RU2265754C2

RU2265754C2 - Impeller of axial-flow compressor (versions)

Info

Publication number: RU2265754C2
Application number: RU2003133084/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Сундуков (RU); Ю.М. Сундуков; А.П. Шелопугин (RU); А.П. Шелопугин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт"(ОАО "Силовые машины")
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-12-10
Also published as: RU2003133084A

Abstract

FIELD: power machine construction.

SUBSTANCE: invention can be used in impellers of axial-flow compressors of gas-turbine plants. According to one design version, longitudinal slot is made in root base on part of root length from its end face and cross slot which relatively intersect and into which T-shaped insert is fitted. End face of insert is arranged in plane of end face of root. Blade is fixed from displacement along slot in disk by caulking t-shaped insert and root of blade in recesses from opposite end faces of disk. According to other design version, longitudinal slot is made in base of root from each end face on part of length of root and cross slot intersecting the longitudinal slot, and T-shaped insets are fitted in intersecting slots. End face of each insert is arranged in plane of corresponding end face of root, and blade is fixed from displacement along slot in disk by caulking of T-shaped insert in recess on corresponding end face of disk.

EFFECT: improved repairability of blades and increased service life of impeller disk of axial-flow compressor.

3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в рабочих колесах осевых компрессоров газотурбинных установок.The invention relates to the field of power engineering and can be used in the impellers of axial compressors of gas turbine plants.

Известно рабочее колесо, в котором хвостовики рабочих лопаток установлены в трапециевидные пазы (типа "ласточкин хвост") и зафиксированы от перемещения вдоль паза диска с помощью пластинчатого стопора в виде пластины, которая в средней части имеет выступ, входящий в соответствующий паз в хвостовике лопатки, а концы пластины с обеих сторон отогнуты на обод диска [1]. Такая конструкция недостаточно надежна, т.к. отогнутые концы пластины могут задеть за статор и отломиться, что приведет к выходу лопатки из паза. Кроме этого, указанная конструкция требует индивидуальной подгонки хвостовика лопатки к пазу диска для исключения вибрации лопатки на пластине, что обуславливает повышенную трудоемкость изготовления.It is known the impeller, in which the shanks of the blades are installed in trapezoidal grooves (such as "dovetail") and are fixed from moving along the groove of the disk using a plate stopper in the form of a plate, which in the middle part has a protrusion that fits into the corresponding groove in the shank of the blade and the ends of the plate on both sides are bent to the rim of the disk [1]. This design is not reliable enough, because the bent ends of the plate can touch the stator and break off, which will lead to the exit of the scapula from the groove. In addition, this design requires individual adjustment of the shank of the blade to the groove of the disk to exclude vibration of the blade on the plate, which leads to increased laboriousness of manufacture.

Известна конструкция рабочего колеса, где лопатка фиксируется от осевых перемещений с помощью разжимных пружинящих колец, которые располагаются в канавках, проточенных в хвостовиках лопаток и в межлопаточных выступах дисков [2].A known design of the impeller, where the blade is fixed from axial displacement using expanding spring rings, which are located in grooves grooved in the shanks of the blades and in the interscapular protrusions of the disks [2].

Как и в аналоге, в этой конструкция допуски на размеры паза в диске и хвостовике должны быть жесткими для исключения вибрации лопатки из-за неплотной посадки ее на разжимное кольцо, которая приводит к наклепу на контактных поверхностях и развитию трещин, в результате после демонтажа лопаток, например, для восстановления их покрытия лопатки оказываются непригодными для повторного использования.As in the analogue, in this design, the tolerances on the dimensions of the groove in the disk and the shank must be tight to exclude vibration of the blade due to its loose fit on the expanding ring, which leads to hardening on the contact surfaces and the development of cracks, as a result of the dismantling of the blades, for example, to restore their coating, the blades are unsuitable for reuse.

Кроме того, проточки под разжимное кольцо с малыми радиусами округления являются концентраторами напряжения, провоцируют развитие трещин и ограничивают ресурс работы диска.In addition, grooves under the expanding ring with small rounding radii are stress concentrators, provoke crack development and limit the life of the disk.

Техническим результатом, который достигается при осуществлении каждого из двух заявленных вариантов рабочего колеса, является сохранение металла лопатки при демонтаже и исключение наклепа на контактных поверхностях хвостовика, в результате повышение ремонтопригодности лопаток, а также исключение концентраторов напряжения - проточек с малыми радиусами скругления в диске в месте соединения с лопатками, в результате увеличение ресурса работы диска рабочего колеса.The technical result that is achieved by implementing each of the two declared impeller variants is to preserve the blade metal during dismantling and to avoid hardening on the contact surfaces of the shank, as a result of increasing the maintainability of the blades, as well as the exclusion of stress concentrators — grooves with small round radii in the disk in place connections with the blades, resulting in an increase in the working resource of the impeller disk.

Этот технический результат обеспечен в рабочем колесе осевого компрессора, содержащем диск с пазами, например, типа "ласточкин хвост ", лопатки с хвостовиками, установленными в пазах диска, в котором согласно изобретению в основании хвостовика выполнены взаимно-пересекающиеся продольный паз на части длины хвостовика с его торца и поперечный паз, в которые установлена Т-образная вставка, торец вставки расположен в плоскости торца хвостовика, при этом в выборку на одном торце диска расчеканена Т-образная вставка, в выборку на другом торце диска - хвостовик лопатки, фиксирующие лопатку от перемещения вдоль паза диска.This technical result is ensured in the impeller of an axial compressor containing a disk with grooves, for example, dovetail, blades with shanks installed in the grooves of the disk, in which according to the invention, at the base of the shank, there are mutually intersecting longitudinal grooves on a part of the length of the shank with the end face and the transverse groove into which the T-shaped insert is installed, the end face of the insert is located in the plane of the end face of the shank, while a T-shaped insert is engraved in a sample on one end of the disk, and a sample on the other end ska - the blade root fixing blade from moving along the groove of the disc.

Технический результат обеспечен также в рабочем колесе осевого компрессора, содержащем диск с пазами, например, типа "ласточкин хвост ", лопатки с хвостовиками, установленными в пазах диска, в котором согласно изобретению в основании хвостовика с каждого его торца на части длины паза диска выполнен продольный паз и пересекающий его поперечный паз, в пересекающиеся пазы установлены Т-образные вставки, боковой торец каждой вставки расположен в плоскости соответствующего торца хвостовика, лопатка зафиксирована от перемещения вдоль паза диска расчеканкой каждой Т-образной вставки в выборку на соответствующем торце диска.The technical result is also provided in the impeller of an axial compressor containing a disk with grooves, for example, a dovetail, blades with shanks installed in the grooves of the disk, in which according to the invention, a longitudinal part is made at the base of the shank from each end thereof on a part of the length of the disk groove the groove and the transverse groove intersecting it, T-shaped inserts are installed in the intersecting grooves, the lateral end of each insert is located in the plane of the corresponding end of the shank, the blade is fixed from moving along the groove di ka caulking each of the T-shaped inserts in the sample at the appropriate end of the disc.

В предлагаемой конструкции рабочего колеса по первому варианту хвостовик при расчеканке Т-образной вставки ввиду упора по плоскостям поперечного паза раздается в пазу диска. В результате исключается качание лопатки в месте соединения с диском, что исключает наклеп лопатки ее контактным поверхностям, предупреждает развитие трещин, приводящих к неремонтопригодности лопаток. Фиксация лопатки расчеканкой Т-образной вставки с одного торца диска и расчеканкой хвостовика с другой стороны позволяет производить демонтаж, ограничиваясь выборкой металла в месте расчеканки вставки с последующим выбиванием лопатки, при этом металл в месте расчеканки хвостовика лопатки сохраняется. Предупреждение повреждений лопатки в месте соединения ее с диском и обеспечение сохранности металла лопатки при демонтаже обеспечивают повышение ее ремонтопригодности. В предлагаемой конструкции рабочего колеса осевого компрессора вставка размещена полностью в хвостовике лопатки, в результате отсутствуют какие-либо сквозные проточки в ободе диска в месте соединения с лопаткой, что повышает ресурс работы диска в сравнении с указанными выше техническими решениями.In the proposed design of the impeller according to the first embodiment, the shank during caulking of the T-shaped insert due to the stop along the planes of the transverse groove is distributed in the groove of the disk. As a result, rocking of the blade at the junction with the disk is excluded, which eliminates the hardening of the blade to its contact surfaces, prevents the development of cracks, leading to the unrepairability of the blades. Fixing the blades by chasing the T-shaped insert from one end of the disk and chasing the shank on the other hand allows disassembling, limited to the selection of metal at the place of caulking of the insert with subsequent knocking out of the blade, while the metal remains at the place of chasing of the shank of the blade. Prevention of damage to the blades at the junction of the blade with the disk and ensuring the safety of the metal of the blade during dismantling provide an increase in its maintainability. In the proposed design of the impeller of the axial compressor, the insert is located completely in the shank of the blade, as a result there are no through holes in the rim of the disk at the junction with the blade, which increases the service life of the disk in comparison with the above technical solutions.

В предлагаемой конструкции рабочего колеса по второму варианту при расчеканке Т-образных вставок ввиду упора вставок и хвостовика по плоскостям поперечного паза хвостовик раздается в пазу диска, что исключает качание лопатки в месте соединения с диском, обеспечивает плотный контакт хвостовика с пазом диска. В результате предупреждается повреждение лопатки в указанном месте. Фиксация лопатки расчеканкой двух вставок с разных торцов диска обеспечивает в процессе демонтажа целостность металла хвостовика лопатки, т.к. операции по выборке металла для выема лопатки из паза диска касаются только Т-образных вставок. Предупреждение повреждений в месте соединения лопатки с диском и сохранение целостности металла хвостовика повышают ремонтопригодность лопатки. Размещение вставок полностью в хвостовике лопатки исключает какие-либо проточки в диске под установку в них элементов фиксации лопатки, что продлевает ресурс работы диска. Конструкцию по второму варианту целесообразно применять при достаточно большой длине хвостовика лопатки.In the proposed design of the impeller according to the second embodiment, when caulking T-shaped inserts, due to the emphasis of the inserts and the shank on the planes of the transverse groove, the shank is distributed in the groove of the disk, which excludes the blade from swinging at the junction with the disk, provides tight contact between the shank and the groove of the disk. As a result, damage to the blade at the indicated location is prevented. The fixation of the blade by caulking two inserts from different ends of the disk ensures the integrity of the metal of the shank of the blade during dismantling, as operations for the selection of metal for the removal of the blades from the groove of the disk concern only T-shaped inserts. The prevention of damage at the junction of the blade with the disk and the preservation of the integrity of the metal of the shank increase the maintainability of the blade. Placing the inserts completely in the shank of the blade excludes any grooves in the disk for installing elements of fixation of the blade in them, which extends the life of the disk. The design according to the second embodiment is advisable to apply with a sufficiently large length of the shank of the blade.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан вид сверху на рабочее колесо по первому или второму варианту, на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1 при выполнении рабочего колеса по первому варианту, на фиг.3 - сечение А-А по фиг.1 при выполнении рабочего колеса по второму варианту, на фиг.4 - вид Б по фиг.1, на фиг.5 - вид В по фиг.2, 3 на основание хвостовика в месте установки Т-образной вставки, на фиг.6 - поперечный разрез Г-Г по фиг.5 (вставка не показана), на фиг.7 - сечение Д-Д по фиг.1 при выполнении рабочего колеса по первому варианту (перо лопатки не показано), на фиг.8 - сечение Д-Д по фиг.1 при выполнении рабочего колеса по второму варианту.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a top view of the impeller according to the first or second embodiment, Fig.2 is a section aa in Fig.1 when performing the impeller according to the first embodiment, Fig.3 is a section a- And in Fig. 1, when the impeller is made in the second embodiment, in Fig. 4 is a view B in Fig. 1, in Fig. 5 is a view B in Fig. 2, 3 on the base of the shank at the installation location of the T-shaped insert, in Fig.6 is a cross section GG in Fig.5 (the insert is not shown), Fig.7 is a cross section DD in Fig.1 when performing the impeller according to the first embodiment (the feather of the blade is not yet ano), 8 - section D-D of Figure 1 when the impeller of the second embodiment.

Рабочее колесо осевого компрессора, выполненное по первому варианту, содержит диск 1 с косыми пазами 2 типа "ласточкин хвост" в его ободе 3, лопатки 4, хвостовики 5 которых установлены в пазы 2. В основании хвостовика 5 лопатки 4 со стороны рабочей кромки лопатки 4 выполнены продольный паз 6 от торца обода 3 на части длины хвостовика 5 лопатки 4 и пересекающий паз 6 поперечный паз 7 (см. фиг.5). В пазы 6, 7 установлена Т-образная вставка 8, боковой торец 9 Т-образной вставки расположен в одной плоскости с торцом 10 хвостовика 5 лопатки 4. Вставка 8 расчеканена в конусообразную выборку 11 на одном торце 12 обода 3 диска 1, а хвостовик 5 лопатки 4 расчеканен в конусообразную выборку 13 на другом торце 14 обода 3 диска 1 (см. фиг.7). При этом плотная посадка лопатки в пазу диска обеспечена за счет раздачи хвостовика в пазу при расчеканке Т-образной вставки, а не за счет ужесточения допусков, как в прототипе. В то же время фиксация лопатки 1 от смещения вдоль паза 2 обода 3 диска 1 расчеканкой вставки 8 на торце обода 3 диска 1 позволяет при монтаже, как будет показано ниже, сохранить материал лопатки и обеспечить ее повторное использование после восстановления противоэрозионного покрытия.The impeller of the axial compressor, made according to the first embodiment, contains a disk 1 with oblique grooves 2 of the "dovetail" type in its rim 3, vanes 4, shanks 5 of which are installed in the grooves 2. At the base of the shank 5 of the vanes 4 from the side of the vanes 4 a longitudinal groove 6 is made from the end of the rim 3 on a part of the length of the shank 5 of the blade 4 and a transverse groove 7 intersecting the groove 6 (see Fig. 5). In the grooves 6, 7, a T-shaped insert 8 is installed, the lateral end 9 of the T-shaped insert is located in the same plane with the end face 10 of the shank 5 of the blade 4. The insert 8 is milled into a cone-shaped selection 11 on one end 12 of the rim 3 of the disk 1, and the shank 5 the blades 4 are engraved into a cone-shaped sample 13 at the other end 14 of the rim 3 of the disk 1 (see Fig. 7). In this case, a tight fit of the blade in the groove of the disk is provided by distributing the shank into the groove when caulking the T-shaped insert, and not by tightening the tolerances, as in the prototype. At the same time, fixing the blade 1 from displacement along the groove 2 of the rim 3 of the disk 1 by caulking the insert 8 at the end of the rim 3 of the disk 1 allows for installation, as will be shown below, to save the material of the blade and to ensure its reuse after restoration of the anti-erosion coating.

Рабочее колесо осевого компрессора, выполненное по второму варианту, содержит диск 1 с косыми пазами 2 типа "ласточкин хвост " в ободе 3 лопатки 4 с хвостовиками 5, размещенными в пазах 2 обода 3. В основании хвостовика 5 с каждого его торца выполнены два взаимно-пересекающихся паза: продольный паз 6 на части длины хвостовика 5 и пересекающий его поперечный паз 7. В пересекающиеся пазы 6, 7 установлены Т-образные вставки 8, торцы 9 которых расположены каждый в плоскости соответствующего размещению вставки торца 10 хвостовика 5 лопатки 4. Вставки 8 расчеканены с их торцов 9 одна в конусообразную выборку 11 на торце 12 обода 3, другая в выборку 13 на торце 14 обода 3 диска (см. фиг.8). При высоте вставки больше высоты расстояния от дна хвостовика до начала контактных поверхностей целесообразно, чтобы в поперечном сечении хвостовика 5 дно 15 поперечного 7 паза имело дугообразный профиль, выгнутый в сторону пера 16 лопатки 4, при этом кромки поперечного паза 7 размещаются вне контактных поверхностей хвостовика 5 с диском 1, что предупреждает появление на них контактных напряжений в зоне выхода паза 7 (см. фиг.6). Вставка 8 в пазу 7 выполняется со скосами со стороны дна поперечного паза 7 (не показаны).The impeller of the axial compressor, made according to the second embodiment, contains a disk 1 with oblique grooves 2 of the “dovetail” type in the rim 3 of the blade 4 with shanks 5 located in the grooves 2 of the rim 3. At the base of the shank 5, two mutually made intersecting grooves: a longitudinal groove 6 on a part of the length of the shank 5 and a transverse groove intersecting it 7. In the intersecting grooves 6, 7, T-shaped inserts 8 are installed, the ends 9 of which are each located in the plane corresponding to the placement of the end-face insert 10 of the shank 5 of the blade 4. Insert 8 calculation Aneny 9 with their ends in one sample 11 on the tapered end 12 of the rim 3 and the other into the sample 13 on the end rim 14 of the disk 3 (see. Figure 8). When the insertion height is greater than the height of the distance from the bottom of the shank to the beginning of the contact surfaces, it is advisable that in the cross section of the shank 5 the bottom 15 of the transverse 7 groove has an arcuate profile curved towards the feather 16 of the blade 4, while the edges of the transverse groove 7 are located outside the contact surfaces of the shank 5 with the disk 1, which prevents the appearance of contact stresses on them in the exit zone of the groove 7 (see Fig.6). The insert 8 in the groove 7 is performed with bevels from the bottom side of the transverse groove 7 (not shown).

В случае выполнения рабочего колеса по первому варианту демонтаж лопаток 4 после выработки межремонтного ресурса, например для восстановления противоэрозионного покрытия, производится в следующей последовательности: на торце 9 вставки 8 в месте расчеканки выбирается металл, заполняющий выборку 11, затем лопатка 4 выталкивается из паза 2 диска 1 вместе со вставкой 8 в сторону выходной кромки 16 лопатки 4. После ремонта лопатка 4 устанавливается в диск 1 вместе с новой Т-образной вставкой. При этом металл в месте расчеканки хвостовика 5 лопатки 4 сохраняется, что повышает ремонтопригодность лопатки, обеспечивает возможность ее дальнейшего использования.In the case of the impeller according to the first embodiment, the dismantling of the blades 4 after developing the overhaul life, for example, to restore the anti-erosion coating, is performed in the following sequence: at the end 9 of insert 8, the metal filling the sample 11 is selected at the place of caulking, then the blade 4 is ejected from the groove 2 of the disk 1 together with insert 8 in the direction of the outlet edge 16 of the blade 4. After repair, the blade 4 is installed in the disk 1 together with a new T-shaped insert. At the same time, metal is preserved in the place of caulking of the shank 5 of the blade 4, which increases the maintainability of the blade, and makes it possible to use it further.

В случае выполнения рабочего колеса по второму варианту демонтаж лопаток 4 после выработки межремонтного ресурса производится в следующей последовательности: на вставках 8 в местах их расчеканки выбирается металл, заполняющий соответствующие выборки 11, 13, затем лопатка 4 выталкивается из паза 2 диска 1 вместе со вставками 8 в сторону выходной кромки лопатки 4. После ремонта лопатка 4 устанавливается в диск 1 вместе со старой и одной новой Т-образными вставками. При этом металл хвостовика 5 лопатки 4 сохраняется, что повышает ремонтопригодность лопатки, обеспечивает возможность ее дальнейшего использования.In the case of the impeller according to the second embodiment, the disassembly of the blades 4 after the overhaul life is reached is performed in the following sequence: at the inserts 8, in the places of their caulking, metal is selected to fill the corresponding samples 11, 13, then the blade 4 is pushed out of the groove 2 of the disk 1 together with the inserts 8 towards the outlet edge of the blade 4. After repair, the blade 4 is installed in the disk 1 together with the old and one new T-shaped inserts. At the same time, the metal of the shank 5 of the blade 4 is retained, which increases the maintainability of the blade, provides the possibility of its further use.

Таким образом, предлагаемая конструкция по обоим вариантам обеспечивает повышение ремонтопригодности лопатки, предупреждает повреждения лопатки в месте соединения с диском за счет обеспечения более жесткой фиксации хвостовика лопатки в пазу обода, что положительно сказывается не только на ремонтопригодности лопатки, но и на ее виброустойчивости. При этом в ободе диска исключены концентраторы напряжения - узкие сквозные проточки под элементы для фиксации лопатки на ободе, что повышает ресурс работы диска в сравнении с аналогом и прототипом. В результате повышения ремонтопригодности лопаток обеспечено повторное использование их после выработки межремонтного ресурса (в частности, для восстановления противоэрозионного покрытия), тем самым повышается полный ресурс работы лопаток, что дает существенный выигрыш по затратам на эксплуатацию осевого компрессора. Кроме того, предлагаемая конструкция рабочего колеса, обеспечивая исключение наклепа лопатки в условиях использования в ее хвостовике вставки, имеет сравнительно простую технологию изготовления.Thus, the proposed design for both options provides increased maintainability of the blade, prevents damage to the blade at the junction with the disk by providing a more rigid fixation of the shank of the blade in the groove of the rim, which positively affects not only the maintainability of the blade, but also its vibration resistance. At the same time, stress concentrators are excluded in the rim of the disk — narrow through holes under the elements for fixing the blades on the rim, which increases the service life of the disk in comparison with the analogue and prototype. As a result of increasing the maintainability of the blades, they can be reused after the overhaul life has been worked out (in particular, to restore the anti-erosion coating), thereby increasing the full service life of the blades, which gives a significant gain in the cost of operating an axial compressor. In addition, the proposed design of the impeller, ensuring the exclusion of hardening of the blade in conditions of use in its shank of the insert, has a relatively simple manufacturing technology.

Источники информацииSources of information

1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели, "Машиностроение", Москва, 1969, с.75.1. Skubachevsky G.S. Aircraft gas turbine engines, "Engineering", Moscow, 1969, p.75.

2. Там же, с.76, рис.3.24.2. Ibid., P. 76, fig. 3.24.

Claims

1. The impeller of an axial compressor containing a disk with grooves, for example, dovetail, blades with shanks installed in the grooves of the disk, characterized in that at the base of the shank are made mutually intersecting longitudinal groove on the length of the shank from its end and transverse the groove in which the T-shaped insert is installed, the end face of the insert is located in the plane of the end of the shank, while a T-shaped insert is cut into a sample on one end of the disk, and the shank of the blade fixing the blade from the other end of the disk moving along the groove of the disc.

2. The impeller of an axial compressor containing a disk with grooves, for example, dovetail, blades with shanks installed in the grooves of the disk, characterized in that a longitudinal groove is made at the base of the shank from each end of the shaft and intersects it transverse groove, T-shaped inserts are installed in the intersecting grooves, the end of each insert is located in the plane of the corresponding end of the shank, the blade is fixed from moving along the groove of the disc by chasing each T-shaped insert into the sample on responsible end disk.