Przedmiotem wynalazku jest wirnik zwlaszcza silnika turbinowego oraz sposób wytwarzania wien¬ ca lopatkowego wirnika silnika turbinowego.Znany jest dwuprzeplywowy silnik turbinowy bedacy urzadzeniem napedowym najszerzej stoso¬ wanym w dziesiejszym lotnictwie. W dwuprzeply- wowym silniku turbinowym przeciwnie niz w sil¬ niku turboodrzutowym, czesc roboczego osrodka gazowego jest pompowana osiowo poprzez jeden lub wiecej stopni sprezania i jest wydmuchiwana bez¬ posrednio do atmosfery, bez przechodzenia przez centralna czesc silnika.Stopnie sprzezania, które wydmuchuja gaz bezpo¬ srednio do atmosfery sa nazwane stopniami wen¬ tylacyjnymi i sa zazwyczaj umieszczone w przed¬ niej czesci silnika.Stosunek ilosci powietrzna przeplywajacego przez stopien wentylacyjny do ilosci powietrza przeply¬ wajacego przez centralna czesc silnika jest okres¬ lony jako stosunek oplywu. Stosunek oplywu moze przybierac rózne wartosci zalezne od indywidual¬ nego modelu silnika i od wymaganych osiagów urzadzenia napedowego. We wszystkich dwuprze- plywowych silnikach turbinowych udzial stopni wentylacyjnych w wytwarzaniu sily ciagu zawiera sie miedzy 30% a 70% sily ciagu startowego. Udzial ten jest zalezny glównie od stosunku oplywu Wymiary i ciezar stopnia wentylacyjnego zmie¬ niaja sie proporcjonalnie ido stosunku oplywu. W typowym dwuprzeplywowym silniku turbinowym 10 15 2fo JT9D wytwarzanym w Pratt Whitney Aircraft Di- vision of Uniter Aircraft Corporation pojedynczy stopien wentylacyjny z duzym polem przekroju stopnia wentylacyjnego tworzy stosunek oplywu równy, w przyblizeniu 5. Mimo iz, lopatki i wie¬ niec, które wchodza w sklad silnika JT9D sa wy¬ konane z tytanu, laczny ciezar lopatek wynosi 204 kG a ciezar wienca wynosi 213 kG.W wiekszosci dwuprzeplywowych silników turbi¬ nowych znajdujacych sie obecnie w handlu sila cia¬ gli wirnika, wytwarzana przy starcie jest propor¬ cjonalna do sily wytwarzanej w silniku JT9D, a wymiary wienca wirnika odpowiadaja wymia¬ rom wienca w JT9D. Taki masywny wieniec jest konieczny do przenoszenia naprezen obwodowych, które powstaja w wiencu podczas pracy silnika, gdy lopatki i wieniec wiruja z predkoscia obrotowa przekraczajaca 3200 obrotów na minute.Ponadto wymiary wienca sa tak dobrane aby sztywnosc na skrecanie i zginanie byla dostateczna aby przeciwstawic sie odksztalceniom powstajacym podczas drgan krytycznych.Gdy silniki posiadaja wieksze stosunki oplywu, wymiary wirnika zwiekszaja sie. Mozna wtedy uzy¬ skac znaczne zwiekszenie osiagów silników gdy cie¬ zar wienca wirnika zostanie zmniejszony, lecz bez oslabiania konstrukcji mocujacych lopatki do wien¬ ca. ' '-¦¦ Znany jest z ó&isu patentowego RFN nr 1551200 wirnik zawierajacy wieniec lopatkowy i zstbpatrzo- 117 4133 117 413 4 ny w lopatki wchodzace w rowki wykonane na obrzezu wienca. Wieniec ma obwodowy kanal ogra-- niczony sciankami, w których sa wykonane rowki mieszczace lopatki. Pomiedzy sciankami sa osadzo¬ ne lukowe wkladki. RoWki w które wchodza lo¬ patki wirnika, wyciete w wiencu, siegaja blizej osi obrotu wienca niz kanalu obwodowego. Jako pole przekroju poprzecznego wienca przenoszace napre¬ zenia mozna zaliczyc w tym rozwiazaniu tylko czesc pierscienia obwodowego, która nie jest prze¬ cinana przez rowki pod lopatki wirnika.Aby zapewnic, "wlasciwe przenoszenie naprezen zginajacych i skrecajacych konieczne jest zaprojek¬ towanie ciezkiego wienca wirnika, o dostatecznie duzym polu przekroju poprzecznego.Zgocjnie z wynalazkiem, obwodowy kanal ma struflOTriCfskrzyrikowa, zas lukowe wkladki sa za¬ mocowane do scianek wienca na obwodzie wienca, tworzac zamknieta przestrzen rozciagajaca sie w kierunku obwodowym.Dzieki wykonaniu rowków przeznaczonych do mocowania lopatek, strefa polaczenia pomiedzy sciankami i wkladkami jest wolna od naprezen ob¬ wodowych. Glebokosc rowków wychodzi poza we¬ wnetrzna obwodowa powierzchnie lukowej wklad¬ ki. Stosunek odleglosci wzdluz osi, pomiedzy scian¬ kami wienca do dlugosci promieniowej scianek za¬ wiera sie w granicach od 0,4 do '1,0.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku na ze¬ wnetrznym obwodzie wienca wykonuje sie kanal obwodowy, na obwodzie kanalu umieszcza sie obok siebie lukowe wkladki, mocujace je do scianek wienca a nastepnie w sciankach wienca i lukowych wkladkach wycina sie rowki mieszczace lopatki wirnika.Zasadnicza korzyscia z niniejszego wynalazku jest znaczne zmniejszenie ciezaru wienca, co jest mozliwe dzieki skrzynkowemu typowi konstrukcji.W zwiazku z tym grubosc walu wirnika silnika tur¬ binowego, która ma zmniejszony ciezar, moze byc odpowiednio mniejsza przy osiaganiu takiej samej krytycznej predkosci obrotowej silnika, Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania r.a rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony dwuprzeplywowy silnik turbinowy, w ¦ widoku z boku, fig. 2 — przekrój elementu wienca wzdluz linii 2-2 z fig. 1, fig. 3 — przekrój elementu wienca wzdluz linii 3-3 z fig. 2.Zgodnie z fig. 1 silnik turbinowy 10 ma obudowe 12 wirnika w której znajduje sie zespól lopatkowy 14. Zespól lopatkowy zawiera lopatki 16, które sa przymocowane do wienca 18 lopatkowego. Wewne¬ trzna czesc wienca jest przymocowana do walu 20 wirnika silnika. Jak pokazano na fig. 2 kazda lo¬ patka 16 ma nasade 22 polaczona z odpowiadaja¬ cym lopatce roWkiem 24 w wiencu 18.Jak wynika z fig. 3 wieniec 18 wirnika zawiera scianke przednia 26 i scianke tylna 28 oraz pod¬ stawe 30. Wkladka 32 ma wewnetrzna obwodowa powierzchnie 34 laczaca przednia i tylna scianke na. obrzezu 36 wienca.Wieniec lopatkowy tworzy sztywna strukture, do której przymocowane sa lopatki. W dwuprzeply- wowym silniku turbinowym JT9D znajduje sie po- nd'd 46 lopatek o ciezarze okolo 4,5 kg kazda. Sa one zamocowane na wiencu, której predkosc obro¬ towa przewyzsza 3200 obrotów na minute.Foniewaz kazda lopatka jest obciazona promie¬ niowo, w kierunku na zewnatrz wskutek dzialania 5 sily odsrodkowej .podczas pracy silnika, lopatki wspólnie wytwarzaja naprezenia obwodowe we¬ wnatrz wienca. Maksimum naprezen obwodowych w dany punkcie decyduje o doborze odpowiedniego przekroju poprzecznego.Oprócz wymagan dotyczacych przekroju poprzecz¬ nego wieniec musi miec wystarczajaca wytrzyma¬ losc na skrecanie i zginanie tak, aby zakres kry¬ tycznej czestotliwosci drgan przesunac maksymal¬ nie powyzej czestotliwosci zakresu pracy silnika.Przy czestotliwosci drgan nizszej od krytycznej czestotliwosci drgan, najbardziej pobudzone sekto¬ ry wienca odksztalcaja sie w kierunku osi do przo¬ du i do tylu wywolujac jednoczesnie naprezenia skrecajace i zginajace w materiale wienca. W lo¬ patkach powstaja znaczne, czesto niszczace napre¬ zenia, w wyniku odksztalcen wienca.W znanych konstrukcjach poosiowo grubosc oraz pole przekroju poprzecznego wienca sa zwiekszone w celu zapewnienia wystarczajacej sztywnosci.Zwiekszone pole przekroju powiekszajace sztyw¬ nosc na zginanie i skrecanie, przewyzsza wymaga¬ ne pole konieczne do przenoszenia naprezen obwo¬ dowych, zwiekszajac nadmiernie ciezar wienca co mozna wyeliminowac przez korzystniejsze uksztal¬ towanie materialu wienca, zgodnie z niniejszym wynalazkiem.W przykladzie wykonania pokazanym na fig. 3 zastosowano minimalne pole przekroju poprzeczne- nego, przed co maksymalne naprezenia obwodowe zostaja w powaznym stopniu zredukowane. Mini¬ malne pole przekroju poprzecznego jest wiec tak uksztaltowane, .ze wieniec ma pozadana sztywnosc i wytrzymalosc na skrecanie i zginanie.Ma figurze 3 pokazano obwodowy kanal o kon¬ strukcji skrzynkowej zawierajacy przednia scianke 26 i tylna scianke 28. Konstrukcja ta zapewnia wymagana sztywnosc. Przednia i tylna scianka sa rozstawione w kierunku osiowym na odleglosc A a ich dlugosc w kierunku promieniowym wynosi B. W konstrukcji silnika turbinowego JT9D, sto¬ sunek dlugosci osiowej do dlugoscie promieniowej (AU) wynosi w przyblizeniu 0,7 i jest to wartosc najbardziej korzystna.Dli wiekszosci równowaznych konstrrkcji dopu¬ szczalny jest stosunek zawierajacy sie w granicach od 0,4 do 1,0. Mimo. ze stosunek wiekszy niz 1.0 powinien poprawic sztywnosc na zginanie, odleglosc A jest ograniczona szerokoscia podstawy lopatek poniewaz wymiary lopatek sa indywidualnie usta¬ lone dla kazdego silnika w celu optymalizowania wytrzymalosci i ciezaru lopatki.W wiekszosci znanych konstrukcji, wieniec lo¬ patkowy jest wykonany jako element pelny. Nawet jezeli jest on wykonany z tytanu jego ciezar i co za tym idzie ciezar silnika ulegnie znacznemu zmniejszeniu dzieki zastosowaniu wienca o zam¬ knietym kanale zgodnie z niniejszym wynalaz¬ kiem. W silniku JT9D i w silnikach o porównywal¬ nych wymiarach, ciezar wienca zmniejszy sie o okolo 45 kilogramów. 15 20 25 30 35 40 45 5C 55 60\ 117 413 5 6 -Dodatkowa korzyscia ze zmniejszenia ciezaru wienca jest mozliwosc zmniejszenia grubosci mate¬ rialu w takich elementach jak wal wirnika zacho¬ wujac predkosci równowazne predkosciom krytycz¬ nym.W wiencu 18 lopatkowym wykonuje sie kanal siegajacy zewnetrznego obwodu wienca w celu uformowania przedniej scianki 26 i tylnej scianki 28 na obwodzie zewnetrznym. W kanale na zewne¬ trznym obwodzie wienca, miedzy przednia i tylna scianka, wstawia sie lukowe wkladki 32 przymoco¬ wane do scianek i laczace je tworzac toroidalna strukture o prostokatnym przekroju poprzecznym-.W danym rozwiazaniu, Wkladki sa przymocowane do przedniej i tylnej scianki poprzez przyspawanie do powierzchni laczacych 38.Korzystnie stosuje sie równiez polaczenie dyfu¬ zyjne, lutowanie twarde lub inne sposoby lacze¬ nia. Mechaniczne sposoby laczenia takie jak pola¬ czenia srubowe lub nitowane, mimo iz z reguly powiekszaja ciezar ukladu lopatkowego moga w pewnych elementach okazac sie przydatne do laczenia lukowych wkladek 32 z przednia i tylna scianka. Przymocowanie lukowych wkladek zwiek¬ sza sztywnosc wienca i odpornosc na osiowe od- odksztalcenia podczas wystepowania drgan.Jak pokazano na fig. 2 szczeliny 24 lopatek wy¬ konuje sie na obwodzie 36 wienca 18 a ich glebokosc wychodzi poza obwodowa powierzchnie 34 luko¬ wych wkladek 32. Spoiny laczace wkladki z przed¬ nia i tylna scianka wienca znajduja sie poza ru¬ chomym obrzezem wienca, w polu wolnym od na¬ prezen obwodowych. Przy zastosowaniu dwóch lub wiecej wkladek 34, przeciwlegle konce sasiednich segmentów wyznaczaja szczeliny 24 lopatek.Zastrzezenia patentowe 1. Wirnik zwlaszcza silnika turbinowego, zawie¬ rajacy wieniec lopatkowy, zaopa^czony w lopatki wchodzace w rowki wykonane ha obrzezu wienca, majacy ob-wodowy kanal ograniczony przednia i tylna scianka wienca, w których to sciankach sa wykonane rowki mieszczace lopatki, oraz lukowy¬ mi wkladkami, osadzonymi pomiedzy jego scianka¬ mi, znamienny tym, ze obwodowy kanal ma struk¬ ture skrzynkowa zas lukowe wkladki (32) sa zamo¬ cowane/do scianek (26, 28) wienca (18) na obwodzie wienca (18), tworzac zamknieta przestrzen rozcia¬ gajaca sie w kierunku obwodowym. 2. Wirnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rowki (24) mieszczace lopatki (16) wirnika maja glebokosc siegajaca ponizej wewnetrznej powierz¬ chni lukowej wkladki (32). . 3. Wirnik wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze stosunek odleglosci (A) wzdluz osi, pomie¬ dzy sciankami (26, 28) wienca (18) do dlugosci pro¬ mieniowej (B) scianek (26, 28) zawiera sie w grani¬ cach od 0,4 do 1,0. 4. Sposób wytwarzania wienca lopatkowego wir¬ nika silnika turbinowego, znamienny tym, ze na zewnetrznym obwodzie wienca wykonuje sie kanal obwodowy, na obwodzie kanalu umieszcza sie obok siebie lukowe wkladki, mocujac je do scianek wien¬ ca a nastepnie w sciankach wienca i w lukowych wkladkach wycina sie rowki mieszczace^ lopatki wirnika. 5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze rowki mieszczace lopatki wirnika wycina sie w miejscu zetkniecia dwóch sasiednich wkladek 10 15 ?,o 25 iO117 413 ct£^ ^ ZGK J022/J100/32 Bi Cena 100 zl PL