SU1714170A1 - Устройство дл фиксации от осевого смещени рабочих лопаток турбомашины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к турбомашино- строению и позвол ет демпфировать колебани  лопаток. Устройство дл  фиксации содержит каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверсти ми 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и соответствующей периферийной «^асти диска 7,расположенных в них шарика 1, пружины 3 и цилиндрического пальца (П) 2 и сквозного осевого отверсти  8, выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверсти  в хвостовике 6 каждой лопатки. Причем каждый цилиндрический П 2 выполнен из материала, коэффициент линейного расширени  которого больше, чему материалов, из которых изготовлены диск 7 и соответствующий хвостовик 6 лопатки, причем соседние П 2 выполнены из материалов, ког эффициенты линейного расширени  которых не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 8 и диска каждый П 2 имеет сферическую выемку, причем размеры выемок на соседних пальцах не равны друг другу: Каналы могут располагатьс  под углом к радиальному направлению при условии, что диаметры соседних пальцев не равны друг другу. 2 3. п. ф-лы. 4 ил.ФигЛ

Description

Изобретение относитс  к турбомашиностроению и может быть использовано в паровых и газовых турбинах, осевых компрессорах и т. д. Известно, что рабочие лопатки с осевой заводкой на рабочий диск турбомашины необходимо фиксировать в осевом направлении с целью предотвращени  их смещени  в пазах диска во врем  монтажа турбомашины , ее транспортировки и эксплуатации. Недостаток заключаетс  в невозможности замены одной, вышедшей из стро  в процессе эксплуатации, рабочей лопатки без демонтажа всего облапатывани . Это приводит к необоснованным затратам материальныхи временных ресурсов при ремонте турбомашины. Узкое функциональное назначение самих фиксирующих элементов не позвол ет полнее использовать возможности существующих конструктивных схем и, в конечном итоге, негативно сказываетс  на характеристиках турбомашин. Известны устройства, позвол ющие сн ть с рабочего диска турбомашины одну рабочую лопатку без демонтажа облапатыва (, которые содержат каналы, каждый из которых образован соосными радиальными отверсти ми, выполненными в нижней часги хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска, расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие. Такое техническое решение позвол ет осуществить жесткую фиксацию от осевого смещени  рабочей лопатки во врем  эксплуатации благодар  действию на шарик центробежной силы, обусловленной вращением рЬтора турбомашины, а также сн ть одну рабочую лопатку без демонтажа всего облапатываии  за счет ввода стержн . Однако данное устройство не позвол ет осуш.ествить надежную фиксацию рабочих лопаток во врем  монтажа турбомашины и ее транспортировки, что неблагопри тно сказываетс  на работоспособности устройства в целом. Целью изобретени   вл етс  демпфирование колебаний рабочих лопаток, св занных или не св занных между собой демпфирующими св з ми, полками или бандажом, с помощью устройства, предназначенного дл  фиксации рабочих лопаток турбомашины от осевого смещени . Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  фиксации от осевого смещени  рабочих лопаток в дискеУурбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован соосными несквозными радиальными отверсти ми, выполненными в нижней части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска , расположенный в каждом канале с за зором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие , дополнительно содержит установленные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, в радиальном отверстии диска с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца расположен шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширени  большим , чем коэффициент линейного расширени  материала хвостовика, сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверсти  хвостовика, при этом пальцы соседних хвостовИков , выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширени . Эффект демпфировани  может быть усилен, если каждый палец в зоне контакта хвостовика и диска снабдить сферической выемкой, при этом размеры выемок на соседних пальцах выполнить неравными друг другу. Аналогичный эффект будет иметь место , если каждый канал расположить под углом к радиальному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравными друг другу, Наличие каналов, образованных соосными радиальными отверсти ми, выполненными в части хвостовика каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска турбомашины, необходимо дл  расположени  в них шарика, фиксирующего цилиндрического пальца и упругого элемента. Наличие упругого элемента необходимо дл  фиксации положени  цилиндрического пальца и шарика при невращающемс  роторе . Его присутствие не сужает .область использовани  предлагаемого устройства так как в насто ш.ее врем  широко используютс  пружины , работающие в среде, температура которой превышает 450 С. Кроме того, закрепив нижний конец пружины на дне радиального отверсти , выполненного в соответствующей периферийной части диска, любым из известных способов, можно не обращать внимани  на температуру рабочей среды с точки зрени  работоспособности пружины. Наличие осевого отверсти , выполненного примыкающим к свободному торцу радиального отверсти  в хвостовике, позвол ет при ввопе в него ключа посредством шарика отжимать подпружиненный цилиндрический палец и легко снимать одну рабочую лопатку, вышедшую из стро  в процессе эксплуатации , без демонтажа всего облапатывани . Наличие цилиндрического пальца необходимо дл  жесткой фиксации рабочей лопатки кзк во врем  эксплуатации турбомашины, так и во врем  ее монтажа и транспортировки.

Кроме того, исполнение цилиндрического пальца из материала, коэффициент линейного расширени  которого превосходит коэффициенты-линейного расширени  материала соответствующей лопатки и диска турбомашины. необходимо с целью образовани  тугой посадки между цилиндрическим пальцем и рабочей лопаткой с диском на режиме прогрева турбомашины . Указанна  туга  посадка позволит получить силы, воздействующие на степень прижати  хвостовика рабочей лопатки к диску турбомашины, на режиме вращени , следующем за режимом прогревани .

Исполнение соседних цилиндрических пал1рцев из материалов, коэффициенты линейного расширени  которых не равны друг другу и одновременно с этим превосход т коэффициенты линейного расширени  материала соответствующей лопатки и материала диска турбомашины, необходимо с целью получени  различного воздействи  на степень прижати  хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины. Это, в свою очередь, приведет к различию в квазисобственных частотах соседних лопаток и, еледовательно , к взаимному демпфированию их колебаний.

Наличие на соседних пальцах (в зоне контакта хвостовика и диска) сферических выемок различной геометрии позвол ет повысить эффект демпфировани . Здесь дополнительно обеспечиваетс  различна  степень прижати  хвостовиков соседних лопаток к диску турбомашины за счет различной деформации соседних цилиндрических пальцев в радиаЯьном направлении, обусловленной различием в геометрических размерах сферических выемок на соседних пальцах.

Аналогичный эффект будет иметь место, если канал расположить под углом к радиальному направлению, а диаметры соседних пальцев выполнить неравными друг другу. Здесь за счет действи  центробежных сил увеличиваетс  сила трени  между цилиндрическим пальцем с лопаткой с диском . Это повышает надежность демпфировани  с помощью предлагаемого устройства.,

Чтобы обеспечить демонтаж лопатки при вводе ключа в осевое сквозное отверстие , радиальное отверстие в диске выполнено глубиной не меньше суммы длин пальцев и пружины в полностью сжатом состо нии , сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверсти  хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенного в радиальном отверстии хвостовика, и не более половины диаметра шарика.

На фиг. 1 представлено устройство в рабочем положении; на фиг. 2 - то же, при демонтаже рабочей лопатки: на фиг. 3 - то же, в зоне контакта хвостовика и диска на фиксирующем цилиндрическом пальце расположена сферическа  выемка; на фиг. 4 то же, канал расположен под углом к радиальному направлению.

Устройство дл  фиксации от осевого смещени  рабочих лопаток, св занных или не св занных между собой демпфирующими св з ми, полками или бандажом, состоит из шарика 1, цилиндрического пальца 2 и пружины 3, расположенных с зазором в канале , образованном соосными радиальными отверсти ми 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и в соответствующей периферийной части диска 7 турбомашины, а также сквозного осевого отверсти  8, примыкающего к свободному торцу радиального отверсти  4 хвостовика 6 каждой лопатки. Каждый палец 2, часть которого находитс  в хвостовике 6, часть - в диске 7, расположен между шариком 1 и пружиной 3. Коэффициент линейного расширени  материала каждого пальца 2 больше коэффициентов линейного расширени  материала хвостовика б соответствующей лопатки и диска 7 турбомашины причем коэффициенты линейного расширени  материала соседних пальцев 2 не равны друг другу. В зоне контакта хвостовика 6 и диска 7 турбомашины каждый палец 2 имеет сферическую выемку 10, причем геометрические размеры сферических выемок 10 на соседних пальцах 2 не равны друг другу. Канал, образованный соосными радиальными отверсти ми 4, 5, выполненными в нижней части хвостовика 6 каждой лопатки и в соответствующей периферийной.части диска 7 турбомашины, может располагатьс  подугломкрадиальномунаправлению, причем диаметры соседних пальцев 2 не равны друг другу.

При монтаже палец 2 прижимаетс  к центру диска 7, рабоча  лопатка с предварительно вставленным в несквозное радиальное отверстие 4 шариком. 1 заводитс  в осевой паз. При прохождении лопаткой фиксированного положени  палец 2 под воздействием пружины 3 автоматически входит в радиальное отверстие 4 в хвостовике 6 и стопорит осевое перемещение рабочей лопатки . Аналогичные операции провод тс  над каждой лопаткой, вход щей в состав рабочей ступени, после чего все лопатки св зываютс  или не св зываютс  демпфирующими св з ми или бандажом. В таком состо нии все лопатки оказываютс  надежно зафиксированными, турбомашину можно транспортировать к месту назначени .

На этапе прогревани  турбины цилиндрические пальцы 2 нагреваетс , диаметр их увеличиваетс , они вход т в контакт своими боковыми поверхност ми с хвостовиками 6 лопаток и диском 7 (так как коэффициент линейного расширени  их материала больше коэффициентоэ линейного расширени  материала хвостовиков 6 и диска 7) и образуют в этих местах тугие посадки. При выходе 1урбины на рабочий режим рабочие лопатки пытаютс  под действием центробежных сил прижатьс  своими хвостовикамк 6 к диску 7 турбомашины и демпфируют циг)индрические пальцы 2, которые, в свою очередь, преп тствуют свободному прижатию хвостовиков 6 к диску 7.

На рабочем режиме вследствие неодиfsaxoBbix свойств материала соседних цилиндрических ,пальцев 2 или их геометричзских размеров соседние рабочие лопатки будут неодинаково прижаты своими хаостовиками 6 к диску 7 турбомашины . В результате каазисобственные частоты .соседних рабочих лопаток окажутс  различными и они будут не в состо нии выйти на резонансный режим одновременно.

При демонтаже рабочей лопатки в осевое отверстие 8 хвостовика 6 вводитс  ключ 9 в виде заостренного стержн , который, воздейству  на шарик 1, заставл ет его перемещатьс  к оси ротора и воздействовать на подпружиненный палец 2. В это врем  цилиндрический палец 2 находитс  уже в холодном состо нии и не преп тствует своему перемещению. В крайнем положении шарика 1 верхний торец пальца 2 должен находитьс  на уровне соприкасающихс  друг с другом поверхностей хвостовика 6 и диска 7 турбомашины. Это позволит без труда заменить рабочую лопатку, вышедшую из стро  в процессе эксплуатации.

Технико-экономическа  эффективность

предлагаемого устройства заключаетс  в

повышении надежности рабочих лопаток и

в улучшении вибрационных характеристик

турбомашины.

Формул а изобретени 

Claims (3)

1.Устройство дл  фиксации от осевого смещени  рабочих лопаток турбомашины, содержащее каналы, каждый из которых образован несквозными соосными радиальными отверсти ми, выполненными в нижней части каждого хвостовика лопатки и в соответствующей периферийной части диска , расположенный в каждом канале с зазором шарик и выполненное в нижней части каждого хвостовика сквозное осевое отверстие , отличающеес  тем, что, с целью демпфировани  колебаний лопатки, устройство дополнительно содержит установленные в каждом канале цилиндрический палец и пружину, причем одна часть цилиндрического пальца расположена в радиальном отверстии хвостовика, а друга  часть - в радиальном отверстии диска, с одной стороны пальца размещена пружина в радиальном отверстии диска, а с другой стороны пальца - шарик, причем палец выполнен из материала с коэффициентом линейного расширени  большим, чем коэффициент линейного расширени  материала диска и коэффициент линейного расширени  материала хвостовика, глубина радиального отверсти  в диске не меньше суммы длин пальца и пружины в сжатом состо нии,

сквозное осевое отверстие примыкает к свободному торцу радиального отверсти  хвостовика и имеет диаметр не меньше длины части пальца, расположенной в радиальном отверстий хЬостовика. и не более половины

диаметра шарика, при этом пальцы соседних хвостовиков выполнены из материалов, имеющих различные коэффициенты линейного расширени .

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес   тем, что каждый палец имеет сферическую выемку в зоне контакта хвостовика и диска, причем пальцы соседних хвостовиков имеют выемки различного размера.

3.Устройство по п. 1, отличающеес   тем, что канал расположен под углом к

радиальному направлению, а пальцы соседних хвостовиков имеют различные диаметры .