывания жгута в зазоры между витками предыдущего слоя намотки. Это приводит к неравномерному нагружению витков и разрыву при работе ротора наиболее нагруженных из них. Обрыв одного из витков приводит к перегрузке соседних и их разрушению и т.д. вплоть до потери работоспособности всего ротора. Кроме того, невозможно получение двух одинаковых бандажей, что априори приводит к их неодинаковой надежности.

Целью изобретения является повышение надежности ротора при выполнении лопаток с бандажными полками.

Цель достигается тем, что в роторе турбины, содержащем диск с лопатками, соеди Ч

о

о

ы

Јь

пенными между собой бандажной лентой, состоящей из нескольких слоев, неподвижно закрепленных относительно друг друга, согласно изобретению бандажная лента выполнена состоящей из керамической матрицы с размещенным в ней слоем высокопрочных волокон, в бандажных полках выполнен спиральный паз с переменной высотой по радиусу с образованием радиального уступ а высотой, равной толщине ленты, причем начало ленты закреплено на дне паза с упором в уступ, а лента выполнена шириной, равной ширине паза, при этом коэффициенты теплового расширения волокон и матрицы равны или близки между собой,

В известных технических решениях не обнаружены сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа.

Совокупность отличительных признаков предложенного решения с признаками прототипа приводит к новому положительному эффекту - повышению надежности ротора за счет распределения равномерной нагрузки между витками ленты, что позволяет сделать вывод: предложенное техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

На фиг. 1 посазан общий вид ротора; на фиг.2 -сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3-узел I на фиг.2; HP фиг,4 - сечение Б-5 на фиг.З.

Ротор содержит диск 1 на ободе кото- рего имеются продольные пазы. 2. В пазах 2 установлены хвостовики керамических лопаток 3 Лопатк им;.ст полки 4 с выемками 5, Последние в сборе образуют спиральный паз, в котором установлен бамцаж б, представляющей собой и ч мотку из плоской ленты, содерхощей один по. толщине слой высокопрочных волокон 7, покрытых матрицей 8. Спиральный паз 9 выполнен с переменной высотой по радиусу с образованием радиапьного уступа 10 высотой, равной толщине ленты. Лента выполнена шириной, равной ширине паза, при этом коэффициенты теплового расширения волокон 7 и матрицы 8 равны или близки между собой.

При сборке начало ленты закрепляют на

дне паза 9 с упором в уступ 10. Затем наматывают с постоянным натяжением несколько слоев ленты. Последний слой ленты приклеивается к предыдущему. Отсутствие

уступа 10 приводит к намотке второго слоя ленты в связи с хрупкостью керамического волокна к ее излому в месте контакта второго слоя с началом ленты. Спиральная навивка ленты обеспечивает плавное и

незначительное изменение радиуса кривизны ленты и низкий уровень соответствующих изгибных напряжений и контактных напряжений по поверхностям соприкосновения слоев ленты.

При работе ротора под действием центробежных сил лопатки 3 прижимаются к бандажу бив них создаются благоприятные для керамики сжимающие напряжения. Формула изобретения

Ротор турбины, содержащий диск с лопатками, соединенными между собой бандажной лентой, состоящей из нескольких слоев, неподвижно закрепленных друг относительно друга, отличающийся тем,

что, с целью повышения надежности ротора при выполнении лопаток с бандажными полками, бандажная лента выполнена состоящей из керамической матрицы с разме- щенным в ней слоем высокопрочных

волокон, в бандажных полках выполнен спиральный паз с переменной высотой по с образованием радиального уступи с высотой, разной толщине ленты, причем начало ленты закреплено на дне паза с

упором в уступ, а лента выполнена шириной, равной ширине паза, при этом коэффициенты теплового расширения волокон и матрицы равна или близки между собой.

А-А

Фиг.2

Использование: газотурбинные двигатели, содержащие керамические и металлические детали в проточной части. Сущность изобретения: ротор содержит диск с бандажными полками, соединенными между собой бандажной лентой. Бандажная лента выполнена состоящей из керамической матрицы с размещенным в ней слоем высокопрочных волокон. В бандажных полках выполнен спиральный пазе переменной высотой по радиусу с образованием радиального уступа. Высота уступа равна толщине ленты. Начало ленты закреплено на дне пз- за с упором в уступ. Лента выполнена шириной, равной ширине паза. Коэффициенты теплового расширения волокон и матрицы равны или близки между собой. 4 ил.

вв L. 7 8

1 XX

ШигА