РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБИНЫ
TURBINE WHEEL

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей (ГТД), в частности к конструкции осевого лопаточного колеса, и может применяться в области турбомашиностроения.
Известно рабочее колесо газовой турбины, содержащее диск, выполненный заодно целое с лопатками, в котором демпфирование колебаний лопаток обеспечивается тем, что на ободе выполнен кольцевой наклонный паз, в котором с натягом установлен демпфирующий элемент в виде многослойного кольцевого пакета чередующихся гладких и гофрированных пластин (патент РФ №2022120,МКИ F01D 5/16, 1994 г. [1]).
Известно рабочее колесо газовой турбины, содержащее диск, выполненный заодно целое с лопатками, имеющими на периферии кольцевой разрезной бандаж, образующий полки на периферии каждой лопатки. Демпфирование колебаний лопаток обеспечивается тем, что паз между полками лопаток охватывает пластина, контактирующая с полками обеих соседних лопаток (авторское свидетельство СССР №787689, кл. МКИ, F01D 5/22, 1980 г.[2]).
Известно рабочее колесо осевой турбины, имеющей диск и рабочие лопатки, причем демпфирование колебаний лопаток обеспечено тем, что между соседними лопатками установлены упругодеформируемые пластины двойной кривизны, концы которых заведены в соответствующие пазы, выполненные на пере каждой лопатки (авторское свидетельство СССР №1477253, МКИ F01D 5/26, 1989 г. [3]).
Недостатком известных конструкций рабочих колес турбины [1] является то, что демпфирование лопаток при постановке демпфирующего элемента в диск малоэффективно, т.к. на демпфирование колебаний оказывает косвенное влияние. Недостатком конструкции колес турбины [3] является то, что загромождение проточной части снижает КПД турбины. Конструкция турбины [2] не может быть применена в двигателях, где запуск осуществляется путем подачи сжатого воздуха через сопла, расположенные над периферией лопаток.
Предлагается конструкция рабочего колеса осевой турбины, преимущественно выполненного за одно целое с лопатками (литого или изготовленного прессованием из порошка), имеющими полки на периферийной части, расположенные в зоне выходных кромок лопаток, и демпфирующие элементы, при этом демпфирующий элемент выполнен в виде пластины, прикрепленной к нижней поверхности одной из полок каждой лопатки, пластина выполнена упругой и имеет свободный конец, расположенный под полкой соседней лопатки.
Такое выполнение рабочего колеса обеспечивает демпфирование колебаний лопаток малоразмерных турбомашин, в которых трудно разместить другие конструкции демпфирующих элементов, в частности в рабочих колесах турбин, выполненных заодно с лопатками. Предложенная конструкция не загромождает проточную часть, позволяет осуществлять запуск двигателя от сжатого воздуха.
На фиг.1 изображен общий вид рабочего колеса. На фиг.2 - разрез Б-Б, вид на лопатки с полками, на фиг.3 - вид А - расположение демпфера на полках лопаток.
Рабочее колесо содержит диск 1 и рабочие лопатки 2 с полками 3, 4, выполненными на периферии каждой лопатки. Полки 3, 4 выполнены в зоне выходных кромок лопаток для обеспечения возможности запуска двигателя путем подачи сжатого воздуха на лопатки турбины. К нижней поверхности полки 3 лопатки прикреплена упругая пластина 5, которая имеет свободный конец, располагаемый под полкой 4 соседней лопатки. Пластина может быть прикреплена заклепкой 6, другим конструктивным элементом или другим способом, например пайкой. На наружной поверхности полок лопаток выполнены ребра 7, высота которых обеспечивает необходимую жесткость полок 3, 4.
В процессе работы свободный конец пластины 5 центробежными силами прижимается к полке 4 соседней лопатки и демпфирует колебания лопаток за счет трения между полкой и пластиной. Расчетом прочности конструкции, работающей в условиях определенных скоростей, температур и вибрационных воздействий подбирается необходимая толщина полок 3, 4, высота ребер 7, параметры податливости пластин 5.
Предлагаемая конструкция рабочего колеса турбины обеспечивает демпфирование колебаний лопаток цельнолитых рабочих колес турбин, колес турбин с дисками, выполненными спеканием из порошка заодно с лопатками, при этом материал диска может быть выбран таким, чтобы он обладал высокими прочностными свойствами при более низких, чем у лопаток, (дисковых) температурах. Расположение полок на периферии рабочего колеса не по всей ширине лопаток, а в зоне выходных кромок позволяет осуществлять запуск двигателя (путем раскрутки турбины) от сжатого воздуха или газа. Предлагаемая конструкция позволяет за счет подбора соответствующих материалов лопаток и диска получить высоконагруженное колесо турбины с высоким уровнем демпфирования рабочих лопаток.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №787689, кл. F01D 5/22, 1980 г.
2. Патент РФ №2022120, кл. F01D 5/16, 1994 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1477253, кл. F01D5/26. 1989 г.