Устройство гашения колебаний рабочих лопаток турбомашины
Предлагаемая полезная модель относится к области энергомашиностроения, конкретно, турбостроения, в частности, к устройству для гашения колебаний рабочих лопаток газовых турбин, а также газотурбинных двигателей.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение межремонтного цикла работы лопаточного аппарата и, соответственно, повышение надежности работы турбомашины в целом.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что устройство гашения колебаний рабочих лопаток турбомашины расположено в полости, образованной между ножками хвостовиков и полками двух рядом расположенных рабочих лопаток, и включает ребра, выполненные заодно целое с ножками хвостовиков рабочих лопаток, как со стороны спинки рабочей лопатки, так и со стороны корыта рабочей лопатки. Ребра расположены на одном уровне напротив друг друга на соседних рабочих лопатках и снабжены выемками, которые при соединении с ребрами соседней лопатки образуют паз. Внутри паза размещен цилиндрический стержень, выполняющий роль демпфера. При этом выемки ребер со стороны спинки рабочей лопатки и выемки ребер со стороны корыта рабочей лопатки имеют разный профиль, обеспечивающий при образовании паза перемещение стержня внутри паза под углом к вертикальной оси лопатки. Таким образом, цилиндрический стержень (демпфер) получает возможность смещаться и самоустанавливаться в оптимальное положение под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора. Выполненный со скругленными торцами цилиндрический стержень надежно фиксируется от осевых перемещений в пазу, при этом исключается возможность его заклинивания при работе и ремонте лопаток. Глубина выемки в ребрах со
стороны корыта рабочей лопатки имеет глубину не менее величины диаметра цилиндрического стержня, а выемка, выполненная в ребрах, расположенных со стороны спинки рабочей лопатки имеет глубину, равную величине радиуса цилиндрического стержня с учетом обычного установочного зазора. Ребра могут быть изготовлены путем отливки заодно целое с ножками хвостовика лопаток, что заметно упрощает технологию изготовления и требует минимум последующей механической обработки. Конструкция и технология изготовления предлагаемого устройства гашения колебаний максимально упрощены.
Иллюстраций 2, ф-ла на 1 листе, описание на 6 стр., библ. 4 ист.
Предлагаемая полезная модель относится к области энергомашиностроения, конкретно, турбостроения, в частности, к устройству для гашения колебаний рабочих лопаток газовых турбин, а также газотурбинных двигателей.
Одним из важнейших факторов повышения надежности работы высокооборотных турбин является снижение уровня вибрации.
Известно устройство для гашения (демпфирования) колебаний рабочих лопаток турбомашины, выполненное в виде фигурных пластинчатых элементов, размещенных в замкнутой полости, образованной ножками хвостовиков двух рядом расположенных лопаток и опирающихся на полки хвостовиков лопаток. Устройство гашения колебаний известной конструкции зафиксировано от перемещений в осевом и радиальном направлениях (Патент ЕР №1600606, F 01 D 11/00).
К недостаткам устройства известной конструкции следует отнести его неплотное прилегание к сложному профилю поверхности полки хвостовика лопатки, вследствие чего существует возможность перетекания горячего газа к диску ротора турбины, а также снижается эффективность работы сил демпфирования по отношению к соседней лопатке. Известное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, нагружает лопатки несимметрично, вследствие чего в лопатках возникают дополнительные напряжения изгиба, снижающие надежность их работы.
Известно устройство гашения колебаний (демпфер) рабочих лопаток газовой турбины, выполненное в виде отдельного элемента с треугольным поперечным сечением, который установлен в полости между полками хвостовиков соседних лопаток и опирается в них (Патент ЕР №0509838, F 01 D 5/12).
Недостатком известного устройства является то, что демпфер известной конструкции сложно зафиксировать от перемещений в осевом и радиальном направлениях и, следовательно, при вращении ротора турбины возможна его самоустановка в неопределенное положение. Это приводит к повышению уровня вибрации ротора газовой турбины и не позволяет выполнить монтаж и демонтаж отдельной лопатки в случае ее поломки в условиях станции, а требует разборки турбомашины и транспортировки ротора на завод-изготовитель.
Известно устройство для гашения колебаний рабочих лопаток, выполненное в виде цилиндрических сегментов с отогнутыми концами, при этом отогнутые концы вставляются в специальные гнезда, выполненные в одной из пары рядом расположенных лопаток. Цилиндрическая часть демпфера известной конструкции при работе турбины под действием центробежных сил упирается в стык между лопатками (Патент США №4936749, F 01 D 5/12).
Недостатком известного устройства является то, что оно несимметрично нагружает лопатки ротора, отчего в них появляются дополнительные напряжения изгиба, при этом посадочные гнезда, выполненные в лопатках, требуют сложной и точной механической обработки и являются дополнительными концентраторами напряжений. Отогнутые концы устройства гашения колебаний могут заклиниваться в посадочных гнездах в случае его перекоса, отчего работа сил демпфирования уменьшается, а трудозатраты при замене лопаток значительно возрастают.
Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков и выбранном в качестве прототипа является устройство гашения колебаний, выполненное в виде цилиндрического стержня, расположенного в пространстве между удлиненными ножками хвостовиков лопатки. Устройство по прототипу надежно фиксируется от осевых и радиальных перемещений (Заявка на выдачу патента США №2005186074, F 01 D 5/26, опубликована 25.08.2005 г.).
Недостатком известного устройства по прототипу является то, что оно несимметрично нагружает лопатки в районе зубьев елочного замка хвостовика, вследствие чего в лопатках могут появиться дополнительные напряжения изгиба, приводящие к поломке лопатки. Это заметно снижает ресурс работы лопаток и надежность работы турбомашины в целом.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение межремонтного цикла работы лопаточного аппарата и, соответственно, повышение надежности работы турбомашины в целом.
Для достижения желаемого технического результата устройство гашения колебаний рабочих лопаток турбомашины расположено в полости, образованной между ножками хвостовиков и полками двух рядом расположенных рабочих лопаток, и включает ребра, выполненные заодно целое с ножками хвостовиков рабочих лопаток, как со стороны спинки рабочей лопатки, так и со стороны корыта рабочей лопатки. Ребра расположены на одном уровне напротив друг друга на соседних рабочих лопатках и снабжены выемками, которые при соединении с ребрами соседней лопатки образуют паз. Внутри паза размещен цилиндрический стержень, выполняющий роль демпфера. При этом выемки ребер со стороны спинки рабочей лопатки и выемки ребер со стороны корыта рабочей лопатки имеют разный профиль, обеспечивающий при образовании паза перемещение стержня внутри паза под углом к вертикальной оси лопатки. Таким образом, цилиндрический стержень (демпфер) получает возможность смещаться и самоустанавливаться в оптимальное положение под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора. Выполненный со скругленными торцами цилиндрический стержень надежно фиксируется от осевых перемещений в пазу, при этом исключается возможность его заклинивания при работе и ремонте лопаток. Глубина выемки в ребрах со стороны корыта рабочей лопатки имеет глубину не менее величины диаметра цилиндрического стержня, а выемка, выполненная в ребрах, расположенных
со стороны спинки рабочей лопатки имеет глубину, равную величине радиуса цилиндрического стержня с учетом обычного установочного зазора. Ребра могут быть изготовлены путем отливки заодно целое с ножками хвостовика лопаток, что заметно упрощает технологию изготовления и требует минимум последующей механической обработки. Конструкция и технология изготовления предлагаемого устройства гашения колебаний максимально упрощены.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить желаемый технический результат, а именно обеспечить увеличение межремонтного цикла работы лопаточного аппарата и тем самым, повысить надежность работы турбомашины.
Новым в заявляемой полезной модели является выполнение ребер заодно с ножками хвостовиков и полками рабочих лопаток на одном уровне напротив друг друга как со стороны корыта, так и со стороны спинки рабочих лопаток. Ребра снабжены выемками. Выемки, расположенные на ребрах со стороны корыта рабочей лопатки имеют глубину не менее величины диаметра демпфера, а выемки, расположенные на ребрах со стороны спинки рабочей лопатки, равны величине радиуса демпфера с учетом зазора. При соединении соседних лопаток ребра смыкаются и образуют паз, в котором расположен демпфер, при этом за счет профиля выемок ребер обеспечивается перемещение демпфера внутри паза под острым углом к вертикальной оси лопатки.
Анализ выявленного уровня техники позволил установить, что нет решений, характеризующихся признаками, тождественными или эквивалентными отличительным признакам заявленной полезной модели. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности "новизна".
Устройство гашения колебаний рабочих лопаток иллюстрируется на фигурах 1-2. В частности, на фигуре 1 представлен продольный разрез А-А рабочего колеса газовой турбины, а на фигуре 2 представлен вид
горизонтального сечения хвостовика лопатки по плоскости В-В.
Рабочие лопатки 1 установлены в пазы елочного замка диска 2 колеса газовой турбины. В замкнутой полости, образованной в хвостовике рабочей лопатки 1 между ножками 3 и полками 4 двух рядом расположенных на диске 2 лопаток 1, находится паз 7. Паз 7 образуется парами ребер 11, которые выполнены со стороны корыта лопатки 1 и парами ребер 12, которые выполнены со стороны спинки соседней рабочей лопатки 1 (фиг.2). Цилиндрический стержень (демпфер) 6, имеющий скругленные торцы, установлен в пазу 7. Демпфер 6 за счет формы выемок на парах ребер 11 и 12 может смещаться под углом 
к вертикальной оси лопатки 1 из положения Б в положение Д (фиг.1). Угол имеет величину, находящуюся в диапазоне 30°-50°. Глубина выемки, выполненной на паре ребер 11, составляет не менее величины диаметра цилиндрического стержня, но не превышает 120% его величины. Глубина выемки, выполненной на паре ребер 12, равна величине радиуса цилиндрического стержня с учетом величины обычно используемого установочного технологического зазора. Как видно из фигуры 2, после сборки диска 2 рабочего колеса турбомашины паз 7 оказывается полностью замкнутым со всех сторон парами ребер 11, 12 и корпусом ножки хвостовика 5, что надежно фиксирует цилиндрический стержень 6 от осевых перемещений.
Устройство гашения колебаний рабочих лопаток турбомашины работает следующим образом:
При сборке цилиндрический стержень 6 устанавливается в положение Б (фиг.1). При вращении ротора турбомашины цилиндрический стержень 6 под воздействием центробежной силы, достигающей значительной величины, самоустанавливается в пазу 7 в оптимальное положение: в место стыка полок 4 двух соседних рабочих лопаток 1 в положение Д (поз.9, фиг.1). От осевых перемещений цилиндрический стержень 6 надежно удерживается парами ребер 11, 12, которые отлиты заодно целое с ножками лопаток 1 и корпусом ножки хвостовика 5 (фиг.2).
Ребра 11 и 12 изготавливаются путем отливки заодно целое с ножками
хвостовика лопаток, что требует минимум технологических операций и механической доводки поверхностей. В случае необходимости демонтажа рабочей лопатки для ремонта, рабочее колесо турбомашины с помощью устройства валоповорота проворачивается в такое положение, чтобы демонтируемая лопатка 1 оказалась в верхнем положении на диске 2 ротора. Цилиндрический стержень 6 опускается вдоль пазов 7 и 9 в положение Б. Далее рабочая лопатка 1 легко демонтируется из паза елочного замка диска 2 ротора турбомашины.
Таким образом, заметно увеличивается межремонтный цикл работы лопатки и повышение надежности работы турбомашины в целом.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что предложенное устройство технически реализуется.
Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности полезной модели "промышленная применимость".
Устройство гашения колебаний рабочих лопаток турбомашины, расположенное в полости, образованной между ножками хвостовиков и полками двух рабочих лопаток, расположенных рядом в колесе турбины, и представляющее собой демпфер, отличающееся тем, что заодно с ножками хвостовиков рабочих лопаток как со стороны корыта, так и со стороны спинки выполнены ребра, расположенные на одном уровне напротив друг друга, которые снабжены выемками, причем выемки, расположенные на ребрах со стороны корыта рабочей лопатки имеют глубину не менее величины диаметра демпфера, а выемки, расположенные на ребрах со стороны спинки рабочей лопатки, равны величине радиуса демпфера с учетом зазора и при соединении соседних лопаток ребра смыкаются и образуют паз, в котором расположен демпфер, при этом за счет профиля выемок ребер обеспечивается перемещение демпфера внутри паза под острым углом к вертикальной оси лопатки.
