Робоче колесо осьової турбомашини

1 Робоче колесо осьової турбомашини з лопатками, розташованими в диску колеса з упором в ущільнювальне кільце, яке, разом із кільцевим буртом диска, спрямованим до подовжньої осі, розташоване між стінками U - подібного стопорного розрізного кільця, при цьому в пазу останнього розміщений фіксатор у вигляді частини згаданого U - подібного стопорного кільця, закріплений плоским замком, яке відрізняється тим, що згаданий паз під фіксатор виконаний в одній СТІНЦІ U - подібного стопорного кільця, розміщений між буртом диска і диском і наскрізь сполучений із додатковим діагональним розрізом, виконаним в ІНШІЙ СТІНЦІ навпроти згаданого паза, при цьому фіксатор виконаний у вигляді пластини, введеної в згаданий паз, одна поверхня якої з'єднана зі згаданим замком, уведеним між згаданими U - подібним стопорним кільцем і диском 2 Робоче колесо осьової турбомашини за п 1,яке відрізняється тим, що інша поверхня згаданої пластини об'єднана з додатковим стрижнем, паралельним подовжній осі та розміщеним одночасно в сполучених отворах бурту диска та ущільнюваль ного кільця 3 Робоче колесо осьової турбомашини за пп 1,2, яке відрізняється тим, що плоский замок містить проріз, де розміщена пластина фіксатора, відкритий радіально до подовжньої осі колеса, а частини замка з обох боків прорізу і пластини фіксатора в осьовому напрямку розміщені під U - подібним стопорним кільцем, де з'єднані з останнім, при цьому пластина фіксатора висунута в радіальному напрямку між зазначеною віссю та частинами замка під U - подібним стопорним кільцем 4 Робоче колесо осьової турбомашини за пп 1-3, яке відрізняється тим, що сполучені отвори бурту диска й ущільнювальне кільце мають також сполучені наскрізні прорізи в напрямку до подовжньої осі, при цьому згаданий стрижень розміщений в одному з кутів пластини фіксатора і має круглий переріз із лисками під згадані прорізи, паралельні між собою й однією з боків пластини 5 Робоче колесо осьової турбомашини за пп 1-4, яке відрізняється тим, що розрізне U - подібне кільце на поверхні стінки між буртом диска і його тіла, у напрямку останнього, містить кільцевий виступ уздовж подовжньої осі, при цьому виступ має подовжній проріз на ДІЛЯНЦІ розміщення згаданого плоского замка 6 Робоче колесо осьової турбомашини за пп 1-5, яке відрізняється тим, що згадані бурт диска й ущільнювальне кільце скріплені, щонайменше, одним подовжнім штифтом, торці якого розміщені між стінками U - подібного кільця Технічне рішення, що заявляється, відноситься до газотурбінної техніки, а саме до газотурбінних двигунів, зокрема до робочих коліс осьових турбін із фіксацією їхніх робочих лопаток в осьовому напрямку Відоме робоче колесо осьової газової турбіни (див опис і фігури до патенту РФ N 1 077 380, кл МПК F01D5/32, публікація 21 06 93) Відоме робоче колесо містить диск У його подовжніх пазах установлені лопатки, зафіксовані від переміщення уздовж подовжньої осі колеса розрізним ущільнювальним стопорним кільцем із канав кою по внутрішньому діаметру з поперечним перетином U-образноі форми, зверненим відкритим боком назовні та охоплюючим спрямований до осі бурт диска турбіни При цьому кільце своїм ЗОВНІШНІМ діаметром введено в кільцеву канавку, складену з окремих канавок у лопатках і відкриту до осі диска У МІСЦІ розріза ущільнювального стопорного кільця встановлюється вкладиш, що являє собою фрагмент стопорного кільця такого ж поперечного перетину U-образноі форми Вкладиш, як і стопорне кільце, утримується буртом диска турбіни, а його ЗОВНІШНІЙ діаметр входить у кільцеву канавку, 1 ю со 1^ ю 57357 утворену з окремих канавок робочих лопаток У вкладиші та бурті диска турбіни виконано по отвору, які суміщені, а в них розташовано фіксаторштифт, що утримує вкладиш в окружному і радіальному напрямках Відоме також колесо осьової газової турбіни з закріпленими від осьового переміщення робочими лопатками (див опис і фігури до патентів - аналогів фірми Дженерал Електрик США N 4 171 930, кл HKB416-220R, кл МПК F01D5/30, то ж Франції N 2 413 543, ФРН N 2 842 095, Великобританії N 2 012 007) Робочі лопатки колеса встановлені в подовжні пази диска турбіни Засобом фіксації лопаток в осьовому напрямку вперед, тобто проти потоку, є лабіринтовий диск Для усіх варіантів відомого рішення загальним є те, що вздовж потоку, тобто назад в осьовому напрямку, лопатки зафіксовані ущільнювальним кільцем Ущільнювальне кільце закріплене на диску турбіни стопорним розрізним кільцем Стопорне розрізне кільце по ЗОВНІШНІЙ поверхні містить окружну канавку, завдяки чому воно має поперечний перетин U-образноі форми, звернений відкритим боком радіально від подовжньої осі колеса Усе вищевикладене стосується кожного з варіантів можливого виконання відомого колеса турбомашини У зібраному колесі зазначена канавка охоплює спільно внутрішню частину ущільнювального кільця і бурт диска, спрямований від периферії колеса до його подовжньої осі У першому варіанті відомого пристрою розрізне кільце має прямий розріз, який у зібраному колесі залишається відкритим Це не виключає провисання КІНЦІВ розрізного кільця і створює вентиляційні втрати при обертанні ротора, тому що поверхня кільця з зовнішнього боку не є гладкою Враховуючи високі температури, при яких працює колесо турбіни та його ущільнювальне кільце, можливо короблення останнього 3 утратою його діаметральних розмірів і, як наслідок, провисання КІНЦІВ розрізного кільця при зупинці У варіанті згаданого технічного рішення, що найбільш близьке тому, що заявляється, по сукупності істотних ознак та технічному результату, у прямому наскрізному пазу стопорного розрізного кільця встановлений фіксатор у виді частини Uобразного кільця У кільцевій проточці, яка виконана з зовнішнього боку бурту ущільнювального кільця та проточці з внутрішнього боку однієї зі стінок Uобразного фіксатора встановлюється пружинний замок у вигляді пластинки Відомий пристрій недостатньо технологічний, особливо для конструкцій малих розмірів, у яких воно може бути взагалі нездійсненним через пропорційне зменшення всіх и складових частин Проте, відомий пристрій обраний прототипом робочого колеса турбомашини, що заявляється, оскільки він добре сприймає осьові і відцентрові навантаження і може надійно працювати, якщо його удосконалити так, щоб при малих розмірах колеса конструкція залишалася технологічною при виробництві окремих и частин і подальшому складанню колеса Перед автором стояла задача створити таке робоче колесо турбіни, у якому можна було б забезпечити кріплення робочих лопаток із фіксацією в осьовому напрямку і при цьому одержати певний сукупний технічний результат, який складається з декількох логічно пов'язаних між собою технічних результатів Основним технічним результатом є одержання надійної фіксації лопаток у колесі турбомашини малих розмірів, яка працює в умовах високих температурних і відцентрових навантажень При цьому необхідно одержати супутній технічний результат при утриманні елементів конструкції від переміщень в окружному, радіальному й осьовому напрямку забезпечити МІЦНІСТЬ елементів конструкції колеса, яке працює в полі високих осьових, відцентрових і температурних навантажень Водночас, малі розміри колеса, його диска й інших деталей пред'являють додаткові і підвищені вимоги до технологічності їх виготовлення та складання-розбирання Поставлена задача вирішується тим, що у відомому робочому колесі осьової турбомашини з лопатками, розташованими в подовжніх пазах диска колеса з упором в ущільнювальне кільце, яке , разом із кільцевим буртом диска, спрямованим до подовжньої осі, розміщено між стінками Uобразного стопорного розрізного кільця і з розміщеним у пазу останнього фіксатором у вигляді частини U-образного стопорного кільця, замкнутим плоским замком, зроблені удосконалення Удосконалення полягають у наступному Згаданий паз під фіксатор виконаний тільки в одній СТІНЦІ U-образного стопорного кільця, розміщений між буртом диска і його тілом Паз наскрізь сполучається з додатковим діагональним розрізом Розріз виконаний в ІНШІЙ СТІНЦІ U-образного кільця навпроти згаданого паза Цей діагональний косий розріз, забезпечує в основному гладку поверхню іншої згаданої стінки При цьому фіксатор виконаний у вигляді пластини і уведений у згаданий паз Одна поверхня цієї пластини зв'язана зі згаданим замком, який уведений між згаданими U-образним стопорним кільцем і диском Це дозволяє використовувати запропонований пристрій для коліс турбіни без лабіринтового диску попереду, тобто для коліс з робочими лопатками, які не охолоджуються, або з лопатками, які охолоджуються системою з низьким напором підведення повітря Для надійності інша поверхня згаданої пластини може бути об'єднана з додатковим стрижнем Стрижень, бажано, паралельний подовжній осі і розташований одночасно в суміщених отворах бурту диска й ущільнювального кільця Плоский замок містить проріз з розташованою в ньому пластиною фіксатора Проріз відкритий радіально до подовжньої осі колеса Частини замка по обох боків прорізу та пластини фіксатора в осьовому напрямку розташовані під U-образним стопорним кільцем та, внаслідок чого, з ним взаємозв'язані При цьому пластина фіксатора висунута в радіальному напрямку між зазначеною віссю і частинами замка під U-образним стопорним кільцем 57357 Щоб забезпечити технологічність складаннярозбирання конструкції, суміщені отвори бурту диска й ущільнювального кільця мають також суміщені наскрізні прорізи в напрямку до подовжньої осі При цьому в одному з кутів пластини фіксатора розташований стрижень фіксатора Він має круглий перетин із лисками під прорізи Лиски паралельні між собою й однією з боків пластини Розрізне U-образне кільце на поверхні стінки між буртом диска та його тілом, у напрямку останнього, містить кільцевий виступ уздовж подовжньої осі При цьому виступ має подовжній проріз на ДІЛЯНЦІ розміщення плоского замка Крім того, бурт диска й ущільнювальне кільце скріплені, щонайменше, одним подовжнім штифтом, торці якого розташовані між стінками Uобразного кільця, чим запобігається зміщення деталей конструкції відносно друг друга Усім ЦИМ забезпечуються раніше згадані технічні результати запропонованого пристрою Технічне рішення, що заявляється, ілюструється кресленнями, де на фіг 1 показаний фрагмент робочого колеса турбіни в зібраному вигляді, фіг 2 наведений вид А на деталі колеса із зазначенням елементів, які використовуються для встановлення фіксатора і штифтів, які утримують ущільнювальне та стопорне кільця від переміщення в окружному напрямку (розрізне кільце, фіксатор, плоский замок і штифт не показані), фіг 3 наведений перетин М-М (див фіг 2), на якому показана установка одного зі штифтів, що утримує ущільнювальне кільце від переміщення в окружному напрямку (розрізне кільце не показане), фіг 4 показаний вид А (див фіг1) на розрізне кільце, фіг 5 наведений вид Б (див ф і г 1 ) на розрізне кільце, фіг 6 наведений збільшений поперечний перетин Е-Е (див фіг 4) розрізного кільця, фіг 7 наведені збільшені поперечні перетини И-И і К-К (див фіг 5) розрізного кільця, фіг 8 показані дві збільшені проекції фіксатора, призначеного для утримання КІНЦІВ розрізного стопорного кільця, фіг 9 показаний замок, призначений для утримання фіксатора в осьовому напрямку, фіг 10 наведені збільшені поперечні перетини Ю-Ю і Є-Є (див фіг 9) замка, фіг 11 наведений фрагмент В (див фіг 2), на якому показане положення фіксатора перед постановкою його в робоче колесо турбіни, фіг 12 наведений фрагмент В (див фіг 2), де показано фіксатор, стрижень якого встановлений у суміщених отворах диска турбіни і кільця ущільнювального, фіг 13 даний фрагмент В (див фіг 2) на який показаний наступний етап установки фіксатора фіксатор повернений на 90 градусів відносно осі стрижня, фіг 14 даний поздовжній перетин Д-Д (див фіг 13), на якому показане положення фіксатора перед установленням розрізного кільця, фіг 15 наведений вид Б (див фіг 14), на якому показане установлення розрізного кільця і поло ження замка перед постановкою його в паз розрізного кільця, фіг 16 дано поздовжній перетин Т-Т (див фіг 15), на якому показане розташування фіксатора при установленні розрізного кільця, фіг 17 показаний вид Б (див фіг 16), на якому показано установлення замка в паз розрізного кільця, фіг 18 наведений поздовжній перетин Т-Т (див фіг 17), на якому показаний остаточно установлений фіксатор, фіг 19 наведений вид Б (див фіг 18), на якому показаний остаточно установлений замок, фіг 20 даний поздовжній перетин Т-Т (див фіг 19) остаточно зібраного робочого колеса турбіни Робоче колесо (див ф і г 1 ) турбомашини містить робочі лопатки 1, встановлені в пазах, наприклад ялинкових, диска 2 На замковій частині робочих лопаток 1 є виступи 3, що прилягають до задньої поверхні ободу диска 2 і фіксуючі тим самим робочі лопатки 1 за стрілкою А На диску 2 є бурт 4, спрямований радіально до осі диска На диску 2 з упором також у лопатки 1 встановлене ущільнювальне кільце 5, що має бурт 6, також спрямований радіально до осі кільця 5 і диска 2 Спільно В бурті 6 ущільнювального кільця 5 та в бурті 4 диска 2 (див ф і г 1 , 2) виконані декілька отворів 7 і один отвір 8 При установці ущільнювального кільця 5 на диск 2 вони ВІДПОВІДНО суміщаються Отвори 7 і 8 мають відкриті в напрямку подовжньої осі колеса прорізи 9 і 10 ВІДПОВІДНО (ДИВ фіг 2) В отвори 7 установлені штифти 1 1 , що фіксують ущільнювальне кільце 5 від провертання (фігЗ) Розрізне кільце 12 U-образного перетину встановлено так, що охоплює своїми вертикальними, спрямованими від загальної подовжньої осі, стінками бурти 4 диска 2 і 6 ущільнювального кільця 5 Тим самим кільце 12 фіксує ущільнювальне кільце 5 і робочі лопатки 1 уздовж осі (див фіг 1) у напрямку стрільці Б На одній СТІНЦІ кільця 12 (див фіг 4, 5, 6, 7) із боку по стрілці А є вузький косий розріз 13, із перетинанням радіальної осі кільця 12 (див фіг 4) На ІНШІЙ СТІНЦІ U-образного кільця 12 навпроти косого розрізу, вид по стрілці Б, розташований широкий прямий паз 14 (див фіг 5) із боками, які паралельні радіальної осі кільця 12, що проходить між ними Кільце 12 встановлене так, що прямий паз 14 спрямований убік диска 2 і за його буртом 4, а косий розріз 13 - діагонально в межах проекції прямого паза 14 і назовні поверх бурту 6 кільця 5, тобто з боку стрілки А (див фіг 1) Кільце 12 (також по стрілці Б) має (див фіг 6) кільцевий осьовий виступ 15, який зрізано на ДІЛЯНЦІ 16 за межами паза 14 у СТІНЦІ розрізного кільця U-образного перетину Також кільцевий виступ 15 зрізаний і на ДІЛЯНЦІ 17 з утворенням прорізу для встановлення плоского замка (див фіг 5 і 7) Фіксатор 18 (див фіг 8) виконаний у виді прямокутної пластини На одній поверхні пластини й в одному з и кутів заодно і перпендикулярно до неї виконаний стрижень 19 круглого перетину Стрижень 19 має лиски 20, 2 1 , рівнобіжні між собою й одним з боків пластини 18, під прорізи 10 отвори 8 57357 (див фіг 2) Стрижень 19 фіксатора встановлений в отворі 8, рівнобіжному подовжньої осі колеса і виконаному одночасно і у загальній ВІСІ, ЯК у бурта 4, так і в бурті 6 ущільнювального кільця 5 (див ф і г 1 , 17) Прямокутна пластина 18 встановлена в пазу 14 однієї зі стінок U-образного стопорного кільця 12 Цим U-образне стопорне кільце 12 зафіксовано від провертання, а також від переміщення його КІНЦІВ у радіальному напрямку до осі Для утримання фіксатора в осьовому напрямку в зазорі між диском 2 і протилежною від стрижня 19 боком пластини 18 фіксатора (див ф і г 1 ) встановлений плоский замок 22 (див фіг 9, 10) Замок 22 (див фіг 19, 20) має виріз 23, що відкритий радіально до подовжньої осі, а по обох його боках є частини, що деформуються і спрямовані також радіально до подовжньої осі колеса Виріз 23 замка 22 охоплює прямокутну пластину 18 фіксатора, а частини замка, що деформуються, по обидва боки вирізу 23 (а значить, і пластини 18), відігнуті в осьовому напрямку і розміщені під внутрішнім діаметром U-образного стопорного кільця (див фіг 19, 20) При цьому частина пластини 18 фіксатора виступає за виріз 23 замка 22 радіально до подовжньої осі колеса і розміщена між зазначеною віссю і відігнутими частинами замка 22 У радіальному напрямку замок 22 утримується з одного боку диском 2, з іншого боку осьовим виступом 15 U-образного стопорного кільця 12, розташованим уздовж подовжньої осі (див фіг 6) на ЗОВНІШНІЙ поверхні однієї стінки розрізного кільця 12 Таким чином, уся конструкція утримується від переміщень в окружному, радіальному й осьовому напрямку Складання колеса турбіни починається з установки робочих лопаток 1 у пази диска 2 (див фіг 1) до упора виступами 3 у бічну поверхню ободу диска 2 Потім встановлюється ущільнювальне кільце 5, при цьому отвори 7 і 8 на буртах 4 дисків 2 і 6 кільця 5 суміщаються (див фіг 2) В отвори 7 уводяться штифти 11 (див фігЗ) Далі в отвір 8 встановлюється стрижень 19 пластини 18 фіксатора, 8 який, завдяки лискам 20, 21 на стрижні 19 вільно проходить через проріз 10 отвору 8 (див фіг 1 1 , 12) Потім стрижень 19 разом з пластиною 18 фіксатора повертають на 90°, як це показано на фіг 13 Стрижень 19 разом з пластиною 18 фіксатора зміщають у напрямку стрільці А до упора в полотнину диска 2 (див фіг 14) Встановлення стопорного кільця 12 показано по етапах на фіг 15, 16, 17, 18 Слід зазначити, що відсутність частини кільцевого осьового виступу 15 на ДІЛЯНЦІ 16 (див фіг 5, 6, 7) U-образного стопорного кільця 12 дозволяє встановити його не зачіпаючи пластину 18 фіксатора, притиснуту до полотнини диска 2 (див фіг 14) Потім пластина 18 фіксатора зі стрижнем 19 зміщується технологічним пристосуванням у напрямку стрільці Б до упору в бурт 4 диску 2 При цьому прямокутну пластину 18 фіксатора розташовують у прямому пазу 14 розрізного стопорного кільця 12 (див фіг 17, 18) Потім у районі ділянки 17, на якому зрізана частина кільцевого виступу 15, уводять плоский замок 22 (див фіг 15, 17), який, переміщуючи в окружному напрямку, встановлюють прорізом 23 на пластину 18 фіксатора, після чого відгинають його частину, що деформується, по обидва боки пластини 18 фіксатора на внутрішній діаметр кільця 12, фіксуючи тим самим замок 22 в окружному напрямку (див фіг 19, 20) Повнорозмірний експериментальний зразок робочого колеса конструкції, що заявляється, пройшов випробування на газотурбінному двигуні Конструкція у виробництві и деталей технологічна, а при складанні - розбиранні не викликає якихнебудь труднощів Температура ободу колеса складала 600 градусів Цельсія Максимальні напруги, визначені в ущільнювальному КІЛЬЦІ В радіусі переходу бурту, що центрує, до вертикальної стінки і складали 60кг/мм 2 При цьому відзначена висока надійність пристрою, що заявляється, у роботі на всіх штатних та форсованих режимах двигуна А Б ФІГ.: Фіг,2 10 57357 м-мо Фіг.З 17 16 L L и И Фіг,5 и-и.к-ко Фіг.7 ФІГ.6 20 19 Ш_ Фіг.8 Ю-Ю ФІг.Ю Фіг.И 20 Є-Є 11 57357 12 ФіпіЗ .14 Т Ш іг.15 ФІГ.16 Б 4 Фіг.17 т-т