РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЛОПАСТНОЙ МАШИНЫ С РАДИАЛЬНЫМИ НАБОРНЫМИ ЛОПАТКАМИ

Полезная модель относится к рабочим колесам лопастных машин с наборными лопатками осевого типа (с радиальными лопатками) и может быть использована в различных отраслях техники, например, для изготовления осевых компрессоров и осевых турбин привода насосов и других машин.
Наборные лопатки, количество которых в рабочих колесах может достичь 40…100 штук в одном колесе, превращают их в массовую деталь, а массовое производство позволяет применять (из соображений окупаемости) более прогрессивные технологические процессы, материалы и делает изделия с такими лопатками ремонтопригодными благодаря возможности замены дефектных лопаток при выявлении различных дефектов при эксплуатации.
Известно рабочее колесо лопастной машины с радиальными наборными лопатками - турбины авиационного двигателя, содержащее диск, основание каждой лопатки, выполненное заодно целое с телом лопатки и хвостовиком, снабженным чередующимися по высоте хвостовика в радиальном направлении канавками и расположенными между канавками выступами, размещенными внутри элемента для механического зацепления хвостовика с диском, в котором этот элемент выполнен в виде "елочного" паза, направленного от одного торца диска к другому (см. например книгу Г.С. Скубачевский "Авиационные газотурбинные двигатели", М., Машиностроение, 1969 г. стр. 125, рис. 5.10).
Из рабочего колеса с лопаткой, хвостовик которой имеет вид "елочного" замка очень просто - путем перемещения хвостовика лопатки вдоль паза диска (предварительно отогнув стопорную пластину) вынуть его из диска. И также путем перемещения хвостовика вдоль паза диска легко установить новую лопатку. Это одно из главных преимуществ "елочного" замка. А недостаток заключается в трудности изготовления "елочного" паза в диске.
Широкому распространению рабочих колес лопастных машин с радиальными наборными лопатками в других отраслях техники, кроме авиа-двигателестроения, препятствует необходимость применения достаточно сложного оборудования для изготовления пазов "елочного" типа в дисках. Диск сам по себе - технологически и конструктивно - сложное и дорогое изделие, а изготовление в диске большого количества (40…100) пазов добавляет сложности еще и потому, что многократно увеличивается вероятность малейших отклонений в размерах пазов в диске, которые могут быть привести к появлению брака диска всего из-за одного-двух пазов, так как изготовить одну-две индивидуальных лопатки нельзя, особенно, если в процессе эксплуатации предстоит замена лопаток. Сложное оборудование для изготовления пазов в диске - станок для протяжки (протяжка - это инструмент) в зависимости от размеров диска - это тоже уникальное оборудование и приобретать его при небольшом количестве дисков (рабочих колес) экономически нецелесообразно.
Поэтому главный недостаток известного технического решения применительно к небольшим объемам производства - это низкая технологичность конструкции.
Целью полезной модели является улучшение технологичности колеса с наборными лопатками.
Поставленная цель достигается тем, что элементы для механического зацепления хвостовика лопатки с диском выполнены в виде продольного, направленного от одного торца диска к другому паза на наружном диаметре диска, сообщенного с круглым отверстием, ось которого совпадает с направлением паза, хвостовик лопатки размещен в отверстии диска, а между хвостовиком лопатки и отверстием размещен еще один элемент механического зацепления в виде профилированного вкладыша, наружная поверхность которого центрируется по поверхности отверстия, а во вкладыше на поверхности, обращенной к хвостовику, также выполнены чередующиеся выступы и канавки, в которых размещены выступы хвостовика, а выступы вкладыша размещены в канавках хвостовика.
В рабочем колесе лопастной машины с радиальными наборными лопатками, вкладыш и хвостовик могут быть зафиксированы от перемещения вдоль отверстия с помощью пружинного стопорного кольца, установленного в канавке, выполненной в отверстии.
На фиг. 1 изображен разрез рабочего колеса в сборе и до установки одной из лопаток, а на фиг. 2 изображен разрез по отверстию в диске, где:
1 – лопатка,
2 – диск,
3 - тело лопатки,
4 – основание,
5 – хвостовик,
6 – канавки,
7 – выступы,
8 - продольный паз,
9 – вкладыш,
10 - поверхность вращения,
11 - выступы на вкладыше,
12 - канавки на вкладыше,
13 - пружинное стопорное кольцо,
14 - канавка для стопорного кольца,
1
2
Т, Т - торцы диска,
D - наружный диаметр диска,
d - круглое отверстие.
Рабочее колесо лопастной машины, например, турбины с радиальными наборными лопатками 1, содержит диск 2. Лопатка 1 содержит тело 3 (перо) выполненное заодно целое с основанием 4 и хвостовиком 5. На хвостовике выполнены чередующиеся по высоте хвостовика канавки 6 и выступы 7, взаимодействующие (прилегающие) с элементами для механического зацепления хвостовика 5 с диском 2.
1
2
Элементы выполнены в виде продольного, направленного от одного торца Т к другому торцу Т паза 8, на наружном диаметре "D" диска 2, сообщенного с круглым отверстием "d". Ось отверстия "d" совпадает с направлением паза. Хвостовик 5 размещен в отверстии "d". Между хвостовиком 5 и отверстием "d" размещен элемент в виде вкладыша 9, ограниченного поверхностью вращения 10. Эта поверхность может быть цилиндрической, а может быть и конической. При этом одновременно и вкладыш 10 и отверстие "d" - должны быть или оба цилиндрическими или оба должны быть коническими. Конические вкладыши 9 и отверстие "d" способствуют лучшему центрированию вкладыша в отверстии по сравнению с цилиндрической поверхностью, где центрирование обеспечивается за счет уменьшения допуска на изготовление (повышение точности изготовления и отверстия и вкладыша).
Во вкладыше 9 на поверхностях, обращенных к хвостовику 5 лопатки, также выполнены выступы 11, входящие с зазором в канавки 6 хвостовика и канавки 12, в которые входят выступы 7 хвостовика.
И вкладыш, и хвостовик лопатки зафиксированы от перемещения (выпадения) вдоль отверстия с помощью пружинного стопорного кольца 13, установленного в канавке 14, выполненной в отверстии "d".
Сборка рабочего колеса осуществляется следующим образом: хвостовик лопатки двигают с одного торца диска так, чтобы он оказался в полости отверстия "d". Затем в отверстие "d" вставляют вкладыш, после чего в канавку в каждом отверстии "d" вставляют разжимное пружинное кольцо, фиксирующее вкладыш и хвостовик от перемещения вдоль отверстия и выпадения.
Разборка колеса начинается с извлечения разжимного кольца и последующего выдвижения лопатки с хвостовиком. Вкладыш удаляют из отверстия последним.
При работе колеса выступы хвостовика зацепляются за канавки вкладышей, которые воздействуют своей наружной поверхностью на поверхность отверстия, создавая, таким образом, передачу усилия от лопатки к диску (это для турбины). Для осевого компрессора с радиальными лопатками крутящий момент от диска передается в виде усилия на лопатку и далее на рабочее тело, в котором работает компрессор.
Преимуществом предложенной полезной модели является упрощение конструктивных элементов зацепления хвостовика 5 лопатки с диском за счет введения вкладыша 9, в котором выполнен самый сложный элемент зацепления - паз с впадинами и выступами. Этот элемент выполняется в несложной детали, стоимость которой значительно меньше, чем стоимость диска с пазами "елочной" формы. При появлении брака в нескольких вкладышах их можно легко заменить, без серьезного ущерба по стоимости изготовления колеса. Отверстия под вкладышами и пазы прямоугольной формы значительно облегчают изготовление диска. В итоге вкладыш становится массовой (по количеству изготовляемых деталей) деталью и их изготовление может обойтись дешевле, чем диска по известному техническому решению. Все это справедливо для отраслей техники, не относящихся к авиадвигателестроению, с небольшими объемами выпускаемой продукции.