Результат интеллектуальной деятельности: Рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности может быть использовано в конструкции рабочих колес осевых компрессоров газотурбинных двигателей.

Известно рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя, содержащее диск, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой паз, в котором через установочные отверстия установлены хвостовики лопаток, зафиксированные в окружном направлении посредством установленных в кольцевом пазу вкладышей с фиксаторами (см. рис 3.6. на стр. 122, Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей: Учеб. пособие. / Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, К.А. Малиновский, В.Г. Попов. - М.: Высш. шк.; 2002. - 355 с.; ил.).

Данное рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя выбрано в качестве прототипа.

Основным недостатком существующего технического решения является сложность сборки и разборки рабочего колеса. Для того чтобы заменить хотя бы одну лопатку, например после ее повреждения, необходимо вывинтить стопорные элементы (фиксаторы) и сдвинуть все лопатки по окружности кольцевой канавки на ширины полки и вынуть через заводное (установочное) отверстие. При этом надо соблюдать порядковую нумерацию, маркировку на лопатках, вкладышах и балансировочных грузах. Для сборки операция проделывается в обратном порядке. Это достаточно трудоемко и нетехнологично.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является упрощение монтажа/демонтажа любой из лопаток в рабочем колесе ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя и, как следствие, повышение технологичности и ремонтопригодности узла в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном рабочем колесе ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя, содержащем диск, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой паз, в котором через установочные пазы установлены хвостовики лопаток с контактными коническими относительно продольной оси диска поверхностями, зафиксированные в окружном направлении посредством установленных в кольцевом пазу вкладышей с фиксаторами, согласно настоящему изобретению установочные пазы соответствуют количеству лопаток и выполнены в одной из кромок кольцевого паза, кроме того, в боковой стенке кольцевого паза со стороны установочных пазов выполнена кольцевая канавка, в которой 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.

Такое конструктивное выполнение позволяет заменить любую лопатку в связи с повреждением посредством изъятия фиксаторов, фиксирующих кольцевой сегмент, находящийся над ее хвостовиком, с последующим сдвигом кольцевого сегмента до контакта с боковой стенкой кольцевой канавки. В связи с этим становится возможным замена лопатки через установочный паз, находящийся над ее хвостовиком, путем ее поворота относительно продольной оси диска. Таким образом, не надо полностью вынимать все лопатки, смещая их на шага по окружности ротора. Это упрощает монтаж/демонтаж любой из лопаток ротора, что повышает технологичность и ремонтопригодность заявленного узла и газотурбинного двигателя в целом.

В частном случае реализации заявленного устройства:

- фиксация кольцевых сегментов относительно близлежащих вкладышей выполнена посредством по меньшей мере двух выступов с осевыми коническими сквозными отверстиями, выполненных на каждом из кольцевых сегментов и упомянутых фиксаторов, ответные участки наружных поверхностей которых также выполнены коническими;

Коническая поверхность участка фиксаторов и кольцевых сегментов позволяет реализовать необходимый натяг для удержания хвостовиков лопаток, используя для этого вкладыши, которые изначально необходимы были только для удержания лопаток в окружном направлении. Таким образом вкладыши и фиксаторы вносят дополнительный технический эффект.

- на наружной поверхности диска выполнена дополнительная кольцевая канавка, в которой установлено демпферное кольцо, контактирующее с внутренними поверхностями полок лопаток;

Наличие демпфирующего кольца под полками лопаток снижает уровень колебаний самих лопаток, в том числе в месте перехода хвостовика в полку, что увеличивает ресурс газотурбинного двигателя в целом.

На фигуре 1 представлен фрагмент ротора с лопатками рабочего колеса, вид сверху.

На фигуре 2 представлено сечение А-А.

На фигуре 3 представлен фрагмент ротора с лопатками рабочего колеса с частично снятыми лопатками, вид сверху.

На фигуре 4 представлено сечение Б-Б, демонтаж рабочей лопатки.

На фигуре 5 представлен кольцевой сегмент, вид сверху на развернутую проекцию.

Рабочее колесо ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя, содержащее диск 1, на наружной поверхности которого выполнен кольцевой паз 2, в котором через установочные пазы 3 установлены хвостовики 4 лопаток 5 с контактными коническими относительно продольной оси диска 1 поверхностями, зафиксированные в окружном направлении посредством установленных в кольцевом пазу 2 вкладышей 6 с фиксаторами 7. В частности, каждый из вкладышей установлен между хвостовиками 4 близлежащих лопаток 5, причем в каждом из вкладышей 6 выполнено радиальное сквозное отверстие, а под каждым из вкладышей соосно упомянутому отверстию на поверхности кольцевого паза 2 выполнено глухое отверстие, в которое и входит кончик фиксатора 7, кроме того, на стенке каждого из радиальных сквозных отверстий вкладыша 6 нанесена резьба, а на соответствующем наружном контактном участке фиксатора - ответная резьба.

Установочные пазы 3 соответствуют количеству лопаток 5 и выполнены в одной из кромок кольцевого паза 2, кроме того, в боковой стенке кольцевого паза 2 со стороны установочных пазов 3 выполнена кольцевая канавка 8, в которой установлены кольцевые сегменты 9 (фиг. 4) с возможностью их осевого смещения до контакта с натягом с хвостовиками 4 лопаток 5 по коническим поверхностям относительно продольной оси диска 1 посредством фиксации каждого из кольцевых сегментов 9 относительно близлежащих вкладышей 6 (фиг. 2).

Упомянутая фиксация кольцевых сегментов 9 относительно близлежащих вкладышей 6 выполнена посредством двух выступов 10 (их может быть и больше) с осевыми коническими сквозными отверстиями 11, выполненных на каждом из кольцевых сегментов 9, соосных с глухими отверстиями на поверхности кольцевого паза 2 и упомянутых фиксаторов 7, ответные участки наружных поверхностей которых также выполнены коническими, причем между коническими поверхностями кольцевых сегментов 9 и близлежащими поверхностями вкладышей 6 выполнены технические зазоры для того, чтобы вкладыши не препятствовали упомянутому контакту с натягом по коническим поверхностям кольцевых сегментов 9 и хвостовиков 4 лопаток 5.

На наружной поверхности диска 1 выполнена дополнительная кольцевая канавка 12, в которой установлено демпферное кольцо 13, контактирующее с внутренними поверхностями полок 14 лопаток 5.

Сборка рабочего колеса осуществляется следующим способом. В кольцевую канавку 8 до упора, используя кольцевые пазы 2, вставляются равномерно по окружности кольцевые сегменты 9. При этом выступы 10 кольцевых сегментов 9 не совпадают с установочными пазами 3. Далее вставляются вкладыши 6 через установочные пазы 3 и смещаются в окружном направлении по кольцевому пазу 2 до совмещения их с выступами 10 кольцевых сегментов 9. Затем устанавливаются лопатки 5 через установочные пазы 3 в кольцевой паз 2. Используя зазоры между полками 14 лопаток 5, сдвигают кольцевые сегменты 9 до совмещения их сквозных конических отверстий 11 с радиальными сквозными резьбовыми отверстиями вкладышей 6, в которые ввинчиваются фиксаторы 7 и контрятся. Для необходимости демпфирования лопаток 5 до их постановки в кольцевые пазы 2 устанавливается демпфирующее кольцо 13.

Для замены поврежденной лопатки 5 необходимо вывернуть близлежащие с обеих сторон фиксаторы 7 и сместить кольцевой сегмент 9, который непосредственно удерживает эту лопатку 5. Таким образом, для замены лопатки 5 не требуется полностью разбирать рабочее колесо, что повышает технологичность и ремонтопригодность газотурбинного двигателя в целом.