RU2296864C1 - Рабочее колесо осевой турбомашины - Google Patents
Рабочее колесо осевой турбомашины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296864C1 RU2296864C1 RU2005125989/06A RU2005125989A RU2296864C1 RU 2296864 C1 RU2296864 C1 RU 2296864C1 RU 2005125989/06 A RU2005125989/06 A RU 2005125989/06A RU 2005125989 A RU2005125989 A RU 2005125989A RU 2296864 C1 RU2296864 C1 RU 2296864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- groove
- blade
- longitudinal
- blades
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к рабочим колесам осевых турбомашин. Рабочее колесо осевой турбомашины содержит диск турбины с лопатками. Лопатки зафиксированы в осевом направлении своими хвостовиками в продольных пазах диска турбины посредством стержневых контровок, введенных в расположенные по окружности окна. Окна образованы поперечными канавками на продольных выступах хвостовиков лопаток и совмещенной с ними канавкой на продольном кольцевом бурте диска. Кольцевой бурт диска совместно с его канавкой насквозь пересечен указанными продольными пазами на всю глубину канавки вплоть до ее донной поверхности. Изобретение позволяет надежно зафиксировать хвостовики лопаток в колесе малоразмерной турбомашины, работающей в условиях высоких температурных, газодинамических и центробежных нагрузок, а также повысить технологичность изготовления деталей и сборки-разборки колеса турбомашины. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.
Description
Заявляемое техническое решение относится к газотурбинной технике, а именно к газотурбинным двигателям, особенно малоразмерным, в частности к рабочим колесам осевых турбомашин, как роторным элементам, несущим рабочие лопатки с фиксацией их в диске комлевыми частями как в радиальном, так и в осевом направлениях.
Из описания к патенту USA №4,389,161, F01D 5/32, 416-220R, заявленного 19.12.1980 фирмой United Technologies (см. также аналог GB №2089899, публ. 30.06.1982), известно рабочее колесо осевой турбины или компрессора.
В известном рабочем колесе по меньшей мере две лопатки, установленные каждая в продольном пазу диска, закреплены в осевом направлении с помощью контровки в виде изогнутого по дуге стержня круглого сечения. Эта контровка входит по меньшей мере в два окна из общего числа равномерно расположенных по окружности сквозных окон замкнутого, в данном случае круглого, сечения, образованных обращенной наружу кольцевой канавкой полукруглого сечения на ободе диска и встречными совмещенными с ней канавками лопаток такого же полукруглого сечения.
Упомянутая кольцевая канавка диска выполнена снаружи на расположенном сбоку на ободе диска кольцевом бурте, наружная поверхность которого находится на одном уровне с донными поверхностями продольных пазов, а дно канавки расположено с некоторым заглублением относительно них. Упомянутая встречная канавка в каждой из лопаток выполнена на дополнительном продольном выступе хвостовика лопатки.
Не касаясь некоторых усложнений формы контровки, о которых здесь не упоминается, следует отметить, что устройство достаточно удобно в сборке-разборке рабочего колеса турбомашины, позволяет обойтись без прижимного диска, а следовательно, уменьшить продольные размеры как самого колеса, так и ротора в целом. Однако применение этого устройства ограничивается тихоходными роторами достаточно больших размеров с характерным для них креплением лопаток в диске с помощью замкового соединения типа «ласточкин хвост» или близкого ему по геометрии елочного замка с одним зубом так как:
- глубины канавок лопатки и диска равны половине высоты формируемого ими при совмещении окна, в результате чего в зацеплении как с канавкой диска, так и с канавкой лопатки, задействована только половина высоты сечения контровки. Поэтому уменьшение размеров данного устройства до размеров, приемлемых для применения в роторах малоразмерных ГТД, могут привести к невозможности обеспечения упомянутого зацепления;
- применение контровки для фиксации двух и более лопаток в роторах быстроходных турбин может привести к деформации или поломке ее на участке между соседними лопатками от воздействия значительных центробежных сил и температур.
- канавка на ободе диска имеет сплошной кольцевой бурт, с которым образует малый зазор бурт ответной канавки лопатки, который является длинным и дугообразным и, очевидно, может быть получен на хвостовике лопатки типа «ласточкин хвост», являющийся достаточно широким у основания.
Все это не позволяет применять данное устройство в роторах быстроходных турбин, когда необходимо соединение лопаток с диском посредством елочных замков с большим количеством зубьев, так как нижняя часть хвостовиков лопаток таких роторов имеет небольшую ширину и является чаще всего закругленной снизу.
Тем не менее, ввиду общности существенных признаков, известное техническое решение по патенту USA №4,389,161 выбрано в качестве прототипа.
Перед автором стояла задача создать такое рабочее колесо турбины, в котором можно было бы обеспечить крепление рабочих лопаток в продольных пазах диска с фиксацией их в осевом направлении и при этом получить определенный совокупный технический результат, состоящий из нескольких логически взаимосвязанных технических результатов.
Основным техническим результатом является получение надежной фиксации в осевом направлении лопаток в колесе малоразмерной турбомашины, в частности колеса турбины с креплением рабочих лопаток в диске посредством елочных замков с большим количеством зубьев, работающего в условиях высоких температур и нагрузок от газодинамических и центробежных сил.
При этом необходимо обеспечить технический результат, касающийся обеспечения прочности элементов конструкции колеса.
Вместе с тем, малые размеры колеса, его диска, рабочих лопаток и контровок предъявляют дополнительные требования к технологичности их изготовления и сборки-разборки.
Поставленная задача решается тем, что в известном рабочем колесе осевой турбины газотурбинного двигателя, содержащем диск турбины с рабочими лопатками, установленными своими хвостовиками в его продольных пазах и фиксируемыми в осевом направлении посредством стержневых контровок, введенных в расположенные по окружности окна, образованные поперечными канавками на выступах хвостовиков лопаток и канавкой на кольцевом бурте диска, произведены усовершенствования.
Усовершенствования заключаются в том, что фиксация в продольном направлении каждой рабочей лопатки осуществляется отдельной контровкой, размещенной в отдельном для каждой лопатки окне, при этом контровка в указанном окне находится в зацеплении с канавкой хвостовика лопатки на всю высоту своего сечения, а отогнутые наружу в радиальном направлении по обе стороны выступа хвостовика лопатки концы контровки находятся в зацеплении с канавкой диска.
Это достигнуто за счет того, что кольцевой бурт на ободе диска совместно с его канавкой насквозь пересечен продольными пазами диска на всю глубину этой канавки вплоть до ее донной поверхности, в результате чего после постановки лопаток в упомянутые продольные пазы нижняя поверхность каждого из окон под контровку образована этой донной поверхностью, верхняя и боковые поверхности окна образованы соответствующими поверхностями поперечной канавки на продольном выступе хвостовика лопатки.
Кроме того, канавки на выступах хвостовиков лопаток, канавка на кольцевом бурте диска, а также контровки в их поперечном сечении выполнены прямоугольными.
Отогнутые наружу концы контровок и выступы на хвостовиках лопаток более чем наполовину закрыты упомянутым кольцевым буртом диска, что снижает вентиляционные потери колеса турбины. Нижняя поверхность продольного выступа на хвостовике лопатки подобна поверхности донышка продольного паза диска и при установке рабочей лопатки в паз диска эти поверхности сопрягаются между собой с минимальным зазором, что делает надежной фиксацию стержневой контровкой рабочей лопатки в осевом направлении при минимальных потерях, например, воздуха, подаваемого на охлаждение рабочей лопатки.
Перечисленные выше усовершенствования позволяют использовать предлагаемое устройство для колес турбин малоразмерных ГТД как с неохлаждаемыми, так и с охлаждаемыми рабочими лопатками с подводом воздуха через замковую часть (хвостовик) лопатки. Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где на:
- фиг.1 показано продольное сечение ободной части рабочего колеса турбины в собранном виде;
- фиг.2 дан вид сзади на ободную часть колеса (по стрелке А, см. фиг.1);
- фиг.3 показаны в диметрии составляющие элементы рабочего колеса турбины;
- фиг.4 показана боковая проекция рабочей лопатки;
- фиг.5 показана рабочая лопатка в диметрии;
- фиг.6 показано продольное сечение ободной части диска турбины;
- фиг.7 показана ободная часть диска турбины в диметрии;
- фиг.8 показана контровка в диметрии;
- фиг.9, 10, 11, 12 показаны этапы сборки рабочего колеса. Рабочее колесо (см. фиг.1, 2, 3) турбомашины содержит рабочие лопатки 1, установленные своими хвостовиками 2 в продольные, например елочные, пазы 3 диска 4, которые, образуя между собой выступы 5, пересекают ободную часть последнего. Сзади на хвостовике 2 лопатки 1 (см. фиг.4, 5) расположен продольный выступ 6, имеющий поперечную прямоугольную канавку 7, открытую к продольной оси колеса и ограниченную сзади буртом 8.
Сзади на ободной части диска 4 (см. фиг.6, 7) имеется продольный кольцевой бурт 9. На наружной поверхности кольцевого бурта 9 выполнена открытая в направлении от оси кольцевая прямоугольная канавка 10. Ширина канавки 10 в диске 4 равна ширине поперечной канавки 7 на выступе 6 хвостовика 2 рабочей лопатки 1. Донная поверхность 11 канавки 10 в основном выполнена на уровне донных поверхностей 12 пазов 3 диска 4, а поверхность 13 бурта 9 располагается выше указанных поверхностей 12.
Кольцевой бурт 9 имеет продольные выемки 14, являющиеся продолжением каждого елочного паза 3 и в соответствии с их количеством.
Эти выемки 14 выполняют одним инструментом (протяжкой) заодно с елочными пазами 3 диска 4, а следовательно, бурт 9 насквозь пересекается пазами 3 вплоть до донной поверхности 11 его канавки 10. Тем самым между выемками 14, а следовательно, между пазами 3, получают радиальные выступы 15 бурта 9.
В результате канавка 10 получается разделенной на всю глубину пазами 3 на участки с общей донной поверхностью 11 и боковыми поверхностями 16, 17 выступов 5 и 15 соответственно.
Для крепления в пазу 3 диска 4 хвостовика 2 лопатки 1 предназначена контровка 18 (см. фиг.8). Она представляет собой изогнутый стержень прямоугольного сечения, один конец 19 которой может быть предварительно загнут под прямым углом в радиальном направлении от продольной оси колеса.
В собранном с лопатками колесе турбины (см. фиг.1, 2) контровка 18 устанавливается в окно 20 (см. фиг.9), образованное канавкой 7 на выступе 6 хвостовика 2 лопатки 1 и донной поверхностью 11 канавки 10 диска 4 при совмещении указанных канавок 7 и 10.
Бурт 8 на выступе 6 лопатки 1 при этом располагается в выемке 14 кольцевого бурта 9 диска 4. Концы 19, 21 контровки 18 загнуты радиально от оси колеса по обе стороны выступа 6 лопатки 1 и фиксируют контровку 18 от перемещения в окружном направлении.
Сборка колеса начинается с установки рабочих лопаток 1 своими хвостовиками 2 в елочные пазы 3 диска 4, при этом канавки 7 на выступах 6 рабочих лопаток 1 совмещаются с канавкой 10 диска 4, образуя окно 20 (см. фиг.9). В эти окна устанавливаются контровки 18 до упора одним загнутым концом 19 в боковую поверхность выступа 6 рабочих лопаток 1, как это показано на фиг.10, 11.
Ввиду малого расстояния между лопатками 1 контровка 18 выполнена изогнутой по дуге (см. фиг.8, 11), чем обеспечивается ее установка в колесе. После установки контровки 18 отгибается ее второй конец 21 радиально от оси колеса до упора в выступ 6 лопатки 1.
Колесо турбины окончательно собрано (см. фиг.1, 2).
Следует отметить, что кольцевой бурт 9 частично прикрывает выступы 6 на рабочих лопатках турбины и отогнутые концы 19 и 21 контровки 18, чем снижает вентиляционные потери.
Полноразмерные экспериментальные образцы рабочего колеса турбины заявляемой конструкции прошли испытания на двух типах опытных газотурбинных двигателей. Конструкция в производстве ее деталей технологична, а при сборке-разборке не вызывает каких-либо трудностей.
Температура в ободной части колеса, в районе елочных пазов, составляет 600-650°С.
В колесе турбины малоразмерного ГТД масса элементов осевой фиксации рабочей лопатки (выступ на хвостовике рабочей лопатки и контровка) составляет 2,17% от массы рабочей лопатки, что соответствует увеличению контурной нагрузки на диск турбины на величину не более 1,1%. Для колес турбин двигателей большей размерности приведенные значения будут меньше.
Claims (3)
1. Рабочее колесо осевой турбомашины, содержащее диск турбины с лопатками, зафиксированными в осевом направлении своими хвостовиками в его продольных пазах посредством стержневых контровок, введенных в расположенные по окружности окна, образованные поперечными канавками на продольных выступах хвостовиков лопаток и совмещенной с ними канавкой на продольном кольцевом бурте диска, отличающееся тем, что указанный кольцевой бурт диска совместно с его канавкой насквозь пересечен указанными продольными пазами на всю глубину канавки вплоть до ее донной поверхности.
2. Рабочее колесо осевой турбомашины по п.1, отличающееся тем, что каждое из указанных окон под контровку образовано донной поверхностью канавки на кольцевом бурте диска, а также верхней и боковыми поверхностями поперечной канавки на выступе хвостовика лопатки.
3. Рабочее колесо осевой турбомашины по п.2, отличающееся тем, что каждая контровка, установленная в указанном окне, находится в зацеплении на всю высоту своего сечения с поперечной канавкой на выступе хвостовика лопатки, при этом хвостовик каждой лопатки охвачен концами контровки, отогнутыми наружу в радиальном направлении от оси колеса и взаимосвязанными с канавкой на кольцевом бурте диска.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA200506049 | 2005-06-21 | ||
UA200506049 | 2005-06-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2296864C1 true RU2296864C1 (ru) | 2007-04-10 |
Family
ID=38000362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125989/06A RU2296864C1 (ru) | 2005-06-21 | 2005-08-15 | Рабочее колесо осевой турбомашины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2296864C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547679C2 (ru) * | 2012-03-19 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Ротор турбины для тепловой электростанции и способ его сборки |
RU192036U1 (ru) * | 2019-05-22 | 2019-09-02 | Акционерное общество (АО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ") | Рабочее колесо лопастной машины с радиальными наборными лопатками |
-
2005
- 2005-08-15 RU RU2005125989/06A patent/RU2296864C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547679C2 (ru) * | 2012-03-19 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Ротор турбины для тепловой электростанции и способ его сборки |
US9470100B2 (en) | 2012-03-19 | 2016-10-18 | General Electric Technology Gmbh | Turbine rotor for a thermal electric power station |
RU192036U1 (ru) * | 2019-05-22 | 2019-09-02 | Акционерное общество (АО) "Научно-исследовательский институт "Лопастных машин" ("НИИ ЛМ") | Рабочее колесо лопастной машины с радиальными наборными лопатками |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8192166B2 (en) | Tip shrouded turbine blade with sealing rail having non-uniform thickness | |
CN101117896B (zh) | 转子叶片及其制造方法 | |
JP6483995B2 (ja) | ロック用スペーサアセンブリ | |
US7530791B2 (en) | Turbine blade retaining apparatus | |
CA2705622C (en) | Rotor casing treatment with recessed baffles | |
JP6408888B2 (ja) | タービンバケット閉鎖組立体及びその組立方法 | |
US20060275125A1 (en) | Angled blade firtree retaining system | |
JP6563631B2 (ja) | ロック用スペーサアセンブリ | |
US9518471B2 (en) | Locking spacer assembly | |
GB2524152A (en) | High chord bucket with dual part span shrouds and curved dovetail | |
US20100166562A1 (en) | Turbine blade root configurations | |
US20090208339A1 (en) | Blade root stress relief | |
US10767504B2 (en) | Flexible damper for turbine blades | |
US9957818B2 (en) | Removably attachable snubber assembly | |
JP6736654B2 (ja) | 後付けファンブレードプラットフォームを備える航空ターボ機械の回転アセンブリ | |
US20210033108A1 (en) | Compressor rotor casing with swept grooves | |
US8267646B2 (en) | Method of assembling a multi-stage turbine or compressor | |
US20180179901A1 (en) | Turbine blade with contoured tip shroud | |
RU2296864C1 (ru) | Рабочее колесо осевой турбомашины | |
US9540955B2 (en) | Stator assembly | |
US10914184B2 (en) | Turbine for a turbine engine | |
US20170254211A1 (en) | Bladed rotor arrangement | |
RU2606295C1 (ru) | Ротор компрессора газотурбинного двигателя | |
CA2992653A1 (en) | Rim seal | |
WO2017200549A1 (en) | Tip shroud with a fence feature for discouraging pitch-wise over-tip leakage flow |