×
29.05.2019
219.017.6a58

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДЕРЖИВАНИЯ ОБЛОМКОВ РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
02171382
Дата охранного документа
27.07.2001
Аннотация: Устройство предназначено для удерживания обломков ротора турбомашины, преимущественно в турбостартерах для стационарных газотурбинных установок. Устройство содержит полый корпус, размещенный в опорах вращения ротора, включающий по крайней мере один диск с лопатками. Причем корпус снабжен кольцевым ободом над лопатками ротора и охвачен кожухом. Кольцевой обод снабжен двумя внутренними фланцами, выполненными с ободом в виде единой монолитной детали, и скреплен с корпусом по двум кольцевым пояскам. Один из фланцев расположен перед входом лопаток ротора, а другой - за их выходом, причем радиальная толщина стенки корпуса над лопатками ротора не превышает радиальную толщину стенки обода. Радиальное удаление обода от корпуса выполнено в пределах 1,0-1,8 высоты лопаток ротора. При этом масса кольцевого обода с фланцами соответствует величине энергетического воздействия обломков ротора, равной M = K • E, где М - масса кольцевого обода с фланцами; E - величина энергетического воздействия, Дж; К - коэффициент пропорциональности, равный 30•10 - 50•10 кг/Дж, а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению где T - толщина стенки корпуса, мм; E - величина энергетического воздействия Дж; G - прочность материала при статическом изгибе, МПа; K - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж; f - расчетный запас прочности, равный 1,2. Использование изобретения позволяет повысить надежность турбомашины за счет локализации разрушений при раскрутке обломков ротора путем прогнозируемой поломки корпуса в наиболее слабом месте. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в осевых турбомашинах, преимущественно в турбостартерах для стационарных газотурбинных установок.

Известно устройство для сохранения и поглощения энергии обломков ротора, содержащее полый корпус, размещенный в опорах вращения ротор, включающий по крайней мере один диск с лопатками, причем на внутренней поверхности корпуса над рабочими лопатками выполнен ряд глубоких канавок, а корпус содержит торцевой фланец, скрепленный с возможностью проворачивания в результате воздействия разлетающихся осколков ротора [1].

Недостатками известной конструкции являются низкие демпфирующие свойства и недостаточная надежность бронированного корпуса вследствие возникновения кольцевых напряжений в основаниях глубоких канавок, а также непрогнозируемые характер и форма разрушения корпуса вследствие его консольного закрепления на торцевом фланце, воспринимающем тормозной момент заклиненных в корпусе обломков ротора.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является конструкция отсека для удерживания обломков втулки центробежного компрессора газотурбинного двигателя, содержащая размещенный в опорах вращения ротор, причем корпус снабжен кольцевым ободом вблизи радиально внешнего торца над ротором и охвачен кожухом [2].

Недостатком известной конструкции является недостаточная эффективность указанной брони и конструкции в целом в части локализации разрушенных при раскрутке обломков ротора турбомашины и исключения возгорания при этом масла и пускового газа, преимущественно при ее использовании в стационарных газотурбинных установках для перекачки сжатого природного газа.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности турбомашины за счет локализации разрушенных при раскрутке обломков ротора путем прогнозируемой поломки корпуса в наиболее слабом месте, при срабатывании которого не произойдет разгерметизации газовой полости и возгорания пускового газа.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для удерживания обломков ротора турбомашины, содержащем полый корпус, размещенный в опорах вращения ротор, включающий по крайней мере один диск с лопатками, причем корпус снабжен кольцевым ободом над лопатками ротора и охвачен кожухом, согласно изобретению, кольцевой обод снабжен двумя внутренними фланцами, выполненными с ободом в виде единой монолитной детали, и скреплен с корпусом по двум кольцевым пояскам, один из фланцев расположен перед входом лопаток ротора, а другой - за их выходом, причем радиальная толщина стенки корпуса над лопатками ротора не превышает радиальную толщину стенки обода, а радиальное удаление обода от корпуса выполнено в пределах 1,0...1,8 высоты лопаток ротора, при этом масса кольцевого обода с фланцами соответствует величине энергетического воздействия обломков ротора
M = K • Eк,
где M - масса кольцевого обода с фланцами;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
K - коэффициент пропорциональности, равный 30•10-6 ... 50•10-6 кг/Дж;
а толщина стенки корпуса над лопатками турбомашины соответствует соотношению

где T - толщина стенки корпуса, мм;
Eк - величина энергетического воздействия, Дж;
G - прочность материала при статическом изгибе, МПа;
K1 - коэффициент пропорциональности, равный 0,8 - 1,3 (МПа•мм)/Дж;
f - расчетный запас прочности, равный 1,2.

Выполнение кольцевого обода с двумя внутренними фланцами в виде единой монолитной детали, скрепленной с корпусом по двум кольцевым пояскам (при помощи горячей посадки), с расположением одного из фланцев перед входом лопаток ротора, а другого - за их выходом, причем радиальной толщины стенки корпуса над лопатками, не превышающей радиальной толщины стенки обода корпуса, а радиального удаления обода от корпуса, находящегося в пределах 1,0...1,8 высоты лопаток ротора, позволяет спрогнозировать поломку корпуса в наиболее слабом месте за счет локализации разрушенных обломков ротора без разгерметизации газовой полости и возгорания пускового топливного газа.

Оценка непробиваемости обода при ударе в него оборвавшейся части диска позволяет сравнивать кинетическую энергию оборвавшейся части (Eк) и работу, необходимую для разрушения корпуса (A). Предполагается, что энергия оборвавшегося фрагмента диска совпадает с энергией фрагмента, имеющего конфигурацию сектора, содержащего 1/3 часть диска с присоединенной массой его лопаток, имеющих 1/3 высоты от корня. Расчетный запас прочности по непробиваемости определяется соотношением f = A/Eк.

Выполнение массы кольцевого обода с фланцами, охватывающими корпус ротора в соответствии с величиной энергетического воздействия обломков ротора
M = K • Eк,
а толщины стенки корпуса над лопатками ротора, определяемой соотношением

позволяет спрогнозировать поломку ротора и энергетическое воздействие обломков ротора на корпус и кольцевой обод над лопатками ротора без разгерметизации внешнего кожуха. Это обеспечивает заданный характер разрушения ротора по утонченной перемычке отдельных сегментов венца, обрыв диска от вала без разворота разбалансированного диска и изгиба вала, а также исключения резкого затормаживания фрагментов диска корпусом.

На чертеже изображен продольный разрез турбомашины.

В полом корпусе 1 турбостартера размещен в опорах вращения 2 и 3 ротор турбины 4, включающий диск 5 с лопатками 6. Корпус 1 снабжен кольцевым ободом 7 над лопатками 6 ротора турбины 4 и охвачен кожухом 8. Кольцевой обод 7 снабжен двумя внутренними фланцами 9 и 10, выполненными с ободом 7 в виде единой монолитной детали, и скреплен горячей посадкой с корпусом 1 по двум кольцевым пояскам Д1 и Д2. Внутренний фланец 9 расположен перед входом 11 лопаток 6 ротора турбины 4, а внутренний фланец 10 расположен за выходом 12 лопаток 6. Радиальная толщина Т стенки корпуса 1 над лопатками 6 ротора турбины 4 не превышает радиальную толщину Т0 стенки обода 7. Радиальное удаление ΔR обода 7 от корпуса 1 находится в пределах 1..0...1,8 высоты h лопаток 6 ротора турбины 4. Кроме того, устройство содержит вал 13 ротора турбины 4, направление 14 входа и выхода пускового топливного газа, ведущую шестерню 15 редуктора, ловитель 16 диска 5 турбины.

Работает устройство следующим образом. В случае обрыва диска 5 ротора 4 турбины по утонченной перемычке отдельных сегментов венца, обломки ротора 4 турбины пробивают стенку Т в корпусе 1, попадают в кольцевую камеру ΔR и удерживаются от выпадания внутренними фланцами 9 и 10 кольцевого обода 7. В случае резкого заклинивания фрагментов диска 5 корпусом 1 происходит прокручивание кольцевого обода 7 относительно корпуса 1 по кольцевым пояскам Д1 и Д2. В случае обрыва диска 5 от вала 13 ротора 4 турбины происходит его осевое удерживание ловителем 16, разрушение стенки Т в корпусе 1 без разворота разбалансированного диска 5, т.к. выполненный зацело с диском 5 венец лопаток 6 удерживается от разворота внутренними фланцами 9 и 10 кольцевого обода 7.

Таким образом, локализация разрушенных при раскрутке обломков ротора турбины (фактические обороты разрушения ротора ~ 72165 об/мин) приводит к пробоине в стенке Т корпуса 1, к деформации радиальной толщины Т0 стенки обода 7 и к прокручиванию обода 7 по кольцевым пояскам 9 и 10 без разрушения внешнего кожуха 8, при этом разгерметизации газовой полости и возгорания топливного газа 14 не происходит.

Источники информации
1. US патент N 3261228, НКИ 74-609, 1966 г.

2. WO патент N 9619640 A1, F 01 D 21/04, 1995 г. - прототип.

Устройстводляудерживанияобломковроторатурбомашины,содержащееполыйкорпус,размещенныйвопорахвращенияротор,включающийпокрайнеймереодиндискслопатками,причемкорпусснабженкольцевымободомнадлопаткамиротораиохваченкожухом,отличающеесятем,чтокольцевойободснабжендвумявнутреннимифланцами,выполненнымисободомввидеединоймонолитнойдетали,искрепленскорпусомподвумкольцевымпояскам,одинизфланцеврасположенпередвходомлопатокротора,адругой-заихвыходом,причемрадиальнаятолщинастенкикорпусанадлопаткамироторанепревышаетрадиальнуютолщинустенкиобода,арадиальноеудалениеободаоткорпусавыполненовпределах1,0-1,8высотылопатокротора,приэтоммассакольцевогоободасфланцамисоответствуетвеличинеэнергетическоговоздействияобломковротораМ=К•Е,гдеМ-массакольцевогоободасфланцами;Е-величинаэнергетическоговоздействия,Дж;К-коэффициентпропорциональности,равный30•10-50•10кг/Дж,атолщинастенкикорпусанадлопаткамитурбомашинысоответствуетсоотношениюгдеТ-толщинастенкикорпуса,мм;Е-величинаэнергетическоговоздействия,Дж;G-прочностьматериалапристатическомизгибе,МПа;К-коэффициентпропорциональности,равный0,8-1,3(МПа•мм)/Дж;f-расчетныйзапаспрочности,равный1,2.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 66 items.
20.01.2013
№216.012.1d3f

Болтовое соединение вращающихся деталей

Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения и может быть использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного и наземного применения. Болтовое соединение вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472981
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2d8c

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки

Изобретение может быть использовано в авиационном двигателестроении при изготовлении полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477191
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.04.2015
№216.013.43b8

Способ изготовления полого изделия типа вентиляторной лопатки

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления с использованием диффузионной сварки полого изделия. Изготавливают заготовки обшивок и заполнителя, при этом на внешней поверхности одной или обеих заготовок обшивок выполняют отдельные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548834
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.07.2015
№216.013.5cb5

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. С использованием диффузионной сварки и сверхпластической формовки собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет. Предварительно на участки контактирующих поверхностей заготовок обшивок и заполнителя по заданному трафаретному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555274
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.02.2019
№219.016.bcac

Осевой компрессор турбомашины

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей турбомашин преимущественно наземного применения. Техническая задача заключается в повышении надежности и к.п.д. компрессора за счет снижения погрешности установки углов поворотных направляющих лопаток на всех режимах работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002267656
Дата охранного документа: 10.01.2006
20.02.2019
№219.016.c46f

Компрессор газотурбинного двигателя

Изобретение относится к производству газотурбинных двигателей авиационного и наземного применений. Технический результат заключается в повышении надежности за счет исключения сварных и клепаных соединений фланцев клапанов перепуска с наружным корпусом компрессора, а также снижения вибро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02175405
Дата охранного документа: 27.10.2001
20.02.2019
№219.016.c4ca

Высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя

Высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя содержит ротор с промежуточным элементов между дисками ротора. Промежуточный элемент выполнен из двух закрепленных на валу ротора с помощью фланца промежуточных дисков. Промежуточные диски установлены с упругой деформацией полотен в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002193091
Дата охранного документа: 20.11.2002
01.03.2019
№219.016.ca23

Газотурбинный двигатель

Газотурбинный двигатель включает входной кок, вал двигателя и вал привода внешней нагрузки со стороны входного корпуса двигателя. Во внутренней полости кока между валами двигателя и привода внешней нагрузки размещена гибкая муфта. Отношение наружного диаметра гибкой муфты к расстоянию от муфты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002204036
Дата охранного документа: 10.05.2003
01.03.2019
№219.016.d119

Ротор двухступенчатой турбины

Ротор двухступенчатой турбины содержит два промежуточных диска, размещенных между рабочими дисками и имеющих полотна и ободы с опорной и консольными частями. Отношение длины опорной части обода промежуточного диска между полотном диска и торцом соседнего рабочего диска к длине консольной части...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02163669
Дата охранного документа: 27.02.2001
11.03.2019
№219.016.d638

Свеча зажигания

Изобретение относится к системам зажигания газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Свеча зажигания содержит корпус с центральным электродом и боковой электрод в виде втулки с центральным цилиндрическим каналом, а также кожух, охватывающий корпус с образованием охлаждающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002277278
Дата охранного документа: 27.05.2006
Showing 1-9 of 9 items.
11.03.2019
№219.016.d7c1

Мультипликатор для турбомашины

Мультипликатор турбомашины содержит корпус с поперечными разъемами в нем, приводной и выходной валы, зубчатые передачи, выполненные из цилиндрических шевронных колес первой и второй ступеней мультипликатора, соединенных между собой торсионными шлицевыми валами. Зубчатая передача выполнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02228454
Дата охранного документа: 10.05.2004
29.03.2019
№219.016.f047

Насосная станция для перекачки многокомпонентной газосодержащей смеси

Изобретение относится к насосным установкам (станциям) для перекачивания многокомпонентных газожидкостных смесей и может быть использовано в нефтегазовой промышленности при перекачивании многокомпонентной продукции скважин с высоким и нестабильным газосодержанием. В насосной станции вход насоса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02239122
Дата охранного документа: 27.10.2004
10.04.2019
№219.017.00e9

Газотурбинный двигатель

Газотурбинный двигатель включает компрессор, камеру сгорания и турбину, а также промежуточный корпус с закрепленными на нем наружным корпусом двигателя и корпусом турбокомпрессора. Над камерой сгорания наружный корпус двигателя и корпус турбокомпрессора соединены стойками. На выходе из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002204043
Дата охранного документа: 10.05.2003
10.04.2019
№219.017.01ae

Камера сгорания газотурбинного двигателя

Камера сгорания, относящаяся к конструкциям кольцевых камер сгорания, содержит корпус, в нем кольцевую жаровую трубу, включающую две отстоящие друг от друга кольцевые оболочки, соединенные между собой в передней по потоку части этой жаровой трубы фронтовым устройством, включающим топливные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02226652
Дата охранного документа: 10.04.2004
18.05.2019
№219.017.54a2

Ракетный разгонный блок (варианты)

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкции ракетных разгонных блоков, входящих в состав ракет космического назначения, предназначенных для выведения с опорной орбиты на рабочие энергетические орбиты различных космических объектов-полезных грузов. В первом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02240264
Дата охранного документа: 20.11.2004
29.05.2019
№219.017.6a55

Устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе

Устройство предназначено для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе. Использование изобретения позволяет снизить безвозвратные потери масла в газотурбинном двигателе и упростить привода в агрегатах для отделения воздуха от масла путем газодинамического регулирования процессов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02171386
Дата охранного документа: 27.07.2001
29.06.2019
№219.017.9b68

Средство выведения аппаратов космического назначения

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к средствам выведения аппаратов космического назначения на заданные орбиты. Средство выведения аппаратов космического назначения состоит из ракеты-носителя с отсеком ступени, стыкуемой с разгонным блоком, и разгонного блока. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02239585
Дата охранного документа: 10.11.2004
29.06.2019
№219.017.9b85

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя

Топливовоздушная горелка камеры сгорания газотурбинного двигателя содержит топливную форсунку в виде корпуса с отверстиями подачи и распыла топлива, осевой и тангенциальный завихрители воздуха в виде каналов с открытыми торцами и лопатками внутри, стабилизатор потока воздуха. Последний размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002224954
Дата охранного документа: 27.02.2004
29.06.2019
№219.017.9bc8

Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя

Трубчато-кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя содержит жаровые трубы, каждая из которых имеет ряд телескопически расположенных кольцевых секций, гофрированное кольцо, размещенное между наружной выходной частью каждой из кольцевых секций и внутренней входной частью смежной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002211409
Дата охранного документа: 27.08.2003
+ добавить свой РИД