RU2450407C2 - Rotor of turbo-machine - Google Patents
Rotor of turbo-machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450407C2 RU2450407C2 RU2010128811/07A RU2010128811A RU2450407C2 RU 2450407 C2 RU2450407 C2 RU 2450407C2 RU 2010128811/07 A RU2010128811/07 A RU 2010128811/07A RU 2010128811 A RU2010128811 A RU 2010128811A RU 2450407 C2 RU2450407 C2 RU 2450407C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- jumpers
- rotor
- shaft
- blades
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок.The invention relates to the field of turbine engineering and can be used in the design, for example, of gas turbine plants.
Конструкции роторов турбомашин подразделяются на роторы дискового, барабанного и смешанного типа (см. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969, рис.3.06).The design of the rotors of turbomachines are divided into rotors of disk, drum and mixed type (see. Skubachevsky G. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M .: Mashinostroenie, 1969, Fig. 3.06).
Известен ротор турбомашины, содержащий цилиндрическую или коническую обечайку с закрепленными на ней несколькими рядами лопаток. Две стальные крышки закрывают обечайку с торцов и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники (см. Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок. М.: Машиностроение, 1970, рис.121).Known rotor of a turbomachine containing a cylindrical or conical shell with several rows of blades fixed to it. Two steel covers cover the shell from the ends and have trunnions, which the rotor rests on bearings (see Schwartz V.A. Designs of gas turbine units. M .: Mashinostroenie, 1970, Fig. 121).
При высоких оборотах у ротора снижается надежность работы из-за повышенных механических напряжений в обечайке. Ротор барабанного типа имеет предельную окружную скорость 180…200 м/с.At high speeds, the rotor decreases reliability due to increased mechanical stresses in the shell. The drum-type rotor has a limiting peripheral speed of 180 ... 200 m / s.
Наиболее близким к данному изобретению устройством является ротор турбокомпрессора, содержащий обечайку, торцовые грани которой жестко скреплены с торцовыми крышками, снабженными цапфами, опирающимися на подшипники, при этом внешняя поверхность обечайки снабжена средствами закрепления лопаток (см. Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок. М.: Машиностроение, 1970, рис.121в).The closest device to this invention is a turbocharger rotor containing a shell, the end faces of which are rigidly fastened with end caps equipped with trunnions resting on bearings, while the outer surface of the shell is provided with means for securing the blades (see Schwartz V.A. Designs of gas turbine units. M .: Engineering, 1970, Fig. 121c).
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения высокой окружной скорости, которую можно было бы получить за счет повышения частоты вращения ротора, в связи с недостаточной механической прочностью ротора, приводящей к возможности его разрушения при эксплуатации в режиме повышенных частот вращения.A disadvantage of the known device is the inability to provide a high peripheral speed, which could be obtained by increasing the rotor speed, due to the insufficient mechanical strength of the rotor, leading to the possibility of its destruction during operation in the mode of high speeds.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение механической прочности ротора, обеспечивающей возможность его использования в режиме повышенной окружной скорости с уменьшением его массы, повышением жесткости ротора и упрощением технологии изготовления.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the mechanical strength of the rotor, which makes it possible to use it in the mode of increased peripheral speed with a decrease in its weight, increase the stiffness of the rotor and simplify the manufacturing technology.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении допустимой окружной скорости, осевой и радиальной жесткости ротора при обеспечении минимальной массы.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in increasing the permissible peripheral speed, axial and radial stiffness of the rotor while ensuring a minimum mass.
Поставленная задача решается тем, что ротор турбомашины, содержащий обечайку, торцовые грани которой жестко скреплены с торцовыми крышками, снабженными цапфами, опирающимися на подшипники, при этом внешняя поверхность обечайки снабжена средствами закрепления лопаток, отличается тем, что соосные вал и обечайка жестко скреплены, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками, выполненными в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки, которые ориентированы вдоль продольной оси ротора турбомашины, при этом на сопряжениях с валом и обечайкой толщина перемычек плавно увеличивается к контактируемым с ними поверхностям. При этом вал выполнен полым. Кроме того перемычки ориентированы радиально. Кроме того, участкам сопряжения перемычек с валом и обечайкой придана округлая форма поверхности. При этом средства закрепления лопаток на роторе выполнены в виде замка «елочного» типа.The problem is solved in that the rotor of the turbomachine containing the shell, the end faces of which are rigidly fastened with end caps equipped with trunnions resting on bearings, while the outer surface of the shell is equipped with means for securing the blades, characterized in that the coaxial shaft and the shell are rigidly fastened at least two jumpers equidistant from each other, made in the form of plates of the same thickness, the length of which corresponds to the length of the shell, which are oriented along the longitudinal axis of the rotor bomashiny, wherein on the mating with the shaft and the shell thickness increases smoothly webs to be contacted with the surfaces of them. The shaft is hollow. In addition, the jumpers are oriented radially. In addition, the sections of the interface of the jumpers with the shaft and the shell are given a rounded surface shape. In this case, the means of fixing the blades on the rotor are made in the form of a “Christmas tree” type lock.
Кроме того, поперечное сечение обечайки вдоль ее продольной оси выполнено переменным. При этом торцовые крышки дополнительно жестко скреплены по всей площади контакта с обечайкой, валом и перемычками.In addition, the cross section of the shell along its longitudinal axis is made variable. In this case, the end caps are additionally rigidly bonded over the entire area of contact with the shell, shaft and jumpers.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the set of essential features of the proposed technical solution and the set of essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty".
При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.
Признаки «…вал и обечайка жестко скреплены, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками, выполненными в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки, которые ориентированы вдоль продольной оси ротора турбомашины…» образуют монолитную конструкцию ротора при минимальной массе и массовых моментах инерции ротора турбомашины, обеспечивают равномерное распределение механических напряжений и, тем самым, увеличивают его прочность, радиальную и осевую жесткость.The signs "... the shaft and the shell are rigidly fastened by at least two jumpers equally spaced from each other, made in the form of plates of the same thickness, the length of which corresponds to the length of the shell, which are oriented along the longitudinal axis of the turbomachine rotor ..." form a monolithic rotor design with a minimum weight and mass moments of inertia of the rotor of the turbomachine, provide a uniform distribution of mechanical stresses, and thereby increase its strength, radial and axial stiffness.
Признак «…на сопряжениях с валом и обечайкой толщина перемычек плавно увеличивается к контактируемым с ними поверхностям» позволяет уменьшить концентрацию напряжений в зоне перемычек.The sign "... at the interfaces with the shaft and the shell, the thickness of the jumpers gradually increases to the surfaces in contact with them" allows you to reduce the stress concentration in the area of the jumpers.
Признак «…вал выполнен полым…» позволяет уменьшить массу и массовые моменты инерции ротора и, тем самым, снизить нагрузки на подшипники, обусловленные весом и гироскопическим моментом ротора при вибрации корпуса турбомашины.The sign "... the shaft is made hollow ..." allows you to reduce the mass and mass moments of inertia of the rotor and, thereby, reduce the load on the bearings due to the weight and gyroscopic moment of the rotor during vibration of the turbomachine body.
Признак «…перемычки ориентированы радиально…» позволяет снизить напряжения в обечайке от центробежных сил.The sign "... jumpers are oriented radially ..." allows you to reduce stress in the shell from centrifugal forces.
Признак «…участкам сопряжения перемычек с валом и обечайкой придана округлая форма поверхности…» позволяет уменьшить концентрацию напряжений в зонах примыкания перемычек с валом и обечайкой.The sign "... the sections of the interface of the jumpers with the shaft and the casing are given a rounded shape of the surface ..." allows you to reduce the stress concentration in the areas adjacent to the jumpers with the shaft and the casing.
Признак «…средства закрепления лопаток на роторе выполнены в виде замка «елочного» типа…» позволяет создать наилучшее соединение лопаток с обечайкой.The sign "... the means of securing the blades on the rotor are made in the form of a" Christmas tree "type lock ..." allows you to create the best connection of the blades with the shell.
Признак «…поперечное сечение обечайки вдоль ее продольной оси выполнено переменным…» позволяет профилировать проточную часть турбомашины необходимым образом.The sign "... the cross section of the shell along its longitudinal axis is made variable ..." allows you to profile the flow part of the turbomachine as necessary.
Признак «…торцовые крышки дополнительно жестко скреплены по всей площади контакта с обечайкой, валом и перемычками…» позволяет дополнительно повысить прочность и жесткость ротора как в радиальном, так и в осевом направлениях.The sign “... end caps are additionally rigidly bonded over the entire contact area with the shell, shaft and jumpers ...” allows you to further increase the strength and stiffness of the rotor in both radial and axial directions.
На фиг.1 показан поперечный разрез ротора турбомашины, а на фиг.2 - продольный разрез.Figure 1 shows a cross section of a rotor of a turbomachine, and figure 2 is a longitudinal section.
На чертежах показаны вал 1, обечайка 2, торцовые крышки 3, цапфы 4, лопатки 5, перемычки 6, формирующие пазы 7 грушевидной формы.The drawings show a shaft 1, a shell 2,
Ротор турбомашины может быть выполнен, например, из стали и содержит соосные вал 1 и обечайку 2, торцовые грани которых жестко скреплены с торцовыми крышками 3, снабженными цапфами 4, опирающимися на подшипники. Вал 1 выполнен полым, а поперечное сечение обечайки 2 вдоль ее продольной оси выполнено переменным. Внешняя поверхность обечайки 2 снабжена средствами закрепления лопаток 5. Средства закрепления лопаток 5 на роторе выполнены в виде замка «елочного» типа. Вал 1 и обечайка 2 жестко скреплены, по меньшей мере, двумя равноудаленными друг от друга перемычками 6, выполненными в виде пластин одинаковой толщины, длина которых соответствует длине обечайки 2, которые ориентированы радиально и вдоль продольной оси ротора турбомашины. При этом на сопряжениях с валом 1 и обечайкой 2 толщина перемычек 3 плавно увеличивается к контактируемым с ними поверхностям. Кроме того, участкам сопряжения перемычек 6 с валом 1 и обечайкой 2 придана округлая форма поверхности. При этом торцовые крышки 3 дополнительно жестко скреплены по всей площади контакта с обечайкой 2, валом 1 и перемычками 6.The rotor of the turbomachine can be made, for example, of steel and contains a coaxial shaft 1 and a shell 2, the end faces of which are rigidly fastened to the
Ротор турбомашины изготавливают в следующем порядке. Заготовку в виде цилиндра, который может иметь внутреннее отверстие, подвергают механической обработке с целью формирования пазов 7 грушевидной формы, например, сверлением с последующим фрезерованием. Торцовые крышки 3 с цапфами 4 крепят к торцам ротора, например, вакуумно-диффузионной сваркой. На наружной поверхности внешнего цилиндра фрезеруют пазы, например, в виде замка «елочного типа» для установки и крепления лопаток 5, в которые устанавливают лопатки 5.The rotor of a turbomachine is made in the following order. A blank in the form of a cylinder, which may have an inner hole, is machined to form pear-shaped grooves 7, for example, by drilling and subsequent milling.
Турбомашина работает следующим образом. При вращении ротора в подшипниках корпуса турбомашины в вале 1, обечайке 2 и перемычках 6 возникают напряжения от центробежных сил и они тем больше, чем выше частота вращения ротора. Продольные перемычки 6 и вал 1 разгружают обечайку 2 от действия центробежных сил и, тем самым, снижают эквивалентные напряжения в роторе. При отсутствии центрального отверстия в вале 2 напряжения минимальны (отсутствует эффект «булавочного укола»). Профилируя соответствующим образом перемычки 6, можно уменьшить массу ротора почти в два раза (при полом вале) при незначительном снижении прочности ротора по сравнению со сплошным цельнокованым ротором.Turbomachine works as follows. When the rotor rotates in the bearings of the turbomachine body in the shaft 1, casing 2 and jumpers 6, stresses arise from centrifugal forces and they are the greater, the higher the rotor speed. The longitudinal jumpers 6 and the shaft 1 unload the shell 2 from the action of centrifugal forces and, thereby, reduce the equivalent voltage in the rotor. In the absence of a central hole in the shaft 2, the stresses are minimal (there is no “pin prick” effect). By profiling accordingly the jumpers 6, it is possible to reduce the rotor mass by almost half (with a hollow shaft) with a slight decrease in the strength of the rotor compared to a solid forged rotor.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010128811/07A RU2450407C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Rotor of turbo-machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010128811/07A RU2450407C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Rotor of turbo-machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010128811A RU2010128811A (en) | 2012-01-20 |
RU2450407C2 true RU2450407C2 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=45785231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010128811/07A RU2450407C2 (en) | 2010-07-12 | 2010-07-12 | Rotor of turbo-machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2450407C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3131321A (en) * | 1962-04-23 | 1964-04-28 | Gen Electric | Liquid-cooled rotor for a dynamoelectric machine |
GB1490171A (en) * | 1974-01-18 | 1977-10-26 | Westinghouse Electric Corp | Fluid cooled dynamo-electric machine rotor |
DE3408986A1 (en) * | 1984-03-12 | 1985-09-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | RUNNER OF AN ELECTRICAL MACHINE WITH AXIAL AND RADIAL COOLING CHANNELS |
SU1385199A1 (en) * | 1985-11-29 | 1988-03-30 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Electroturbogenerator |
RU58811U1 (en) * | 2006-07-17 | 2006-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛСИБ-У" | GAS-COOLED ELECTRIC MACHINE ROTOR |
-
2010
- 2010-07-12 RU RU2010128811/07A patent/RU2450407C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3131321A (en) * | 1962-04-23 | 1964-04-28 | Gen Electric | Liquid-cooled rotor for a dynamoelectric machine |
GB1490171A (en) * | 1974-01-18 | 1977-10-26 | Westinghouse Electric Corp | Fluid cooled dynamo-electric machine rotor |
DE3408986A1 (en) * | 1984-03-12 | 1985-09-19 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | RUNNER OF AN ELECTRICAL MACHINE WITH AXIAL AND RADIAL COOLING CHANNELS |
SU1385199A1 (en) * | 1985-11-29 | 1988-03-30 | Отделение Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики | Electroturbogenerator |
RU58811U1 (en) * | 2006-07-17 | 2006-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛСИБ-У" | GAS-COOLED ELECTRIC MACHINE ROTOR |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ШВАРЦ В.А. Конструкции газотурбинных установок. - М.: Машиностроение, 1970, рис.121. СКУБАЧЕВСКИЙ Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - М.: Машиностроение, 1969, рис.3.06. * |
ШВАРЦ В.А. Конструкции газотурбинных установок. - М.: Машиностроение, 1970, рис.121в. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010128811A (en) | 2012-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10041534B2 (en) | Bearing outer race retention during high load events | |
US8092183B2 (en) | Fan rotor for a turbomachine or a test engine | |
EP3170992A1 (en) | Bearing outer race retention during high load events | |
RU2525363C2 (en) | Turbine wheel and turbomachine with such wheel | |
US8322991B2 (en) | Balance weight | |
RU2362888C2 (en) | Turbomachine with uncoupling device, common for first and second bearings of its control shaft, compressor, consisting uncoupling device, and uncoupling device | |
US8616854B2 (en) | Nose cone assembly | |
US8777576B2 (en) | Metallic fan blade platform | |
US20160290228A1 (en) | Fan bearings for a turbine engine | |
GB2322914A (en) | Gas turbine engine with emergency bearing support | |
WO2014130332A1 (en) | Gas turbine engine having a mistuned stage | |
RU2007139404A (en) | GAS-TURBINE INSTALLATION ROTOR BALANCING SYSTEM, ROTOR DISC AND DESIGN UNIT CONTAINING SUCH SYSTEM, AND GAS TURBINE INSTALLATION | |
CN113227539B (en) | Bladed rotor system and corresponding maintenance method | |
EP2589759B1 (en) | Mid-Turbine Bearing Support | |
JP5542934B2 (en) | Hub for propeller with variable pitch blades | |
WO2014081790A1 (en) | Gas turbine engine compressor rotor assembly and balancing system | |
RU2496008C2 (en) | Disconnecting device of bearing support | |
JP5722318B2 (en) | Propeller hub | |
CN108138585B (en) | Propulsion assembly with separable housing portions | |
RU2450407C2 (en) | Rotor of turbo-machine | |
US10501168B2 (en) | Stiffened hub for unshrouded propeller | |
JP6479328B2 (en) | Rotor and rotary machine | |
US11371432B2 (en) | Aircraft engine intake arrangement comprising a mechanical decoupler | |
US20160040535A1 (en) | Turbine blade mid-span shroud assembly | |
US11542820B2 (en) | Turbomachinery blade and method of fabricating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180713 |