Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя



Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя
Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя
Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя

Владельцы патента RU 2695160:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области антивибрационных устройств газотурбинных двигателей с охлаждаемыми рабочими лопатками. Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя выполнено в виде демпферов, имеющих со стороны лопаток охлаждающие канавки, вход воздуха в которые размещен напротив отверстий в ножках лопаток, а выход - в области зазора между полками смежных профилей лопаток. В качестве демпферов используются дефлекторы, выполненные из материала с эффектом памяти формы. На обращенной к лопаткам поверхности дефлекторы оснащены штырьковой матрицей с высотой штырьков, соответствующей глубине охлаждающих канавок, а торцевые поверхности штырьков покрыты износостойким материалом. В качестве материала дефлектора использован никелид титана. Изобретение позволяет повысить надежность рабочего колеса газотурбинного двигателя за счет демпфирования колебаний и увеличения конвективного съема тепла на участках охлаждения хвостовых соединений лопаток. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области антивибрационных устройств газотурбинных двигателей с охлаждаемыми рабочими лопатками.

Устройство демпфирования колебаний рабочих колес включает демпфирующий элемент, выполненный в виде дефлектора специальной сферической формы, установленный под корневыми полками охлаждаемых рабочих лопаток, внешняя поверхность которого на участке охлаждения хвостового соединения имеет штырьковую матрицу. Каждая ножка лопатки выполняется с отверстием, которое соединяет межхвостовую полость смежных рабочих лопаток с охлаждающим каналом.

На участке канала охлаждения демпфер имеет широкую канавку, вход воздуха в которою выполнен напротив отверстия в ножке лопатки, а выход - в область зазора между корневыми полками смежных лопаток. На поверхности охлаждаемого канала хвостового соединения и штырьков матрицы нанесен износостойкий материал методом холодного газодинамического напыления, что обеспечит их надежный контакт при эксплуатации двигателя. В качестве материала сферического демпфера принят никелид титана - сплав, обладающий эффектом памяти формы.

Использование такой конструктивной композиции позволит повысить надежность, экологичность и долговечность энергоустановок, снизить виброакустическую активность и теплонапряженность рабочих колес газотурбинных двигателей.

Известен ротор турбины, содержащий рабочие лопатки, установленные замковой частью в пазах диска, имеющие корневые полки, вдоль внутренней поверхности которых установлены демпфирующие тонкостенные коробчатые элементы (см. патент Японии №11062502, МПК F01D 5/10, опубл. 05.03.1999 г.).

Это техническое решение применимо для турбин с невысокими параметрами рабочего тела. При его использовании в роторах высокотемпературных турбин возможны разрушения корневых полок рабочих лопаток вследствие высоких термоциклических воздействий потока и теплонапряженности, вызванной разноудаленностью их участков от системы охлаждения, размещенной в пере профиля.

Известна также конструкция, в которой для демпфирования колебаний в хвостовой области устанавливается тонкостенный коробчатый демпфер, в котором со стороны поверхности хвостового соединения выполнена узкая канавка, обеспечивающая вход охлаждающего воздуха напротив отверстия в ножке лопатки, и выход - в область зазора между полками смежных лопаток (патент RU №2460886; МПК: F01D 5/08, F01D 5/16).

Недостатком такой конструкции, принятой за прототип, является наличие тонкостенного коробчатого демпфера, поверхность которого при эксплуатации будет разрушаться за счет действия сил трения, что приведет к снижению эффекта демпфирования колебаний рабочего венца и, следовательно, снижению вибронадежности ротора двигателя. К недостаткам следует также отнести малый размер канавок для подвода охлаждающего воздуха к теплонапряженным участкам хвостовиков и полок рабочих лопаток, что не обеспечит их качественное охлаждение.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности рабочих колес газотурбинных двигателей за счет высокой эффективности демпфирования колебаний посредством использования для изготовления дефлектора материала с эффектом памяти формы, увеличении конвективного съема тепла на больших участках охлаждения хвостовых соединений за счет использования в этих каналах в качестве демпфирующего устройства штырьковой матрицы на дефлекторе.

Указанный технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в устройстве демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя, выполняющемся в виде демпферов, имеющих со стороны лопаток охлаждающие канавки, вход воздуха в которые размещен напротив отверстий в ножках лопаток, а выход - в области зазора между полками смежных профилей лопаток, согласно изобретению в качестве демпферов используются дефлекторы, выполненные из материала с эффектом памяти формы, при этом на обращенной к лопаткам поверхности дефлекторы оснащены штырьковой матрицей с высотой штырьков, соответствующей глубине охлаждающих канавок, а торцевые поверхности штырьков покрыты износостойким материалом, что обеспечит их надежный контакт при эксплуатации. В качестве материала дефлектора используется никелид титана - сплав, обладающий эффектом памяти формы, высокими антикоррозионными свойствами, обеспечивающий стабильность демпфирования колебаний в процессе эксплуатации агрегата.

Как видно, выполнение дефлектора из никелида титана со штырьковой матрицей с высотой штырьков, соответствующей глубине охлаждающих канавок, обеспечит на рабочем режиме газотурбинного двигателя его плотный контакт по всему контуру хвостовых камер смежных лопаток, что создаст высокую эффективность демпфирования колебаний, исключит зависимость этого процесса от износа материала и, как следствие, существенно снизит виброакустическую активность рабочих колес.

Выполнение в дефлекторе штырьковой матрицы на внешней поверхности участка охлаждения наряду с обеспечением процесса демпфирования будет способствовать турбулизации потока, за счет чего возрастет конвективный съем тепла на участках охлаждения хвостовых соединений (в канале между их поверхностью и штырьковой матрицей дефлектора).

Охлаждающая канавка в дефлекторе позволяет пропускать охлаждающий агент к поверхности корневых участков и хвостовиков рабочих лопаток для снижения их теплонапряженности.

Дефлектор, оснащенный штырьковой матрицей на внешней поверхности участка охлаждения с высотой штырьков, соответствующей глубине охлаждающих канавок, изготовленный из материала с высоким внутренним трением - никелида титана, обеспечит высокую эффективность гашения колебательных процессов в диске за счет свойственных этому сплаву дополнительных механизмов демпфирования - высокой коррозионной стойкости, включая высокотемпературную и ванадиевую коррозию, а также эффекта памяти формы. Предлагаемое конструктивное решение позволит повысить надежность, экономичность и долговечность газотурбинных двигателей.

На фиг. 1 показан продольный разрез ротора.

На фиг. 2 показан поперечный разрез по рабочим лопаткам и дефлектору.

На фиг. 3 показан вид на штырьковую матрицу дефлектора на внешней стороне участка охлаждения.

На роторе турбины рабочие лопатки 1 (фиг. 1) установлены замковыми частями 2 в елочные пазы 3 диска 4, имеют корневые полки 5 на ножках 6 замковой части (хвостовом соединении). Дефлектор 7 со штырьковой матрицей 8 изготовлен из материала с эффектом памяти формы и установлен вдоль внутренней поверхности ножек 6 рабочих лопаток 1 с корневыми полками 5. От смещения на диске лопатки защищены фиксирующими пластинами 9 и 10.

На дефлекторе 7 со стороны поверхности рабочих лопаток 1 выполнена штырьковая матрица 8 (фиг. 2, фиг. 3), образующая достаточной ширины охлаждающую канавку 11, вход охлаждающего агента в которую размещен напротив отверстия 12 в ножке 6 лопатки, а выход - в область зазора 13 между корневыми полками 5 смежных рабочих лопаток 1. Отверстия 12, соединяющие каналы охлаждения 14 рабочих лопаток 1 с полостями 15, размещены в области теплонапряженных участков корневых полок 5.

При работе двигателя охлаждающий воздух через отверстие 12 в рабочей лопатке 1 (фиг. 2) попадает в полость 15, образованную диском 4, ножками 6 рабочих лопаток 1, дефлекторами 7 и фиксирующими пластинами 9 и 10 (фиг. 1). Часть воздуха по охлаждающей канавке 11 (фиг. 2) дефлектора 7 проходит через штырьковую матрицу 8, турбулизирующую поток, и перетекает, снижая температуру канала, к зазору 13 между корневыми полками 5, попадая далее в проточную часть турбины.

Это позволит значительно снизить теплонапряженность хвостовых соединений и корневых полок рабочих венцов за счет увеличения конвективного съема тепла в их высокотемпературной зоне, исключив разрушение в процессе эксплуатации. Наряду с этим, за счет высокой центробежной силы и эффекта памяти формы материала демпфера 7, а также выполнения на его внешней поверхности (на участке охлаждения) штырьковой матрицы 8, обеспечивается плотный контакт демпфера по всему контуру хвостовых камер смежных лопаток и, как следствие, снижение виброакустической активности ротора.

1. Устройство демпфирования колебаний ротора газотурбинного двигателя, выполненное в виде демпферов, имеющих со стороны лопаток охлаждающие канавки, вход воздуха в которые размещен напротив отверстий в ножках лопаток, а выход - в области зазора между полками смежных профилей лопаток, отличающееся тем, что в качестве демпферов используются дефлекторы, выполненные из материала с эффектом памяти формы, при этом на обращенной к лопаткам поверхности дефлекторы оснащены штырьковой матрицей с высотой штырьков, соответствующей глубине охлаждающих канавок, а торцевые поверхности штырьков покрыты износостойким материалом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала дефлектора использован никелид титана.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области гашения вибраций рабочих лопаток бустера и компрессора авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения. Место крепления рабочих лопаток роторов компрессора низкого и высокого давления авиадвигателей пятого поколения, выполненное в виде кольцевого выступа на внутренней и внешней поверхностях, выполненных в виде бочки роторов компрессора низкого и высокого давления, в котором выполнена кольцевая профилированная канавка со стороны внешней поверхности бочки, в которой замками «ласточкин хвост» закреплены рабочие лопатки с платформами, в кольцевой канавке в диаметрально противоположных местах выполнены выемки с такими шириной и длиной в тангенциальном направлении, чтобы в ней свободно мог разместиться замок лопатки, с прямоугольным поперечным радиальным сечением с глубиной, равной глубине кольцевой канавки, и в выемках и вырезах в платформах закреплены замки, ограничивающие смещение лопаток в тангенциальном направлении, причем наружный диаметр рабочего колеса, измеренный по замкам, равен наружному диаметру, измеренному по платформам лопаток, отличающееся тем, что кольцевая профилированная канавка выполнена с коническим дном, причем ось конической поверхности дна совпадает с продольной осью ротора компрессора низкого и высокого давления, а угол при вершине этого конуса выбран из условия создания требуемой величины натяга между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, на который они опираются, и радиальное поперечное сечение кольцевой профилированной канавки имеет форму «ласточкина хвоста», соединенного в основании с трапецией с вертикальными боковыми стенками, причем высота трапеции, по которой она соединена с фигурой «ласточкин хвост», равна в мм где b - большее основание фигуры «ласточкин хвост», с - ее меньшее основание, а – величина, на которую трапеция выступает за величину большего основания фигуры «ласточкин хвост», равная в мм где δ - величина натяга в мм между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, ϕ - угол при вершине конуса дна кольцевой профилированной канавки, таким образом, что в одной из боковых стенок выступа места крепления рабочих лопаток образована кольцевая технологическая канавка с наибольшей высотой, измеренной в радиальном поперечном сечении, равной в ммh=δ+H+0÷0,2,где Н - наибольшая высота поперечного радиального сечения кольцевой промежуточной проставки, и кольцевая промежуточная проставка выполнена из двух диаметрально противоположно расположенных полуколец с поперечным радиальным сечением в виде трапеции - усеченного клина, с наибольшей высотой Н, шириной, равной или меньшей ширины меньшего основания «ласточкина хвоста» кольцевой профилированной канавки, и углом наклона клина - половиной угла конуса клина, равной на торце с меньшей толщиной каждого полукольца у его концов выполнены две полукруглых технологических выемки или три таких выемки, в этом случае одна из выемок находится в средней части полукольца, и кольцевая промежуточная проставка установлена на дно кольцевой профилированной канавки таким образом, что ее торец с выемками контактирует с боковой стороной выступа места крепления лопаток, в которой нет технологической канавки, между кольцевой промежуточной проставкой и замками, установленными в выемках, и замками рабочих лопаток с радиальным натягом δ установлен кольцевой упругогистерезисный элемент с шириной, измеренной в направлении продольной оси ротора, равной или меньшей ширины меньшего основания «ласточкина хвоста» кольцевой профилированной канавки, составленный из одной, двух и более частей кольца, равнорасположенных по окружности, и между концами этих частей имеются зазоры, величина которых либо равна нулю, либо равна или меньше половины допустимой суммарной величины относительных рабочих смещений в окружном направлении концов этой части кольца и равна 0,2÷0,5 мм, и между наружной поверхностью бочки и платформой каждой лопатки, а также между торцами платформ соседних лопаток и ответными торцами платформ лопаток и замков имеются зазоры, величина которых ограничена величинами допустимых смещений лопатки под действием статических и динамических рабочих нагрузок, и под платформами лопаток между торцами замков, закрепленных в выемках кольцевой профилированной канавки, и торцами замков лопаток, а также между торцами замков лопаток с натягом по кольцевому упругогистерезисному элементу, торцам замков, закрепленных в выемках в кольцевой профилированной канавке, замкам лопаток и их платформам установлены упругогистерезисные или упругие элементы, причем величины этих натягов подобраны таким образом, что при колебаниях лопаток происходят упругие взаимные проскальзывания с сухим трением контактирующих элементов, причем в выемках в кольцевой канавке закреплены четыре, шесть или более равнорасположенных по окружности замков, и боковые стороны замков, закрепленных в выемках в кольцевой профилированной канавке, на части своей длины, у дна кольцевой канавки, срезаны и образуют заборный клин, и в боковой стенке с технологической канавкой выступа места крепления рабочих лопаток выполнено четыре или шесть отверстий, из которых два расположены в районах расположения концов полуколец промежуточной проставки, а при выполнении шести отверстий еще по одному в районе средней части каждого полукольца, и в эти отверстия до упора в кольцевую промежуточную проставку запрессованы заглушки, и все трущиеся поверхности деталей предлагаемого места крепления покрыты износостойким покрытием.

Изобретение относится к нагнетателю, в частности, машины, использующей энергию потока. Нагнетатель (2) включает, по меньшей мере, одно кольцо (8, 12) с лопатками, по меньшей мере, два кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32), причем кольцо (8; 12) с лопатками имеет два равных по величине кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32).

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций, в том числе и к длинным пустотелым широкохордным лопаткам вентиляторов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций, в том числе и к длинным пустотелым широкохордным лопаткам вентиляторов.

Ротор компрессора авиационного газотурбинного двигателя со спаркой блисков и спаркой блиска с "классическим" рабочим колесом и со спаркой "классического" рабочего колеса с рабочим колесом с четвертой по шестую ступень с устройствами демпфирования колебаний рабочих лопаток этих блисков и рабочих колес, ротор вентилятора и ротор бустера с устройством демпфирования колебаний рабочих широкохордных лопаток вентилятора, способ сборки спарки с демпфирующим устройством // 2665789
Группа изобретений относится к роторам компрессоров и вентиляторов авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения с рабочими колесами компрессоров, изготовленными по технологии «блиск», и рабочими колесами вентиляторов с широкохордными или широкохордными пустотелыми лопатками с демпферами для гашения вибраций рабочих лопаток этих колес.

Группа изобретений относится к области гашения вибраций рабочих лопаток бустера и компрессора авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения. Место крепления рабочих лопаток роторов бустера и компрессора авиадвигателей пятого поколения, выполненное в виде кольцевого выступа на внешней и внутренней поверхности ротора бустера или ротора компрессора, в котором выполнена кольцевая профилированная канавка со стороны внешней поверхности бочки, в которой замками «ласточкин хвост» закреплены рабочие лопатки с платформами, в кольцевой канавке в двух диаметрально противоположных местах выполнены две выемки с такими шириной и длиной в тангенциальном направлении, чтобы в ней свободно мог разместиться замок лопатки, с глубиной, равной глубине кольцевой канавки, и в выемках и вырезах в платформах закреплены замки, ограничивающие смещение лопаток в тангенциальном направлении, причем кольцевая профилированная канавка выполнена с коническим дном, и ось конической поверхности дна совпадает с продольной осью ротора бустера или компрессора, а угол при вершине этого конуса выбран из условия создания требуемой величины натяга между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, на который они опираются, и радиальное поперечное сечение кольцевой профилированной канавки имеет форму «ласточкиного хвоста», соединенного в основании с горизонтально расположенной трапецией с вертикальными боковыми стенками, причем высота трапеции, по которой она соединена с фигурой «ласточкин хвост», больше меньшего основания этой фигуры на величину, равную в мм где δ - величина натяга в мм между замками лопаток и упругогистерезисным элементом, ϕ - угол при вершине конуса дна кольцевой профилированной канавки, таким образом, что в одной из боковых стенок выступа места крепления рабочих лопаток образована кольцевая технологическая канавка с наибольшей высотой, измеренной в радиальном поперечном сечении, равной в ммh=δ+Н+0÷0,2,где Н - наибольшая высота поперечного радиального сечения кольцевой промежуточной проставки, и кольцевая промежуточная проставка выполнена из двух диаметрально противоположно расположенных полуколец с наружной цилиндрической поверхностью, с поперечным радиальным сечением в виде трапеции - усеченного клина, с наибольшей высотой Н, шириной, равной или меньшей ширины большего основания «ласточкиного хвоста» кольцевой профилированной канавки, и углом наклона клина - половиной угла конуса клина, равной .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций, в том числе и к длинным пустотелым широкохордным лопаткам вентиляторов.

Длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: лонжерона, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций и способам изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов.

При амортизации лопастей, установленных на диске колеса тихоходной газовой турбины, под платформами лопастей которой имеются посадочные места для размещения вибрационных амортизаторов, выполняют независимо друг от друга гибкую пластину, обеспечивающую прилегание к платформе, и центробежный инерционный груз, обеспечивающий концентрацию усилий для управления силами трения относительно платформы через прилегающую пластину.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2017-06-06 2019-07-22T10:00:07
Наверх