RU108804U1

RU108804U1 - RETAINING DEVICE FOR RIPPED BLADES AND FRAGMENTS OF TURBIN WHEELS

Info

Publication number: RU108804U1
Application number: RU2009133062/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Мишанин; Владимир Иванович Малинов; Василий Иванович Михайлюк; Марина Егоровна Мишанина; Валерий Станиславович Дрожжин; Игорь Валентинович Пикулин; Александр Николаевич Ховрин; Олег Леонидович Игнатов; Владимир Алексеевич Фомченко; Александр Александрович Вальков; Николай Федорович Ляшевский
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-09-27

Abstract

1. Устройство для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин, содержащее размещенные вокруг корпуса над рабочим колесом камеры с расположенными в них демпферными элементами, выполненными в виде полых микросфер, отличающееся тем, что демпферный элемент представляет собой слои камер, выполненных в виде сот, заполненных микросферами различного диаметра и прочности. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер полых микросфер, заполняющих соты камер, уменьшается по мере удаления камер от рабочего колеса. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размер полых микросфер, заполняющих соты камер, увеличивается по мере удаления камер от рабочего колеса. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полые микросферы соединены между собой органическим связующим компонентом. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полые микросферы соединены между собой неорганическим связующим компонентом. ! 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камеры по мере удаления от рабочего колеса заполнены сначала полыми микросферами, соединенными между собой органическим связующим компонентом, а затем полыми микросферами, соединенными между собой неорганическим связующим компонентом. ! 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камеры, заполненные полыми микросферами, соединенными между собой органическим связующим компонентом, и камеры, заполненные полыми микросферами, соединенными между собой неорганическим связующим компонентом, установлены поочередно. ! 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полые микросферы заполнены газом под давлением. 1. A device for holding dangling blades and fragments of turbine wheels, containing chambers placed around the housing above the impeller with damper elements located in them made in the form of hollow microspheres, characterized in that the damper element is a chamber layer made in the form of cells filled microspheres of various diameters and strengths. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers decreases as the chambers move away from the impeller. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers increases as the chambers move away from the impeller. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are interconnected by an organic binder component. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are interconnected by an inorganic binder component. ! 6. The device according to claim 1, characterized in that the chambers as they move away from the impeller are filled first with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and then hollow microspheres interconnected by an inorganic binder component. ! 7. The device according to claim 1, characterized in that the chambers filled with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and the chambers filled with hollow microspheres interconnected by an inorganic binder, are installed alternately. ! 8. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are filled with gas under pressure.

Description

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в осевых турбомашинах для защиты окружающего пространства и обслуживающего персонала от оборвавшихся лопаток и фрагментов разрушившихся колес турбин.The utility model relates to the field of power engineering and can be used in axial turbomachines to protect the surrounding space and maintenance personnel from broken blades and fragments of collapsed turbine wheels.

Известно устройство для удержания оборвавшихся лопаток турбомашины по А.С. №1009142, F02C 7/00; F02D 25/24, опубликованное 20.10.1996, содержащее размещенную на корпусе над рабочим колесом кольцевую камеру с расположенным в ней демпфером, выполненным в виде кольцевых ребер, прикрепленных к стенке камеры. Однако из-за весовых ограничений толщина кольцевой камеры и кольцевых ребер устройства рассчитывается из условия частичного поглощения кинетической энергии оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбины, что снижает надежность при эксплуатации.A device for holding broken shells of a turbomachine according to A.S. No. 1009142, F02C 7/00; F02D 25/24, published on 10/20/1996, containing an annular chamber located on the housing above the impeller with a damper located therein, made in the form of annular ribs attached to the chamber wall. However, due to weight restrictions, the thickness of the annular chamber and annular ribs of the device is calculated from the condition of partial absorption of the kinetic energy of the broken blades and fragments of the turbine wheels, which reduces the reliability during operation.

Известно также устройство для удержания оборвавшихся лопаток турбомашины, патент Франции №2216174, F02C 7/00, опубликованный 29.09.1978, содержащее цилиндрические защитные оболочки, расположенные концентрично относительно ее корпуса. Однако из-за весовых ограничений толщина оболочек рассчитывается из условия частичного поглощения кинетической энергии оборвавшихся лопаток, что снижает надежность при эксплуатации.It is also known a device for holding the broken blades of a turbomachine, French patent No. 2216174, F02C 7/00, published 09/29/1978, containing cylindrical protective shells located concentrically relative to its body. However, due to weight restrictions, the thickness of the shells is calculated from the condition of partial absorption of the kinetic energy of the broken blades, which reduces reliability during operation.

Известно также устройство легкие компоненты: лопасти, лопатки или оболочки газотурбинного двигателя по п. GB №2433556, F04D 29/54, опубликованное 27.06.2007, содержащее панели, лопатки или локализующие корпуса, лопасти вентилятора газотурбинного двигателя содержащие множество эллипсоидных или сфероидных композиционных тел. Композиты могут содержать внешний поверхностный элемент, опоясывающий полые компоненты. Полые компоненты засыпаются без наполнителя или соединены друг с другом матричным материалом, например металлом или смолой, или могут соединяться методом спекания или плавления для оптимизации механических свойств компоненты. Однако недостатком таких устройств является сложность технологий их изготовления. Использование дорогостоящих материалов (производство искусственных металлических, стеклянных или полимерных сфероидных или эллипсоидных полых компонентов) значительно удорожает стоимость устройств. Использование таких дорогостоящих технологий в габаритных узлах газотурбинных двигателей, которые после воздействия разрушающих факторов восстановлению не подлежат, экономически малоцелесообразно. Заполнение полостей сложной формы, имеющих в своем составе перемычки, ребра и другие конструктивные элементы технологически сложно и требует сложной и дорогостоящей оснастки и оборудования.The device is also known for light components: blades, blades or shells of a gas turbine engine according to p. GB No. 2433556, F04D 29/54, published June 27, 2007, containing panels, blades or localizing bodies, fan blades of a gas turbine engine containing many ellipsoid or spheroid composite bodies. Composites may contain an external surface element encircling hollow components. Hollow components are filled without filler or bonded to each other with matrix material, such as metal or resin, or can be bonded by sintering or melting to optimize the mechanical properties of the component. However, the disadvantage of such devices is the complexity of the technology for their manufacture. The use of expensive materials (the production of artificial metal, glass or polymer spheroid or ellipsoidal hollow components) significantly increases the cost of the devices. The use of such expensive technologies in the overall nodes of gas turbine engines, which after the impact of destructive factors cannot be restored, is economically inexpedient. Filling cavities of complex shape, incorporating jumpers, ribs and other structural elements is technologically difficult and requires complex and expensive rigging and equipment.

Известно также устройство со стабилизированной оболочкой, заполненной полыми металлическими сферами по п. US №4925740, B22F 3/00, 15.05.1990 г., содержащее высокопрочную облегченную конструкцию со стабилизированной оболочкой, имеющей разнесенные листы оболочки и множество полых металлических сфер заполняющих пространство между оболочками. Сферы и оболочки связаны друг с другом, образуя единую конструкцию. Сферы имеют внешние диаметры от 0,005 до 0,5 дюйма (0,127 до 12,5 мм.) с высокой толщиной от 0,0005 до 0,005 дюйма (0,0127 до 0, 127 мм). Используются сферы различных размеров: меньшие сферы с более массивной толщиной стенок в области высоких нагрузок, большие сферы с меньшей толщиной стенок в области небольших нагрузок. Сферы снаружи покрыты твердым припоем и соединяются друг с другом и с оболочками путем пайки в печи.It is also known a device with a stabilized shell filled with hollow metal spheres according to p. US No. 4925740, B22F 3/00, 05/15/1990, containing a high-strength lightweight structure with a stabilized shell having spaced sheets of the shell and many hollow metal spheres filling the space between the shells . Spheres and shells are connected to each other, forming a single design. The spheres have outer diameters from 0.005 to 0.5 inches (0.127 to 12.5 mm.) With high thicknesses from 0.0005 to 0.005 inches (0.0127 to 0.127 mm). Spheres of various sizes are used: smaller spheres with a more massive wall thickness at high loads, larger spheres with a smaller wall thickness at low loads. The spheres on the outside are coated with brazing alloy and are connected to each other and to the shells by soldering in a furnace.

Недостатком такой конструкции является сложная технология изготовления таких устройств, необходимость наличия высокотемпературных печей. Процесс получения полых металлических сфер очень трудоемкий и затратный, требующий специального оборудования и оснастки; процесс покрытия сфер твердым припоем технологически сложный и дорогостоящий. Процесс соединения сфер между собой и с оболочками также не гарантирует всестороннего соединения сфер между собой и с оболочками, что значительно снижает прочностные качества конструкции и надежность ее работы. Кроме того получить и заложить в конструкцию сферы с очень близкими размерами практически тяжело, а это сказывается на направленной прочности конструкции, качестве соединения сфер между собой и оболочками. Это все снижает технологическую и конструкционную привлекательность таких конструкций.The disadvantage of this design is the complex manufacturing technology of such devices, the need for high-temperature furnaces. The process of obtaining hollow metal spheres is very time-consuming and costly, requiring special equipment and accessories; the process of coating spheres with brazing is technologically complex and expensive. The process of connecting spheres to each other and to shells also does not guarantee a comprehensive connection of spheres to each other and to shells, which significantly reduces the structural strength and reliability of its operation. In addition, it is practically difficult to obtain and lay in the design of a sphere with very close dimensions, and this affects the directional strength of the structure, the quality of the connection of the spheres between themselves and the shells. This all reduces the technological and structural attractiveness of such structures.

Известно также устройство по п. US №7513734, F01B 25/16, 07.04.2009, имеющее в составе многослойный материал, состоящий из матриц различной конструкции, расположенных в каждом слое по своему порядку. Первый опорный слой состоит из материала, имеющего полимерную основу, металл низкой плотности или металл, содержащий пеноматериал. В разрушаемом опорном материале может содержаться множество полых элементов, вкрапленных в полимерный материал. Полые элементы могут представлять собой сферы из разрушаемого материала, например, стекла или жесткого пластика. В предпочтительном варианте полые элементы заполняют газом, например аргоном. В альтернативном варианте опорный материал может быть представлен вспененным полимерным материалом. Такой материал может иметь множество ячеек. Ячейки могут быть открытыми и закрытыми. Также в состав полимерного материала могут входить материалы смолосодержащего типа. В следующем за опорным слоем, расположен поперек первому опорному слою слой с деформируемыми компонентами, имеющими в составе своей конструкции пружины. Пружины могут быть обычными, спиральными или двухмерными. Витки пружины могут иметь спиралевидную форму в виде одной или множества спиралей, или иметь квадратную форму. При наличии спиральной пружины в составе деформируемого материала, в составе опорного материала должны присутствовать полые элементы, причем располагаться они должны внутри витков спирали. Однако такая конструкция становится опасной при образовании разрушившихся фрагментов по габариту и весу больше, чем лопатки, а в добавок выбивает из конструкции стальные пружины, которые становятся источником новой опасности. Изготовление такой конструкции локализации оборвавшихся фрагментов достаточно представляет собой сложный технологический процесс с большими экономическими затратами. Чем больше внутри таких устройств, сложных самостоятельных элементов (пружин, цилиндрических трубок), тем не надежнее становится процесс заполнения объема опорным материалом; процесс сборки-трубчатые элементы+полые элементы и их расположение в виде шестиугольников - трудоемкий и экономически затратный процесс, не гарантирующий качественной структуры гарантирующей локализацию. Стеклянные полые сферы имеют низкую прочность и при использовании в качестве наполнителя разрушаются при технологической засыпке.It is also known a device according to p. US No. 7513734, F01B 25/16, 04/07/2009, comprising a multilayer material consisting of matrices of various designs, located in each layer in order. The first support layer consists of a material having a polymer base, a low density metal or a metal containing foam. The destructible support material may contain a plurality of hollow elements interspersed in the polymeric material. Hollow elements can be spheres of destructible material, for example, glass or hard plastic. In a preferred embodiment, the hollow elements are filled with gas, for example argon. Alternatively, the support material may be a foamed polymeric material. Such material may have many cells. Cells can be open and closed. Also, resinous materials may be included in the composition of the polymer material. Next to the support layer, a layer with deformable components having springs in their structure is located across the first support layer. Springs can be ordinary, spiral or two-dimensional. The coil of the spring may have a spiral shape in the form of one or multiple spirals, or have a square shape. In the presence of a spiral spring in the composition of the deformable material, hollow elements must be present in the composition of the supporting material, and they should be located inside the coils of the spiral. However, this design becomes dangerous when fragments are formed in size and weight more than the blades, and in addition, steel springs are knocked out of the structure, which become a source of new danger. The manufacture of such a design for the localization of broken fragments is quite a complex process with large economic costs. The more inside such devices there are complex independent elements (springs, cylindrical tubes), the more reliable the process of filling the volume with support material; assembly process - tubular elements + hollow elements and their arrangement in the form of hexagons - a laborious and economically expensive process that does not guarantee a high-quality structure guaranteeing localization. Glass hollow spheres have low strength and, when used as a filler, are destroyed by technological filling.

В качестве прототипа взято устройство по п. рф №2350765, F02C 7/05, опубликованное 27.03.2009. Устройство предназначено для удержания оборвавшихся лопаток компрессоров или турбин, крупногабаритных лопаток вентилятора двух контурного двигателя. Устройство состоит из скрепленных между собой через смежные модули двигателя наружного и внутреннего слоистых соосных корпусов вентилятора и полости между ними. Наружный корпус содержит силовой не пробиваемый лопаткой слой, выполненный из высокопрочного полимерного материала. Внутренний корпус содержит пробиваемый лопаткой основной слой из материала с повышенным модулем упругости и динамической жесткости, формирующий наружный контур воздушного тракта вентилятора. На внутренней поверхности основного слоя нанесен слой абразивно изнашиваемого материала. В полости между наружным и внутренним корпусами сформирован дополнительный, контактирующий с оборвавшейся лопаткой слой с заданным регулируемым сопротивлением передвижению этой лопатки в окружном направлении. Для формирования серединного слоя полость между корпусами может быть заполнена пресс материалом на основе эпоксидного связующего с минеральным наполнителем с добавлением стеклянных микросфер; или может быть заполнена пенопластом с заданной пористостью и податливостью; или выполнен из композиционного материала на полимерной основе, армированного жгутами в форме U образных петель из органических волокон или базальтовых волокон заданной длины. В полости между наружным и внутренним корпусами равномерно по окружности размещены радиальные ребра ориентированные вдоль продольной оси вентилятора; дополнительный серединный слой может быть выполнен из пластин органопластика, которые свободно выложены на внешней поверхности основного слоя внутреннего корпуса или слоя композиционного материала, отформованного на поверхности основного слоя внутреннего корпуса.As a prototype, the device according to p. RF No. 2350765, F02C 7/05, published on 03/27/2009. The device is designed to hold the broken blades of compressors or turbines, large fan blades of a two contour motor. The device consists of external and internal laminated coaxial fan housings and cavities between them that are fastened to each other through adjacent engine modules. The outer casing contains a power layer not penetrated by the blade, made of high-strength polymer material. The inner casing contains a core layer punched by the blade with a material with a high modulus of elasticity and dynamic stiffness, forming the outer contour of the air duct of the fan. A layer of abrasive wear material is applied on the inner surface of the base layer. In the cavity between the outer and inner cases, an additional layer is contacted with the torn blade, with a predetermined adjustable resistance to the movement of this blade in the circumferential direction. To form the middle layer, the cavity between the bodies can be filled with a press material based on an epoxy binder with a mineral filler with the addition of glass microspheres; or can be filled with polystyrene foam with a given porosity and ductility; or made of a polymer-based composite material reinforced with strands in the form of U-shaped loops of organic fibers or basalt fibers of a given length. In the cavity between the outer and inner housings, radial ribs oriented along the longitudinal axis of the fan are uniformly spaced around the circumference; the additional middle layer can be made of organoplastic plates that are freely laid on the outer surface of the main layer of the inner shell or a layer of composite material molded on the surface of the main layer of the inner shell.

Однако из-за специфичности конструкции применение данного устройства для защиты от оборвавшихся фрагментов блока турбины, где очень высокие температуры (>1500°С), давление и скорость газового потока, а внутренняя поверхность предлагаемого устройства формирует наружный контур газового тракта блока турбин, применение предложенного устройства становится не эффективным. Кроме того, технология изготовления такого устройства очень сложная из-за большой номенклатуры технологических операций их продолжительности и габаритов устройства. Это значительно сужает сегмент применения данного устройства, исходя из и экономической целесообразности. При такой конструкции устройства приходится менять весь узел газового тракта, весьма не дешевого в изготовлении. Применение эпоксидного связующего для формирования среднего защитного слоя не является оптимальным, т.к. в этом связующем достичь равномерного распределения минерального наполнителя и стеклянных микросфер технологически не просто. Наполнить кольцевое пространство значительных размеров равномерно композитом без вибрационного воздействия практически не возможно, а применение вибрационного воздействия вызывает изменение равноплотности распределения наполнителя, а следовательно и эффективности защитных свойств всего слоя. Стеклянные микросферы имеют низкую прочность и при использовании в качестве наполнителя разрушаются при технологической засыпке.However, due to the specificity of the design, the use of this device to protect against broken fragments of the turbine block, where there are very high temperatures (> 1500 ° C), pressure and gas flow rate, and the inner surface of the proposed device forms the outer contour of the gas path of the turbine block, application of the proposed device becomes ineffective. In addition, the manufacturing technology of such a device is very complex due to the large range of technological operations of their duration and dimensions of the device. This significantly narrows the segment of application of this device, based on economic feasibility. With this design of the device, it is necessary to change the entire node of the gas path, which is not very cheap to manufacture. The use of an epoxy binder to form the middle protective layer is not optimal, because in this binder, it is technologically difficult to achieve a uniform distribution of the mineral filler and glass microspheres. It is practically impossible to fill the annular space of significant dimensions uniformly with a composite without vibration exposure, and the use of vibration exposure causes a change in the equal distribution density of the filler, and hence the effectiveness of the protective properties of the entire layer. Glass microspheres have low strength and, when used as a filler, are destroyed by technological filling.

Задачей полезной модели является надежное обеспечение удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин от разлета в окружающее пространство. Технический результат, достигнутый при создании предполагаемой полезной модели: повышена надежность защиты окружающего пространства от разлета оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин, уменьшен вес устройства, сокращены трудозатраты на его изготовление, применены недефицитные широко распространенные материалы.The objective of the utility model is to reliably keep the broken blades and turbine wheel fragments from scattering into the surrounding space. The technical result achieved during the creation of the proposed utility model: increased reliability of protecting the surrounding space from the expansion of broken blades and turbine wheel fragments, reduced device weight, reduced labor costs for its manufacture, non-deficient widely used materials were used.

Для достижения поставленной задачи предложено устройство для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин, содержащее размещенные вокруг корпуса над рабочим колесом камеры с расположенными в них демпферными элементами, выполненными в виде полых микросфер. Демпферный элемент представляет собой слои камер, выполненных в виде сот, заполненных металлическими полыми микросферами различного диаметра и прочности. Размер полых микросфер, заполняющих соты камер, может уменьшаться по мере удаления камер от рабочего колеса. Размер полых микросфер, заполняющих соты камер, может увеличиваться по мере удаления камер от рабочего колеса. Полые микросферы могут быть соединены между собой органическим или неорганическим связующим компонентом. Камеры, по мере удаления от рабочего колеса, могут быть заполнены сначала полыми микросферами, соединенными между собой органическим связующим компонентом, а затем полыми микросферами, соединенными между собой неорганическим связующим компонентом. Камеры, заполненные полыми микросферами, соединенные между собой органическим связующим компонентом, и камеры, заполненные полыми микросферами, соединенными между собой неорганическим связующим компонентом, могут быть установлены поочередно. Полые микросферы могут быть заполнены газом под давлением (например, 70% СО2 и 30% N2).To achieve this objective, a device is proposed for holding broken blades and turbine wheel fragments, containing chambers placed around the housing above the impeller with damper elements located in them, made in the form of hollow microspheres. The damper element is a layer of chambers made in the form of honeycombs filled with metal hollow microspheres of various diameters and strengths. The size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers may decrease as the chambers move away from the impeller. The size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers may increase as the chambers move away from the impeller. Hollow microspheres can be interconnected by an organic or inorganic binder component. The cameras, as they move away from the impeller, can be filled first with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and then hollow microspheres interconnected by an inorganic binder component. Chambers filled with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and chambers filled with hollow microspheres interconnected by an inorganic binder component can be installed alternately. Hollow microspheres can be filled with gas under pressure (for example, 70% CO2 and 30% N2).

Таким образом, оборвавшаяся лопатка или фрагмент колеса турбины разрушает кожух газотурбинной установки, разрушает внутренний силовой кожух устройства, преодолевает внутренний более рыхлый слой полых микросфер диаметром 200-220 мкм, разрушает их, вытесняя из них газовую фазу, и теряет часть своей кинетической энергии, попадает в более плотный слой композита, состоящий из полых микросфер диаметром 140-150 мкм, имеющих меньшие размеры, но большую прочность, где теряет часть оставшейся кинетической энергии. Окончательно энергию оборвавшаяся лопатка или фрагмент колеса турбины теряют в последнем наиболее плотном слое, состоящем из полых микросфер диаметром 80-ЮОмкм, имеющих наименьшие размеры и наибольшую прочность. При этом энергия оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин гасится за счет разрушения и смятия материала полых микросфер и связующего вещества, противодействия сжимаемой внутри полых микросфер газовой фазы и вытеснения ее из внутренних полостей разрушенных полых микросфер.Thus, a broken blade or a fragment of a turbine wheel destroys the casing of a gas turbine installation, destroys the internal power casing of the device, overcomes the inner more loose layer of hollow microspheres with a diameter of 200-220 μm, destroys them, displacing the gas phase from them, and loses part of its kinetic energy, gets into a denser layer of the composite, consisting of hollow microspheres with a diameter of 140-150 microns, having smaller sizes but greater strength, where it loses part of the remaining kinetic energy. Finally, a broken blade or a fragment of a turbine wheel loses energy in the last most dense layer, consisting of hollow microspheres with a diameter of 80 SOkm, having the smallest dimensions and the greatest strength. In this case, the energy of broken blades and turbine wheel fragments is extinguished due to the destruction and crushing of the material of the hollow microspheres and the binder, counteraction of the gas phase compressible inside the hollow microspheres and its displacement from the internal cavities of the destroyed hollow microspheres.

На фиг. представлены общие виды вариантов устройства для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин.In FIG. General views of device variants for holding broken blades and turbine wheel fragments are presented.

Устройство для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин содержит плоскую или кольцевую оболочку, состоящую из внутреннего 1 и внешнего 2 силовых корпусов, изготовленных из алюминиевого сплава или стали.A device for holding broken blades and turbine wheel fragments contains a flat or annular shell, consisting of internal 1 and external 2 power cases made of aluminum alloy or steel.

Между внутренним 1 и внешним 2 силовыми корпусами расположены слои камер (соты шестиугольной или прямоугольной формы) с демпферными элементами 3, изготовленными, например, из алюминиевого сплава или мягкой низколегированной стали. Полости между слоями сот заполняются композитом 4, 5, 6, состоящим из полых микросфер и связующего компонента органической или неорганической природы. Композит 4 состоит из полых микросфер диаметром 80-100 мкм и прочностью 270 Кг/см²-280Кг/см², а в композитах 5, 6 диаметр полых микросфер увеличивается по мере приближения камер к рабочему колесу соответственно до диаметров 140-150 мкм и прочностью 200 Кг/см²-220Кг/см² в композите 5 и до диаметров 200-220 мкм и прочностью 150 Кг/см²-160 Кг/см² в композите 6.Between the inner 1 and outer 2 power cases there are layers of chambers (hexagonal or rectangular cells) with damper elements 3 made, for example, of aluminum alloy or mild low alloy steel. The cavities between the honeycomb layers are filled with a composite 4, 5, 6, consisting of hollow microspheres and a binder component of an organic or inorganic nature. Composite 4 consists of hollow microspheres with a diameter of 80-100 microns and a strength of 270 Kg / cm ² -280 Kg / cm ² , and in composites 5, 6 the diameter of the hollow microspheres increases as the chambers approach the impeller, respectively, to diameters of 140-150 microns and strength 200 Kg / cm ² -220Kg / cm ² in composite 5 and up to diameters of 200-220 microns and a strength of 150 Kg / cm ² -160 Kg / cm ² in composite 6.

Предлагаемое устройство для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбин работает следующим образом.The proposed device for holding dangling blades and fragments of turbine wheels works as follows.

В случае обрыва лопатки рабочего колеса или разрушения рабочего колеса фрагменты пробив корпус турбомашины, попадают в кольцевую или плоскую камеру. Пробивают внутренний силовой слой 1 и проникают в ближайший к внутреннему силовому слою 1 - слой композита 6. При этом разрушаются и деформируются полые микросферы. Из них вытесняется газ, раздвигается связующее вещество. На это расходуется часть энергии летящей лопатки или фрагментов колес турбины. Благодаря такой компоновке оборвавшиеся фрагменты свободно проникают во внутренний, ближайший к диску турбины слой, надежно захватываются им и тем самым исключают возможность их отражения в окружающее пространство.In the event of a broken blade of the impeller or destruction of the impeller, the fragments breaking through the housing of the turbomachine fall into an annular or flat chamber. The internal force layer 1 is punched and penetrated into the composite layer 6, which is closest to the internal force layer 1. At the same time, the hollow microspheres are destroyed and deformed. Gas is displaced from them, the binder moves apart. Part of the energy of a flying blade or fragments of turbine wheels is spent on this. Thanks to this arrangement, broken fragments freely penetrate into the inner layer closest to the turbine disk, are reliably captured by it, and thereby exclude the possibility of their reflection in the surrounding space.

Оставшаяся часть энергии лопатки или фрагментов колес турбины гасится в последующих слоях 5 и 4. В них срабатывают такие же механизмы, как и в слое 6. При срабатывании устройства для удержания оборвавшихся лопаток и фрагментов колес турбины, оно заменяется новым благодаря низкой себестоимости.The rest of the energy of the blades or fragments of the wheels of the turbine is extinguished in subsequent layers 5 and 4. They operate the same mechanisms as in layer 6. When the device is activated to hold the broken blades and fragments of the wheels of the turbine, it is replaced with a new one due to the low cost.

В альтернативном варианте крупные фрагменты диска турбины разрушают кожух газотурбинной установки, проникают во внутренний самый плотный и прочный слой композита из полых микросфер диаметром 80-ЮОмкм, разрушают его и теряют часть своей кинетической энергии. Попадают в менее плотный и прочный слой композита из полых микросфер диаметром 140-150 мкм, где теряют большую часть кинетической энергии. Окончательно фиксируются и теряют всю кинетическую энергию во внешнем рыхлом слое, состоящем из композита с полыми микросферами диаметром 200-220 мкм.Alternatively, large fragments of a turbine disk destroy the casing of a gas turbine installation, penetrate into the inner most dense and strongest layer of a composite of hollow microspheres with a diameter of 80 JOkm, destroy it and lose part of its kinetic energy. They fall into a less dense and durable layer of a composite of hollow microspheres with a diameter of 140-150 microns, where they lose most of the kinetic energy. Finally, they fix and lose all kinetic energy in the outer loose layer, consisting of a composite with hollow microspheres with a diameter of 200-220 microns.

Себестоимость устройства низкая, поэтому ремонт не целесообразен, кроме того, устройство представляет собой автономный узел, не являющийся частью корпуса турбомашины. Низкая себестоимость обеспечивается использованием не дорогих, легких и прочных сортов металлов; полых микросфер из зол уноса тепловых электростанций, так называемых ценосферы. Ценосферы из зол уноса по себестоимости на 50%-200% дешевле стеклянных полых микросфер, по прочности в 3-10 раз больше стеклянных полых микросфер; имеют естественное заполнение газом (70% СО2 и 30% N2), запасы оцениваются в 100 млн. тонн.The cost of the device is low, so the repair is not advisable, in addition, the device is an autonomous unit that is not part of the body of the turbomachine. Low cost is ensured by the use of not expensive, light and durable grades of metals; hollow microspheres from fly ash of thermal power plants, the so-called cenosphere. Cenospheres from fly ash at cost price are 50% -200% cheaper than glass hollow microspheres, strength 3-10 times more than glass hollow microspheres; have a natural gas filling (70% CO2 and 30% N2), reserves are estimated at 100 million tons.

Claims

1. A device for holding dangling blades and fragments of turbine wheels, comprising chambers placed around the housing above the impeller with damper elements arranged in them made in the form of hollow microspheres, characterized in that the damper element is a chamber layer made in the form of cells filled microspheres of various diameters and strengths.

2. The device according to claim 1, characterized in that the size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers decreases as the chambers move away from the impeller.

3. The device according to claim 1, characterized in that the size of the hollow microspheres filling the cells of the chambers increases as the chambers move away from the impeller.

4. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are interconnected by an organic binder component.

5. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are interconnected by an inorganic binder component.

6. The device according to claim 1, characterized in that the chambers as they move away from the impeller are filled first with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and then hollow microspheres interconnected by an inorganic binder component.

7. The device according to claim 1, characterized in that the chambers filled with hollow microspheres interconnected by an organic binder component, and the chambers filled with hollow microspheres interconnected by an inorganic binder, are installed alternately.

8. The device according to claim 1, characterized in that the hollow microspheres are filled with gas under pressure.