PL195149B1 - Wielołopatkowy wirnik maszyny osiowej, zwłaszcza wielostopniowej turbiny gazowej lub parowej - Google Patents

Abstract

Wielołopatkowy wirnik maszyny osiowej, zwłaszcza wielostopniowej turbiny gazowej lub parowej, posiadający pierścieniową tarczę z - osadzonymi na obrzeżu, w poosiowo otwartych zamkach - łopatkami wirnika, których kształt trzonu i przewężenia szyjki w strefie przy zewnętrznej średnicy tarczy odpowiada profilowi zamka, znamienny tym, że trzon (4) każdej łopatki (2) ma w widoku czołowym kształt elipsy, ukierunkowanej dłuższą osią zgodnie z promieniem tarczy (1), szyjkę (5) wyznaczają rozchylone obustronnie na zewnątrz promienie przejścia (r1), a w osi trzonu (4) wykonany jest przelotowy otwór (6)

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielołopatkowy wirnik maszyny osiowej, zwłaszcza wielostopniowej turbiny gazowej lub parowej.

Warunki pracy wielołopatkowego wirnika w wysokoobrotowych, wielostopniowych maszynach osiowych są wybitnie trudne z uwagi na charakter i dynamikę obciążeń. Newralgiczną strefą zmęczenia materiału jest trzon łopatek wirnika, szczególnie w zakresie zamków łączących łopatki z pierścieniową tarczą. Występujący w zamkach stan koncentracji naprężeń często przekracza nośność graniczną, co prowadzi do pęknięć o wyraźnie zmęczeniowym charakterze, najczęściej na przejściu szyjki w trzon, niekiedy u nasady szyjki - przejścia w część profilową. Przyczyną jest dynamiczne oddziaływanie gazu na materiał ukształtowany z karbem przejścia szyjki w trzon oraz nakładanie się drgań własnych łopatek.

Znanych jest wiele rozwiązań zamków, w których kształt trzonu łopatki z przewężeniem szyjki w strefie przy zewnętrznej średnicy tarczy odpowiada profilowi zamka. Z najczęściej spotykanych wymienić można zamki: widełkowe, młoteczkowe, trapezowe i jodełkowe. W zamkach widełkowych grzebieniowe zachodzące na siebie występy łopatki i tarczy połączone są sworzniami zabezpieczającymi. Zamek młoteczkowy ma kształt zbliżony do odwróconej litery „T, jedno z takich rozwiązań przedstawione jest w polskim opisie patentowym nr 165 529. Zamek nazywany trapezowym stanowi wciskowe połączenie tarczy i łopatki na powierzchniach ukształtowanych w widoku czołowym w trapez, którego górna, mniejsza podstawa wyznacza szyjkę. Często spotykane zamki jodełkowe mają profil podobny do odwróconej jodełki, z zaoblonymi krawędziami - co przykładowo obrazują rozwiązania według polskich opisów patentowych nr nr 87168 i 123377.

Bardzo istotnym dla nośności i niezawodności pracy wirnika jest zapewnienie równomiernego rozkładu naprężeń objętościowych i stykowych, co w opisanych ukształtowaniach zamków jest trudne do osiągnięcia.

W wirniku maszyny osiowej według wynalazku trzon każdej łopatki ma w widoku czołowym kształt elipsy, ukierunkowanej dłuższą osią zgodnie z promieniem tarczy. Szyjkę wyznaczają rozchylone obustronnie na zewnątrz promienie przejścia, a w osi trzonu wykonany jest przelotowy otwór. Ukształtowanie takie pozwala obniżyć do minimum koncentrację naprężeń w najbardziej wytężonej strefie łopatki, przelotowy otwór w trzonie stanowi odsztywnienie elementu i w wyniku bardziej równomierny rozkład nacisków w złączu.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest przykładowym wykonaniem wirnika, który stanowi element sprężarki silnika odrzutowego. Wirnik pokazany jest na rysunku, którego fig.1 przedstawia fragment wirnika w widoku z boku, z częściowym przekrojem przez część profilową łopatek, a fig. 2 przekrój poprzeczny prowadzony według linii A-A.

Wirnik posiada tarczę 1 z wieloma, osadzonymi na obrzeżu łopatkami 2, które zamocowane są przez wciśnięcie ich w otwarte poosiowo zamki 3. Kształt trzonu 4 łopatki 2 i przewężenia szyjki 5 w strefie średnicy zewnętrznej d_z odpowiada profilowi zamka 3. Trzon 4 ma w widoku czołowym kształt elipsy, dłuższą osią ukierunkowanej zgodnie z promieniem tarczy 1. Kształt szyjki 5 wyznaczają promienie przejścia η, rozwierające obustronnie elipsę na zewnątrz aż do nasady łopatki przy średnicy zewnętrznej dz tarczy 1. W osi elipsy trzonu 4 wykonany jest przelotowy otwór 6. Osie wzdłużne zamków 3 mogą być ukierunkowane prostopadle lub pod kątem do powierzchni czołowej tarczy 1, korzystnie równym kątowi pochylenia łopatek 2. Powierzchnie trzonu 4 i szyjki 5 łopatek 2, zamków 3 w tarczy 1 wirnika oraz boczne powierzchnie T tarczy 1 - dogniatane są naporowo, co zwiększa wytrzymałość stykową zamków, wytrzymałość zmęczeniową powierzchni bocznych tarczy, likwiduje mikrowady powierzchniowe. Szerokość zamka hz, na promieniu odpowiadającym górnej tworzącej przelotowego otworu 6 stanowi z przewężeniem b szyjki 5 powierzchnię, na której naciski przy maksymalnej prędkości kątowej wirnika nie przekraczają wartości nacisków dopuszczalnych dla danego materiału.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Wielołopatkowy wirnik maszyny osiowej, zwłaszcza wielostopniowej turbiny gazowej lub parowej, posiadający pierścieniową tarczę z - osadzonymi na obrzeżu, w poosiowo otwartych zamkach - łopatkami wirnika, których kształt trzonu i przewężenia szyjki w strefie przy zewnętrznej średnicy tarczy odpowiada profilowi zamka, znamienny tym, że trzon (4) każdej łopatki (2) ma w widoku czołowym kształt elipsy, ukierunkowanej dłuższą osią zgodnie z promieniem tarczy (1), szyjkę (5) wyznaczają rozchylone obustronnie na zewnątrz promienie przejścia (Γ1), a w osi trzonu (4) wykonany jest przelotowy otwór (6).