RU2330163C1

RU2330163C1 - Gas turbine wheel

Info

Publication number: RU2330163C1
Application number: RU2006139840/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Сундуков (RU); Юрий Михайлович Сундуков; Александр Сергеевич Еремин (RU); Александр Сергеевич Еремин; Владимир Константинович Глушанов (RU); Владимир Константинович Глушанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины")
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2008-07-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: gas turbine wheel incorporates a plate with cogged slots, working cooled blades arranged in the plate slots, the cogged tails of the latter are furnished at the lower cog level, with a bracket-shaped ledge accommodating an arrest plate arranged in the plate annular groove. The said arrest plate is furnished, on its one side edge, with a lock and alternating slots and tapered stamped ledges making locking elements. The said tapered stamped ledge is received in the blade tail bracket-shaped ledge slot resting, by its taper base central part, against the slot wall on the side opposite to the blade tail and, with the taper base side parts, against the plate surface located on both sides of the bracket-shaped ledge. The said stamped ledge base camber exceeds the width of the slot in the bracket-shaped ledge of the working blade cogged tail. The plate side surface, opposite to the gas flow,between the cogged slots and at the plate cogged central space, is furnished with ledges. A lock is arranged between the said ledges and the working blade cogged tail bracket-shaped ledges.

EFFECT: higher working wheel safety, lower labour input in machining the working wheel tail slots and lower weight of the arrester plate.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, конкретно к устройству рабочих колес газовых турбин.The present invention relates to the field of power engineering, namely turbine engineering, specifically to the device of the impellers of gas turbines.

Известно устройство рабочего колеса, содержащее диск с зубчатыми пазами, рабочие лопатки с зубчатыми хвостовиками, установленные в пазах диска, пластинчатый стопор, лежащий на дне паза диска, который своей V-образной частью входит в паз на торце лопатки, а его концы загнуты по обе стороны диска. (Г.С.Скубачевский. «АВИАЦИОННЫЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ». Москва: «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1981).A known impeller device containing a disk with serrated grooves, rotor blades with serrated shanks installed in the grooves of the disk, a plate stopper lying on the bottom of the disk groove, which with its V-shaped part enters the groove at the end of the blade, and its ends are bent at both side of the disc. (G.S. Skubachevsky. "AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINES". Moscow: "MECHANICAL ENGINEERING", 1981).

Недостатком известного устройства является то, что пластинчатый стопор перекрывает полость для охлаждающего воздуха на дне паза диска и не позволяет применить данное устройство для рабочего колеса с охлаждаемыми лопатками.A disadvantage of the known device is that the plate stopper overlaps the cavity for cooling air at the bottom of the groove of the disk and does not allow the use of this device for an impeller with cooled blades.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа является рабочее колесо турбины, содержащее диск с зубчатыми пазами, охлаждаемые рабочие лопатки с зубчатыми хвостовиками, установленные в пазах диска, причем по обе стороны диска установлено устройство фиксации (пластинчатые замки), представляющее собой стопорные пластины, расположенные в кольцевых проточках диска, которые удерживают фиксирующий элемент, выполненный в виде вставки. (Патент РФ №2238412, F01D 5/30)The closest device to the proposed set of essential features and selected as a prototype is a turbine impeller containing a disk with serrated grooves, cooled rotor blades with serrated shanks installed in the grooves of the disk, and a fixing device (plate locks) is installed on both sides of the disk, representing a locking plate located in the annular grooves of the disk, which hold the locking element, made in the form of an insert. (RF patent No. 2238412, F01D 5/30)

Изобретение по прототипу используется для охлаждаемых лопаток. Недостатком известного устройства является то, что для надежной осевой фиксации в прямом и обратном направлении пластинчатые замки необходимо устанавливать с обеих сторон диска, при этом лопатки в рабочем колесе имеют зазоры в осевом направлении, а пазы для пластинчатых замков на хвостовике лопатки требуют точной механической обработки. Расход охлаждающего воздуха для вентиляции хвостовика определяется площадью зазоров между пластинчатыми замками. Для снижения утечек по обе стороны хвостовиков расположены вставки. Это приводит к уменьшению надежности конструкции, так как пластинчатые замки при работе испытывают напряжения среза и напряжения изгиба от осевой силы.The invention of the prototype is used for cooled blades. A disadvantage of the known device is that for reliable axial locking in the forward and reverse direction, plate locks must be installed on both sides of the disk, while the blades in the impeller have axial clearances, and the grooves for plate locks on the blade shaft require precise machining. The flow rate of cooling air for shank ventilation is determined by the area of the gaps between the plate locks. Inserts are located on both sides of the shanks to reduce leakage. This leads to a decrease in the reliability of the structure, since plate locks during operation experience shear stresses and bending stresses from axial force.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:The tasks to which the invention is directed are:

- повышение надежности конструкции рабочего колеса за счет устранения осевых зазоров лопаток при сборке и снижение напряжений изгиба на стопорной пластине;- improving the reliability of the design of the impeller by eliminating the axial clearances of the blades during assembly and reducing bending stresses on the retainer plate;

- снижение трудозатрат на механическую обработку пазов на хвостовиках рабочих лопаток;- reduction of labor costs for machining grooves on the shanks of the blades;

- снижение массы стопорной пластины - уменьшение нагрузки на диск рабочего колеса.- reducing the weight of the locking plate - reducing the load on the impeller disk.

Для решения поставленных задач рабочее колесо турбины содержит диск с зубчатыми пазами и установленные в пазах диска охлаждаемые рабочие лопатки с зубчатыми хвостовиками. В зубчатых хвостовиках рабочих лопаток на уровне нижнего зуба выполнен выступ для размещения фиксирующего элемента устройства фиксации, установленного в кольцевой проточке диска. Выступ выполнен скобообразным. Устройство фиксации выполнено в виде стопорной пластины, снабженной с одного из боковых краев стопором и имеющей чередующиеся пазы и конические подштамповки, являющиеся фиксирующим элементом. Причем стопорная пластина установлена таким образом, что коническая подштамповка размещается в пазу скобообразного выступа хвостовиков лопаток, упираясь средней частью основания конуса в стенку паза со стороны, противоположной торцу хвостовика лопатки, а боковыми частями основания конуса - в поверхность диска, расположенную с двух сторон от скобообразного выступа. При этом прогиб основания конуса конической подштамповки больше, чем ширина паза в скобообразном выступе зубчатого хвостовика рабочей лопатки. На боковой поверхности диска со стороны, противоположной движению потока газов, между зубчатыми пазами в районе средней впадины зубчатого паза диска выполнены выступы. Между этими выступами и скобообразными выступами зубчатых хвостовиков рабочих лопаток расположен стопор.To solve the tasks, the turbine impeller contains a disk with serrated grooves and cooled working vanes with serrated shanks installed in the grooves of the disk. In the gear shanks of the working blades at the level of the lower tooth, a protrusion is made to accommodate the fixing element of the fixing device installed in the annular groove of the disk. The protrusion is stapled. The fixing device is made in the form of a locking plate, equipped with a stopper from one of the side edges and having alternating grooves and conical punching which are a fixing element. Moreover, the retaining plate is installed in such a way that the conical punching is placed in the groove of the staple-shaped protrusion of the shank of the blades, abutting the middle part of the base of the cone against the wall of the groove from the side opposite to the end of the shank of the blade, and the side parts of the base of the cone against the surface of the disk, located on both sides of the staple protrusion. In this case, the deflection of the base of the cone of the conical stamping is greater than the width of the groove in the staple-like protrusion of the serrated shank of the working blade. On the side surface of the disk from the side opposite to the movement of the gas flow, protrusions are made between the serrated grooves in the region of the middle depression of the serrated groove of the disk. A stopper is located between these protrusions and the staple-shaped protrusions of the gear shanks of the working blades.

При установке вышеупомянутым образом в кольцевую проточку диска стопорные пластины за счет упругих сил деформации (подпружинивания) смещают лопатки вдоль пазов до упора в стенку кольцевой проточки диска, чем обеспечивается плотное прижатие лопаток к диску.When installed in the aforementioned manner in the annular groove of the disk, the locking plates displace the blades along the grooves against the wall of the annular groove of the disk due to the elastic forces of deformation (springing), which ensures tight pressing of the blades to the disk.

Конструкция стопорной пластины позволяет закреплять несколько лопаток на диске.The design of the locking plate allows you to fix several blades on the disk.

Конические подштамповки за счет подпружинивания лопаток позволяют расширить допуски изготовления на ширину пазов в скобообразных выступах хвостовиков лопаток и тем самым отказаться от их механической обработки и перейти на отливку лопаток, что удешевляет изготовление лопаток.Conical punching due to the springing of the blades allows you to expand the manufacturing tolerances to the width of the grooves in the staple-shaped protrusions of the shanks of the blades and thereby abandon their machining and switch to casting the blades, which makes the manufacture of blades cheaper.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить зазоры между профилем хвостовика лопатки и профилем паза диска до минимальных размеров (0,1...0,17 мм) и обеспечивает требуемый расход охлаждающего воздуха на вентиляцию хвостовика, что позволяет, в свою очередь, отказаться от дополнительных вставок.The proposed design allows to reduce the gaps between the profile of the shank of the blade and the profile of the groove of the disk to a minimum size (0.1 ... 0.17 mm) and provides the required flow of cooling air for ventilation of the shank, which, in turn, eliminates additional inserts.

Таким образом, предлагаемое устройство рабочего колеса позволяет решить поставленные задачи путем достижения следующих технических результатов, а именно повышение надежности конструкции рабочего колеса за счет устранения осевых зазоров лопаток при сборке, а также за счет сведения к минимуму плеча h и устранения изгибных напряжений; снижение трудозатрат на механическую обработку пазов в скобообразных выступах хвостовиков рабочих лопаток за счет расширения допусков изготовления пазов в скобообразных выступах хвостовиков лопаток, что дает возможность перейти на отливку лопаток и исключить трудоемкую технологическую операцию механической обработки этих пазов; снижение массы стопорных пластин за счет перемещения положения паза в скобообразном выступе хвостовика лопатки к нижнему зубу хвостовика и уменьшения высоты стопорных пластин, а следовательно, снижение нагрузки на диск рабочего колеса.Thus, the proposed impeller device allows to solve the tasks by achieving the following technical results, namely, increasing the reliability of the design of the impeller by eliminating axial clearance of the blades during assembly, as well as by minimizing the shoulder h and eliminating bending stresses; reduction of labor costs for machining the grooves in the staple-shaped protrusions of the shanks of the working blades by expanding the manufacturing tolerances of the grooves in the staple-shaped protrusions of the shanks of the blades, which makes it possible to switch to casting the blades and to exclude the labor-intensive technological operation of machining these grooves; reducing the mass of the locking plates by moving the position of the groove in the staple-shaped protrusion of the shank of the blade to the lower tooth of the shank and reducing the height of the locking plates, and therefore, reducing the load on the disk of the impeller.

Новым в заявляемом изобретении является выполнение выступа скобообразным. Устройство фиксации выполнено в виде стопорной пластины, снабженной с одного из боковых краев стопором и имеющей чередующиеся пазы и конические подштамповки, являющиеся фиксирующим элементом. Стопорная пластина установлена таким образом, что коническая подштамповка размещается в пазу скобообразного выступа хвостовиков лопаток, упираясь средней частью основания конуса в стенку паза со стороны, противоположной торцу хвостовика лопатки, а боковыми частями основания конуса - в поверхность диска, расположенную с двух сторон от скобообразного выступа. При этом прогиб основания конуса конической подштамповки больше, чем ширина паза в скобообразном выступе зубчатого хвостовика рабочей лопатки. На боковой поверхности диска со стороны, противоположной движению потока газов, между зубчатыми пазами в районе средней впадины зубчатого паза диска выполнены выступы. Между этими выступами и скобообразными выступами зубчатых хвостовиков рабочих лопаток расположен стопор.New in the claimed invention is the implementation of the protrusion of staple. The fixing device is made in the form of a locking plate, equipped with a stopper from one of the side edges and having alternating grooves and conical punching which are a fixing element. The locking plate is installed in such a way that the conical punching is placed in the groove of the scapular protrusion of the shanks of the blades, abutting the middle part of the base of the cone against the wall of the groove from the side opposite to the end of the shank of the scapula, and the side parts of the base of the cone against the surface of the disk located on both sides of the scapular protrusion . In this case, the deflection of the base of the cone of the conical stamping is greater than the width of the groove in the staple-like protrusion of the serrated shank of the working blade. On the side surface of the disk from the side opposite to the movement of the gas flow, protrusions are made between the serrated grooves in the region of the middle depression of the serrated groove of the disk. A stopper is located between these protrusions and the staple-shaped protrusions of the gear shanks of the working blades.

Анализ выявленного уровня техники позволил установить, что нет решений, характеризующихся признаками, тождественными или эквивалентными совокупности отличительных признаков заявленного изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности "новизна".An analysis of the prior art revealed that there are no solutions characterized by features identical or equivalent to the totality of the distinguishing features of the claimed invention. This allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability criterion of "novelty."

Анализ каждого из отличительных признаков показал, что выполнение стопорной пластины с чередующимися пазами и коническими подштамповками, размещение конических подштамповок в пазах скобообразных выступов хвостовиков лопаток с упиранием средней части основания конуса в стенку паза со стороны, противоположной торцу хвостовика лопатки, а боковыми частями основания конуса - в поверхность диска, расположенную с двух сторон от скобообразного выступа, при этом прогиб основания конуса конической подштамповки больше, чем ширина паза в скобообразном выступе зубчатого хвостовика рабочей лопатки, не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».An analysis of each of the distinguishing features showed that the implementation of the retainer plate with alternating grooves and conical punching, the placement of conical punching in the grooves of the scapular protrusions of the shanks of the blades, abutting the middle part of the base of the cone into the groove wall from the side opposite to the end of the shank of the blade and the side parts of the base of the cone to the surface of the disk, located on both sides of the bracket-like protrusion, while the deflection of the base of the cone of the conical stamping is greater than the width of the groove in the bracket a sharp protrusion of the serrated shank of the working blade is not identified from the existing level of technology, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition "inventive step".

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез рабочего колеса и выносной элемент Б, на фиг.2 представлена стопорная пластина, ее главный вид, вид сверху и сеч. Д-Д, на фиг.3 представлен вид А, разрез В-В и разрез Г-Г, на фиг.4 представлена стопорная пластина в аксонометрии.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal section of an impeller and an external element B, Fig. 2 shows a retaining plate, its main view, a top view and a section. D-D, figure 3 presents a view a, a section bb and section GG, figure 4 shows a retaining plate in a perspective view.

Рабочее колесо состоит из диска 1, в зубчатые пазы 2 которого установлены хвостовики лопатки 3. Хвостовики лопаток 3 зафиксированы в осевом направлении стопорными пластинами 4. Стопорная пластина выполнена дугообразной формы, соответствующей диаметру кольцевой проточки 7 диска 1, снабжена с одного из краев стопором 10, коническими подштамповками 6 и имеет пазы 5, расположение которых соответствует расположению зубчатого паза 2 диска 1. Нижней частью стопорная пластина 4 входит в кольцевую проточку 7 диска 1, а коническими подштамповками - в пазы 8 в скобообразных выступах 9 хвостовиков лопаток 3. Стопор 10 стопорной пластины 4 прижат к диску 1 и находится между скобообразным выступом 9 хвостовика лопатки 3 и выступом 11 диска 1.The impeller consists of a disk 1, in the serrated grooves 2 of which the shanks of the blade 3 are installed. The shanks of the blades 3 are fixed axially by the locking plates 4. The locking plate is made of an arcuate shape corresponding to the diameter of the annular groove 7 of the disk 1, equipped with a stopper 10 from one of the edges, conical punching 6 and has grooves 5, the location of which corresponds to the location of the serrated groove 2 of the disk 1. The lower part of the locking plate 4 is included in the annular groove 7 of the disk 1, and the conical punching in the grooves 8 in the staple-shaped protrusions 9 of the shanks of the blades 3. The stopper 10 of the retaining plate 4 is pressed against the disk 1 and is located between the staple-shaped protrusion 9 of the shank of the blade 3 and the protrusion 11 of the disk 1.

Устройство собирается следующим образом. Стопорная пластина 4 устанавливается в кольцевую проточку 7 диска 1, при этом пазы 5 стопорной пластины 4 находятся под зубчатыми пазами 2 диска 1, стопор 10 стопорной пластины 4 отогнут и не задевает за выступ 11 диска 1. Хвостовики лопаток 3 вставляются в зубчатые пазы 2 диска 1 до совмещения пазов 8 в скобообразных выступах 9 хвостовиков лопаток 3 с коническими подштамповками 6 стопорной пластины 4, при этом скобообразные выступы 9 хвостовиков лопаток 3 проходят через пазы 5 стопорной пластины 4. Затем стопорная пластина 4 поворачивается по кольцевой проточке 7 диска 1 до упора стопора 10 в скобообразный выступ 9 хвостовика лопатки 3, при этом конические подштамповки 6 большего размера «Я» заводятся в пазы 8 меньшей ширины «Ю» в скобообразных выступах 9 хвостовиков лопаток 3, и за счет упругих сил деформации, упираясь средней частью основания конуса в стенку паза 8 в скобообразном выступе 9 со стороны, противоположной торцу хвостовика лопатки 3, а боковыми частями основания конуса - в поверхность диска 1, расположенную с двух сторон от скобообразного выступа 9, смещают хвостовики лопаток 3 до упора в боковые части основания конической подштамповки 6 стопорной пластины 4, исключая зазор между хвостовиком лопатки 3, стопорной пластиной 4 и поверхностью 12 кольцевой проточки 7 диска 1 в осевом направлении. Коническая форма подштамповки 6 обеспечивает плавный переход от прогиба основания конуса - размера «Я» к плоской части стопорной пластины 4. Стопор 10 стопорной пластины 4 загибается между скобообразным выступом 9 хвостовика лопатки 3 и выступом 11 диска 1.The device is assembled as follows. The locking plate 4 is installed in the annular groove 7 of the disk 1, while the grooves 5 of the locking plate 4 are located under the toothed grooves 2 of the disk 1, the stopper 10 of the locking plate 4 is bent and does not touch the protrusion 11 of the disk 1. The shanks of the blades 3 are inserted into the serrated grooves of the 2 disk 1 until the grooves 8 in the staple-shaped protrusions 9 of the shanks of the blades 3 are aligned with the conical punchings 6 of the retaining plate 4, while the staple-shaped protrusions 9 of the shanks of the blades 3 pass through the grooves 5 of the retainer plate 4. Then, the retainer plate 4 rotates along an annular the groove 7 of the disk 1 to the stop of the stopper 10 in the staple-shaped protrusion 9 of the shank of the blade 3, while the conical punch 6 of a larger “I” are inserted into the grooves 8 of a smaller width “U” in the staple-shaped protrusions 9 of the shanks of the blades 3, and due to the elastic deformation forces, abutting the middle part of the base of the cone against the wall of the groove 8 in the staple-shaped protrusion 9 from the side opposite to the end face of the shank of the blade 3, and the lateral parts of the base of the cone 2, located on both sides of the staple-shaped protrusion 9, shift the shanks of the blades 3 to y ora a side of the base of the conical locking plate 6 podshtampovki 4, excluding a gap between the blade root 3, the lock plate 4 and the surface 12 of the annular groove 7 of the disc 1 in the axial direction. The conical shape of the stamping 6 provides a smooth transition from the deflection of the base of the cone - size "I" to the flat part of the retainer plate 4. The stopper 10 of the retainer plate 4 is bent between the bracket-shaped protrusion 9 of the shank of the blade 3 and the protrusion 11 of the disk 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Рабочее колесо вращается, и хвостовики лопаток 3, установленные в зубчатых пазах 2 диска 1, центробежными силами прижимаются к зубьям диска 1. Стопорные пластины 4, установленные нижней своей частью в кольцевую проточку 7 диска, 1 фиксируют хвостовики лопаток 3 от смещения вдоль зубчатого паза 2. Конические пружинящие подштамповки 6 упираются средней частью основания конуса в стенку паза 8 в скобообразном выступе 9 со стороны, противоположной торцу хвостовика лопатки 3, а боковыми частями основания конуса - в поверхность диска 1, расположенную с двух сторон от скобообразного выступа 9. Стопорные пластины 4 центробежными силами прижаты ко дну пазов 8 в скобообразных выступах 9 хвостовиков лопаток 3, а от проворачивания в кольцевой проточке 7 диска 1 фиксируются стопором 10, который прижат к диску 1 и находится между скобообразным выступом 9 хвостовика лопатки 3 и выступом 11 диска 1.The impeller rotates, and the shanks of the blades 3, mounted in the toothed grooves 2 of the disk 1, are centrifugally pressed against the teeth of the disk 1. The locking plates 4, installed with their lower part in the annular groove 7 of the disk, 1 fix the shanks of the blades 3 from displacement along the toothed groove 2 The conical spring pads 6 abut the middle part of the base of the cone against the wall of the groove 8 in the bracket-shaped protrusion 9 from the side opposite to the end of the shank of the blade 3, and the side parts of the base of the cone against the surface of the disk 1, located with the flap of the sides from the bracket-shaped protrusion 9. The locking plates 4 are pressed by centrifugal forces to the bottom of the grooves 8 in the bracket-shaped protrusions 9 of the shanks of the blades 3, and from turning in the annular groove 7 of the disk 1 are fixed by a stopper 10, which is pressed against the disk 1 and is located between the bracket-shaped protrusion 9 of the shank blades 3 and the protrusion 11 of the disk 1.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что предложенное устройство технически реализуется.The above information allows us to conclude that the proposed device is technically implemented.

Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения "промышленная применимость".Therefore, the proposed solution meets the criterion of patentability of the invention "industrial applicability".

Claims

Turbine impeller containing a disk with serrated grooves, cooled working vanes installed in the grooves of the disk, in the serrated shanks of which at the level of the lower tooth there is a protrusion for accommodating a fixing element of a fixing device installed in the annular groove of the disk, characterized in that the protrusion is stapled, device the fixation is made in the form of a locking plate equipped with a stopper from one of the lateral edges and having alternating grooves and conical punchings, which are a fixing element, m the locking plate is installed so that the conical punching is placed in the groove of the staple-shaped protrusion of the shanks of the blades, abutting the middle part of the base of the cone against the wall of the groove from the side opposite to the end of the shank of the blade, and the side parts of the base of the cone against the surface of the disk located on both sides of the staple protrusion, while the deflection of the base of the cone of the conical stamping is greater than the width of the groove in the staple-shaped protrusion of the serrated shank of the working blade, on the side surface of the disk with On the opposite side of the gas flow, protrusions are made between the serrated grooves in the region of the middle depression of the serrated groove of the disk, a stopper is located between these protrusions and the stapled protrusions of the serrated shanks of the working blades.