РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБОМАШИНЫ

Полезная модель относится к области турбо - машиностроения, в частности, может быть использована в конструкции рабочих колес осевых компрессоров и турбин газотурбинных двигателей (далее ГТД).
Известно рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащее диск с закрепленными на нем лопатками посредством продольных замковых соединений типа «Ласточкин хвост», с образованием зазоров между поверхностями пазов диска и хвостовиков лопаток, в котором средство для перекрытия зазоров выполнено в виде элемента, плотно прилегающего к диску со стороны расположения упорного выступа, например, в виде утолщений по фаске на боковых контактных гранях хвостовиков лопаток, утолщение скруглено по радиусу округления соединительного элемента диска и сопрягается с ним или в виде разрезного кольца с выступами, равномерно распределенными по внутренней стороне разрезного кольца, при этом выступы выполнены с возможностью перекрытия отверстий от зазоров по контуру соединения с элементами диска и лопаток при установленном разрезном кольце в замковом соединении (RU 2476729 C1, опубл. 27.02.2013).
В известном рабочем колесе уплотняющие элементы объединены с элементами, выполняющими другие функции (несущую - для хвостовика лопатки и фиксации от осевого перемещения - для разрезного кольца), что отрицательно сказывается на технологичности, габаритах и массе узла, а также накладывает ограничения на конструктивное исполнение замка.
Известно рабочее колесо осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащее диск с закрепленными на нем лопатками посредством продольных замковых соединений типа «ласточкин хвост», с образованием зазоров между поверхностями пазов диска и хвостовиков лопаток, а на нижнем торце хвостовика каждой из лопаток, поперек продольной оси диска выполнен паз с образованием единого зазора между поверхностью паза диска и хвостовика лопатки, при этом в единые зазоры установлены уплотнительные элементы, выполненные с возможностью их перекрывания (US 5558500, опубл. 24/09/1996).
Известное рабочее колесо выбрано в качестве прототипа.
В известном рабочем колесе уплотняющие элементы имеют сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на технологичности и массе узла.
Задача полезной модели - разработать рабочее колесо турбомашины, в котором устранены вышеприведенные недостатки.
Ожидаемый технический результат - упрощение конструкции уплотняющих элементов и снижение их материалоемкости, что приводит к упрощению конструкции заявленного рабочего колеса турбомашины в целом и снижению его массы.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем колесе турбомашины, содержащем диск с закрепленными на нем лопатками посредством продольных замковых соединений типа «ласточкин хвост», с образованием зазоров между поверхностями пазов диска и хвостовиков лопаток, а на нижнем торце хвостовика каждой из лопаток, поперек продольной оси диска выполнен паз с образованием единого зазора между поверхностью паза диска и хвостовика лопатки, при этом в единые зазоры установлены уплотнительные элементы, выполненные с возможностью их перекрывания, согласно полезной модели, уплотнительные элементы выполнены в виде пластин, геометрическая форма каждой из которых повторяет контур единого зазора, а их боковые поверхности прилегают к поверхностям пазов диска и хвостовиков лопаток, образующих единый зазор.
Такая форма и расположение уплотнительных элементов не требует дополнительных крепежных элементов на диске и лопатке, что уменьшает массу заявленного узла в целом. Пластина имеет наиболее простую форму, что повышает технологичность ее изготовления и упрощает конструкцию заявленного узла в целом. При этом толщина пластины выбирается из условия невозможности ее опрокидывания в зазоре.
В замках рабочих колес, температура в которых не превышает 200-250°C, в частности, на первых ступенях компрессора, охлаждаемых ступенях турбомашин, уплотнительные элементы могут быть выполнены из различных полимерных материалов, например, Фторопласт Ф-4; паронит ВП-1 и др., что дополнительно снизит вес рабочего колеса турбомашины.
На Фиг. 1 представлено изображение рабочего колеса осевого компрессора ГТД с разнесенными элементами, иллюстрирующими сборку узла;
На Фиг. 2 представлена лопатка рабочего колеса осевого компрессора ГТД;
На Фиг. 3 представлен уплотнительный элемент в виде пластины;
Рабочее колесо турбомашины содержит диск 1 с закрепленными на нем лопатками 2 посредством продольных замковых соединений типа «ласточкин хвост», с образованием зазоров между поверхностями пазов диска и хвостовиков лопаток, при этом на нижнем торце хвостовика каждой из лопаток, поперек продольной оси диска выполнен паз 3, объединяющий зазоры в замковых соединениях типа «ласточкин хвост» между поверхностями пазов диска и хвостовиков лопаток в единый (общий) зазор 4 между поверхностью паза диска и хвостовика лопатки, причем боковые стенки 5 паза 3 перекрывают, по меньшей мере, часть упомянутого единого зазора 4, кроме того в единые зазоры 4 установлены уплотнительные элементы 6, выполненные в виде пластин, геометрическая форма каждой из которых повторяет контур единого зазора 4, а их боковые поверхности 7 прилегают к поверхностям пазов диска и хвостовиков лопаток, образующих единый зазор 4.
Сборка рабочего колеса осуществляется следующим образом:
К хвостовику лопатки 2 прижимается уплотнительный элемент 6 в виде пластины в рабочем положении и удерживается рукой, далее лопатка 2 с прижатой к ней пластиной монтируется в паз диска 1, так чтобы опорные поверхности лопатки 2 и диска 1 вошли в полное зацепление, затем лопатка 2 фиксируется от перемещения вдоль замка любым из известных фиксирующих элементов (на чертежах не показаны), например, штифтами, отгибными пластинами, стопорными кольцами и т.д.
После выполненных операций лопатка 2 занимает рабочее, неподвижное положение в диске 1, а уплотнительный элемент 6 в виде пластины имеет возможность перемещения в едином зазоре 4 только параллельно продольной оси замка, между боковыми стенками 5. При этом в любом положении пластины обеспечивается надежная герметизация замка. Длина паза 3 выбирается максимальной для наибольшего облегчения замка.
При работе ГТД на рабочем колесе возникает перепад давлений, для компрессора давление за рабочим колесом больше давления перед ним, а для турбины - наоборот. При наличии зазоров в замковом соединении происходит перетекание воздуха (газа) из области большего давления в область меньшего. В результате этого снижаются параметры рабочего колеса компрессора или турбины ГТД, т.к. часть воздуха (газа) не участвует в работе.
Следует отметить, что при работе ГТД, под действием центробежной силы пластина прижимается к поверхности паза 3, а под действием перепада давлений может прижиматься к одной из боковых стенок 5. При работе ГТД на нестационарных режимах (под действием переменного перепада давлений) и при маневрах летательного аппарата (для случая авиационного ГТД) пластина имеет возможность перемещаться между боковыми стенками 5 паза 3 параллельно продольной оси замка, однако при всех возможных положениях пластины обеспечивается надежная герметизация замкового соединения.