Пристрій для балансування обертової деталі, зокрема ротора турбореактивного двигуна

1. Пристрій для балансування обертової деталі, зокрема ротора турбіни в турбомашині, такій як турбореактивний двигун, який містить щонайменше один балансувальний тягарець, встановлений на кільцевому фланці деталі, і кріпильний засіб для кріплення балансувального тягарця на згаданому кільцевому фланці, який відрізняє ться тим, що балансувальний тягарець має засіб зачеплення для зачеплення на згаданому кільцевому фланці деталі, фіксувальні засоби зв'язані з балансувальним тягарцем і з кільцевим фланцем так, щоб запобігати переміщенню балансувального тягарця відносно кільцевого фланця і самоблокуватися як від поворотного переміщення, так і від осьового поступального переміщення відносно балансувального 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що тягарця. балансувальний тягарець на його поверхні, оберненій до кільцевого фланця, має щонайменше один L-подібний гак для зачеплення на кільцевому ободі згаданого кільцевого фланця. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що балансувальний тягарець на його радіально внутрішніх і зовнішніх кінцях має лицьові L-подібні гаки для зачеплення на двох концентричних кільцевих ободах згаданого кільцевого фланця. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що принаймні один із кільцевих ободів має переривання або виїмку, що забезпечує встановлення балансувального тягарця на місце і його зачеплення на кільцевому фланці за рахунок поступа 2 (19) 1 3 84852 4 засобу, повертаючи шип у його початкове положення. 12. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що шти фт фіксувального засобу встановлений щільною посадкою в отворі згаданого кільцевого фланця і з зазором в отворі в балансувальному тягарці. 13. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кільцевий фланець має задану кількість отворів для встановлення балансувального тягарця; причому згадана кількість становить, наприклад, 24, і згадані отвори рівномірно розподілені навколо кільцевого фланця. 14. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що використано для встановлення щонайменше одного балансувального тягарця на верхньому за потоком кільцевому фланці верхнього за потоком диска турбіни низького тиску в турбореактивному двигуні і/або для встановлення щонайменше одного балансувального тягарця на нижньому за потоком кільцевому фланці нижнього за потоком диска згаданого ротора. Даний винахід стосується пристрою для балансування обертової деталі, зокрема ротора турбіни в турбоустановці, такої як турбореактивний двигун або чого-небудь подібного. У даній галузі техніки добре відоме коректування дисбалансу обертової деталі балансувальним тягарцем, що прикріплюється до деталі будьякими придатними засобами. У турбіні низького тиску турбореактивного двигуна, яка складається з обертових дисків, на яких встановлені лопатки і які прикріплені один до одного кільцевими фланцями, балансувальні тягарці прикріплюються болтами до верхнього за потоком кільцевого фланця верхнього за потоком диска і/або до нижнього за потоком кільцевого фланця нижнього за потоком диска. Для цього методу прикріплення потрібно, щоб між верхнім за потоком кільцевим фланцем і верхнім за потоком диском був достатній простір для проходження інструмента, що затягує гайки на болтах. Тому необхідний додатковий простір в осьовому напрямі вгорі за потоком від турбіни, який не можна зменшити, внаслідок чого утр уднюється встановлення розподільного сопла по місцю. Зокрема, метою даного винаходу є усунення цих недоліків, з одночасним зменшенням ваги засобу для прикріплення балансувальних тягарців на обертових дисках цієї турбіни або турбомашини. З цією метою винахід передбачає пристрій для балансування обертової деталі, зокрема, ротора турбіни в турбомашині, такій як турбореактивний двигун або тому подібне; при цьому пристрій містить, щонайменше, один балансувальний тягарець, встановлений на кільцевому фланці деталі, і кріпильний засіб для кріплення балансувального тягарця на згаданому кільцевому фланці, причому балансувальний тягарець має засіб зачеплення для зачеплення на згаданому кільцевому фланці деталі, і фіксувальні засоби пов'язані з балансувальним тягарцем і з кільцевим фланцем так, щоб запобігати переміщенню балансувального тягарця відносно кільцевого фланця і самоблокуватися як від поворотного переміщення, так і від осьового поступального переміщення відносно балансувального тягарця. Пристрій згідно з даним винаходом дозволяє: - усун ути необхідність використання інструментів відомого рівня техніки для затягування гайок; - зменшити осьовий розмір і внаслідок цього полегшити встановлення розподільного сопла перед верхнім за потоком диском турбіни; і - зменшити вагу пристрою для балансування ротора (наприклад, на 1,4кг для турбореактивного двигуна, виготовлюваного даним Заявником). Згідно з однією особливістю винаходу балансувальний тягарець має на своєму боці, оберненому до кільцевого фланця, щонайменше, один Lподібний гак для зачеплення на кільцевому ободі згаданого кільцевого фланця. Цей гак утворює згаданий засіб зачеплення, а також становить засіб для прикріплення балансувального тягарця в осьовому напрямі до фланця деталі. На своїх радіальних внутрішні х і зовнішніх кінцях балансувальний тягарець здебільшого має лицьові L-подібні гаки для зачеплення на двох концентричних кільцевих ободах згаданого кільцевого фланця. Ця конструкція поліпшує осьове фіксування балансувального тягарця на кільцевому фланці. Щонайменше, один із кільцевих ободів здебільшого містить переривання або виїмку, що забезпечує встановлення балансувального тягарця на місці і його зачеплення на кільцевому фланці за рахунок поступального переміщення в осьовому напрямі. Це технічне рішення полегшує установлення балансувального тягарця по місцю на деталі. Згідно зі ще однією особливістю даного винаходу на балансувальному тягарці встановлені фіксувальні засоби, які мають циліндричний штифт для його зачеплення в осьовому напрямі в отворі в балансувальному тягарці і в відповідному отворі в кільцевому фланці, разом із засобом запобігання його як від осьового переміщення, так і поворотного переміщення по відношенню до балансувального тягарця. У варіанті здійснення цього винаходу засіб для запобігання його поворотному переміщенню містить деформівний шип для його зачеплення за допомогою його переміщення в напрямі, паралельному осі повороту де талі, в положення між двома сусідніми опорними поверхнями, утвореними на балансувальному тягарці. Деформація шипа і його зачеплення між опорними поверхнями балансувального тягарця простим способом запобігають поворотному переміщенню фіксувального засобу на балансувальному тягарці. 5 84852 Фіксувальний засіб має поперечну плоску головку, утворену на одному кінці штифта, яка впирається в балансувальний тягарець і зачіпляється поворотом навколо осі штифта під ободом балансувального тягарця. Згаданий шип простим способом утворений вирізом, зробленим в плоскій головці циліндричного штифта. Таким чином, балансувальний тягарець фіксується на кільцевому фланці шляхом повороту циліндричного штифта навколо його осі в блокувальне положення, у якому головка штифта входить під обід балансувального тягарця; при цьому шип зачіплюється між двома сусідніми опорними поверхнями балансувального тягарця. Шип має достатню довжину, яка виступає за опорні поверхні балансувального тягарця, коли він знаходиться в блокувальному положенні, тим самим полегшуючи зняття фіксувальних засобів шляхом повороту шипа в його вихідне положення. Згідно зі ще однією особливістю даного винаходу, штифт фіксувальних засобів встановлений щільною посадкою в отворі згаданого кільцевого фланця і з зазором в отворі в балансувальному тягарці. У такий спосіб забезпечується можливість усунення зазору між циліндричним штифтом і кільцевим фланцем, який сприяв би вібрації і передчасному зносу кільцевого фланця і фіксувального засобу. Зокрема, згідно з варіантом здійснення даного винаходу кільцевий фланець має задану кількість отворів для установлення балансувального тягарця; причому згадана кількість становить, наприклад, 24; при цьому згадані отвори рівномірно розподілені навколо кільцевого фланця. Це технічне рішення забезпечує можливість установлення балансувального тягарця у вибраному одному з 24 можливих положень на кільцевому фланці для компенсування дисбалансу деталі. Інші подробиці, характерні особливості і переваги даного винаходу стануть очевидними при вивченні наведеного нижче опису, що має опис необмежувального прикладу з посиланнями на додані креслення, на яких: Фіг.1 - схематичний фрагмент осьового перерізу турбіни низького тиску турбореактивного двигуна; Фіг.2 - схематичний фрагмент зображення в перспективі кільцевого фланця роторного диска в турбіні низького тиску згідно з даним винаходом; Фіг.3 - схематичний вигляд у перспективі балансувального тягарця згідно з даним винаходом; Фіг.4 - схематичний вигляд у перспективі фіксувальних засобів балансувального тягарця згідноз даним винаходом; і Фіг.5 - схематичний фрагмент зображення в перспективі різних етапів установлення, зачеплення і фіксування балансувального тягарця згідно з даним винаходом. Фіг.1 показує місцевий вигляд турбіни 10 низького тиску турбореактивного двигуна, яка має три ступені 12, 14 і 16 роторних лопаток і два ступені 18 і 20 статорних лопаток. 6 За допомогою відповідних засобів (не показані) статорні лопатки 18 і 20 встановлюються таким чином, що їх радіально-зовнішні кінці обернені до корпусу турбореактивного двигуна, і роторні лопатки 12, 14 і 16 встановлюються таким чином, що їх радіально-внутрішні кінці встановлені на трьох роторних дисках 22, 24 і 26 за допомогою відповідних засобів, таких як з'єднання «ластівчиним хвостом» або аналогічне з'єднання. Кожний диск 22, 24 і 26 має верхній за потоком кільцевий фланець і нижній за потоком кільцевий фланець, причому ці фланці призначені для скріплення дисків один з одним, примусового введення конічного встановлювального пальця 28 у з'єднання з валом турбореактивного двигуна, а також прикріплення кільця для фіксування хвостів лопаток у дисках. Зокрема, верхній за потоком диск 22 має верхній за потоком кільцевий фланець 30, на якому за допомогою болтів встановлений кільцевий фланець 32 кільця 34 для фіксування хвостів лопаток 12 на передньому диску 22, і, щонайменше, один балансувальний тягарець; і нижній за потоком кільцевий фланець 36, встановлений на болтах на верхньому за потоком кільцевому фланці 38 проміжного диска 24 і на кільцевому фланці 40 кільця 42 для фіксування хвостів лопаток 14 на проміжному диску 24. Проміжний диск 24 має нижній за потоком кільцевий фланець 44, встановлений на болтах на верхньому за потоком кільцевому фланці 46 нижнього за потоком диска 26, і також на кільцевому фланці 48 кільця 50 для фіксування хвостів лопаток 16 у нижньому за потоком диску 26 і на кільцевому фланці 52 конічного встановлювального пальця 28. Нижня за потоком частина 26 має нижній за потоком кільцевий фланець 54, який також може мати встановлений на ньому на болтах, щонайменше, один балансувальний тягарець. Оскільки балансувальні тягарці кріпляться затягувальними гайками - для чого треба скористатися державкою для гайок - вони посаджені на верхньому за потоком кільцевому фланці 30 верхнього за потоком диска 22 і на нижньому за потоком кільцевому фланці 54 нижнього за потоком диска 26; і з проміжками між фланцем 30 і диском 22; при цьому диск 26 і фланець 54 утворюють місце для вставлення державки для гайок. Це займає відносно великий об'єм простору в осьовому напрямі верхнього за потоком кінця турбіни, що являє собою незручність під час встановлення розподільного сопла (не показано) вгору за потоком від диска 22. Винахід вирішує цю проблему за допомогою пристрою, який забезпечує можливість встановлення балансувального тягарця на кільцевому фланці роторного диска, такому як кільцевий передній фланець 30 переднього диска 22, без використання гайки і болта; причому таке встановлення виконується шляхом зачеплення балансувального тягарця на згаданому кільцевому фланці, і потім - шляхом фіксування балансувального тягарця на згаданому фланці за допомогою однієї єдиної деталі. 7 84852 Згідно з даним винаходом, кільцевий фланець 30, частково показаний на Фіг.2, сполучений з верхнім за потоком диском 22 (також показаний частково) за допомогою короткої осьової циліндричної кільцевої перемички 56. Кільцевий фланець 30 має два концентричних периферичних краї 58 і 62. Край 58 у радіальному напрямі проходить за перемичку 56 і має переривання або виїмку 60, що забезпечують встановлення по місцю і зачеплення балансувального тягарця, як буде детальніше описано з посиланням на Фіг.5, і периферійний край 62, який у радіальному напрямі проходить за перемички 56, є «фестончатим» або дрібнозазубленим, тобто являє собою суцільні частини 64, що чергуються з розривами 66, рівномірно розподіленими на кільцевому фланці 30; при цьому суцільні частини 64 мають циліндричні отвори 68 для проходження фіксувальних засобів для фіксування балансувальних тягарців; причому кількість цих отворів становить, наприклад, 24, і вони розподілені навколо одного повного обороту фланця 30. Балансувальний тягарець 70 згідно з Фіг.3 являє собою плоску прямокутну пластину 72 і прямокутне продовження 74, сполучене з нижнім краєм пластини 72; причому згадане продовження 74 є взаємно змінним або оброблюваним верстатними засобами для виконання балансувального тягарця 70, відповідного компенсованому дисбалансу. Звичайно вага цього тягарця складає від 1 до 10г. Пластина 72 балансувального тягарця 70 має дві основні поверхні 76 і 78 та циліндричний отвір 80 для проходження фіксувального засобу балансувального тягарця; причому згаданий отвір зроблений, власне, посередині пластини 72. Поверхня 76 пластини 72, що притискується до кільцевого фланця, має L-подібний гак 82, утворений на її верхньому кінці і по всій її ширині, і обернений до її нижнього кінця; та інший Lподібний гак 84, утворений на її верхньому кінці і по всій її ширині, і обернений до її верхнього кінця. Поверхня 78 пластини 72 для розміщення фіксувального засобу має два паралельних і прилеглих L-подібних гаки 86, утворених на її вер хньому кінці і по всій її ширині, і обернених до її нижнього кінця. Фіксувальні засоби, показані на Фіг.4, містять одну єдину деталь 88, що має циліндричний шти фт 90 для зачеплення в наскрізних отворах 80 і 68 у балансувальному тягарці 70 і в кільцевому фланці 30, відповідно, і плоску поперечну головку 92 на одному кінці циліндричного штифта 90 для упору в поверхню 78 пластини 72 балансувального тягарця 70. Плоска головка 92 фіксувального засобу 88 має поперечну пелюстку, у якій вирізаний шип 94, причому шип відігнутий на кут близько 30° у бік від циліндричного штифта 90. Інша, невідігнута, частина 96 пелюстки призначена для зачеплення під одним із згаданих L-подібних гаків 86 на поверхні 78 балансувального тягарця 70. На Фіг.4 показано варіант здійснення, згідно з яким шип 94 утворений вирізом між двома частинами 96 для зачеплення під згаданими гаками 86. 8 Фіг.5 схематично показує різні етапи встановлення балансувального тягарця 70 на кільцевому фланці 30. На цьому кресленні балансувальний тягарець 70 показаний в трьох різних положеннях: у першому положенні А, при якому тягарець обернений до переривання або виїмки 60 у кільцевому фланці 30; у другому положенні В, при якому він залишається в зачепленні на фланці, поки його поверхня 76 контактує з фланцем 30; і в третьому положенні C, при якому він переміщується в круговому поступальному переміщенні навколо осі ротора турбіни, поки периферичні краї 58 і 62 кільцевого фланця 30 не зачепляться на L-подібних гаках 82 і 84 балансувального тягарця 70; і при якому отвір 80 в балансувальному тягарці 70 в осьовому напрямі вирівняний з отвором 68 у фланці 30, відповідаючи точці, у якій балансувальний тягарець кріпиться для компенсування дисбалансу. Балансувальний тягарець 70 фіксується на кільцевому фланці 30 за допомогою однієї єдиної деталі 88, яка показана у двох різних положеннях: у положенні D, при якому циліндричний штифт 90 в осьовому напрямі вирівняний з отворами 80 і 68 в балансувальному тягарці 70 і кільцевому фланці 30, шип 94 і поперечна головка 92 обернені по дотичній відносно окружності фланця 30 для того, щоб поперечна головка 92 могла притиснутися до поверхні 78 балансувального тягарця 70; і у другому положенні E, у якому поперечна головка 92 повернена навколо осі штифта 90 до зачеплення її частин 96 під гаками 86, щоб частина 88 не змогла переміститися відносно балансувального тягарця 70, після чого шип 94 можна відігнути вниз між згаданими гаками 86 для того, щоб деталь 88 не змогла повернутися навколо осі штифта 90. У блокувальному положенні шип 94 виступає за гаки 86 балансувального тягарця 70, полегшуючи у такий спосіб зняття блокувального засобу 88 поверненням шипа 94 в похиле положення. Шип 94 переміщується між його двома положеннями за рахунок пластичної деформації. У положенні E відцентрові осі, що впливають на шип, коли турбіна працює, утримують шип у фіксувальному положенні. Крім цього, при роботі турбіни балансувальний тягарець зазнає впливу згаданих відцентрових сил, які впливають на нього в радіальному напрямі. Щоб забезпечити виключення зсуву шти фта 90 фіксувальних засобів 88, він щільно посаджений в отворі 68 кільцевого фланця 30 і з зазором в отворі 80 балансувального тягарця 70. У залежності від поставлених вимог встановлюють один або декілька балансувальних тягарців 70 на кільцевому фланці 30 верхнього за потоком диска 22. Також можливо встановити один або більше балансувальних тягарців аналогічним способом на нижньому за потоком кільцевому фланці 54 нижнього за потоком диска 26. Даний винахід застосовується, в його загальному вигляді, для прикріплення балансувального тягарця на будь-якій обертовій деталі, і зокрема, але не виключно, на роторному диску турбіни низького тиску в турбореактивному двигуні. 9 84852 10 11 84852 12 13 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 84852 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601