Рабочее колесо осевой турбомашины

 

Сущность изобретения: рабочее колесо содержит выполненный за одно целое с лопатками диск, обод которого снабжен пазом, и демпфирующий элемент, установленный в пазу. Паз выполнен кольцевым и наклонен относительно вертикальной оси диска. Демпфирующий элемент выполнен в виде многослойного кольцевого пакета чередующихся между собой гладких и гофрированных пластин и установлен в пазу с натягом. 2 ил.

Изобретение относится к турбостроению и предназначено для рабочих колес, выполненных с диском и лопатками как одно целое.

Известны рабочие колеса с демпфирующими устройствами, предназначенными для устранения опасных колебаний лопаток, выполненных за одно целое с диском. Конструктивно такие устройства располагаются в районе обода. В качестве демпфирующих устройств использованы трубки, колпачки, пробки, с помощью которых осуществляется фрикционный контакт с диском.

Однако такие устройства обладают низкими демпфирующими свойствами вследствие ограниченности подвижки места контакта паза и фрикционной вставки, сложны в изготовлении, зависят от частоты вращения ротора.

За прототип принято рабочее колесо, в котором диск изготовлен совместно с лопатками. В его ободе параллельно хорде корневого сечения лопатки выполнены отверстия, в которые запрессованы цилиндрические колпачки, представляющие собой демпферы. При колебании лопаток движение передается ободу и происходит относительное смещение контактных поверхностей колпачка и отверстия обода. Под действием центробежных сил колпачок прижимается к стенке отверстия и при относительном движении совершается работа трения, следовательно, демпфируются колебания лопатки.

Известно, что конструктивная особенность рабочих колес турбомашин приводит к большой связанности колебаний, при которой лопатки вовлекают диск в совместные колебания. В результате диск совершает движения с узловыми диаметрами и окружностями. Поэтому основной недостаток прототипа состоит в том, что демпфер дискретный, расположен в осевом направлении, это снижает эффективность демпфирования при наличии узловых диаметров и окружностей. Кроме того, в этой конструкции демпфирование зависит от величины центробежной силы, что требует подбора демпфера по массе.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности демпфирования рабочего колеса турбомашины не зависимо от величины центробежной силы при любом числе узловых диаметров и окружностей.

Поставленная цель достигается тем, что в ободе диска выполнен кольцевой паз с наклоном относительно вертикальной оси диска и в него с упругим натягом установлен многослойный кольцевой пакет чередующихся между собой гладких и гофрированных пластин.

В этом варианте реализуется распределенное демпфирование, для его увеличения используется возможная деформация диска с узловыми диаметрами и окружностями, величина демпфирования не зависит от центробежной силы.

На фиг. 1 изображено рабочее колесо осевой турбомашины в разрезе по диску; на фиг.2 - пакет чередующихся прямых и гофрированных пластин.

Рабочее колесо состоит из диска 1, выполненного за одно целое с лопатками 2 и ободом 3. В ободе имеется наклонный по отношению радиальной оси диска кольцевой паз 4, в котором размещено демпфирующее устройство 5.

Демпфирующее устройство представляет собой кольцевой пакет чередующихся между собой гладких и гофрированных пластин. При установке пакета в паз обода создается упругий натяг между прямыми и гофрированными пластинами, что приводит к появлению нормального давления по контактным поверхностям, исключающего влияние центробежной силы на величину демпфирования.

При вибрации лопаток вследствие динамической взаимосвязи диска 1 и лопаток 2 рабочее колесо начинает совершать движения с узловыми окружностями и диаметрами. При этом обод 3 подвергается изгибу и кручению. Следовательно, пакет пластин, связанный с ободом, также испытывает деформации изгиба и кручения. Вследствие взаимного смещения поверхностей контакта вершин гофра и гладких пластин совершается работа трения, следовательно, происходит демпфирование колебаний рабочего колеса. Для управления демпфирующими свойствами колеса подбираются жесткость пакета (толщины пластин, размер гофра), упругий натяг и количество пластин в пакете, изменяется угол наклона пакета относительно вертикальной оси.

Изобретение обладает более высоким демпфированием по сравнению с прототипом, т. к. учитывается форма колебаний диска при его вибрации и демпфер имеет большое число точек контакта, что обеспечивает повышенную надежность рабочего колеса.

Формула изобретения

РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ, содержащее выполненный за одно целое с лопатками диск, обод которого снабжен пазом, и демпфирующий элемент, установленный в пазу, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности демпфирования, паз выполнен кольцевым и наклонен относительно вертикальной оси диска, а демпфирующий элемент выполнен в виде многослойного кольцевого пакета чередующихся между собой гладких и гофрированных пластин и установлен в пазу с натягом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2