RU2171382C2 - Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины - Google Patents
Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171382C2 RU2171382C2 RU99115930A RU99115930A RU2171382C2 RU 2171382 C2 RU2171382 C2 RU 2171382C2 RU 99115930 A RU99115930 A RU 99115930A RU 99115930 A RU99115930 A RU 99115930A RU 2171382 C2 RU2171382 C2 RU 2171382C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- rim
- casing
- blades
- turbomachine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Устройство предназначено для удерживания обломков ротора турбомашины, преимущественно в турбостартерах для стационарных газотурбинных установок. Устройство содержит полый корпус, размещенный в опорах вращения ротора, включающий по крайней мере один диск с лопатками. Причем корпус снабжен кольцевым ободом над лопатками ротора и охвачен кожухом. Кольцевой обод снабжен двумя внутренними фланцами, выполненными с ободом в виде единой монолитной детали, и скреплен с корпусом по двум кольцевым пояскам. Один из фланцев расположен перед входом лопаток ротора, а другой - за их выходом, причем радиальная толщина стенки корпуса над лопатками ротора не превышает радиальную толщину стенки обода. Радиальное удаление обода от корпуса выполнено в пределах 1,0-1,8 высоты лопаток ротора. При этом масса кольцевого обода с фланцами соответствует величине энергетического воздействия обломков ротора, равной M = K • Eк, где М - масса кольцевого обода с фланцами; Eк - величина энергетического воздействия, Дж; К - коэффициент пропорциональности, равный 30•10-6 - 50•10-6 кг/Дж, а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению
где T - толщина стенки корпуса, мм; Eк - величина энергетического воздействия Дж; G - прочность материала при статическом изгибе, МПа; K1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж; f - расчетный запас прочности, равный 1,2. Использование изобретения позволяет повысить надежность турбомашины за счет локализации разрушений при раскрутке обломков ротора путем прогнозируемой поломки корпуса в наиболее слабом месте. 1 ил.
где T - толщина стенки корпуса, мм; Eк - величина энергетического воздействия Дж; G - прочность материала при статическом изгибе, МПа; K1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж; f - расчетный запас прочности, равный 1,2. Использование изобретения позволяет повысить надежность турбомашины за счет локализации разрушений при раскрутке обломков ротора путем прогнозируемой поломки корпуса в наиболее слабом месте. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в осевых турбомашинах, преимущественно в турбостартерах для стационарных газотурбинных установок.
Известно устройство для сохранения и поглощения энергии обломков ротора, содержащее полый корпус, размещенный в опорах вращения ротор, включающий по крайней мере один диск с лопатками, причем на внутренней поверхности корпуса над рабочими лопатками выполнен ряд глубоких канавок, а корпус содержит торцевой фланец, скрепленный с возможностью проворачивания в результате воздействия разлетающихся осколков ротора [1].
Недостатками известной конструкции являются низкие демпфирующие свойства и недостаточная надежность бронированного корпуса вследствие возникновения кольцевых напряжений в основаниях глубоких канавок, а также непрогнозируемые характер и форма разрушения корпуса вследствие его консольного закрепления на торцевом фланце, воспринимающем тормозной момент заклиненных в корпусе обломков ротора.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является конструкция отсека для удерживания обломков втулки центробежного компрессора газотурбинного двигателя, содержащая размещенный в опорах вращения ротор, причем корпус снабжен кольцевым ободом вблизи радиально внешнего торца над ротором и охвачен кожухом [2].
Недостатком известной конструкции является недостаточная эффективность указанной брони и конструкции в целом в части локализации разрушенных при раскрутке обломков ротора турбомашины и исключения возгорания при этом масла и пускового газа, преимущественно при ее использовании в стационарных газотурбинных установках для перекачки сжатого природного газа.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности турбомашины за счет локализации разрушенных при раскрутке обломков ротора путем прогнозируемой поломки корпуса в наиболее слабом месте, при срабатывании которого не произойдет разгерметизации газовой полости и возгорания пускового газа.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для удерживания обломков ротора турбомашины, содержащем полый корпус, размещенный в опорах вращения ротор, включающий по крайней мере один диск с лопатками, причем корпус снабжен кольцевым ободом над лопатками ротора и охвачен кожухом, согласно изобретению, кольцевой обод снабжен двумя внутренними фланцами, выполненными с ободом в виде единой монолитной детали, и скреплен с корпусом по двум кольцевым пояскам, один из фланцев расположен перед входом лопаток ротора, а другой - за их выходом, причем радиальная толщина стенки корпуса над лопатками ротора не превышает радиальную толщину стенки обода, а радиальное удаление обода от корпуса выполнено в пределах 1,0...1,8 высоты лопаток ротора, при этом масса кольцевого обода с фланцами соответствует величине энергетического воздействия обломков ротора
M = K • Eк,
где M - масса кольцевого обода с фланцами;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
K - коэффициент пропорциональности, равный 30•10-6 ... 50•10-6 кг/Дж;
а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению
где T - толщина стенки корпуса, мм;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
G - прочность материала при статическом изгибе, МПа;
K1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж;
f - расчетный запас прочности, равный 1,2.
M = K • Eк,
где M - масса кольцевого обода с фланцами;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
K - коэффициент пропорциональности, равный 30•10-6 ... 50•10-6 кг/Дж;
а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению
где T - толщина стенки корпуса, мм;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
G - прочность материала при статическом изгибе, МПа;
K1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж;
f - расчетный запас прочности, равный 1,2.
Выполнение кольцевого обода с двумя внутренними фланцами в виде единой монолитной детали, скрепленной с корпусом по двум кольцевым пояскам (при помощи горячей посадки), с расположением одного из фланцев перед входом лопаток ротора, а другого - за их выходом, причем радиальной толщины стенки корпуса над лопатками, не превышающей радиальной толщины стенки обода корпуса, а радиального удаления обода от корпуса, находящегося в пределах 1,0...1,8 высоты лопаток ротора, позволяет спрогнозировать поломку корпуса в наиболее слабом месте за счет локализации разрушенных обломков ротора без разгерметизации газовой полости и возгорания пускового топливного газа.
Оценка непробиваемости обода при ударе в него оборвавшейся части диска позволяет сравнивать кинетическую энергию оборвавшейся части (Eк) и работу, необходимую для разрушения корпуса (A). Предполагается, что энергия оборвавшегося фрагмента диска совпадает с энергией фрагмента, имеющего конфигурацию сектора, содержащего 1/3 часть диска с присоединенной массой его лопаток, имеющих 1/3 высоты от корня. Расчетный запас прочности по непробиваемости определяется соотношением f = A/Eк.
Выполнение массы кольцевого обода с фланцами, охватывающими корпус ротора в соответствии с величиной энергетического воздействия обломков ротора
M = K • Eк,
а толщины стенки корпуса над лопатками ротора, определяемой соотношением
позволяет спрогнозировать поломку ротора и энергетическое воздействие обломков ротора на корпус и кольцевой обод над лопатками ротора без разгерметизации внешнего кожуха. Это обеспечивает заданный характер разрушения ротора по утонченной перемычке отдельных сегментов венца, обрыв диска от вала без разворота разбалансированного диска и изгиба вала, а также исключения резкого затормаживания фрагментов диска корпусом.
M = K • Eк,
а толщины стенки корпуса над лопатками ротора, определяемой соотношением
позволяет спрогнозировать поломку ротора и энергетическое воздействие обломков ротора на корпус и кольцевой обод над лопатками ротора без разгерметизации внешнего кожуха. Это обеспечивает заданный характер разрушения ротора по утонченной перемычке отдельных сегментов венца, обрыв диска от вала без разворота разбалансированного диска и изгиба вала, а также исключения резкого затормаживания фрагментов диска корпусом.
На чертеже изображен продольный разрез турбомашины.
В полом корпусе 1 турбостартера размещен в опорах вращения 2 и 3 ротор турбины 4, включающий диск 5 с лопатками 6. Корпус 1 снабжен кольцевым ободом 7 над лопатками 6 ротора турбины 4 и охвачен кожухом 8. Кольцевой обод 7 снабжен двумя внутренними фланцами 9 и 10, выполненными с ободом 7 в виде единой монолитной детали, и скреплен горячей посадкой с корпусом 1 по двум кольцевым пояскам Д1 и Д2. Внутренний фланец 9 расположен перед входом 11 лопаток 6 ротора турбины 4, а внутренний фланец 10 расположен за выходом 12 лопаток 6. Радиальная толщина Т стенки корпуса 1 над лопатками 6 ротора турбины 4 не превышает радиальную толщину Т0 стенки обода 7. Радиальное удаление ΔR обода 7 от корпуса 1 находится в пределах 1..0...1,8 высоты h лопаток 6 ротора турбины 4. Кроме того, устройство содержит вал 13 ротора турбины 4, направление 14 входа и выхода пускового топливного газа, ведущую шестерню 15 редуктора, ловитель 16 диска 5 турбины.
Работает устройство следующим образом. В случае обрыва диска 5 ротора 4 турбины по утонченной перемычке отдельных сегментов венца, обломки ротора 4 турбины пробивают стенку Т в корпусе 1, попадают в кольцевую камеру ΔR и удерживаются от выпадания внутренними фланцами 9 и 10 кольцевого обода 7. В случае резкого заклинивания фрагментов диска 5 корпусом 1 происходит прокручивание кольцевого обода 7 относительно корпуса 1 по кольцевым пояскам Д1 и Д2. В случае обрыва диска 5 от вала 13 ротора 4 турбины происходит его осевое удерживание ловителем 16, разрушение стенки Т в корпусе 1 без разворота разбалансированного диска 5, т.к. выполненный зацело с диском 5 венец лопаток 6 удерживается от разворота внутренними фланцами 9 и 10 кольцевого обода 7.
Таким образом, локализация разрушенных при раскрутке обломков ротора турбины (фактические обороты разрушения ротора ~ 72165 об/мин) приводит к пробоине в стенке Т корпуса 1, к деформации радиальной толщины Т0 стенки обода 7 и к прокручиванию обода 7 по кольцевым пояскам 9 и 10 без разрушения внешнего кожуха 8, при этом разгерметизации газовой полости и возгорания топливного газа 14 не происходит.
Источники информации
1. US патент N 3261228, НКИ 74-609, 1966 г.
1. US патент N 3261228, НКИ 74-609, 1966 г.
2. WO патент N 9619640 A1, F 01 D 21/04, 1995 г. - прототип.
Claims (1)
- Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины, содержащее полый корпус, размещенный в опорах вращения ротор, включающий по крайней мере один диск с лопатками, причем корпус снабжен кольцевым ободом над лопатками ротора и охвачен кожухом, отличающееся тем, что кольцевой обод снабжен двумя внутренними фланцами, выполненными с ободом в виде единой монолитной детали, и скреплен с корпусом по двум кольцевым пояскам, один из фланцев расположен перед входом лопаток ротора, а другой - за их выходом, причем радиальная толщина стенки корпуса над лопатками ротора не превышает радиальную толщину стенки обода, а радиальное удаление обода от корпуса выполнено в пределах 1,0 - 1,8 высоты лопаток ротора, при этом масса кольцевого обода с фланцами соответствует величине энергетического воздействия обломков ротора
М = К•Ек,
где М - масса кольцевого обода с фланцами;
Ек - величина энергетического воздействия, Дж;
К - коэффициент пропорциональности, равный 30•10-6 - 50•10-6 кг/Дж,
а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению
где Т - толщина стенки корпуса, мм;
Ек - величина энергетического воздействия, Дж;
G - прочность материала при статическом изгибе, МПа;
К1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж;
f - расчетный запас прочности, равный 1,2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115930A RU2171382C2 (ru) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115930A RU2171382C2 (ru) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99115930A RU99115930A (ru) | 2001-05-20 |
RU2171382C2 true RU2171382C2 (ru) | 2001-07-27 |
Family
ID=20222972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99115930A RU2171382C2 (ru) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2171382C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451793C1 (ru) * | 2010-12-20 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Турбина газотурбинного двигателя |
US8191254B2 (en) | 2004-09-23 | 2012-06-05 | Carlton Forge Works | Method and apparatus for improving fan case containment and heat resistance in a gas turbine jet engine |
RU2518719C2 (ru) * | 2009-02-05 | 2014-06-10 | Микротюрбо | Воздушый стартер для турбодвигателя |
-
1999
- 1999-07-21 RU RU99115930A patent/RU2171382C2/ru active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8191254B2 (en) | 2004-09-23 | 2012-06-05 | Carlton Forge Works | Method and apparatus for improving fan case containment and heat resistance in a gas turbine jet engine |
US8317456B2 (en) | 2004-09-23 | 2012-11-27 | Carlton Forge Works | Fan case reinforcement in a gas turbine jet engine |
US8454298B2 (en) | 2004-09-23 | 2013-06-04 | Carlton Forge Works | Fan case reinforcement in a gas turbine jet engine |
RU2518719C2 (ru) * | 2009-02-05 | 2014-06-10 | Микротюрбо | Воздушый стартер для турбодвигателя |
RU2451793C1 (ru) * | 2010-12-20 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Турбина газотурбинного двигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2313672C2 (ru) | Устройство для ограничения превышения числа оборотов турбины в турбомашине | |
CN103261630B (zh) | 带有用于在压缩机叶轮破裂时轴向地固定轴的器件的废气涡轮增压器 | |
EP1149229B1 (en) | Hardwall fan case with structured bumper | |
US7448845B2 (en) | Gas turbine engine | |
RU2518719C2 (ru) | Воздушый стартер для турбодвигателя | |
JPH10110622A (ja) | ターボチャージャの半径流タービン用の裂損防止装置 | |
US9995179B2 (en) | Compressor assembly for turbocharger burst containment | |
US4197052A (en) | Safety device for an axially rotating machine | |
US6533541B1 (en) | High energy particle arrestor for air turbine starters | |
US10781714B2 (en) | Device for limiting overspeeding of a turbine shaft of a turbomachine, and associated control method | |
JP5114797B2 (ja) | ターボ機械においてタービンの過速度を抑えるための装置 | |
GB2119863A (en) | Turbine rotor | |
EP2767677B1 (en) | Fan containment system, corresponding fan assembly and gas turbine engine | |
CN111954752B (zh) | 涡轮机的涡轮轴以及用于保护所述轴免于超速的方法 | |
RU2171382C2 (ru) | Устройство для удерживания обломков ротора турбомашины | |
US4503667A (en) | Turbine overspeed limiter for turbomachines | |
EP2935785B1 (en) | Root spacer for arranging between a rotor disk and a root of a rotor blade | |
EP2594742B1 (en) | Low cost containment ring | |
RU2732278C1 (ru) | Устройство для локализации оборвавшейся лопатки вентилятора турбореактивного двигателя | |
US4917569A (en) | Turbine containment system | |
WO1997001708A1 (en) | Gas turbine starter | |
US10731511B2 (en) | Reduced fan containment threat through liner and blade design |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20021030 Effective date: 20110819 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110919 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |