Устройство для крепления лопатки и турбомашина, содержащая это устройство

Авторы патента:

ДЕЛЬВО Джон МакКоннелл (US)

МИЛЛЕР Дайэн Патрисиа (US)

ГАРСИЯ-КРЕСПО Андрес Хосе (US)

F01D5/30 - закрепление лопаток на роторах; комлевая часть лопаток

Владельцы патента RU 2615788:

Дженерал Электрик Компани (US)

Устройство крепления лопатки с крепежным элементом к крепежному пазу рабочего колеса содержит переходник и накладку. Переходник расположен между лопаткой и рабочим колесом и имеет крепежный паз, комплементарный крепежному элементу лопатки, и крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса. Накладка имеет крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюкообразный элемент, расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки и предназначенный для взаимодействия с переходником. Крюкообразный элемент в осевом направлении удерживает переходник относительно накладки. Крепежный элемент лопатки вставлен в осевом направлении в крепежный паз переходника, а накладка взаимодействует с первой поверхностью переходника. Собранные крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки в осевом направлении вставлены в крепежный паз рабочего колеса. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей указанное выше устройство крепления лопатки. Группа изобретений позволяет устанавливать в крепежный паз рабочего колеса лопатки с хвостовиком, по форме несоответствующим такому пазу. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

ПРАВА ПРАВИТЕЛЬСТВА НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Это изобретение выполнялось при правительственной поддержке по контракту DE-FC26-05NT42643, предоставленному Министерством Энергетики. Правительство имеет определенные права на это изобретение.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Данное изобретение относится, в целом, к турбомашинам, таким как газовая турбина и, более конкретно, к устройству и способу крепления вращающейся турбинной лопатки к рабочему колесу.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Вращающиеся лопатки в турбомашинах, например в газовых турбинах, как правило, во время работы подвергаются воздействию чрезвычайно высоких температур. Ранее лопатки и другие элементы выполняли из металла, такого как жаропрочная сталь и никелевые сплавы. Такие выполненные из металла лопатки требовали добавления охлаждающих каналов для предотвращения оплавления и деформации лопаток во время эксплуатации. Другие решения технических проблем, связанных с необходимостью охлаждения металлических лопаток, заключались в использовании керамических покрытий на металлических лопатках, а также в использовании полностью неметаллических лопаток, выполненных, например из керамики. Керамические лопатки обеспечивают дополнительные преимущества, которые заключаются, например, в меньшем весе, что в результате приводит к повышению эффективности турбомашины.

[0004] В обычных соединениях между металлическими лопатками и рабочими колесами использовали замок елочного типа или замок корневой части, содержащий множество выступов или поверхностей. Например, может использоваться конструкция с тремя выступами. В противоположность этому, в керамических лопатках обычно используют конструкцию пазового замка с одним выступом, которая менее предрасположена к износу и поломке керамических лопаток из-за несоответствия тепловых характеристик металлического рабочего колеса и керамической лопатки. Несмотря на преимущества, получаемые при оснащении турбомашин неметаллическими лопатками, проблему представляет несоответствие форм элементов пазовых замков неметаллических лопаток и рабочих колес, выполненных с обеспечением установки металлических лопаток, имеющих элемент замка елочного типа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В первом аспекте данного изобретения предлагается устройство для крепления лопатки, имеющей крепежный элемент, к рабочему колесу, имеющему крепежный паз. Устройство содержит переходник, расположенный между лопаткой и рабочим колесом и имеющий крепежный паз, комплементарный крепежному элементу лопатки, и крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса и расположенный на противоположном конце от крепежного паза переходника. Указанное устройство дополнительно содержит накладку, имеющую крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюкообразный элемент (крюк), расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки и предназначенный для взаимодействия с переходником, причем крюк в осевом направлении удерживает переходник относительно накладки. При сборке крепежный элемент лопатки вставляют в осевом направлении в крепежный паз переходника, при этом накладка сопряженно взаимодействует с поверхностью переходника со стороны передней кромки, а затем собранные крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки в осевом направлении вставляют в крепежный паз рабочего колеса.

[0006] Во втором аспекте данного изобретения предлагается турбомашина, содержащая ротор, установленный с возможностью вращения внутри статора, причем указанный ротор содержит вал и по меньшей мере одно рабочее колесо, смонтированное на валу, при этом каждое по меньшей мере одно рабочее колесо имеет крепежный паз, лопатку, имеющую крепежный элемент, не комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и устройство для крепления крепежного элемента лопатки к крепежному пазу рабочего колеса. Указанное устройство содержит переходник, расположенный между лопаткой и рабочим колесом и имеющий крепежный паз, комплементарный крепежному элементу лопатки, и крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса и расположенный на противоположном конце от крепежного паза переходника. Указанное устройство дополнительно содержит накладку, имеющую крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюк, расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки и предназначенный для взаимодействия с переходником, причем крюк в осевом направлении удерживает переходник относительно накладки. При сборке крепежный элемент лопатки вставляют в осевом направлении в крепежный паз переходника, при этом накладка сопряженно взаимодействует с поверхностью переходника со стороны передней кромки, затем собранные крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки в осевом направлении вставляют в крепежный паз рабочего колеса.

[0007] В третьем аспекте данного изобретения предлагается способ крепления имеющей крепежный элемент лопатки к рабочему колесу, имеющему крепежный паз. Указанный способ включает использование переходника, имеющего крепежный паз, комплементарный крепежному элементу лопатки, и крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и обеспечение накладки, имеющей крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюк, расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки. Крепежный элемент лопатки в осевом направлении вставляют в крепежный паз переходника, накладку помещают на поверхность переходника со стороны передней кромки так, что указанная поверхность переходника со стороны передней кромки и поверхность накладки со стороны задней кромки сопряженно взаимодействуют. При использовании накладки крепежный элемент лопатки в осевом направлении удерживается в крепежном пазу переходника. Крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки затем вставляют в осевом направлении в крепежный паз рабочего колеса.

[0008] Эти и другие аспекты, преимущества и характерные признаки данного изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, которое в сочетании с прилагаемыми чертежами раскрывает различные варианты выполнения данного изобретения, при этом на чертежах одинаковые компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг.1 показывает вид в разрезе газовой турбины.

[0010] Фиг.2 показывает покомпонентный вид в аксонометрии устройства для крепления лопатки к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0011] Фиг.3 показывает вид в аксонометрии устройства для крепления лопатки к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0012] Фиг.4 показывает вид в аксонометрии устройства для крепления лопатки к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0013] Фиг.5 показывает вид сбоку устройства для крепления лопатки к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0014] Фиг.6 показывает вид в аксонометрии лопатки, прикрепленной к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0015] Фиг.7 показывает вид сбоку лопатки, прикрепленной к рабочему колесу в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения.

[0016] Отметим, что чертежи в данном документе не обязательно выполнены в масштабе. Чертежи предназначены для отображения только типичных аспектов данного изобретения, и поэтому не должны рассматриваться как ограничивающие объем правовой охраны данного изобретения. На чертежах одинаковые номера позиций обозначают одинаковые компоненты.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] В дальнейшем приведено описание по меньшей мере одного варианта выполнения данного изобретения со ссылкой на его использование в турбомашине, представляющей собой газовую турбину. Кроме того, приведено описание по меньшей мере одного варианта выполнения данного изобретения со ссылкой на номинальный размер и ряд номинальных размеров. Однако специалисты в данной области техники, ознакомившиеся с положениями данного документа, должны понимать, что варианты выполнения данного изобретения равным образом могут использоваться в любой подходящей турбине и/или двигателе, например, в паровой турбине. Помимо этого, специалисты, ознакомившиеся с положениями данного документа, должны понимать, что варианты выполнения данного изобретения равным образом могут использоваться при различных значениях номинального размера и/или номинальных размеров.

[0018] Обратимся к чертежам, на которых фиг.1 показывает вид в разрезе газовой турбины 10. Турбина 10 содержит ротор 12, имеющий вал 14 и разнесенные в осевом направлении рабочие колеса 18. В некоторых вариантах выполнения каждое рабочее колесо 18 может быть выполнено из металла, например из стали. К каждому рабочему колесу 18 механически присоединены вращающиеся лопатки 20. Более конкретно, лопатки 20 расположены рядами, проходящими по периферии вокруг каждого рабочего колеса 18. Неподвижные лопатки 22 проходят по периферии вокруг вала 14 и расположены в осевом направлении между смежными рядами лопаток 20.

[0019] Во время работы воздух при атмосферном давлении сжимается в компрессоре и подается к обеспечивающей сгорание секции, в которой воздух, выходящий из компрессора, нагревается путем добавления к нему топлива и сгорания полученной топливно-воздушной смеси. Полученный в результате сгорания топлива в обеспечивающей сгорание секции газовый поток затем расширяется, проходя через турбину 10, передавая некоторую часть своей энергии на приведение в действие турбины 10 и выработку механической энергии. Для обеспечения приводного вращающего момента турбина 10 имеет одну или более ступеней, каждая из которых имеет ряд неподвижных лопаток 22 и ряд вращающихся лопаток 20, установленных на рабочем колесе 18. Неподвижные лопатки 22 направляют поступающий из обеспечивающей сгорание секции газ на лопатки 20, что обеспечивает приведение во вращение рабочих колес 18 и, в результате, вала 14, вырабатывая при этом механическую энергию.

[0020] Фиг.2-7 показывают различные аспекты устройства 100 для удержания лопаток 20 в периферическом расположении вокруг рабочих колес 18.

[0021] Как показано на фиг.2, каждая лопатка 20 имеет охватываемый крепежный элемент 28, предназначенный для крепления лопатки 20 к рабочему колесу 18 (фиг.1 и 6-7). Как показано на фиг.6, каждое рабочее колесо 18 также имеет охватывающий крепежный паз 52, в который можно вставить крепежный элемент 28 лопатки. В некоторых вариантах выполнения крепежный элемент 28 лопатки может быть комплементарен крепежному пазу 52 рабочего колеса. В таком варианте выполнения крепежный элемент 28 лопатки и крепежный паз 52 рабочего колеса являются комплементарными, то есть крепежный элемент 28 лопатки содержит такое же количество выступов или поверхностей, что и охватывающий крепежный паз 52 рабочего колеса, в который указанный элемент 28 вставляют, при этом крепежный элемент 28 лопатки сопряжено взаимодействует с крепежным пазом 52 рабочего колеса с плотной посадкой между противоположными поверхностями. Например, крепежный элемент 28 лопатки и крепежный паз 52 рабочего колеса могут, соответственно, иметь пазовый замок 27 с одним охватываемым выступом и комплементарный ему сопрягаемый паз пазового замка, охватывающий один выступ. В таком примере крепежный элемент 28 лопатки прочно удерживается в комплементарном крепежном пазу 52 рабочего колеса путем указанной плотной посадки между крепежным элементом 28 лопатки и крепежным пазом 52 рабочего колеса.

[0022] В других вариантах выполнения, например показанных на фиг.2-7, крепежный элемент 28 лопатки и крепежный паз 52 рабочего колеса могут быть не комплементарными. Как показано на фиг.2, крепежный элемент 28 лопатки может иметь форму охватываемого элемента пазового замка с одним выступом 27. Крепежный паз 52 рабочего колеса может иметь любую не комплементарную (относительно крепежного элемента 28) геометрическую форму, включая, помимо прочего, форму елочного замка, имеющую более одного выступа 38, например, два выступа (не показаны), или три выступа 38 (фиг.2). В других вариантах выполнения крепежный паз 52 рабочего колеса может иметь Т-образную форму.

[0023] Даже если крепежный элемент 28 лопатки с одним выступом 27 можно вставить в крепежный паз 52 рабочего колеса для нескольких выступов 38, т.е. даже если один выступ 27 не превышает какого-либо размера паза 52, то крепежный элемент 28 лопатки не может прочно удерживаться в пазу 52, так как посадка между не комплементарными формами будет неплотной.

[0024] Кроме того, крепежный элемент 28 лопатки и рабочее колесо 18 могут быть выполнены из одного и того же или аналогичного материала, либо из разных материалов. Лопатка 20, имеющая крепежный элемент 28, может быть выполнена или из металлического материала, или из неметаллического материала. В вариантах выполнения, в которых лопатка 20 является неметаллической, она может быть, например, выполнена из металла, покрытого керамикой, из керамики, или из композиционного материала с керамической матрицей. Такие неметаллические варианты выполнения могут быть использованы с крепежными элементами 28 пазовых замков с одним выступом 27. Рабочее колесо 18 может быть выполнено из металла, такого как сталь или металлический сплав.

[0025] Для крепления лопатки 20 к рабочему колесу 18, особенно, когда крепежный элемент 28 лопатки и крепежный паз 52 рабочего колеса не являются комплементарными, можно использовать переходник 30. Вернемся к фиг.2, где показано, что переходник 30 имеет охватывающий крепежный паз 32, форма которого комплементарна форме крепежного элемента 28 на лопатке 20. Более конкретно, крепежный паз 32 переходника может иметь форму, комплементарную пазовому замку с одним выступом 27 крепежного элемента 28 лопатки. Кроме того, переходник 30 может иметь охватываемый крепежный элемент 34, расположенный на противоположном от крепежного паза 32 конце переходника 30. Крепежный элемент 34 переходника может иметь форму и геометрию, которые комплементарны форме и геометрии крепежного паза 52 рабочего колеса (фиг.6). Более конкретно, крепежный элемент 34 переходника может иметь форму елочного замка с несколькими выступами 38, причем форма и размеры указанного элемента 34 обеспечивают его размещение в крепежном пазу 52 рабочего колеса. В различных вариантах выполнения крепежный элемент 34 переходника может иметь конфигурацию пазового замка с одним выступом, конфигурацию елочного замка с двумя выступами или с тремя выступами, или конфигурацию T-образного паза. Форма и размеры крепежного паза 52 рабочего колеса обеспечивают размещение в нем крепежного элемента 34 переходника. Подразумевается, что проиллюстрированные в данном документе конкретные формы комплементарных пар крепежного элемента и паза переходника не являются ограничительными. Каждый паз 32 и элемент 34 переходника проходит по существу в осевом направлении вдоль переходника 30.

[0026] Переходник 30 имеет первую поверхность 60 и вторую поверхность 62, расположенные на концах переходника 30 в осевом направлении. Когда переходник 30 присоединен к лопатке 20, как показано на фиг.3-5, то он может быть расположен относительно лопатки 20 так, что первая поверхность 60 по существу выровнена с передней кромкой 64 лопатки 20, а вторая поверхность 62 по существу выровнена с задней кромкой 66 лопатки 20.

[0027] Переходник 30 на первой поверхности 60 может дополнительно иметь скос 36. Скос 36 обеспечивает угол вдоль первой поверхности 60 между крепежным элементом 34 переходника и крепежным пазом 32 переходника так, что осевая длина крепежного элемента 34 меньше осевой длины радиально наружного участка переходника 30, образующего крепежный паз 32 переходника. Другими словами, крепежный паз 32 переходника имеет в осевом направлении длину больше, чем длина крепежного элемента 34 переходника и выступает за указанный элемент 34 на осевом конце переходника 30 у первой поверхности 60, как показано на фиг.5.

[0028] На фиг.5 также показано, что переходник 30 на второй поверхности 62 имеет сплошную поверхность или стенку 39, которая препятствует вхождению крепежного элемента 28 лопатки в крепежный паз 32 переходника на стороне первой поверхности 60 и выступанию указанного элемента 28 на стороне второй поверхности 62. Как показано на фиг.3-7, крепежный элемент 28 лопатки в осевом направлении вставлен в крепежный паз 32 переходника со стороны первой поверхности 60, имеющей отверстие для крепежного паза 32 переходника. Крепежный элемент 28 лопатки занимает по существу всю осевую длину крепежного паза 32 переходника, не выступая за пределы указанного паза 32. Как будет изложено дополнительно ниже, переходник 30 также может иметь устройство 70 осевого крепления (фиг.5), расположенное на второй поверхности 62 и проходящее в осевом направлении наружу от второй поверхности 62, а также радиально внутрь, образуя крюкообразный элемент.

[0029] Устройство 100 может дополнительно сдержать накладку 40, показанную на фиг.2, которая может быть выполнена из металла, и более конкретно, из сверхпрочного сплава на основе никеля, из алюминида титана (TiAl), или другого подходящего сплава в различных вариантах выполнения. Накладка 40 имеет крепежный элемент 44, имеющий форму, по существу комплементарную форме крепежного паза 52 рабочего колеса (показан на фиг.6), и, кроме того, по существу имеет общую геометрию с крепежным элементом 34 переходника. Панель 42 (фиг.5) проходит радиально наружу от крепежного элемента 44 накладки, причем ее форма и размеры таковы, что в собранном виде она по существу закрывает первую поверхность 60, и перекрывает отверстие в первой поверхности 60, ведущее в крепежный паз 32 переходника. Накладка 40 у радиально внутреннего конца ее крепежного элемента 44 дополнительно имеет крюк 46, который загибается внутрь к переходнику 30 в собранном виде, как показано на фиг.3-5.

[0030] Обратимся снова к фиг.2, где показано, что накладка 40 на внутренней поверхности дополнительно содержит скос 48 между крепежным элементом 44 накладки и панелью 42. Когда устройство 100 собрано, как показано на фиг.4-5, скос 48 на накладке 40 сопряженно взаимодействует со скосом 36 на первой поверхности 60 переходника 30, т.е. скос 48 проходит под углом, противоположным углу скоса 36 переходника 30.

[0031] В собранном виде панель 42 закрывает первую поверхность 60 переходника 30 (фиг.3-5) и удерживает крепежный элемент 28 лопатки в осевом направлении в крепежном пазу 32 переходника. Как лучше всего видно на фиг.5, крепежный элемент 28 лопатки удерживается в крепежном пазу 32 переходника между стенкой 39 и панелью 42, при этом накладка 40 сопряженно взаимодействует с переходником 30. Кроме того, крюк 46 взаимодействует с переходником 30, фиксируя осевое положение накладки 40 относительно переходника 30.

[0032] Как показано на фиг.6-7, устройство 100 крепят к рабочему колесу 18 путем размещения в осевом направлении крепежного элемента 34 переходника и крепежного элемента 44 накладки в крепежном пазу 52 рабочего колеса. Устройство 100 удерживается в осевом направлении внутри крепежного паза 52 рабочего колеса с помощью устройств 70, 72 осевого крепления, расположенных, соответственно, на переходнике 30 и рабочем колесе 18. Устройство 70 осевого крепления лучше всего видно на фиг.5, а устройство 72 осевого крепления лучше всего видно на фиг.6. Как отмечено выше, устройство 70 осевого крепления расположено на второй поверхности 62 переходника 30 и образует крюкообразный элемент, проходя в осевом направлении наружу и радиально внутрь. Устройство 72 осевого крепления на рабочем колесе имеет аналогичную форму и расположено рядом с наружной периферией рабочего колеса 18. В собранном виде, как показано на фиг.7, устройства 70, 72 осевого крепления выровнены и образуют промежуток 74 между указанными устройствами 70, 72 и рабочим колесом 18 для размещения удерживающего в осевом направлении троса (не показан). Таким образом, переходник 30 и накладка 40 позволяют крепить лопатку 20 на рабочем колесе 18.

[0033] Накладка 40 обеспечивает уплотнение на устройстве 100 и рабочем колесе 18, препятствующее протечке горячего газа в паз 52 рабочего колеса через другие небольшие промежутки. Это уплотнение облегчает использование рабочих колес 18 и лопаток 20, выполненных из различных материалов, имеющих различные коэффициенты теплового расширения, с одновременным сведением к минимуму опасности поломки или повреждения из-за воздействия горячих газов. Указанное уплотнение также может расширить диапазон возможных материалов, из которых может быть выполнено рабочее колесо 18, так как имеющие особую форму крепежные пазы 52 рабочего колеса не будут подвергаться воздействию поступающих из турбины горячих газов.

[0034] Кроме того, предложен способ крепления лопатки 20 к рабочему колесу 18. Лопатка 20 имеет крепежный элемент 28, а рабочее колесо 18 имеет крепежный паз 52, которые могут иметь формы не комплементарные друг другу. Как показано на фиг.2, прежде всего, обеспечивают лопатку 20 и переходник 30, как изложено выше. Переходник 30 имеет крепежный паз 32, имеющий форму, комплементарную форме крепежного элемента 28 лопатки, так что форма и размеры крепежного элемента 28 лопатки обеспечивают размещение указанного элемента 28 в крепежном пазу 32, а также имеет крепежный элемент 34 переходника, который является комплементарным крепежному пазу 52 рабочего колеса, так что форма и размеры крепежного элемента 34 переходника обеспечивают размещение указанного элемента в крепежном пазу 52 рабочего колеса. Также обеспечивают накладку 40, имеющую крепежный элемент 44, который имеет форму, комплементарную форме крепежного паза 52 рабочего колеса. На радиально внутреннем конце крепежного элемента 44 накладки расположен обращенный внутрь крюк 46.

[0035] Как показано на фиг.3-5, крепежный элемент 28 лопатки в осевом направлении вставляют в крепежный паз 32 переходника, так что он заполняет паз 32 и примыкает к стенке 39. Затем накладку 40 помещают поверх первой поверхности 60 переходника 30, так что первая поверхность 60 сопряженно взаимодействует с накладкой 40. Часть накладки 40, которая может быть, в частности, панелью 42, закрывает открытый конец крепежного паза 32 переходника на первой поверхности 60 переходника 30, предотвращая тем самым выскальзывание крепежного элемента 28 лопатки. Кроме того, накладка 40 обеспечивает уплотнение на устройстве 100, препятствуя попаданию горячих газов из рабочей среды в небольшие промежутки в указанном устройстве.

[0036] Затем устройство 100 целиком может быть вставлено в осевом направлении в крепежный паз 52 рабочего колеса, как показано на фиг.6-7, так что комплементарные крепежный паз 52 рабочего колеса и крепежный элемент 34 переходника/крепежный элемент 44 накладки входят в соединение друг с другом. Таким образом, лопатка 20 закрепляется на месте относительно рабочего колеса 18. Указанное устройство затем может быть прикреплено к рабочему колесу 18 тросом, расположенным между устройствами 70, 72 осевого крепления и рабочим колесом 18.

[0037] Рассмотренные устройство 100 и способ сборки лопатки 20 с рабочим колесом 18 обеспечивают совместимость при переоборудовании, например, при установке лопаток, имеющих крепежный элемент с формой пазового замка с одним выступом 27, в рабочее колесо, выполненное с возможностью размещения в нем корневых частей лопаток с геометрической формой елочного замка с несколькими выступами 38. Такое конструктивное решение обеспечивает возможность переоснащения существующих турбин 10, например, неметаллическими лопатками или лопатками из металлических сплавов, имеющими геометрию крепежного устройства, отличающуюся от геометрии крепежного устройства рабочего колеса.

[0038] Применительно к данному документу термины «первый», «второй», и им подобные не указывают на какой-либо порядок, количество или важность, а используются для отличия одного элемента от другого. Определение «примерно», используемое в сочетании с количественным показателем, включает заданную величину и имеет значение, обусловленное контекстом (например, учитывает степень погрешности, связанную с измерением конкретного количественного показателя). Форма множественного числа, применительно к данному документу, включает как единственное, так и множественное число определяемого термина, и, соответственно, включает не менее одного термина (например, выражение металл (металлы) включает один или более металлов). Приведенные в данном документе диапазоны значений являются включительными, а также используются с возможностью независимого сочетания (например, формулировка диапазоны «примерно до 25 мм, или, более конкретно, примерно от 5 до 20 мм», включает граничные точки и все промежуточные значения диапазонов «примерно от 5 до 25 мм» и т.д.).

[0039] Несмотря на то что в данном документе приведено описание различных вариантов выполнения, из данного описания следует понимать, что специалистами могут быть внесены различные сочетания элементов, изменения и улучшения в данное изобретение, которые подпадают под объем правовой охраны данного изобретения. Кроме того, возможно выполнение различных модификаций, приспосабливающих конкретную ситуацию или материал к идеям и принципам данного изобретения без отклонения от сущности данного изобретения. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение не ограничивается конкретным вариантом выполнения, приведенным в качестве предпочтительного варианта выполнения данного изобретения, а распространяется на все варианты выполнения, подпадающие под объем правовой охраны, определенный в прилагаемой формуле изобретения.

1. Устройство для крепления лопатки, имеющей крепежный элемент, к рабочему колесу, имеющему крепежный паз, причем указанное устройство содержит

переходник, расположенный между лопаткой и рабочим колесом и имеющий крепежный паз, комплементарный крепежному элементу лопатки, и крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса,

и накладку, имеющую крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюкообразный элемент, расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки и предназначенный для взаимодействия с переходником, причем крюкообразный элемент в осевом направлении удерживает указанный переходник относительно накладки,

причем крепежный элемент лопатки вставлен в осевом направлении в крепежный паз переходника, и накладка сопряженно взаимодействует с первой поверхностью переходника, причем собранные крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки в осевом направлении вставлены в крепежный паз рабочего колеса.

2. Устройство по п.1, в котором накладка дополнительно имеет панель, проходящую радиально наружу относительно крюкообразного элемента, причем в собранном виде панель удерживает крепежный элемент лопатки в осевом направлении в крепежном пазу переходника.

3. Устройство по п.2, в котором переходник на первой поверхности дополнительно имеет скос между крепежным элементом переходника и крепежным пазом переходника, причем накладка на сопрягающейся поверхности дополнительно имеет скос, расположенный между крюкообразным элементом и панелью, для взаимодействия со скосом на первой поверхности переходника.

4. Устройство по п.2, в котором накладка обеспечивает уплотнение указанного устройства.

5. Устройство по п.1, в котором крепежный элемент лопатки имеет форму элемента пазового замка с одним выступом.

6. Устройство по п.5, в котором форма крепежного паза рабочего колеса и форма крепежного элемента лопатки не являются комплементарными.

7. Устройство по п.6, в котором крепежный паз рабочего колеса имеет одну из следующих форм: форму с двумя выступами, форму с тремя выступами или форму T-образного паза.

8. Устройство по п.1, в котором накладка содержит металлический сплав.

9. Устройство по п.1, в котором лопатка содержит один из материалов:

неметаллический материал, выбранный из группы, содержащей керамику и композиционный материал с керамической матрицей, или

металлический сплав.

10. Устройство по п.1, в котором рабочее колесо содержит металл.

11. Устройство по п.1, в котором переходник на второй поверхности дополнительно имеет стенку, так что крепежный паз переходника открыт только на первой поверхности.

12. Турбомашина, содержащая

ротор, установленный с возможностью вращения внутри статора и содержащий вал и по меньшей мере одно рабочее колесо, установленное на валу, при этом каждое по меньшей мере одно рабочее колесо содержит

крепежный паз,

лопатку, имеющую крепежный элемент, форма которого не комплементарна форме крепежного паза рабочего колеса, и

устройство для крепления крепежного элемента лопатки к крепежному пазу рабочего колеса, содержащее

и накладку, имеющую крепежный элемент, комплементарный крепежному пазу рабочего колеса, и крюкообразный элемент, расположенный на радиально внутреннем конце крепежного элемента накладки и предназначенный для взаимодействия с переходником, причем крюкообразный элемент в осевом направлении удерживает переходник относительно накладки,

причем крепежный элемент лопатки вставлен в осевом направлении в крепежный паз переходника,

при этом накладка сопряженно взаимодействует с первой поверхностью переходника, и собранные крепежный элемент переходника и крепежный элемент накладки в осевом направлении вставлены в крепежный паз рабочего колеса.

13. Турбомашина по п.12, в которой переходник на первой поверхности дополнительно имеет скос между крепежным элементом переходника и крепежным пазом переходника, причем накладка дополнительно имеет

скос, расположенный на сопрягающейся поверхности накладки и предназначенный для взаимодействия со скосом, расположенным на первой поверхности переходника, и

панель, проходящую радиально наружу относительно скоса на накладке и предназначенную для удержания крепежного элемента лопатки в осевом направлении в крепежном пазу переходника.

14. Турбомашина по п.13, в которой накладка обеспечивает уплотнение указанного устройства.

15. Турбомашина по п.12, в которой крепежный элемент лопатки имеет форму элемента пазового замка с одним выступом.

16. Турбомашина по п.15, в которой форма крепежного паза рабочего колеса и форма крепежного элемента лопатки не являются комплементарными, причем крепежный паз рабочего колеса имеет одну из следующих форм: форму с двумя выступами, форму с тремя выступами или форму T-образного паза.

17. Турбомашина по п.12, в которой накладка содержит металлический сплав.

18. Турбомашина по п.12, в которой лопатка содержит один из материалов:

металлический сплав.

19. Турбомашина по п.12, в которой рабочее колесо содержит металл.

20. Турбомашина по п.12, в которой переходник на второй поверхности дополнительно имеет стенку, так что крепежный паз переходника открыт только на первой поверхности.

Хвостовик лопатки содержит множество пар противоположных выступов, множество пар противоположных скруглений, множество боковых поверхностей и нижнюю часть хвостовика лопатки.

Хвостовики рабочих лопаток с натягом // 2609126

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проектировании хвостовиков рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Хвостовики рабочих лопаток Т-образного или вильчатого типа расположены с натягом в окружном направлении.

Узел крепления лопатки к рабочему колесу турбины // 2607988

Изобретение относится к узлу крепления лопатки к рабочему колесу турбины. Узел крепления лопатки к колесу турбины, которое содержит ряд лопаток (4), окружающих центральный диск (2).

Турбоустановка (варианты) и способ монтажа // 2607982

Изобретение относится к энергетике. Турбоустановка содержит турбомашину, которая содержит ротор, имеющий ось вращения, первый вращающийся сегмент, имеющий первое сопряженное осевое крепежное приспособление, присоединенное к первому осевому крепежному приспособлению ротора в первом установочном положении, и первую шпонку, выполненную с возможностью введения в первое вставленное положение в первый паз в роторе и в первый сопряженный паз в первом вращающемся сегменте.

Ротор турбины для теплоэлектростанции // 2607890

Описан ротор турбины низкого давления для теплоэлектростанции. Диск (3) прикреплен к валу (4) и выполнен с возможностью вращения вокруг базовой оси (Δ), при этом диск (3) имеет на своей периферии первую поверхность (5) контакта.

Лопаточный аппарат // 2603696

Изобретение относится к области машин и двигателей необъемного вытеснения, а именно к лопаточному аппарату (40), содержащему обод (56) и выполненный в нем удерживающий паз (58), который имеет на своих боковых стенках (60) проходящие вдоль выступы (62), образующие поднутрения (64), и в который помещено определенное число лопаток (25, 27), образующих лопаточный венец турбомашины, причем каждая лопатка (25, 27) помимо брюшка (48) имеет для закрепления молоткообразную, входящую в поднутрения (64) ножку (50) и прижата к выступам (62) посредством элемента (46), расположенного между нижней стороной (68) ножки лопатки и дном (70) удерживающего паза (58).

Роторный узел, турбинный двигатель и способ сборки роторного узла // 2602322

Роторный узел турбинного двигателя содержит роторный диск, турбинную лопатку и хвостовой узел. Роторный диск имеет внутреннюю поверхность, ограничивающую паз пазового замка, включающий заглубленный паз, ограниченный в роторном диске.

Пакеты рабочих лопаток с комбинированными хвостовиками // 2599689

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при проектировании рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Пакеты рабочих лопаток, цельнофрезерованные или сварные, с хвостовиками с радиальной установкой и тангенциальной заводкой, включают хвостовики типа Т, представляющие собой Т-образные хвостовики, чередующиеся с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в Т-образном хвостовике, причем хвостовики типа Т чередуются с хвостовиками типа В в комбинациях Т+В, В+Т, Т+В+Т, Т+В+Т+В, В+Т+В+Т, Т+В+Т+В+Т.

Барабан ротора турбомашины // 2596895

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины, содержащий корпус в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси и выполненный в нем один и более венец со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных по наружной поверхности через равные промежутки в поперечном направлении, при этом корпус содержит металломатричный композит с перекрестной укладкой армирующих волокон, средства для крепления хвостовиков лопатки выполнены в виде корневого элемента под сварку по форме профиля лопатки, а металломатричный композит сформирован по всей наружной поверхности тела вращения слоем толщиной, не превышающей высоту корневого элемента.

Барабан ротора турбомашины // 2596894

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины выполнен в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси с одним и более венцами, со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности, при этом барабан выполнен из металломатричного композита с перекрестной укладкой армирующих волокон, а средства для крепления хвостовиков лопаток выполнены в виде корневых элементов под сварку по форме профиля лопатки, при этом на внутренней поверхности барабана из композита выполнены наплывы, фланцы или цапфы с закладными элементами под сварку, причем наплывы расположены под корневыми элементами.

Удерживающее устройство и система осевого удержания для кольцевых уплотнений (варианты) // 2620463

Изобретение относится к энергетике. Удерживающее устройство для поддержания в фиксированном осевом положении второго компонента ротационной машины, установленного в осевом направлении на первый компонент ротационной машины, содержит фиксирующий элемент, размеры и конструкция которого обеспечивают возможность его перемещения между первым и вторым выровненными углублениями, выполненными в первом и втором компонентах ротационной машины. Указанный фиксирующий элемент имеет размеры и форму, обеспечивающие его расположение в смежные по вертикали и выровненные углубления, с расположением между ними, для предотвращения его поворота в указанных углублениях. При этом в фиксирующем элементе выполнено резьбовое отверстие, проходящее по меньшей мере частично через него. Исполнительный элемент установлен по резьбе в указанном отверстии таким образом, что поворот исполнительного элемента вызывает перемещение указанного фиксирующего элемента из первого выровненного углубления по меньшей мере частично во второе выровненное углубление. Также представлены варианты системы осевого удержания для кольцевых уплотнений. Изобретение позволяет реализовать эффективную систему для удержания всего периферического набора кольцевых уплотнений, как отдельно, так и совместно, на разделительном диске ротора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

Рабочее колесо турбомашины и турбомашина // 2620622

Рабочее колесо турбомашины содержит основную часть, паз для размещения лопаток и паз для заводки лопаток. Основная часть рабочего колеса имеет первую поверхность и противоположную вторую поверхность, соединенные поверхностью по наружному диаметру, имеющей среднюю линию. Паз для размещения лопаток выполнен на поверхности по наружному диаметру основной части рабочего колеса и проходит вокруг основной части рабочего колеса. Паз для размещения лопаток делит поверхность по наружному диаметру основной части рабочего колеса на первую часть, имеющую первый размер, и вторую часть, имеющую второй размер, превышающий первый размер. Паз для заводки лопаток выполнен на поверхности по наружному диаметру основной части рабочего колеса, соединен с пазом для размещения лопаток и смещен от него. Паз для заводки лопаток проходит в первую часть поверхности по наружному диаметру основной части рабочего колеса на первое расстояние и во вторую часть указанной поверхности на второе расстояние, превышающее первое расстояние. Другое изобретение группы относится к турбомашине, включающей указанное выше рабочее колесо. Группа изобретений позволяет повысить надежность и ресурс турбомашины за счет более равномерного распределения напряжений в основной части рабочего колеса и тем самым повысить предел усталостной прочности последнего. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Крыльчатка для турбомашины // 2622351

Крыльчатка для турбомашины, такой как турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель самолета, содержит диск (50) ротора, включающий в себя на своей внешней периферии ребра (14) жесткости, ограничивающие гнезда (18) осевого монтажа и радиального удерживания замков лопаток. Лопатки имеют полки, расположенные бок о бок по окружности для ограничения кольцевого тракта течения воздушного потока. Кольцевой козырек (48), проходящий, по существу, аксиально в направлении выше по потоку, установлен на расположенной выше по потоку стороне диска (50) для ограничения прохождения воздуха вне кольцевого тракта. Уплотнительные средства (84) предусмотрены между кольцевым козырьком (48) и расположенными выше по потоку концами полок лопаток. Кольцевой козырек (48) содержит кольцевой выступ (52), проходящий аксиально в направлении ниже по потоку и радиально внутрь средств радиального удерживания (70) кольцевого козырька (48) на диске (50). Эти средства удерживания (70) образованы выступающими в осевом направлении на расположенной выше по потоку стороне диска (50). Уплотнительные средства (84) расположены радиально внутри кольцевого козырька (48) и расположенных выше по потоку концов полок лопаток. Достигается снижение приложенных к лопаткам радиальных сил. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система соединения металлических компонентов и кмкм-компонентов, система фиксации турбинной лопатки и система фиксации вращающегося компонента // 2623342

Система соединения металлического компонента и компонента из композиционного материала с керамической матрицей включает фиксирующий штифт, втулку из пенометалла, первое отверстие в металлическом компоненте и второе отверстие в компоненте из композиционного материала с керамической матрицей. Первое отверстие и второе отверстие выполнены с возможностью образовывать сквозное отверстие при соединении металлического компонента и компонента из композиционного материала с керамической матрицей. Фиксирующий штифт и втулка из пенометалла расположены внутри сквозного отверстия для соединения металлического компонента и компонента из композиционного материала с керамической матрицей. Другое изобретение группы относится к системе для соединения сегмента турбинной лопатки газовой турбины, выполненного из композиционного материала с керамической матрицей, с сегментом металлического держателя, соединенным при помощи указанной выше системы соединения. Группа изобретений позволяет повысить надежность соединения металлического компонента и компонента из композиционного материала с керамической матрицей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Лопатка ротора для газотурбинного двигателя (варианты) // 2626871

Группа изобретений относится к газотурбинному двигателю, а именно к вариантам выполнения лопатки его ротора. Лопатка ротора содержит аэродинамический профиль, основание, неразъемно соединенное с аэродинамическим профилем, и замок, неразъемно соединенный с основанием и устанавливаемый в паз в ступице ротора газотурбинного двигателя. Замок содержит ласточкин хвост, шейку между основанием и ласточкиным хвостом и канавку, образованную в шейке. Ласточкин хвост включает контактную поверхность, выполненную с возможностью контактировать с поверхностью паза для удерживания лопатки ротора в ступице. Канавка обеспечивает изменение направления напряжений в лопатке ротора и расположена на расстоянии от контактной поверхности. Канавка начинается со стороны задней кромки лопатки ротора и продолжается к стороне передней кромки лопатки ротора и имеет исходную ненулевую глубину у стороны задней кромки и постепенно сужается до нулевой глубины в направлении передней кромки. В другом варианте выполнения лопатки ротора канавка определена поверхностью цилиндра, пересекающего шейку у исходной ненулевой глубины и имеющего продольную ось под ненулевым углом относительно направления длины ласточкина хвоста, причем радиус цилиндра больше исходной ненулевой глубины. Группа изобретений позволяет повысить надежность лопатки ротора газотурбинного двигателя за счет уменьшения трещинообразования и изнашивания на поверхности замка лопатки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Система газовой турбины, уменьшающая напряжения на дисках турбины, и соответствующая газовая турбина // 2626913

Турбинная система включает роторную лопатку с хвостовиком и турбинный диск, содержащий щель, в которой закреплен хвостовик роторной лопатки. Щель турбинного диска содержит множество противоположных пар выступов щели, множество противоположных пар углублений щели и дно щели. Дно щели содержит первую часть выпуклой поверхности. Хвостовик роторной лопатки содержит дно хвостовика, содержащее первую часть вогнутой поверхности, соответствующую первой части выпуклой поверхности дна щели. Первая часть выпуклой поверхности пронизана выходом охлаждающего канала, проходящего через турбинный диск. Другое изобретение группы относится к газовой турбине, содержащей указанную выше турбинную систему. Группа изобретений позволяет снизить концентрацию напряжений на дне щели диска, имеющем охлаждающий канал. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Лопасть ротора турбомашины, диск ротора турбомашины, ротор турбомашины и газотурбинный двигатель с разными углами контактной поверхности хвостовика и гнезда // 2633287

Лопасть ротора турбомашины имеет хвостовик елочной формы для закрепления на диске ротора. Хвостовик содержит нижнюю часть хвостовика и боковые стороны хвостовика, причем каждая боковая сторона хвостовика имеет первый, второй и третий выступ, содержащие соответственно первую, вторую и третью контактные поверхности, приспособленные для контакта с контактной поверхностью диска ротора. Первый выступ хвостовика, расположенный ближе к нижней части хвостовика, чем второй выступ, а второй выступ хвостовика расположен ближе к нижней части хвостовика, чем третий выступ. Первая, вторая и третья контактные поверхности наклонены относительно радиальной оси нижней части хвостовика на первый, второй и третий угол соответственно. По меньшей мере один из первого, второго и третьего углов хвостовика находится в диапазоне от 1° до 15° от любого из других углов хвостовика. Еще одно изобретение группы относится к диску ротора турбомашины с гнездом елочной формы, выполненным для размещения хвостовика елочной формы указанной выше лопасти. Другие изобретения группы относятся к ротору турбомашины, содержащему указанные выше лопасть и диск, а также газотурбинному двигателю, содержащему указанный ротор турбомашины. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя // 2634507

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности может быть использовано в конструкции рабочих колес осевых компрессоров газотурбинных двигателей. Рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя содержит диск, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой паз. Через установочные пазы в кольцевой паз установлены хвостовики лопаток с контактными коническими, относительно продольной оси диска, поверхностями. Хвостовики зафиксированы в окружном направлении посредством установленных в кольцевом пазу вкладышей с фиксаторами. Установочные пазы соответствуют количеству лопаток и выполнены в одной из кромок кольцевого паза. В боковой стенке кольцевого паза со стороны установочных пазов выполнена кольцевая канавка. В кольцевой канавке установлены кольцевые сегменты с возможностью их осевого смещения до контакта с натягом с хвостовиками лопаток по коническим поверхностям относительно продольной оси диска посредством фиксации каждого из кольцевых сегментов относительно близлежащих вкладышей. Изобретение позволяет повысить технологичность и ремонтопригодность ротора компрессора за счет упрощения монтажа и демонтажа любой из лопаток в рабочем колесе указанного ротора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Присоединение лопаток к барабану осевого турбокомпрессора // 2634990

Настоящее изобретение относится к конструкции лопаток ротора компрессора осевой турбомашины, в частности к способу присоединения лопаток к ротору. Лопатка ротора осевой турбомашины содержит аэродинамическую часть и платформу для присоединения её к ротору. Вдоль главной оси лопатки платформа содержит первый слой, образующий поверхность, ограничивающую поток текучей среды, а также второй слой, расположенный под первым слоем относительно аэродинамических поверхностей. Причём второй слой спроектирован с возможностью сопряжения с внутренней поверхностью стенки ротора вокруг отверстия в указанном роторе для его присоединения. Также представлен лопастной ротор. Изобретение позволяет реализовать лёгкий и простой способ присоединения лопаток к барабану компрессора. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Подвижная лопатка турбины // 2642948

Изобретение относится к подвижным лопаткам в турбине низкого давления турбомашины, в частности к определенному размещению замка движущейся лопатки в турбине низкого давления. Подвижная лопатка турбины низкого давления, которая имеет замок и перо. При этом перо имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем указанный замок имеет хвостовик (11), связывающий перо с замком. Хвостовик (11) выполнен так, что поперечное сечение указанного хвостовика имеет: первую прямую часть (14), вторую криволинейную часть (15) и третью прямую часть (16). Криволинейная часть (15) имеет наружную поверхность (18), соответствующую профилю наружной поверхности указанного пера, и внутреннюю поверхность (17), соответствующую профилю внутренней поверхности указанного пера. Также представлена турбина низкого давления для турбомашины. Изобретение позволяет уменьшить массу турбины при сохранении качественной механической прочности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.