РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к рабочим лопаткам турбины газотурбинного двигателя.
Известно рабочее колесо турбины, включающее рабочие лопатки, образующие единый конструктивный элемент с бандажными полками, соседние лопатки имеют контактную поверхность по бандажным полкам, при этом со стороны спинки и со стороны корыта лопатки выполнены ребра в направлении движения лопатки (Патент DE 20023475 от 18.08.2000, опубл. 06.05.2004, МПК F01D 5/22, F01D 5/20).
Недостатком данного рабочего колеса турбины является то, что смыкание бандажных полок происходит под действием газовых сил, разворачивающих перо лопатки в плоскости бандажной полки. Газовые силы в свою очередь значительно изменяются в зависимости от режима работы турбины и на определенном режиме работы турбины натяг в рабочем колесе может быть недостаточным для обеспечения его бандажирования, что может приводить к износу контактных поверхностей и уменьшению ресурса турбины.
Наиболее близким является рабочее колесо турбины, содержащее рабочие лопатки, образующие единый конструкционный элемент с бандажными полками, при этом бандажная полка рабочей лопатки выполнена с удлиненной выступающей частью со стороны корыта пера лопатки относительно короткой выступающей части со стороны спинки пера лопатки контактные поверхности бандажных полок выполнены под углом к радиальной оси лопатки, между контактными поверхностями смежных лопаток имеется зазор (Патент на полезную модель №149422 от 25.04.2014, опубл. 10.01.2015 №l, МПК F01D 5/22).
Недостатком описанной конструкции лопатки является то, что бандажные полки лопаток являются только антивибрационными и не оказывают влияния на перетекание рабочего тела через радиальный зазор. Кроме того, из-за особенностей конструкции (отсутствие зацепления между соседними бандажными полками) она предотвращает изгибные формы колебаний пера лопатки, но не предотвращает крутильные формы колебаний.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании рабочей лопатки турбины, содержащей бандажную полку, за счет которой появляется возможность исключить и изгибные и крутильные формы колебаний пера лопаток. Кроме того, предлагаемая бандажная полка будет являться не только антивибрационной, но и газодинамической, что повысит работоспособность лопатки и эффективность турбины.
Технический результат достигается тем, что рабочее колесо турбины, содержит рабочие лопатки, образующие единый конструкционный элемент с бандажными полками, при этом бандажная полка рабочей лопатки выполнена с удлиненной выступающей частью со стороны корыта пера лопатки относительно короткой выступающей части со стороны спинки пера лопатки, контактные поверхности бандажных полок выполнены под углом к радиальной оси лопатки, между контактными поверхностями смежных лопаток имеется зазор, в отличие от известного в рабочем колесе турбины за одно целое с корытом лопатки со стороны удлиненной выступающей части бандажной полки выполнено газодинамическое крыло, торец удлиненной выступающей части бандажной полки выполнен в виде зуба, а торец короткой выступающей части выполнен в виде паза для обеспечения сцепления контактными поверхностями бандажных полок смежных лопаток.
На рисунках показаны:
Фиг. 1 - Объемная модель рабочего колеса турбины;
Фиг. 2 - Соединение рабочих лопаток турбины.
Рабочее колесо турбины содержит рабочие лопатки 1, образующие единый конструкционный элемент с бандажными полками 2 (Фиг. 1).
Бандажная полка 2 каждой рабочей лопатки 1 выполнена с удлиненной выступающей частью 3 со стороны корыта 4 пера 5 лопатки 1 относительно короткой выступающей части 6 со стороны спинки 7 пера 5 лопатки 1. Контактные поверхности 8, 9 бандажных полок 2 выполнены под углом α к радиальной оси 10 лопатки 1. Между контактными поверхностями 8, 9 смежных лопаток имеется зазор 11 (Фиг. 2).
На рабочей лопатке 1 за одно целое с корытом 4 со стороны удлиненной выступающей части 3 бандажной полки 2 выполнено газодинамическое крыло 12 (Фиг. 1). Газодинамическое крыло 12 не имеет связи с удлиненной выступающей частью 3 бандажной полки 2. Торец удлиненной выступающей части 3 бандажной полки 2 выполнен в виде зуба 13, а торец короткой выступающей части 6 выполнен в виде паза 14 для обеспечения сцепления контактными поверхностями 8, 9 бандажных полок 2 смежных лопаток (Фиг. 1).
При вращении рабочего колеса удлиненная выступающая часть 3 бандажной полки 2 рабочей лопатки 1 центробежными силами прижимается к короткой выступающей части 6 бандажной полки 2 смежной рабочей лопатки, за счет системы паз-зуб 13, 14 происходит зацепление соседних бандажных полок 2, тем самым, образуется замкнутый круговой бандаж рабочего колеса турбины. В процессе работы система паз-зуб 13, 14 предотвращает и изгибные, и крутильные формы колебаний пера 5 лопатки 1, уменьшает истирание контактных поверхностей 8, 9 бандажной полки 2 в работе под действием газовых сил, тем самым, увеличивая ресурс.
Благодаря газодинамическому крылу 12 бандажная полка 2 становится не только антивибрационной, но и газодинамической. Крыло 12 бандажной полки 2 исключает перетекание рабочего тела через радиальный зазор, что повышает КПД ступени.
Таким образом, предлагаемая конструкция рабочего колеса турбины является газодинамической и антивибрационной, обеспечивает демпфирование как изгибных, так и крутильных форм колебаний рабочих лопаток турбины, по причине отсутствия предварительного натяга существует возможность замены рабочих лопаток в рабочем колесе без демонтажа турбины. Тем самым, существенно снижаются издержки при эксплуатации двигателя и послепродажном обслуживании.