RU2652857C1 - Method for the blade machines body protection and the method implementing device - Google Patents
Method for the blade machines body protection and the method implementing device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652857C1 RU2652857C1 RU2017102132A RU2017102132A RU2652857C1 RU 2652857 C1 RU2652857 C1 RU 2652857C1 RU 2017102132 A RU2017102132 A RU 2017102132A RU 2017102132 A RU2017102132 A RU 2017102132A RU 2652857 C1 RU2652857 C1 RU 2652857C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- blades
- rotation
- casing
- shell
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 20
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 14
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 10
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
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
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
- F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
-
- 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
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам защиты корпуса лопаточных машин и устройствам, реализующим способ, и может быть использовано в вентиляторах и/или компрессорах газотурбинных двигателей (ГТД), в том числе в авиадвигателях для защиты от разрушения корпуса, изготовленного из материала, прочностные характеристики которого ниже прочностных характеристик материала лопаток ротора.The invention relates to the field of engineering, and in particular to methods of protecting the body of blade machines and devices that implement the method, and can be used in fans and / or compressors of gas turbine engines (GTE), including aircraft engines to protect against destruction of the housing made of material , the strength characteristics of which are lower than the strength characteristics of the material of the rotor blades.
Обрыв лопаток лопаточных турбомашин, например лопаток вентиляторов ГТД, является одной из наиболее опасных аварий. В результате разрушения лопатка, обладающая высокой кинетической энергией, пробивает корпус и наносит повреждения находящимся вблизи элементам конструкции и системам, что может привести к катастрофе.The breakage of the blades of blade turbomachines, for example, turbine engine fan blades, is one of the most dangerous accidents. As a result of the destruction, a blade with high kinetic energy penetrates the body and causes damage to nearby structural elements and systems, which can lead to disaster.
Наиболее опасным случаем обрыва лопаток является ее обрыв в замке или вблизи него, так как в этом случае лопатка имеет максимальную массу. Перемещаясь в окружном направлении, лопатка двигается также и в радиальном и, контактируя с корпусом, выдавливает и одновременно прорезает его. При этом в результате внедрения лопатки в корпус происходит торможение ее торцевой части, что приводит к развороту лопатки относительно первоначального положения в диске. Поскольку ротор продолжает вращаться, то следующая за оторвавшейся лопатка ротора со скоростью около 300 м/сек и кинетической энергией, многократно превышающей энергию оторвавшейся лопатки, догонит застрявшую в корпусе оторвавшуюся лопатку и через нее произведет удар по корпусу, вызывая при такой скорости нагружения хрупкое разрушение материала и образование вторичных осколков, приобретающих большую кинетическую энергию. Современные нормативно-технические документы требуют при проектировании обеспечить локализацию разрушения внутри корпуса двигателя с целью предотвращения разрушения элементов конструкции планера самолета и его систем.The most dangerous case of blade breakage is its breakage in the castle or near it, since in this case the blade has a maximum mass. Moving in the circumferential direction, the blade also moves radially and, in contact with the body, squeezes and cuts through it at the same time. In this case, as a result of the introduction of the blade into the body, the braking of its end part occurs, which leads to a turn of the blade relative to the initial position in the disk. As the rotor continues to rotate, the next rotor blade that has come off at a speed of about 300 m / s and kinetic energy many times higher than the energy of the detached blade will catch up with the detached blade stuck in the casing and strike through the casing through it, causing brittle fracture of the material at this loading speed and the formation of secondary fragments acquiring greater kinetic energy. Modern regulatory and technical documents require, during design, to ensure localization of destruction inside the engine body in order to prevent destruction of structural elements of the airframe and its systems.
Наиболее распространенными методами защиты ротора от разрушения является локализация оторвавшейся лопатки и сохранение целостности корпуса путем усиления последнего за счет наращивания толщины стенки с помощью различного рода намоток из высокопрочных волокон, композиционных лент и т.п., средствами, установленными на корпусе и выполненными в виде чехлов или камер с полостями между корпусом и чехлом с заполнением камер легкими жесткими материалами, организация экранной защиты корпуса. Эти методы приводят к утяжелению конструкции, что особенно нежелательно для авиационных ГТД.The most common methods of protecting the rotor from destruction is the localization of the torn-off blade and maintaining the integrity of the body by strengthening the latter by increasing the wall thickness using various kinds of windings of high-strength fibers, composite tapes, etc., by means installed on the body and made in the form of covers or cameras with cavities between the case and the case with filling the cameras with light rigid materials, the organization of screen protection of the case. These methods lead to a heavier design, which is especially undesirable for aircraft gas turbine engines.
Известен способ защиты корпуса лопаточных машин от пробиваемости при обрыве лопатки путем удержания оторвавшейся лопатки или ее фрагментов упругими элементами внутри корпуса за счет локального сопротивления, деформации и частичного разрушения упругих материалов корпуса (патент US №6814541, 2004 г.). В процессе пробивания стенки лопатка разворачивается таким образом, что удар в следующую стенку наносится плоскостью лопатки, а не ребром. Удержание лопатки и ее осколков жестким корпусом обеспечивает только частичное поглощение энергии за счет упругих свойств материалов корпуса и их частичного разрушения, при этом разрушившаяся лопатка соударяется с остальными лопатками ротора и другими элементами конструкции двигателя неопределенным образом, а основная часть энергии поглощается за счет рикошета фрагментов от стенок в проточную часть контура, что не обеспечивает надежности защиты.A known method of protecting the housing of blade machines from penetration when the blade is broken by holding the torn blade or its fragments by elastic elements inside the housing due to local resistance, deformation and partial destruction of the elastic housing materials (US patent No. 6814541, 2004). In the process of punching the wall, the blade rotates in such a way that a blow to the next wall is applied by the plane of the blade, and not by the edge. The retention of the blade and its fragments by the rigid body ensures only partial energy absorption due to the elastic properties of the body materials and their partial destruction, while the destroyed blade collides with the remaining rotor blades and other structural elements of the engine in an indefinite way, and the bulk of the energy is absorbed due to the rebound of fragments from walls into the flow part of the circuit, which does not provide reliable protection.
В этом же документе раскрыто устройство, реализующее способ защиты. Устройство выполнено в виде многослойного корпуса, содержащего ряд последовательно расположенных относительно друг друга стенок, пространство между которыми заполнено алюминиевыми сотовыми элементами (патент US №6814541, 2004 г.). Рассеивание кинетической энергии оборвавшейся лопатки в известном техническом решении происходит за счет многослойности корпуса устройства. В результате обеспечение надежности защиты приводит к усложнению и утяжелению конструкции.The same document discloses a device that implements a protection method. The device is made in the form of a multilayer case containing a series of walls arranged in series relative to each other, the space between which is filled with aluminum honeycomb elements (US patent No. 6814541, 2004). The dissipation of the kinetic energy of a broken blade in a known technical solution is due to the multilayer structure of the device. As a result, ensuring the reliability of protection leads to a complication and weighting of the structure.
Известен способ защиты корпуса лопаточных машин, заключающийся в том, что при обрыве лопатки последнюю разворачивают в направлении вращения и разрушают внутри корпуса последующими набегающими лопатками на фрагменты с пофрагментарным поглощением кинетической энергии любого из образовавшихся фрагментов и удерживают последние внутри корпуса за счет его деформации (патент RU №2433281, 2011 г.).A known method of protecting the casing of blade machines is that when the blade is broken, the latter is deployed in the direction of rotation and destroyed inside the casing by subsequent oncoming blades into fragments with perforated absorption of the kinetic energy of any of the formed fragments and hold the latter inside the casing due to its deformation (RU patent No. 2433281, 2011).
Известно устройство, реализующее указанный способ, выполненное в виде установленного на корпусе чехла, содержащего защитную оболочку, охватывающую корпус по наружной поверхности с кольцевыми гофрами, и размещенные по периметру под защитной оболочкой металлические пластины, установленные с нахлестом в сторону вращения ротора (патент RU №2433281, 2011 г.). В известном техническом решении защитная оболочка выполнена из волокнистого материала, гофры выполнены из слоев высокопрочной ткани, закрепленной на корпусе жгутом, намотанным между гофрами через промежуточный слой легкодеформируемого материала. В процессе обрыва конструкция устройства обеспечивает удержание лопатки за счет образования кольцевого зазора между защитной оболочкой и корпусом и местной полости в виде «ловушки» лопатки. Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, не обеспечивающая достаточной надежности защиты.A device that implements the specified method, made in the form of a cover installed on the housing containing a protective shell covering the housing on the outer surface with annular corrugations, and metal plates placed around the perimeter under the protective shell, mounted with an overlap in the direction of rotation of the rotor (patent RU No. 2433281 , 2011). In a known technical solution, the protective sheath is made of fibrous material, the corrugations are made of layers of high-strength fabric, fixed to the body with a bundle wound between the corrugations through an intermediate layer of easily deformable material. In the process of breaking, the design of the device ensures the retention of the blade due to the formation of an annular gap between the protective shell and the body and the local cavity in the form of a "trap" of the blade. A disadvantage of the known technical solution is the design complexity, which does not provide sufficient protection reliability.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ защиты корпуса лопаточных машин, заключающийся в том, что при обрыве лопатки последнюю разворачивают в направлении вращения, удерживают лопатку внутри корпуса за счет его деформации без врезания лопатки в корпус и разрушают внутри корпуса последующими набегающими лопатками на фрагменты с пофрагментарным рассеиванием и поглощением кинетической энергии любого из образовавшихся фрагментов (патент RU №2461719, 2012 г.). В известном техническом решении кинетическая энергия оторвавшейся лопатки расходуется на трение последней о конструктивный элемент корпуса (обечайку), ее прогиб и деформацию за счет распрямления кольцевых гофр. При этом возрастают напряжения и деформации на ослабленных участках фланцевых соединений вблизи деформированной зоны обечаек корпуса, что приводит соответственно к возрастанию нагрузки на болты напротив места удара, срезу последних и дополнительной деформации корпуса.The closest set of essential features to the claimed technical solution is a method of protecting the body of the blade machines, which consists in the fact that when the blade is broken, the latter is turned in the direction of rotation, hold the blade inside the body due to its deformation without cutting the blade into the body and destroyed inside the body by subsequent oncoming blades on fragments with fragmentary scattering and absorption of kinetic energy of any of the formed fragments (patent RU No. 2461719, 2012). In the known technical solution, the kinetic energy of the torn-off blade is spent on friction of the latter about the structural element of the body (shell), its deflection and deformation due to the straightening of the annular corrugations. In this case, stresses and strains in weakened areas of flange joints near the deformed zone of the shells of the body increase, which leads to an increase in the load on the bolts opposite the impact site, a cut of the latter and additional deformation of the body.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является известное устройство, реализующее указанный способ, содержащее корпус, выполненный в виде множества попарно соединенных с помощью болтовых соединений кольцевых частей, каждая из которых включает обечайку, на фланцах которой выполнены ослабляющие проточки, с кольцевыми гофрами, расположенными на внешней поверхности обечайки (патент RU №2461719, 2012 г.). Условием непробиваемости корпуса является предварительное определение количества и размера гофр, проточек и числа болтов, которые должны определяться соответствием энергии времени деформации и обрыва болтов и времени, требуемого для пробивания корпуса.The closest set of essential features to the claimed technical solution is a known device that implements the specified method, comprising a housing made in the form of a plurality of annular parts pairwise connected using bolt connections, each of which includes a shell, on the flanges of which are made attenuating grooves, with annular corrugations located on the outer surface of the shell (patent RU No. 2461719, 2012). The condition for the penetration of the body is a preliminary determination of the number and size of corrugations, grooves and the number of bolts, which should be determined by the correspondence of the energy of the time of deformation and breakage of the bolts and the time required to pierce the body.
При ударе лопаткой, следующей за оторвавшейся, энергия ротора будет передана стенке корпуса. Лопатка в данном случае работает аналогично зубилу, врезающемуся в материал под действием ударной нагрузки. Поэтому даже в случае разрушения оторвавшейся лопатки возможно образование трещин и проломов в корпусе, а также образование вторичных осколков, имеющих достаточно высокий уровень энергии.When hit by a blade following the detached one, the energy of the rotor will be transferred to the wall of the housing. The blade in this case works similarly to a chisel crashing into a material under the influence of an impact load. Therefore, even in the event of the destruction of the detached blade, cracks and breaks in the body can occur, as well as the formation of secondary fragments having a sufficiently high energy level.
Таким образом, общим существенным недостатком известных технических решений является недостаточная надежность защиты корпуса от пробивания, обусловленная высокой вероятностью врезания лопатки в поверхность корпуса, выполненного из менее прочного материала, чем материал лопатки.Thus, a common significant drawback of the known technical solutions is the insufficient reliability of the casing protection from penetration, due to the high probability of cutting the blade into the surface of the casing made of a less durable material than the material of the blade.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении технического решения, заключается в повышении надежности защиты корпуса, выполненного из менее прочного материала, чем материал лопаток, от пробивания при обрыве лопатки ротора.The technical problem, the solution of which is provided during the implementation of the technical solution, is to increase the reliability of protecting the casing, made of a less durable material than the material of the blades, from penetration when the rotor blades break.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в обеспечении безусловного фрагментирования оторвавшейся лопатки путем исключения врезания лопатки в корпус. Исключение врезания лопатки в корпус обеспечивается за счет предотвращении передачи корпусу части энергии от вращающегося ротора при ударе по заторможенной оторвавшейся лопатке следующей за ней лопаткой и обеспечения ее измельчения целыми лопатками ротора.The technical result achieved by the implementation of the proposed technical solution is to ensure unconditional fragmentation of the torn blade by eliminating the incision of the blade into the body. The exclusion of the insertion of the blade into the housing is ensured by preventing the housing from transmitting part of the energy from the rotating rotor when it strikes the braked tear-off blade by the blade following it and ensuring its grinding by whole rotor blades.
Указанный технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, достигается тем, что в способе защиты корпуса лопаточных машин при обрыве лопатки последнюю разворачивают в направлении вращения, удерживают лопатку внутри корпуса за счет его деформации без врезания лопатки в корпус и разрушают внутри корпуса последующими набегающими лопатками на фрагменты с пофрагментарным рассеиванием и поглощением кинетической энергии любого из образовавшихся фрагментов. Согласно изобретению разворот лопатки в направлении вращения осуществляют путем преобразования радиального импульса движения в окружной импульс, обеспечивая перемещение в направлении вращения ротора части корпуса, контактирующей с лопаткой при ее обрыве, причем материал для изготовления упомянутой части корпуса выбирают из условия превышения значений твердости и ударной вязкости данного материала над аналогичными значениями материала лопаток.The specified technical result provided by the claimed invention is achieved by the fact that in the method of protecting the casing of the blade machines when the blade is broken, the latter is deployed in the direction of rotation, the blade is held inside the casing due to its deformation without cutting the blade into the casing, and it is destroyed inside the casing by subsequent running blades into fragments with fragmentary scattering and absorption of kinetic energy of any of the formed fragments. According to the invention, the rotation of the blade in the direction of rotation is carried out by converting the radial impulse of movement into a circular impulse, providing movement in the direction of rotation of the rotor of the part of the body in contact with the blade when it breaks, and the material for the manufacture of the said part of the body is selected from the condition of exceeding the values of hardness and toughness of this material over similar values of the material of the blades.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, достигается также тем, что устройство для реализации способа содержит корпус, выполненный в виде множества попарно соединенных с помощью болтовых соединений кольцевых частей, каждая из которых включает обечайку, на фланцах которой выполнены ослабляющие проточки, с кольцевыми гофрами, расположенными на внешней поверхности обечайки. Согласно изобретению на внешней поверхности каждой обечайки дополнительно выполнены кольцевые выступы, образующие равные участки поверхности на соответствующей обечайке, ширина и высота которых равна толщине обечайки, а корпус снабжен дополнительными кольцевыми вставками, размещенными на внутренней поверхности соответствующих обечаек и выполненными из материала, твердость и ударная вязкость которого выше, чем у материала лопаток, которые установлены с возможностью поворота относительно оси вращения лопаток и связаны при помощи их развальцованных торцов с соответствующими обечайками.The technical result provided by the claimed invention is also achieved by the fact that the device for implementing the method comprises a housing made in the form of a plurality of annular parts pairwise connected using bolt connections, each of which includes a shell, on the flanges of which weakening grooves are made, with annular corrugations located on the outer surface of the shell. According to the invention, annular protrusions are additionally made on the outer surface of each shell, forming equal surface sections on the corresponding shell, the width and height of which is equal to the shell thickness, and the casing is equipped with additional ring inserts placed on the inner surface of the respective shells and made of material, hardness and impact strength which is higher than that of the material of the blades, which are mounted with the possibility of rotation relative to the axis of rotation of the blades and are connected with their flared ends with corresponding shells.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение технической проблемы с достижением заявленного технического результата в части способа, так как:These essential features provide a solution to a technical problem with the achievement of the claimed technical result in terms of the method, since:
- разворот лопатки в направлении вращения путем преобразования радиального импульса движения в окружной импульс с обеспечением перемещения в направлении вращения части корпуса, контактирующей с лопаткой при ее обрыве, и выбор материала для изготовления упомянутой части корпуса из условия превышения значений твердости и ударной вязкости данного материала над аналогичными значениями материала лопаток предотвращает врезание лопатки в материал корпуса и передачу части энергии ротора стенке корпуса при ударе затормозившейся лопатки следующими за ней лопатками, обеспечивая определенность и безусловность процесса фрагментирования оторвавшейся лопатки.- the rotation of the blade in the direction of rotation by converting the radial impulse of movement into a circular impulse to ensure movement in the direction of rotation of the part of the casing in contact with the blade when it breaks, and the choice of material for the manufacture of the said part of the casing in excess of the values of hardness and toughness of this material over similar the values of the material of the blades prevents the incision of the blade into the material of the casing and the transfer of part of the energy of the rotor to the wall of the casing upon impact of a braking blade blowing her shoulder blades, providing certainty and the certainty of the process of fragmenting detached blades.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение технической проблемы с достижением заявленного технического результата в части устройства для реализации способа, так как: - выполнение на внешней поверхности каждой обечайки дополнительно кольцевых выступов, образующих равные участка поверхности на соответствующей обечайке, ширина и высота которых равна толщине обечайки, снабжение корпуса дополнительными кольцевыми вставками, размещенными на внутренней поверхности соответствующих обечаек, выполнение вставок из материала, твердость и ударная вязкость которого выше, чем у материала лопаток, установка вставок с возможностью поворота относительно оси вращения лопаток и связь вставок при помощи их развальцованных торцов с соответствующими обечайками предотвращает врезание лопатки в материал корпуса, передачу части энергии ротора стенке корпуса при ударе затормозившейся лопатки следующими за ней лопатками и раскрытие трещины в случае ее образования при ударе, что также обеспечивает определенность и безусловность фрагментирования оторвавшейся лопатки.These essential features provide a solution to the technical problem with achieving the claimed technical result in terms of the device for implementing the method, since: - execution on the external surface of each shell of additional annular protrusions forming equal surface sections on the corresponding shell, the width and height of which is equal to the thickness of the shell, supply enclosures with additional annular inserts placed on the inner surface of the respective shells, inserts made of material, solid the yield and toughness of which is higher than that of the material of the blades, the installation of inserts with the possibility of rotation relative to the axis of rotation of the blades and the connection of the inserts by means of their flared ends with the corresponding shells prevents the blades from cutting into the body material, transferring part of the energy of the rotor to the wall of the body upon impact of a braking blade behind it by the blades and opening of the crack in the event of its formation upon impact, which also ensures the certainty and unconditionality of fragmentation of the torn shoulder.
Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на чертежах, где:The proposed technical solution is illustrated by the following description of its work with reference to the illustrations presented on the drawings, where:
- на фиг. 1 изображено устройство, реализующее способ защиты корпуса лопаточных машин;- in FIG. 1 shows a device that implements a method for protecting the body of blade machines;
- на фиг. 2 изображены кольцевые выступы устройства (увеличено). Предлагаемое устройство для реализации способа содержит корпус,- in FIG. 2 shows the annular protrusions of the device (enlarged). The proposed device for implementing the method comprises a housing,
выполненный в виде множества (по количеству ступеней рабочих лопаток ротора лопаточной машины) изготовленных из легкого сплава кольцевых частей 1, попарно соединенных между собой при помощи болтовых соединений 2 (см. фиг. 1). Каждая кольцевая часть 1 содержит соответствующую надлопаточную обечайку 3, на фланцах 4 которой выполнены ослабляющие проточки (на чертеже не показаны) и кольцевые гофры 5, расположенные на внешней поверхности обечайки 3. На наружной поверхности каждой обечайки 3 дополнительно выполнены кольцевые выступы 6 (см. фиг. 2), образующие равные участки поверхности на соответствующей обечайке 3. Для ограничения жесткости кольцевых выступов 6 и снижения за счет этого местных напряжений при ударе, высота «h» и ширина «b» последних выбирается равной толщине обечайки 3. Корпус снабжен дополнительными кольцевыми вставками 7, размещенными на внутренней поверхности соответствующих обечаек 3 по неподвижной легкопрессовой посадке. Вставки 7 выполнены из материала, твердость и ударная вязкость которого выше, чем у материала лопаток 8 ротора. При этом минимальная толщина δвст стенки вставки 7 определяется соотношением:made in the form of a set (according to the number of stages of the working blades of the rotor of a shoveling machine)
где δкорп.исх - расчетная толщина стенки корпуса;where δ corp. — ref is the estimated thickness of the casing wall;
σв(корп) - предел прочности материала корпуса;σ in (bldg) is the tensile strength of the body material;
σв(вст) - предел прочности материала вставки.σ in (vst) - tensile strength of the material of the insert.
Дополнительные кольцевые вставки 7 установлены с возможностью поворота относительно оси вращения лопаток 8. Для предупреждения изменения центрирования вставок 7 относительно корпуса при температурных расширениях материала кольцевых частей 1 и материала вставок 7, последние связаны при помощи их развальцованных торцов с соответствующими обечайками 3. Торцы вставок 7 развальцовывается с обеих сторон на конусной поверхности 9, выполненной на внутренней стороне соединяющих части 1 корпуса фланцах 4 болтовых соединений 2. На внутренней поверхности каждой вставки 7 размещают торцевое вырабатываемое уплотнение 10, предназначенное для сохранения разности давлений в корпусе. Между ступенями вращающихся рабочих лопаток 8 расположены неподвижные лопатки 11 спрямляющего аппарата. Рабочие лопатки 8 обращены к корпусу торцами 12.Additional
Способ защиты корпуса осуществляется следующим образом.The method of protecting the housing is as follows.
При обрыве лопатки 8 последнюю разворачивают в направлении вращения, удерживают ее внутри корпуса за счет его деформации без врезания лопатки в корпус и разрушают внутри корпуса последующими набегающими лопатками на фрагменты с пофрагментарным рассеиванием и поглощением кинетической энергии любого из образовавшихся фрагментов. Разворот лопатки в направлении вращения осуществляют путем преобразования радиального импульса движения в окружной импульс, обеспечивая перемещение в направлении вращения ротора части корпуса (вставки 7), контактирующей с лопаткой при ее обрыве. При этом материал для изготовления упомянутой части корпуса (вставки 7) выбирают из условия превышения значений твердости и ударной вязкости данного материала над аналогичными значениями материала лопаток 8.When the
При обрыве рабочей лопатки ротора происходит следующее. When the rotor blades break, the following occurs.
Оторвавшуюся лопатку 8 разворачивают в направлении вращения. Поскольку центр тяжести пера последней находится значительно выше ее торца 12, по которому происходит первоначальный контакт с кольцевой вставкой 7, за счет трения в месте контакта, возникает момент силы, разворачивающий перо рабочей лопатки 8 ротора относительно ее торца 12. Одновременно в момент обрыва лопатка 8 тормозится в радиальном направлении и удерживается внутри корпуса за счет деформации (распрямления) гофров 5 надлопаточной обечайки 3, разрушения одного из облегченных фланцев 4 болтового соединения 2, стягивающего соответствующие кольцевые части 1, и деформации (прогиба) стенки вставки 7. Торможение движения рабочей лопатки 8 ротора в окружном направлении происходит за счет трения торца 12 лопатки 8 по поверхности кольцевой вставки 7. Посадка дополнительной кольцевой вставки 7 в обечайке 3 корпуса дает возможность смягчить скользящий удар, поскольку действующая на поверхность вставки 7 окружная сила от взаимодействия пера рабочей лопатки 8 ротора при ударе о поверхность кольцевой вставки 7 приводит к проворачиванию последней. В результате за счет преобразования радиального импульса движения в окружной импульс происходит разворот пера рабочей лопатки 8 ротора в направлении оси ее вращения. В результате рабочая лопатка 8 ротора, обладающая большой кинетической энергией, расходует последнюю на трение по надлопаточной обечайке 3, деформацию гофров 5 обечайки 3 и разрушение облегченного фланца 4 болтового соединения 2. Одновременно в процессе обрыва она пытается внедриться в поверхность дополнительной кольцевой вставки 7. Поскольку прочность и твердость поверхности материала последней выше, чем у материала рабочей лопатки 8 ротора, внедрения не происходит. При установке дополнительной кольцевой вставки 7 для обеспечения возможности ее проворачивания, величина натяга при посадке определяется из условия обеспечения ее неподвижности под действием рабочих и инерционных нагрузок. Кроме того, при определении величины натяга учитывается рабочая температура стенки корпуса и кольцевой вставки 7, что позволяет избежать снижения величины натяга при нагреве стенки во время работы лопаточной машины. Кроме того, при развороте пера рабочей лопатки 8 ротора относительно ее торца 12 и проворачивании кольцевой вставки 7 увеличивается площадь передачи кинетической и снижается нагрузка на поверхность последней, что также предотвращает внедрение в нее пера лопатки 8. Заторможенную оторвавшуюся рабочую лопатку 8 ротора догоняет следующая за ней аналогичная лопатка и ударяет по развернувшемуся перу. Поскольку оторвавшаяся часть лопатки 8 не успевает за это время внедриться в корпус, скользящий удар набегающей лопатки приведет к выбиванию этой части оборвавшейся лопатки 8 в окружном направлении с места контакта и разрушению ее на фрагменты. Из-за отсутствия внедрения лопатки 8 в материал кольцевой вставки 7 энергия удара передается последней и секции 1 корпуса только частично, что препятствует их пробиванию и появлению вторичных осколков корпуса. Однако при ударе существует вероятность образования трещин, которые в результате действия сил от разбалансированного в результате разрушения рабочей лопатки 8 ротора могут раскрыться, что, в свою очередь, может привести к потере прочности корпуса или последующему образованию вторичных осколков от разрушения кольцевой вставки 7. Образованию раскрытых трещин в кольцевой вставке 7, через которые фрагменты рабочей лопатки 8 ротора могли бы покинуть кольцевую вставку 7, а также образованию вторичных осколков элементов корпуса при ударе препятствуют кольцевые выступы 6, выполненные на поверхности обечаек 3 секций 1 корпуса напротив торцов 12 лопаток 8.The torn
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает безусловность процесса фрагментирования оторвавшейся лопатки путем исключения врезания лопатки в корпус за счет предотвращения передачи корпусу части энергии от вращающегося ротора при ударе по заторможенной оторвавшейся лопатке следующей за ней лопаткой и обеспечения ее измельчения целыми лопатками ротора, что повышает надежность способа и устройства для его реализации от пробивания, за счет исключения вероятности врезания лопатки в поверхность корпуса, выполненного из менее прочного материала, чем материал лопатки.Thus, the proposed technical solution ensures the unconditionality of the process of fragmentation of the tear-off blade by eliminating the cutting of the blade into the body by preventing the body from transmitting part of the energy from the rotating rotor when it strikes the braking tear-off blade by the next blade and ensuring its grinding by whole rotor blades, which increases the reliability of the method and devices for its implementation from punching, by eliminating the likelihood of cutting the blade into the surface of the body, made and weaker material than the blade material.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102132A RU2652857C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for the blade machines body protection and the method implementing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102132A RU2652857C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for the blade machines body protection and the method implementing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2652857C1 true RU2652857C1 (en) | 2018-05-03 |
Family
ID=62105568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017102132A RU2652857C1 (en) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | Method for the blade machines body protection and the method implementing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2652857C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6179551B1 (en) * | 1998-06-17 | 2001-01-30 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine containment casing |
| US20060059889A1 (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-23 | Cardarella Louis J Jr | Method and apparatus for improving fan case containment and heat resistance in a gas turbine jet engine |
| FR2913048A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-08-29 | Snecma Sa | Air blower for e.g. jet engine, of aircraft, has bushing with deformable part transversely arranged between rod and edge of orifice, where part allows swinging of platform in case of impact of vane on platform, and absorbs part of energy, |
| RU2433281C2 (en) * | 2009-11-17 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Device to retain broken blades in bypass jet |
| RU2461719C2 (en) * | 2010-12-14 | 2012-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Protection of blade machine housing against penetration by parted blade, and protected housing |
-
2017
- 2017-01-24 RU RU2017102132A patent/RU2652857C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6179551B1 (en) * | 1998-06-17 | 2001-01-30 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine containment casing |
| US20060059889A1 (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-23 | Cardarella Louis J Jr | Method and apparatus for improving fan case containment and heat resistance in a gas turbine jet engine |
| FR2913048A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-08-29 | Snecma Sa | Air blower for e.g. jet engine, of aircraft, has bushing with deformable part transversely arranged between rod and edge of orifice, where part allows swinging of platform in case of impact of vane on platform, and absorbs part of energy, |
| RU2433281C2 (en) * | 2009-11-17 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Device to retain broken blades in bypass jet |
| RU2461719C2 (en) * | 2010-12-14 | 2012-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Protection of blade machine housing against penetration by parted blade, and protected housing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20060165519A1 (en) | Aerofoil containment structure | |
| EP2940283B1 (en) | Turbomachine fan casing assembly | |
| US4300439A (en) | Ballistic tolerant hydraulic control actuator and method of fabricating same | |
| US20100150696A1 (en) | Fan casing for a jet engine | |
| EP1849964B1 (en) | Gas turbine rotor containment element with frangible connections | |
| EP2952695B1 (en) | Fan case | |
| US20120296575A1 (en) | Damage tolerance of a rotor assembly | |
| US10247042B2 (en) | Fan track liner | |
| US20090087309A1 (en) | Protective ring for the fan casing of a gas-turbine engine | |
| US9714583B2 (en) | Fan containment cases for fan casings in gas turbine engines, fan blade containment systems, and methods for producing the same | |
| US7008173B2 (en) | High energy containment device and turbine with same | |
| US5622472A (en) | Protective shield for a turbo-engine | |
| CA2637134A1 (en) | Device and method for protecting an aircraft component from collision with flying objects | |
| US20100158693A1 (en) | Test blade | |
| JP2002512335A (en) | Containment system for storing blade crushing | |
| US9291070B2 (en) | Gas turbine rotor containment | |
| CN110966255B (en) | Metallic compliant tip fan blade | |
| RU2257481C2 (en) | Emergency mechanical protection system of high-energy working medium consumer | |
| RU2652857C1 (en) | Method for the blade machines body protection and the method implementing device | |
| RU2461719C2 (en) | Protection of blade machine housing against penetration by parted blade, and protected housing | |
| US20120102912A1 (en) | Low cost containment ring | |
| EP3351746B1 (en) | Engine case for fan blade out retention | |
| CN103879548A (en) | Outer fuel tank access cover, wing and aircraft | |
| EP2594742B1 (en) | Low cost containment ring | |
| Klimaszewski et al. | Modified hagg and sankey metod to estimate the ballistic behaviour of lightweight metal/composite/ceramic armour and a fuselage skin of an aircraft |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210125 |