RU2161257C2 - Turbine rotating blade of gas-turbine engine - Google Patents

Abstract

FIELD: gas-turbine engines. SUBSTANCE: rotating blade of turbine of gas- turbine engine has upper flange with zigzag lateral surfaces and contact flats. Thickness of upper flange in area where lateral surface is adjacent to contact flat ranges from 0.3 to 1.5 of thickness of contact flat. EFFECT: enhanced reliability of blade due to reduced stresses and avoidance of cranks and defects in upper flange of blade. 6 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, а более конкретно - к рабочим лопаткам турбины. The invention relates to the field of gas turbine engines, and more particularly to turbine blades.

Известны полочные рабочие лопатки турбины, контактирующие между собой по боковой поверхности верхних полок [1]. Known shelf working blades of the turbine in contact with each other along the lateral surface of the upper shelves [1].

Известное устройство уменьшает вибронапряжения в лопатках, однако не является надежным, так как возможен температурный распор по верхним полкам лопаток при их высоких температурах. The known device reduces vibration stresses in the blades, however, is not reliable, since it is possible temperature spacing on the upper shelves of the blades at their high temperatures.

Наиболее близкой к заявляемой является полочная рабочая лопатка турбины с зигзагообразными боковыми поверхностями полки [2]. Closest to the claimed is the shelf working blade of the turbine with zigzag lateral surfaces of the shelf [2].

Известная полка имеет контактные площадки, по которым при сборке осуществляется натяг за счет разворота пера лопатки, что снижает вибронапряжения в лопатках. Однако недостатком такой конструкции является наличие внутренних радиусов в зигзагообразных поверхностях верхней полки, которые являются концентраторами напряжений и приводят к появлению трещин и поломке верхних полок, что снижает надежность двигателя. The known shelf has contact pads through which during assembly an interference is achieved due to the rotation of the feather blade, which reduces vibration stresses in the blades. However, the disadvantage of this design is the presence of internal radii in the zigzag surfaces of the upper shelf, which are stress concentrators and lead to cracks and breakage of the upper shelves, which reduces the reliability of the engine.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности лопатки за счет уменьшения напряжений и исключения появления трещин и поломки верхней полки лопатки. The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to increase the reliability of the blade by reducing stress and eliminating the appearance of cracks and breakage of the upper shelf of the blade.

Сущность технического решения заключается в том, что в рабочей лопатке турбины ГТД с верхней полкой, имеющей зигзагообразные боковые поверхности и контактные площадки согласно изобретению толщина верхней полки во внутреннем радиусе перехода от боковой поверхности к контактной площадке равна 0,3... 1,5 толщины контактной площадки. The essence of the technical solution lies in the fact that in the working blade of a turbine engine with a top shelf having zigzag side surfaces and contact pads according to the invention, the thickness of the upper shelf in the inner radius of the transition from the side surface to the contact pad is 0.3 ... 1.5 thickness contact pad.

Выполнение толщины верхней полки во внутреннем радиусе перехода от боковой поверхности к контактной площадке равной 0,3...1,5 толщины контактной площадки позволяет уменьшить величину напряжений до приемлемой величины, что исключает образование трещин и поломку верхних полок и в целом повышает надежность лопатки. The thickness of the upper flange in the inner radius of the transition from the side surface to the contact pad equal to 0.3 ... 1.5 of the thickness of the contact pad can reduce stresses to an acceptable value, which eliminates the formation of cracks and breakage of the upper shelves and generally increases the reliability of the blades.

На фиг. 1 изображена полочная рабочая лопатка турбины. In FIG. 1 shows a shelf working blade of a turbine.

На фиг. 2 - вид А на верхнюю полку на фиг. 1. In FIG. 2 is a view A of the upper shelf in FIG. 1.

На фиг. 3 - элемент I на фиг. 2 в увеличенном виде. In FIG. 3 - element I in FIG. 2 enlarged view.

На фиг. 4 - элемент II на фиг. 2 в увеличенном виде. In FIG. 4 - element II in FIG. 2 enlarged view.

На фиг. 5 - вид Б на фиг. 2. In FIG. 5 is a view B in FIG. 2.

На фиг. 6 - вид В на фиг. 2. In FIG. 6 is a view B in FIG. 2.

Полочная рабочая лопатка 1 состоит из хвостовика 2, охлаждаемого пера 3 и верхней полки 4 с зигзагообразными боковыми поверхностями 5 и 6. На наружной поверхности верхней полки 4, по ее краям, расположены радиальные выступы 7 и 8, на боковых поверхностях которых выполнены контактные площадки 9 и 10, расположенные под углом к боковым поверхностям 11 и 12 полки 4. Между боковой поверхностью 11 и контактной площадкой 9, а также между боковой поверхностью 12 и контактной площадкой 10 образуются внутренние радиусы закругления r и R соответственно, которые являются концентраторами напряжений на длине l₁ и l₂ соответственно, т.е. на той длине, на которой выполнено закругление.The shelf working blade 1 consists of a shank 2, a cooled pen 3 and an upper shelf 4 with zigzag lateral surfaces 5 and 6. On the outer surface of the upper shelf 4, along its edges, there are radial protrusions 7 and 8, on the lateral surfaces of which are made contact pads 9 and 10, located at an angle to the side surfaces 11 and 12 of the shelf 4. Between the side surface 11 and the contact pad 9, as well as between the side surface 12 and the contact pad 10, internal curvature radii r and R are formed, which are are stress concentrators over the length l ₁ and l _2, respectively, i.e. on the length at which the rounding is performed.

Работает данное устройство следующим образом. При работе двигателя за счет центробежных и газовых сил, действующих на перо, соседние лопатки контактируют между собой по контактным площадкам 9 и 10 с усилием P, демпфируя таким образом колебания лопаток. Однако от действия сил P на контактные площадки часть 13 полки вместе с контактной площадкой 7 стремится оторваться от части полки 14 - с одной стороны, и часть полки 15 вместе с контактной площадкой 8 стремится оторваться от части 16 полки 4. Наличие концентраторов напряжений в виде радиусов перехода r и R может привести к появлению трещин и к поломке лопатки. Поэтому толщина полки h во внутреннем радиусе r или R перехода от боковой поверхности к контактной площадке выполняется равной 0,3. . . 1,5 от толщины H (высоты) контактной площадки полки, при этом, по данным эксперимента, трещины не образуются из-за уменьшения величины напряжений до приемлемой величины. При величине h меньшей, чем 0,3 H возможно образование трещин - по экспериментальным данным. При величине h большей 1,5 H возрастает вес полки, что снижает запасы прочности пера лопатки. Увеличить существенно величину радиусов перехода r и R, чтобы уменьшить концентрацию напряжений, не представляется возможным из-за уменьшения площади контактных площадок, что приводит к их преждевременному износу. This device works as follows. When the engine is operating due to centrifugal and gas forces acting on the pen, the adjacent blades contact each other along the contact pads 9 and 10 with a force P, thus damping the vibrations of the blades. However, from the action of forces P on the contact pads, the shelf part 13 together with the contact pad 7 tends to break away from the shelf part 14 - on the one hand, and the shelf part 15 together with the contact pad 8 tends to break away from the shelf part 16 4. The presence of stress concentrators in the form of radii the transition of r and R can lead to cracking and damage to the blade. Therefore, the thickness of the shelf h in the inner radius r or R of the transition from the side surface to the contact pad is equal to 0.3. . . 1.5 of the thickness H (height) of the contact pad of the shelf, while, according to the experiment, cracks do not form due to a decrease in stress to an acceptable value. With a value of h less than 0.3 H, cracking is possible, according to experimental data. With a value of h greater than 1.5 H, the weight of the shelf increases, which reduces the strength of the blade feather. It is not possible to significantly increase the value of the transition radii r and R in order to reduce the stress concentration due to a decrease in the area of the contact pads, which leads to their premature wear.

Источники информации:
1. С. А. Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", Машиностроение, Москва, 1989 г., стр. 147, рис. 4.11.Sources of information:
1. S. A. Vyunov et al. "Design and Design of Aviation GTE", Mechanical Engineering, Moscow, 1989, p. 147, fig. 4.11.

2. С. А. Вьюнов и др. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД", стр. 166, рис. 4.27 - прототип. 2. S. A. Vyunov et al. "Design and design of aircraft gas turbine engines", p. 166, fig. 4.27 is a prototype.

Claims (1)

Рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя с верхней полкой, имеющей зигзагообразные боковые поверхности и контактные площадки, отличающаяся тем, что толщина верхней полки во внутреннем радиусе перехода от боковой поверхности к контактной площадке равна 0,3 - 1,5 толщины контактной площадки. The working blade of a turbine of a gas turbine engine with an upper shelf having zigzag lateral surfaces and contact pads, characterized in that the thickness of the upper shelf in the inner radius of the transition from the side surface to the contact pad is 0.3-1.5 thickness of the contact pad.

Images