PL123377B1 - Arrangement of rotor blades - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad lopatek wir¬ nika dla zastosowania w urzadzeniach wirnikowych, zwlaszcza w turbinie gazowej.Znane sa turbiny gazowe stanowiace glówny ro¬ dzaj urzadzen wirnikowych, w których ma zastoso¬ wanie uklad lopatek wedlug wynalazku. W turbi¬ nie gazowej czynnikiem roboczym jest gaz, który zostaje sprezony w czesci sprezajacej urzadzenia i nastepnie skierowany do komory spalania, gdzie paliwo miesza sie z gazami i spalajac sie podwyzsza energie przeplywajacego czynnika. Czynnik roboczy o duzej energii jest kierowany do wlasciwej tur¬ biny, gdzie przetworzona energia jest wykorzystana do napedzania sprezarki. Turbina ma lezace na przemian szeregi lopatek wirnika i lopatek stojana.Kazdy rzad lopatek stojana kieruje czynnik roboczy to jest gaz, pod okreslonym katem, pa rzad lopatek wirnika. Wirnik lopatkowy czerpiac energie z prze¬ plywajacego gazu obraca sie i napedza sprezarke.Kazdy rzad lopatek jest zamocowany na obwodzie pierscienia wirnika. Lopatki wirnika lacznie z piers¬ cieniem wirnikowym stanowia wirnik turbny.Podczas pracy turbiny gazowej predkosc obroto¬ wa wirnika osiaga siedem tysiecy piecset obrotów na minute (7500 obr/min). Kazda lopatka wirnika ma stopke, za pomoca której jest polaczona ksztal¬ towo z gniazdem pierscienia. To polaczenie jest skomplikowane dla przenoszenia sil dosrodkowych z pierscienia na kazda lopatke i utrzymywania lo¬ patek w gniezdzie pierscienia. Powszechnie stoso- li 1S wanym polaczeniem jest polaczenie typu „jodel¬ ka".Czynnikiem ograniczajacym czas pracy lopatek i pierscienia wirnika jest wytrzymalosc na zmecze¬ nie materialu, z którego te elementy sa wykonane.Kazdy cykl pracy obciaza elementy skladowe do od¬ powiedniego stanu naprezen. W czasie cyklicznie powtarzajacych sie obciazen w kazdym z elemen¬ tów pojawiaja sie zmeczeniowe pekniecia. Przy bar¬ dzo niskich naprezeniach obciazajacych, liczba cykli obciazen po których pojawiaja sie pekniecia zme¬ czeniowe jfest praktycznie nieograniczona. Przy wy¬ sokich naprezeniach liczba cykli obciazen jest bar¬ dzo ograniczona. Wytrzymalosc zmeczeniowa kaz¬ dego elementu okresla jego wytrzymalosc nisko- cyklowa.Znane polaczenia lopatek wirnika z pierscieniem w nowoczesnych silnikach to zlacze typu „jodelka".Wystepy stopki lopatki pozostaja w zazebieniu z od¬ powiednimi rowkami gniazd pierscienia wirnika.Kazdy rowek gniazda ma tylko jedna krzywizne o stalym promieniu. Podobnie ukszaltowane sa wy¬ stepy w gniezdzie pierscienia przeznaczone do zaze¬ bienia z rowkami stopki lopatki Kazdy rowek stop¬ ki lopatki ma tylko jeden staly promien krzywizny.Podczas obracania zespolu wirnika sily wytwo¬ rzone odsrodkowo odchylaja lopatki radialnie na zewnatrz od pierscienia wirnika. Sily dosrodkowe sa wywierane przez pierscien i poprzez polaczenie typu „Jodla" na kazda lopatke. Wystepy lopatki 123 ITT3 123 377 4 i pierscienia sa poddane zespolonym naprezeniom scinajacym i zginajacym.Celem niniejszego wynalazku bylo opracowanie konstrukcji takiego polaczenia stopki lopatki z gniazdem pierscienia wirnika, które umozliwiloby zmniejszenie, dzialajacych na to polaczenie wspól¬ nie, naprezen zginajacych i scinajacych i zapewnilo przez to zywotnosc odpowiadajaca niskim obciaze¬ niom cyklicznym stopki lopatki i wspólpracujacego z nia gniazda wirnika.Cel wynalazkiTzostal osiagniety przez to, ze uklad lopatek wirnika posiada lopatki o przekroju stopki zawierajacym szereg rowków dla polaczenia z gnia¬ zdem utrzymujacym lopatke przy przekroju stopki lopatki, posiadajacej rowki, utworzonym przez bocz¬ ne powierzchnie i podstawe laczaca te boczne po¬ wierzchnie. Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze kazda podstawa rowka lopatki w dolnej swej czesci ma krzywizne o jednym promieniu, a w gór¬ nej swej czesci ma krzywizne o drugim promieniu przy czym pierwszy promien jest wiekszy od wy¬ mienionego drugiego promienia.Uklad wedlug wynalazku ma szereg lopatek, wy¬ sunietych promieniowo na zewnatrz z pierscienia wirnika, zawierajacyh stopke lopatki z szeregiem wystepów i szeregiem rowków, która to stopka jest ustalona przez powierzchnie boczne i podstawe la¬ czaca te powierzchnie boczne. Uklad ma pierscien wirnika ze szczelinami dla mocowania wymienio¬ nych lopatek na obrzezu zawierajacym szereg wy¬ stepów dla polaczenia z odpowiadajacymi im row¬ kami stopek lopatek i szereg rowków pierscienia dostosowanych do wprowadzania w nie odpowiada¬ jacych wystepów lopatek przy czym kazdy rowek wirnika jest ograniczony bocznymi powierzchniami i podstawa laczaca te boczne powierzchnie.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze kaz¬ da podstawa rowka lopatki wirnika ma krzywizne o jednym promieniu w jej promieniowo wewnetrz¬ nym obszarze i drugi pierscien krzywizny w jej promieniowo zewnetrznym obszarze przy czym pierwszy promien krzywizny jest wiekszy od dru¬ giego promienia krzywizny, kazda zas podstawa rowka pierscienia ma krzywizne o jednym promie¬ niu w jej promieniowo zewnetrznym obszarze i o drugim promieniu w jej promieniowo wewne¬ trznym obszarze przy czy pierwszy promien krzy¬ wizny jest wiekszy od drugiego promienia krzy¬ wizny.Pierscien wirnika w ukladzie wedlug wynalazku ma szczeline gniazda, dla mocowania lopatek wir¬ nika, która to szczelina zawiera szereg rowków dla laczenia z przekrojem stopki lopatki wirnika, a któ¬ re to rowki sa utworzone, kazdy z nich, przez bocz¬ ne powierzchnie i podstawe laczaca te powierzchnie boczne.Zgodnie z wynalazkiem kazda podstawa rowka pierscienia ma krzywizne o jednym promieniu w promieniowo zewnetrznym obszarze kazdej stopki i o drugim promieniu krzywizny w radialnie wewne¬ trznym obszarze kazdej stopki, przy czym pierwszy promien krzywizny jest wiekszy od drugiego pro¬ mienia krzywizny/Zwiekszenie promieni krzywizn w obszarach, gdzie obciazenie gnace i tnace powo¬ duja naprezenie rozciagajace na obwodzie pierscie¬ nia pozwolilo osiagnac zalozony cel wynalazku.Cecha niniejszego wynalazku jest zlozony profil rowków pierscienia i odpowiadajacych im rowków lopatek wirnika. Kazdy z rowków uksztaltowany jest pierwszym i drugim promieniem. Pierwszy pro¬ mien jest wiekszy od drugiego i obowiazuje w tym obszarze profilu rowka, gdzie obciazenie gnace i tnace dzialajac wspólnie powoduja wysokie napre¬ zenia rozciagajace material lopatki. Drugi promien obowiazuje w tym obszarze profilu stopy gdzie ob¬ ciazenia gnace i tnace przeciwdzialaja sobie. Zmniej¬ szenie drugiego promienia umozliwia zmniejszenie naprezen bez zwiekszenia glebokosci stopki lopatki, minimalizuje glebokosc kazdej stopki i jej odpo¬ wiedniego gniazda.Zlozony profil rowków pierscienia i odpowiada¬ jacych im rowków lopatek wirnika daje zwiekszone wytrzymalosci niskocyklowej zlacza, Mozliwe jest zmniejszenie wagi pierscienia wirnika bez obnizenia jego wytrzymalosci niskocyklowej. Zmniejszenie wielkosci stopki lopatki powoduje zmniejszenie sze¬ rokosci tej czesci pierscienia, w której sa wykonane gniazda.Uklad wedlug wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia lopatki wirnika w widoku frag¬ mentarycznym, fig. 2 — fragment polaczenia lopatki z pierscieniem w powiekszeniu, fig. 3 — fragment polaczenia lopatki z pierscieniem, odpowiadajacego polaczeniu przedstawionemu na fig. 2, dotychczas stosowanego w powiekszeniu, fig. 4 — fragment polaczenia typu „jodelka" pokazujacego dwupro- mieniowe uksztaltowanie krzywizny elementów zlacznych wedlug wynalazku, w powiekszeniu.Na figurze 1 lopatkowy wirnik 10 sklada sie z pierscienia 12 i wystajacych z niego promieniowo lopatek 14. Kazda lopatka 14 sklada sie ze stopki 16 i skrzydelka 18. Kazda stopka ma ksztalt typu „jodelka". Stopka 16 kazdej lopatki jest zamocowa¬ na w odpowiednio uksztaltowanym gniezdzie 20 na obrzezu pierscienia 12 wirnika. Kazde gniazdo 20 jest glebsze niz wielkosc stopki 16 tak, ze tworzy wolna przestrzen 22 pomiedzy stopka 16 lopatki, a dnem gniazda 20. Lopatki 14 sa unieruchamiane w gniazdach 20 pierscienia za pomoca bocznego pierscienia Z4 przylegajacego do pierscienia 12 wir¬ nika. Pierscienie boczne sa polaczone z pierscieniem 12 wirnika za pomoca nitów 26 przechodzacych przez wolna przestrzen 22 gniazda pierscienia po¬ zostajaca pod stopka 16 lopatki.Na figurze 2 i 4 pokazane jest w powiekszeniu zlacze typu „jodelka". Stopka 16 lopatki wirnika ma wystepy 28 przeznaczone do polaczenia z pierscie¬ niem 12 wirnika.Podobnie gniazdo 20 pierscienia 12 wirnika ma wystepy 30 przeznaczone do polaczenia ze stopka 16 lopatki. Kazdy wystep 28 stopki lopatki jest umieszczony w odpowiednim rowku 32 gniazda 20 pierscienia. Kazdy wystep 30 gniazda pierscienia jest umieszczony w odpowiednim rowku 34 stopki lopatki. Kazdy rowek 32 gniazda pierscienia jest tak ukszaltowany, ze czesc zarysu 36, polozona od strony zewnetrznej osi podzialu tego zarysu, ma ksztalt krzywizny o jednym promieniu Ri, a czesc 10 1S 20 ss 35 40 49 80 15 605 123 377 * zarysu 38, polozona od strony wewnetrznej osi po¬ dzialu tego zarysu ma ksztalt krzywizny o drugim promieniu R* Kazdy rowek 34 stopki lopatki jest tak uksztalto¬ wany, ze w dolnej czesci swej krzywizny 40, to jest w czesci zarysu polozonej od strony wewnetrznej osi podzialu tego zarysu, ma ksztalt krzywizny o jed¬ nym promieniu Ri, a w górnej czesci swej krzywiz¬ ny 42, to jest w czesci zarysu polozonej od strony zewnetrznej osi podzialu tego zarysu, ma ksztalt krzywizny o drugim promieniu R* Promienie Ri sa wieksze od promieni R* Na fig. 4 pokazane jest usytuowanie promieni Rt i Rt two¬ rzacych odpowiednio zarysy rowka 32 pierscienia i rowka 34 stopki lopatki.Podczas obrotów wirnika, na skutek dzialania sil odsrodkowych, lopatka 14 jest wyrywana z piers¬ cienia 12 wirnika. Zlacze typu „jodelka" lopatki 14 i pierscienia 12 wirnika przenosi sile odsrodkowa utrzymujaca lopatke 14. Wystepy 28 stopki lopatki i wystepy 30 gniazda pierscienia poddawane sa zlo¬ zonym naprezeniom scinajacym i zginajacym.W górnych obszarach 36 rowków gniazd pierscienia i w dolnych obszarach 40 rowków stopki lopatki naprezenia scinajace i zginajace dzialaja w jednym kierunku. W dolnych obszarach 38 rowków gniazda pierscienia i w górnych obszarach 42 rowków stopki lopatki naprezenia scinajace i zginajace dzialaja w przeciwnych kierunkach. W rezultacie tego mak¬ symalne naprezenia wystepuja w obszarze 36 i 40, a zwlaszcza wokól miejsca oznaczonego litera S.Na figurze 2 i 3 przedstawione sa porównawczo zlacza typu „jodelka" wedlug wynalazku i wedlug dotychczasowego stanu techniki.Maksymalne naprezenia wystepujace na zewne¬ trznych czesciach stopki lopatki 16 i gniazda piers¬ cienia 20 w obszarach S sa prawie równe. Kazdy rowek pierscienia posiada powierzchnie boczne 44, 48 i podstawe 46 laczaca powierzchnie boczne 44, 48. Kazda podstawa 46 rowka pierscienia w swym górnym albo promieniowo zewnterznym obszarze 36 ma pierwszy promien krzywizny Ri, a w dolnym albo promieniowo wewnetrznym obszarze 38 drugi pro¬ mien krzywizny R* Kazdy rowek lopatki posiada boczne powierzchnie 44a, 48a i podstawe 46a lacza¬ ca boczne powierzchnie 44a i 48a. Kazda podstawa 46a rowka lopatki jest zakreslona w dolnym albo radialnie wewnetrznym obszarze 40 pierwszym pro¬ mieniem krzywizny Ri} a w górnym albo promienio¬ wo zewnetrznym obszarze 42 drugim promieniem krzywizny R* Na figurze 4 pokazano uzaleznienie promieni Ri i Rj tworzacych zarys rowka pierscienia i rowka lopatki.Podczas obracania zespolu wirnika sily wytworzo¬ ne odsrodkowo odchylaja lopatki radialne na ze¬ wnatrz od piersciena wirnika. Sily dosrodkowe sa wywierane przez pierscien i poprzez polaczenie typu „jodla" na kazda lopatke. Wystepy lopatki i pierscie¬ nia sa poddane zespolonym naprezeniom scinajacym i zginajacym. W górnych obszarach 36 rowków 32 pierscienia i dolnych obszarach 40 rowków 34 lopa¬ tek, naprezenia scinajace i zginajace dodaja sie.Wynalazek umozliwia uzyskanie niebagatelnej ko¬ rzysci dotyczacej zmniejszenia glebokosci D gniazda pierscienia 20. Zmniejszenie glebokosci gniazda pier¬ scienia 20 stalo sie mozliwe dzieki odpowiedniemu uksztaltowaniu rowków 32 gniazda pierscienia 20 i rowków 34 stopki lopatki 16. Rowki sa tak uksztal- 5 towane, ze w obszarze S dzialania duzych naprezen, ich zarys wyznacza promien Ri, a w obszarze dzia¬ lania niskich naprezen zarys ich wyznacza mniejszy promien R*.Szerokosc czesci pierscienia 12 wirnika, w której io wykonane sa gniazda 20 jest uzalezniona od glebo¬ kosci D gniazda pierscienia. Zmniejszenie glebokos¬ ci gniazd pierscienia umozliwia zmniejszenie cieza¬ ru pierscienia wirnika 12. Jednoczesnie zmniejsza¬ jac glebokosc D gniazd 20 uzyskuje sie mozliwosc 15 zamocowania duzej ilosci lopatek 14 na stosunko¬ wo niewielkiej srednicy pierscienia 12 wirnika. Lo¬ patki moga byc rozmieszczone ciasniej, gdy zasto¬ suje sie odpowiedni material na pierscien wirnika.W innych rozwiazaniach zastosowania wynalazku 20 zmniejszenie maksymalnych naprezen uzyskano przez odpowiednia wielkosc stopki lopatki i glebo¬ kosc D gniazda. W tych rozwiazaniach promienie Ri zostaly zwiekszone w porównaniu z promienia¬ mi pokazanymi na fig. 2, podczas gdy promienie 25 Rs zostaly zachowane.Zastrzezenia patentowe 1.. Uklad lopatek wirnika posiadajacy lopatki «o o przekroju stopki zawierajace szereg rowków dla polaczenia z gniazdem utrzymujacym lopatke, przy czym przekrój stopki lopatki posiadajacej rowki jest utworzony poprzez boczne powierzchnie i podstawe laczaca boczne powierzchnie, znamienny tym, ze *$ kazda podstawa rowka (34) lopatki w dolnej swej czesci (40) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri), a w górnej swej czesci (42) ma krzywizne o drugim promieniu (R»), przy czym pierwszy promien (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia (Ri). 40 2. Uklad lopatek wirnika wedlug zastrz. 1, majacy szereg lopatek, wysunietych promieniowo na ze¬ wnatrz z pierscienia wirnika, zawierajacych stopke lopatki z szeregiem wystepów i szeregiem rowków, która jest ustalona przez powierzchnie boczne i pod- 45 stawe laczaca te powierzchnie boczne, oraz posiada¬ jacy pierscien wirnika ze szczelinami mocowania lopatek na obrzezu zawierajacym szereg wystepów dla polaczenia z odpowiadajacymi im rowkami sto¬ pek lopatek i szereg rowków pierscienia dostosowa- * nych do wprowadzenia w nie odpowiednich wy¬ stepów lopatek, przy czym kazdy rowek wirnika jest ograniczony bocznymi powierzchniami i pod¬ stawa laczaca te boczne powierzchnie, znamienny tym, ze kazda podstawa rowka (34) lopatki wirnika 15 ma krzywizne o jednym promieniu (Rj) w jej pro¬ mieniowo wewnetrznym obszarze i drugi promien krzywizny (R*) w jej promieniowo zewnetrznym obszarze, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia krzywizny 60 (&*), a kazda podstawa rowka pierscienia (32) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri) w jej promie¬ niowo zewnetrznym obszarze i drugim promieniu (R*) w jej promieniowo wewnetrznym obszarze, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest 65 wiekszy od drugiego promienia (Rt) krzywizny.7 123 377 8 3. Uklad lopatek wirnika wedlug zastrz. 2, maja¬ cy pierscien wirnika ze szczelina gniazda dla moco¬ wania lopatek wirnika zawierajaca szereg rowków dla laczenia z przekrojem stopki lopatki wirnika, przy czym kazdy rowek jest utworzony przez po- wierchnie boczne i podstawe laczaca powierzchnie boczne, znamienny tym, ze kazda podstawa rowka pierscienia (32) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri) w promieniowo zewnetrznym obszarze kazdej stopki i o drugim promieniu krzywizny (R*) w ra¬ dialnie wewnetrznym obszarze kazdej stopki, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia (R*) krzywizny. rmj FtC.3 FK.i ZGK 179/1100/84 — 80 egz.Cena 100,— pi PL PL PL PL PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe 1.. Uklad lopatek wirnika posiadajacy lopatki «o o przekroju stopki zawierajace szereg rowków dla polaczenia z gniazdem utrzymujacym lopatke, przy czym przekrój stopki lopatki posiadajacej rowki jest utworzony poprzez boczne powierzchnie i podstawe laczaca boczne powierzchnie, znamienny tym, ze *$ kazda podstawa rowka (34) lopatki w dolnej swej czesci (40) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri), a w górnej swej czesci (42) ma krzywizne o drugim promieniu (R»), przy czym pierwszy promien (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia (Ri). 402. Uklad lopatek wirnika wedlug zastrz. 1, majacy szereg lopatek, wysunietych promieniowo na ze¬ wnatrz z pierscienia wirnika, zawierajacych stopke lopatki z szeregiem wystepów i szeregiem rowków, która jest ustalona przez powierzchnie boczne i pod- 45 stawe laczaca te powierzchnie boczne, oraz posiada¬ jacy pierscien wirnika ze szczelinami mocowania lopatek na obrzezu zawierajacym szereg wystepów dla polaczenia z odpowiadajacymi im rowkami sto¬ pek lopatek i szereg rowków pierscienia dostosowa- * nych do wprowadzenia w nie odpowiednich wy¬ stepów lopatek, przy czym kazdy rowek wirnika jest ograniczony bocznymi powierzchniami i pod¬ stawa laczaca te boczne powierzchnie, znamienny tym, ze kazda podstawa rowka (34) lopatki wirnika 15 ma krzywizne o jednym promieniu (Rj) w jej pro¬ mieniowo wewnetrznym obszarze i drugi promien krzywizny (R*) w jej promieniowo zewnetrznym obszarze, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia krzywizny 60 (&*), a kazda podstawa rowka pierscienia (32) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri) w jej promie¬ niowo zewnetrznym obszarze i drugim promieniu (R*) w jej promieniowo wewnetrznym obszarze, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest 65 wiekszy od drugiego promienia (Rt) krzywizny.7 123 377 83. Uklad lopatek wirnika wedlug zastrz. 2, maja¬ cy pierscien wirnika ze szczelina gniazda dla moco¬ wania lopatek wirnika zawierajaca szereg rowków dla laczenia z przekrojem stopki lopatki wirnika, przy czym kazdy rowek jest utworzony przez po- wierchnie boczne i podstawe laczaca powierzchnie boczne, znamienny tym, ze kazda podstawa rowka pierscienia (32) ma krzywizne o jednym promieniu (Ri) w promieniowo zewnetrznym obszarze kazdej stopki i o drugim promieniu krzywizny (R*) w ra¬ dialnie wewnetrznym obszarze kazdej stopki, przy czym pierwszy promien krzywizny (Ri) jest wiekszy od drugiego promienia (R*) krzywizny. rmj FtC.3 FK.i ZGK 179/1100/84 — 80 egz. Cena 100,— pi PL PL PL PL PL PL