RU2610357C1 - Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine - Google Patents

Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2610357C1
RU2610357C1 RU2015148320A RU2015148320A RU2610357C1 RU 2610357 C1 RU2610357 C1 RU 2610357C1 RU 2015148320 A RU2015148320 A RU 2015148320A RU 2015148320 A RU2015148320 A RU 2015148320A RU 2610357 C1 RU2610357 C1 RU 2610357C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blisk
impellers
gas turbine
damping
vibrations
Prior art date
Application number
RU2015148320A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Шмерович Нихамкин
Александр Андреевич Балакирев
Николай Алексеевич Саженков
Андрей Юрьевич Головкин
Леонид Васильевич Воронов
Сергей Валерьевич Семенов
Иван Петрович Конев
Борис Павлович Болотов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2015148320A priority Critical patent/RU2610357C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610357C1 publication Critical patent/RU2610357C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines.
SUBSTANCE: invention relates to dampers for gas turbine engines impellers vibrations damping, namely, to impellers vibrations damping devices. Blisk type gas turbine engine impellers vibration damping device represents resilient ring, tightly fit on blisk rim inner surface. Vibrations damping device is installed on blisk rim cylindrical or conical surface and equipped with locking connection and rest. Between locking connection and rest there is gap, wherein locking connection is made with possibility of expansion in radial direction under action of centrifugal forces until gap value decreasing to zero.
EFFECT: invention allows to decrease contact pressure inequality and increase oscillations damping efficiency due to excluding possibility of damper "jamming" at rotor rotation high speeds.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к демпферам для гашения вибраций рабочих колес газотурбинных двигателей, а именно к устройствам демпфирования колебаний рабочих колес типа блиск (моноколес).The invention relates to dampers for damping the vibrations of the impellers of gas turbine engines, and in particular to devices for damping the vibrations of impellers of the Blisk type (monowheels).

Конструкция современных газотурбинных двигателей предусматривает применение рабочих колес типа блиск, в которых лопатки выполнены с диском за одно целое. Использование блисков требует решения проблемы исключения опасных вибраций; сложность проблемы заключается в недостаточно высоком конструкционном демпфировании и рассеянии энергии колебаний исключительно в материале конструкции.The design of modern gas turbine engines involves the use of blisk type impellers, in which the blades are made with the disk in one piece. The use of blisk requires solving the problem of eliminating dangerous vibrations; the complexity of the problem lies in insufficiently high structural damping and dissipation of vibrational energy exclusively in the material of the structure.

Наиболее близким устройством того же назначения к изобретению по совокупности признаков является устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя, представляющее собой упругое разрезное кольцо, установленное с натягом на внутренней поверхности обода блиска (Laxalde D, Thouverez F, Lombard J-P. Vibration control for integrally bladed disks using friction ring dampers. ASME Turbo Expo 2007, Montreal, Canada, GT 2007-27087). Возникающие в контакте кольцо-блиск силы трения при наличии взаимных перемещений на контактной поверхности совершают работу, которая обеспечивает демпфирующий эффект. Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the invention in terms of features is a device for damping oscillations of impellers of a blisk type of a gas turbine engine, which is an elastic split ring mounted with an interference fit on the inner surface of the blisk rim (Laxalde D, Thouverez F, Lombard JP. Vibration control for integrally bladed disks using friction ring dampers. ASME Turbo Expo 2007, Montreal, Canada, GT 2007-27087). The frictional forces arising in the contact ring-blisk in the presence of mutual displacements on the contact surface perform a work that provides a damping effect. This device is taken as a prototype.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками изобретения - устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя представляет собой упругое кольцо, установленное на внутренней поверхности обода блиска.Signs of the prototype, which coincides with the essential features of the invention is a device for damping the vibrations of the impellers of the blisk type of a gas turbine engine is an elastic ring mounted on the inner surface of the blisk rim.

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является узкий диапазон частот вращения рабочих колес, в котором обеспечивается демпфирование колебаний блиска. При высоких частотах вращения под действием на кольцо центробежных сил контактное давление в контакте кольцо-блиск возрастает до величины, при которой блокируются взаимные перемещения на контактной поверхности и потери энергии на трение исчезают. Кроме того, поскольку в конструкции демпфера предусмотрен технологический разрез для его монтирования в блиск, под действием поля центробежных сил демпфер прижимается к ответной поверхности и вследствии наличия разреза создает неравномерно-напряженное состояние в блиске, приводящее к некоторой разбалансировке конструкции и увеличивающее количество резонанстных пиков системы.A disadvantage of the known design adopted for the prototype is a narrow range of rotational speeds of the impellers, which provides damping of blisk vibrations. At high rotational speeds under the action of centrifugal forces on the ring, the contact pressure in the blisk-ring contact increases to a value at which mutual displacements on the contact surface are blocked and friction energy losses disappear. In addition, since the design of the damper provides a technological section for mounting it in blisk, under the influence of the field of centrifugal forces, the damper is pressed to the counter surface and, due to the presence of the section, creates an uneven-stressed state in the blisk, which leads to some unbalance of the structure and increases the number of resonant peaks of the system.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении прочности и надежности рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя за счет уменьшения неравномерности контактного давления и повышении эффективности демпфирования колебаний за счет исключения возможности «закусывания» демпфера при высоких частотах вращения ротора.The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the strength and reliability of the impellers of the blisk type of a gas turbine engine by reducing the unevenness of contact pressure and increasing the damping efficiency of oscillations by eliminating the possibility of “biting” the damper at high rotor speeds.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя, представляющее собой упругое кольцо, установленное с натягом на внутренней поверхности обода блиска, согласно изобретению установлено на цилиндрической или конической поверхности обода блиска и снабжено замковым соединением и упором, причем между замковым соединением и упором имеется зазор, при этом замковое соединение выполнено с возможностью расширения в радиальном направлении под действием центробежных сил до уменьшения величины зазора до нулевого значения.The specified technical result is achieved by the fact that the known device for damping the vibrations of the impellers of the blisk type of a gas turbine engine, which is an elastic ring mounted with an interference fit on the inner surface of the blisk rim, according to the invention is mounted on a cylindrical or conical surface of the blisk rim and is equipped with a locking connection and an abutment, there is a gap between the lock joint and the stop, while the lock joint is expandable in the radial direction and under the action of centrifugal forces to reduce the gap to a zero value.

Устройство может быть изготовлено из материала с высоким внутренним трением.The device can be made of a material with high internal friction.

Материал с высоким внутренним трением представляет собой композиционный материал.A material with high internal friction is a composite material.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - установлено на цилиндрической или конической поверхности обода блиска; снабжено замковым соединением и упором; между замковым соединением и упором имеется зазор; замковое соединение выполнено с возможностью расширения в радиальном направлении под действием центробежных сил до уменьшения величины зазора до нулевого значения; устройство изготовлено из материала с высоким внутренним трением; материал с высоким внутренним трением представляет собой композиционный материал.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype - installed on a cylindrical or conical surface of the rim blisk; equipped with a locking connection and emphasis; there is a gap between the lock joint and the stop; the locking connection is made with the possibility of expansion in the radial direction under the action of centrifugal forces to reduce the gap to a zero value; the device is made of a material with high internal friction; High internal friction material is a composite material.

Выполнение демпфирующего элемента в виде кольца со скользящим замковым соединением и упором и установка его с натягом на цилиндрической или конической поверхности обода блиска обеспечивает при колебаниях блиска потери энергии на трение между кольцом и контактной поверхностью блиска, тем самым обеспечивается демпфирование колебаний, снижение их амплитуды, что повышает надежность и прочность рабочих колес газотурбинного двигателя.The implementation of the damping element in the form of a ring with a sliding locking connection and an emphasis and installing it with an interference fit on the cylindrical or conical surface of the blisk rim ensures that friction energy loss between the ring and the contact surface of the blisk during blisk fluctuations, thereby damping the oscillations, reducing their amplitude, which increases the reliability and strength of the impellers of a gas turbine engine.

Наличие зазора между замковым соединением и упором и выполнение замкового соединения с возможностью расширения в радиальном направлении под действием центробежных сил обеспечивает плотное прилегание демпфера к ободу блиска во всем диапазоне режимов работы двигателей, что повышает эффективность демпфирования.The presence of a gap between the castle connection and the stop and the implementation of the castle connection with the possibility of expansion in the radial direction under the action of centrifugal forces provides a snug fit of the damper to the rim of the blisk in the entire range of engine operating modes, which increases the damping efficiency.

После уменьшения величины зазора до нулевого значения замковое соединение с упором начинает препятствовать его расширению в окружном и радиальном направлении под действием возникающей при вращении блиска центробежной силы, ограничивая контактное давление между блиском и демпфером, тем самым расширяет диапазон и повышает эффективность работы демпфирующего устройства.After reducing the gap to zero, the locking joint with the stop begins to prevent its expansion in the circumferential and radial direction under the action of the centrifugal force arising from the blisk rotation, limiting the contact pressure between the blisk and the damper, thereby expanding the range and increasing the efficiency of the damping device.

Выполнение кольцевого демпфера из материала с высоким внутренним трением, представляющим собой композиционный материал, обеспечивает более высокую эффективность демпфирования за счет дополнительного механизма демпфирования - внутреннего трения в демпфере.The implementation of the ring damper from a material with high internal friction, which is a composite material, provides higher damping efficiency due to the additional damping mechanism - internal friction in the damper.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков устройства демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя с получением указанного технического результата.The applicant is not aware of the use in science and technology of the distinguishing features of a device for damping oscillations of impellers of a blisk type of a gas turbine engine to obtain the indicated technical result.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.The proposed device is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-3.

На фиг. 1 изображен кольцевой демпфер для рабочих колес блискового типа.In FIG. 1 shows an annular damper for blisk type impellers.

На фиг. 2 - вид А на фиг. 1.In FIG. 2 is a view A in FIG. one.

На фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.In FIG. 3 is a section BB in FIG. 2.

Устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа (фиг. 1) представляет собой упругое кольцо 1. Устройство установлено с натягом на цилиндрической или конической поверхности 2 обода блиска 3 (фиг. 3).The device for damping the vibrations of the impellers of the blisk type (Fig. 1) is an elastic ring 1. The device is installed with an interference fit on the cylindrical or conical surface 2 of the rim of the blisk 3 (Fig. 3).

Устройство (фиг. 2) снабжено замковым соединением 4 и упором 5. Между замковым соединением 4 и упором 5 имеется зазор δ. Замковое соединение 4 выполнено с возможностью расширения в радиальном направлении под действием центробежных сил до уменьшения величины зазора δ до нулевого значения. Замковое соединение 4 представляет собой замок с отгибными лепестками 6, позволяющий ограниченно перемещаться в окружном направлении до упора 5 с уменьшением величины зазора δ до нулевого значения. Упругое кольцо 1 может быть изготовлено из материала с высоким внутренним трением, представляющим собой композиционный материал.The device (Fig. 2) is equipped with a locking connection 4 and a stop 5. Between the locking connection 4 and the stop 5 there is a gap δ. The castle connection 4 is made with the possibility of expansion in the radial direction under the action of centrifugal forces to reduce the value of the gap δ to zero. The castle connection 4 is a lock with folding tabs 6, which allows limited movement in the circumferential direction to the stop 5 with a decrease in the gap δ to a zero value. The elastic ring 1 can be made of a material with high internal friction, which is a composite material.

Устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя работает следующим образом.A device for damping vibrations of impellers of a blisk type gas turbine engine operates as follows.

При сборке упругое кольцо 1 сжимают и укладывают по контактной поверхности 2 блиска 3. После чего кольцо 1 за счет упругости разжимается до радиуса установочной канавки и плотно ложится по контактной поверхности 2. При этом между замковым соединением 4 и упором 5 остается небольшой, просчитанный заранее зазор δ в окружном направлении. Начальный натяг кольца 1 в радиальном направлении определяется из соображений создания в процессе работы контактного усилия, обеспечивающего необходимую силу трения при колебаниях блиска 3.During assembly, the elastic ring 1 is compressed and laid on the contact surface 2 of the blisk 3. After that, the ring 1, due to the elasticity, is expanded to the radius of the installation groove and fits snugly on the contact surface 2. In this case, a small gap calculated beforehand remains between the locking joint 4 and the stop 5 δ in the circumferential direction. The initial tightness of the ring 1 in the radial direction is determined from the considerations of creating in the process of operation a contact force that provides the necessary friction force when the blisk 3 fluctuates.

При вращении рабочего колеса под действием центробежной силы устройство демпфирования прижимается к контактной поверхности 2 блиска 3. При возникновении колебаний блиска 3 имеют место взаимные перемещения кольца 1 и контактной поверхности 2 блиска 3, сопровождающиеся появлением сил трения. Работа сил трения снижает энергию колебаний блиска 3, уменьшает их амплитуду. Таким образом, осуществляется демпфирование колебаний.When the impeller rotates under the action of centrifugal force, the damping device is pressed against the contact surface 2 of blisk 3. When vibrations of blisk 3 occur, mutual movements of the ring 1 and contact surface 2 of blisk 3 take place, accompanied by the appearance of friction forces. The work of friction forces reduces the energy of vibrations of blisk 3, reduces their amplitude. Thus, vibration damping is carried out.

С увеличением частоты вращения моноколеса и возрастанием центробежной силы, действующей на демпфирующее устройство, контактное давление на поверхности 2 возрастает, что могло бы привести к эффекту заклинивания. Он заключается в прекращении взаимных перемещений контактных поверхностей блиска 3 и демпфера, результатом чего является снижение эффективности демпфирования колебаний из-за уменьшения работы сил трения на поверхности 2. В заявляемом устройстве эффект заклинивания исключен за счет частичной компенсации центробежных сил, действующих на демпфирующее устройство, за счет ступенчатого увеличения жесткости демпфера на растяжение после контакта элементов 4 и 5 при уменьшении начального зазора δ до нуля. Поэтому контактное давление на поверхности 2 снижается по сравнению с известным демпфером, что и предотвращает заклинивание. Таким образом, подбирая зазор δ между элементами 4 и 5 и жесткость кольцевой части демпфера, можно добиться максимальной эффективности демпфирования во всем диапазоне частот вращения.With an increase in the rotational speed of the monowheel and an increase in the centrifugal force acting on the damping device, the contact pressure on the surface 2 increases, which could lead to a jamming effect. It consists in stopping the mutual displacements of the contact surfaces of blisk 3 and the damper, resulting in a decrease in the damping efficiency of vibrations due to a decrease in the work of the friction forces on the surface 2. In the inventive device, the effect of jamming is excluded due to partial compensation of centrifugal forces acting on the damping device, for due to the stepwise increase in tensile strength of the damper after the contact of elements 4 and 5 with a decrease in the initial gap δ to zero. Therefore, the contact pressure on the surface 2 is reduced in comparison with the known damper, which prevents jamming. Thus, choosing the gap δ between elements 4 and 5 and the stiffness of the annular part of the damper, it is possible to achieve maximum damping efficiency in the entire range of rotational speeds.

Предложенное устройство может быть использовано в блисковых конструкциях газотурбинного двигателя для защиты от повреждений из-за вибраций и многоцикловой усталости.The proposed device can be used in blisk designs of a gas turbine engine to protect against damage due to vibration and multi-cycle fatigue.

Claims (3)

1. Устройство демпфирования колебаний рабочих колес блискового типа газотурбинного двигателя, представляющее собой упругое кольцо, установленное с натягом на внутренней поверхности обода блиска, отличающееся тем, что оно установлено на цилиндрической или конической поверхности обода блиска и снабжено замковым соединением и упором, причем между замковым соединением и упором имеется зазор, при этом замковое соединение выполнено с возможностью расширения в радиальном направлении под действием центробежных сил до уменьшения величины зазора до нулевого значения.1. The device for damping the vibrations of the impellers of the blisk type of a gas turbine engine, which is an elastic ring mounted with an interference fit on the inner surface of the blisk rim, characterized in that it is mounted on a cylindrical or conical surface of the blisk rim and is equipped with a locking joint and an abutment, between the locking joint and there is a gap in the focus, while the locking connection is made with the possibility of expansion in the radial direction under the action of centrifugal forces until the value decreases Zero to zero. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно изготовлено из материала с высоким внутренним трением.2. The device according to p. 1, characterized in that it is made of a material with high internal friction. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что материал с высоким внутренним трением представляет собой композиционный материал.3. The device according to p. 2, characterized in that the material with high internal friction is a composite material.
RU2015148320A 2015-11-10 2015-11-10 Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine RU2610357C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148320A RU2610357C1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148320A RU2610357C1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610357C1 true RU2610357C1 (en) 2017-02-09

Family

ID=58457795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148320A RU2610357C1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610357C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115640649A (en) * 2022-11-09 2023-01-24 中国航发沈阳发动机研究所 Blisk and active detuning vibration reduction design method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU152596A1 (en) *
US2962259A (en) * 1956-02-03 1960-11-29 Napier & Son Ltd Turbine blade rings and methods of assembly
US4294135A (en) * 1979-01-12 1981-10-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Turbomachine balance correction system
RU2022120C1 (en) * 1991-06-05 1994-10-30 Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева Axial turbomachine wheel
US6494679B1 (en) * 1999-08-05 2002-12-17 General Electric Company Apparatus and method for rotor damping

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU152596A1 (en) *
US2962259A (en) * 1956-02-03 1960-11-29 Napier & Son Ltd Turbine blade rings and methods of assembly
US4294135A (en) * 1979-01-12 1981-10-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Turbomachine balance correction system
RU2022120C1 (en) * 1991-06-05 1994-10-30 Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева Axial turbomachine wheel
US6494679B1 (en) * 1999-08-05 2002-12-17 General Electric Company Apparatus and method for rotor damping

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115640649A (en) * 2022-11-09 2023-01-24 中国航发沈阳发动机研究所 Blisk and active detuning vibration reduction design method thereof
CN115640649B (en) * 2022-11-09 2023-10-20 中国航发沈阳发动机研究所 Blisk and active detuning vibration reduction design method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7806410B2 (en) Damping device for a stationary labyrinth seal
CA2964653C (en) Bearing damper with external support spring systems and methods
KR101445631B1 (en) Turbine blade damping device with controlled loading
US10196896B2 (en) Rotor damper
US10724375B2 (en) Gas turbine engine with ring damper
US8118540B2 (en) Split ring for a rotary part of a turbomachine
US20130294917A1 (en) Apparatuses including a rotor group and methods of damping the apparatuses
US20180245631A1 (en) Squeeze film damper bearing device
JP2018138805A (en) Squeeze film damper bearing device
US7572098B1 (en) Vane ring with a damper
EP3012413B1 (en) Seal support structure for a circumferential seal of a gas turbine engine
JP2018138806A (en) Squeeze film damper bearing device
GB2531162A (en) Turbo engine comprising a device for braking the fan rotor
CA2638637C (en) Vibration damping of a static part using a retaining ring
GB2255138A (en) Bladed disc having a damping element
RU2610357C1 (en) Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine
US11326456B2 (en) Vibration suppression device for rotary machine and rotary machine
US10450865B2 (en) Friction damper
US3495691A (en) Overspeed brake
JP5956365B2 (en) Turbine blade cascade assembly and steam turbine equipment
RU2461717C1 (en) Vibration damping device of wide-chord moving blades of fans with high conicity of sleeve, and gas turbine engine fan
CN114026311A (en) Turbine assembly with damper
RU2513466C1 (en) Turbine labyrinth seal
US9624777B2 (en) Mobile member of a turbomachine which comprises means for changing the resonance frequency of same
RU2583205C1 (en) Vibration damping device of blisk impellers of gas turbine engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201111