×
10.12.2015
216.013.9644

Результат интеллектуальной деятельности: РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГРУЗОК

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002570088
Дата охранного документа
10.12.2015
Аннотация: Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов барабанно-дискового типа осевых компрессоров и турбин. Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, а также уплотнительную пластину и имеет компенсационное отверстие в ободе диска. Уплотнительная пластина расположена на внутренней поверхности полки лопатки, повторяет ее форму и выполнена с возможностью перекрытия зазоров между лопатками. Компенсационное отверстие, выполненное в ободе диска, соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части. Изобретение позволяет снизить массу и габариты элементов ротора. 3 ил.
Основные результаты: Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, содержащее лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним компенсационным отверстием и по крайней мере одной уплотнительной пластиной, расположенной на внутренней поверхности полки лопатки, повторяющей ее форму и выполненной с возможностью перекрытия зазоров между лопатками, а компенсационное отверстие выполнено в ободе диска и соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части.

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов барабанно-дискового типа осевых компрессоров и турбин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, включающее лопатки, закрепленные на диске барабана с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», и уплотнительные кольца. Уплотнительные кольца размещены в канавках. В процессе работы двигателя центробежная сила воздействует на уплотнительные кольца таким образом, что заставляет их перемещаться и образовывать плотный контакт со стенками канавки. Это позволяет снизить разницу давлений и утечку рабочего тела, что в конечном итоге способствует понижению износа внутренней поверхности полки лопатки. /US 637429 B1, F01D 5/22, 23.04.2002/ - прототип.

Однако конструкция рабочего колеса ротора по прототипу не предусматривает компенсацию центробежных сил, действующих на ротор от лопаток, что увеличивает массу ротора.

Задачей изобретения является повышение удельных характеристик компрессора и турбины.

Технический результат - снижение массы и габаритов элементов ротора.

Технический результат достигается тем, что рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя содержит лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, по крайней мере одно компенсационное отверстие и по крайней мере одну уплотнительную пластину, расположенную на внутренней поверхности полки лопатки, повторяющей ее форму и выполненную с возможностью перекрытия зазоров между лопатками. Компенсационное отверстие выполнено в ободе диска и соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части. Уплотнительные кольца выполнены разъемными и имеют z-образный замок.

Для снижения массы и габаритов конструкции необходимо снизить силы, действующие на элементы конструкции. Основной силой, действующей на рабочее колесо ротора, является центробежная сила. Кроме того, конструкция роторов и опор компрессоров и турбин современных газотурбинных двигателей обеспечивает наличие внутри ротора полости с пониженным относительно проточной части давлением воздуха. Частичная компенсация центробежных нагрузок в предлагаемом изобретении обеспечивается за счет создания в полости замковой части рабочего колеса ротора зоны пониженного давления по сравнению с давлением в проточной части компрессора или турбины. В результате этого возникает сила, частично компенсирующая центробежные силы, воздействующие на рабочие лопатки компрессора или турбины. Зона пониженного давления в полости замковой части ротора организуется путем сообщения ее, при помощи компенсационных отверстий, выполненных в ободе диска, с внутренней полостью ротора, в которой создано пониженное давление (по сравнению с давлением в проточной части компрессора или турбины) за счет установки уплотнений в опорах ротора. Компенсационные отверстия наиболее целесообразно размещать с внешней стороны относительно контактных выступов замкового паза. Количество компенсационных отверстий обусловлено габаритами рабочего колеса, но, по крайней мере, одно на рабочее колесо.

Для герметизации полости замковой части рабочего колеса ротора под полки лопаток устанавливают уплотнительные кольца (по одному со стороны входа и выхода), а на внутренние поверхности полок рабочих лопаток закрепляют уплотнительные пластины, форма которых повторяет форму внутренней поверхности полки лопатки. В одном из вариантов исполнения уплотнительная пластина выполнена в виде двух стыкующихся элементов, один из которых имеет паз под второй элемент, а уплотнительные кольца выполнены разъемными и имеют z-образный замок. Данные элементы перекрывают зазоры между полками соседних лопаток и поверхностями диска и за счет этого устраняют перетечки рабочего тела из проточной части в замковую полость. Кроме того, стыки уплотнительных колец и пластин выполнены с возможностью перекрытия друг друга после сборки рабочего колеса, что способствует наилучшей герметизации замковой полости со стороны проточной части. Количество устанавливаемых уплотнительных пластин соответствует количеству стыков между лопатками.

Реализация предлагаемого изобретения целесообразна в конструкции роторов газотурбинных двигателей с замком типа кольцевой «ласточкин хвост», поскольку она требует минимального количества уплотнений компенсационных отверстий.

Изобретение проиллюстрировано фиг. 1-3:

фиг. 1 - фрагмент внешней части ротора;

фиг. 2 - замковое соединение в поперечном сечении А-А ротора;

фиг. 3 - вид Б на внутреннюю поверхность полки лопатки.

1 - ротор; 2 - диск; 3 - хвостовик лопатки; 4 - замковая часть лопатки; 5 - лопатка; 6 - компенсационное отверстие; 7 - полка лопатки; 8 - уплотнительные кольца, 9 -уплотнительная пластина.

Ротор 1 имеет диск 2, на котором посредством хвостовиков 3 в замковой части 4 закреплены лопатки 5. В ободе диска 2 выполнено компенсационное отверстие 6, сообщающее между собой замковую часть 4 и внутреннюю полость ротора 1. Под полками 7 лопаток 5 размещены уплотнительные кольца 8, на внутренней поверхности полок 7 закреплены уплотнительные пластины 9.

Предлагаемое изобретение реализуют следующим образом. При работе турбомашины на детали и элементы ротора 1 воздействуют центробежные силы. Внутреннюю полость ротора 1 отделяют от проточной части с помощью уплотнений в опорах ротора, что обеспечивает в ней пониженное давление. Частичную компенсацию центробежной нагрузки, действующей на ротор 1 от рабочих лопаток 5 компрессора, обеспечивают за счет снижения давления в полости замковой части 4 ротора 1. Для этого замковую часть 4 лопатки 5 и внутреннюю полость ротора 1 сообщают друг с другом при помощи компенсационных отверстий 6. При этом на полке 7 рабочей лопатки 5 возникают перепад давления и сила, направленная противоположно центробежной. Для исключения утечек рабочего тела из проточной части через зазоры между полками 7 соседних лопаток 5 и диском 2 под полки 7 рабочих лопаток 5 в проточки в диске 2 устанавливают уплотнительные кольца 8. На внутренних поверхностях полок 7 рабочих лопаток 5 закрепляют уплотнительные пластины 9, повторяющие их форму, которые после сборки рабочего колеса устанавливают с перехлестом.

На хвостовиках 3 рабочих лопаток 5 устанавливают тензодатчики и на рабочих оборотах замеряют механические напряжения в хвостовиках, значение которого составляет 52 кгс/мм2. Для прототипа механическое напряжение в хвостовиках рабочих лопаток компрессора составляет 60 кгс/мм2.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет уменьшить результирующую силу, воздействующую на лопатки 5. Это позволяет уменьшить габариты и массу хвостовиков 3 лопаток 5 и дисков 2 ротора 1 при сохранении требуемой прочности и, следовательно, повысить удельные параметры компрессора и турбины, что приводит к снижению расхода топлива, увеличению дальности полета для летательного аппарата, повышению его ресурса.

Реализация предлагаемого изобретения в конструкциях роторов газотурбинных двигателей обеспечивает снижение их массы до 20%.

Рабочее колесо ротора газотурбинного двигателя, содержащее лопатки, закрепленные на диске ротора с помощью кольцевых замков «ласточкин хвост», уплотнительные кольца, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним компенсационным отверстием и по крайней мере одной уплотнительной пластиной, расположенной на внутренней поверхности полки лопатки, повторяющей ее форму и выполненной с возможностью перекрытия зазоров между лопатками, а компенсационное отверстие выполнено в ободе диска и соединяет полость замка с внутренней полостью ротора, имеющей давление, пониженное по сравнению с давлением в проточной части.
РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГРУЗОК
РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГРУЗОК
РАБОЧЕЕ КОЛЕСО РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГРУЗОК
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 186 items.
27.02.2013
№216.012.2bc2

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя содержит диск с упорным выступом и соединительными элементами диска, лопатки с хвостовиком, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». Соединительные элементы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476729
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.08.2013
№216.012.61a2

Устройство для испытания лопаток турбомашины

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности для определения характеристик лопаток турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров. Устройство содержит рабочее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490626
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.04.2014
№216.012.b411

Способ определения температуры газа перед турбиной на форсажном режиме турбореактивного двигателя

Изобретение относится к авиации и предназначено для определения температуры газа при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей на форсажных режимах. Техническим результатом, объективно достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение точности определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511814
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8de

Способ оценки изменений технического состояния газотурбинного двигателя и определения мест и причин неисправностей в процессе эксплуатации

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, а именно к контролю технического состояния во время их испытаний и эксплуатации для принятия решения по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В качестве дополнительного параметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513054
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.04.2014
№216.012.be93

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514527
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.05.2014
№216.012.bfad

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514818
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.bfaf

Ротор газотурбинного двигателя

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, энергетических установках паро- и гидротурбинах. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514820
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c730

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя содержит неподвижный и подвижный корпусы, а также экраны, жестко прикрепленные к их внутренней поверхности с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха. Экран подвижного корпуса установлен между подвижным и неподвижным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516751
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.cede

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518729
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.cf05

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, теплообменник. Каждая из сопловых лопаток выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518768
Дата охранного документа: 10.06.2014
Showing 1-10 of 191 items.
27.02.2013
№216.012.2bc2

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя

Рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя содержит диск с упорным выступом и соединительными элементами диска, лопатки с хвостовиком, средство для перекрытия зазоров и средство осевой фиксации лопаток в замковом соединении типа «ласточкин хвост». Соединительные элементы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476729
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.08.2013
№216.012.61a2

Устройство для испытания лопаток турбомашины

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности для определения характеристик лопаток турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров. Устройство содержит рабочее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490626
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.04.2014
№216.012.b411

Способ определения температуры газа перед турбиной на форсажном режиме турбореактивного двигателя

Изобретение относится к авиации и предназначено для определения температуры газа при испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей на форсажных режимах. Техническим результатом, объективно достигаемым при использовании заявленного способа, является повышение точности определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511814
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8de

Способ оценки изменений технического состояния газотурбинного двигателя и определения мест и причин неисправностей в процессе эксплуатации

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, а именно к контролю технического состояния во время их испытаний и эксплуатации для принятия решения по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации. В качестве дополнительного параметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513054
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.04.2014
№216.012.be93

Упругодемпферная опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции упругодемпферных опор роторов турбомашин. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной упругодемпферной опоры ротора турбомашины, является существенное снижение напряжений в балочках разрезной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514527
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.05.2014
№216.012.bfad

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514818
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.bfaf

Ротор газотурбинного двигателя

Настоящее изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в конструкциях многоступенчатых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, энергетических установках паро- и гидротурбинах. Ротор газотурбинного двигателя содержит диски рабочих колес, сопряженные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514820
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c730

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя

Поворотное осесимметричное сопло турбореактивного двигателя содержит неподвижный и подвижный корпусы, а также экраны, жестко прикрепленные к их внутренней поверхности с образованием каналов для прохода охлаждающего воздуха. Экран подвижного корпуса установлен между подвижным и неподвижным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516751
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.cede

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518729
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.cf05

Охлаждаемая турбина

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, теплообменник. Каждая из сопловых лопаток выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518768
Дата охранного документа: 10.06.2014
+ добавить свой РИД