ГАЗОВАЯ ТУРБИНА И СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЧАСТИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
GAS TURBINE AND METHOD OF BALANCING OF ROTATING PART OF GAS TURBINE

Настоящее изобретение относится к газовой турбине с системой балансировки вращающейся части турбины или компрессора, к вращающейся части турбины или компрессора, а также к способу балансировки вращающейся части газовой турбины.
В турбинах или компрессорах, в частности в газовых турбинах, вращающиеся части турбины, такие как лопатки ротора в ступени компрессора или в ступени турбины, вращаются с высокой скоростью вращения вокруг вала турбины. Для того чтобы предотвратить разбалансировку в процессе вращения, во вращающиеся части турбины должны быть помещены балансировочные грузы для балансировки вращающихся частей. Разбалансировка вращающихся частей турбины приводит к повреждениям турбины, например, в подшипниках и таким образом к более высоким затратам на обслуживание.
Для того чтобы сбалансировать вращающиеся части турбины, балансировочные грузы прикрепляют к вращающимся частям турбины в сбалансированном положении. В сбалансированном положении балансировочные грузы наглухо закрепляют таким образом, чтобы предотвращалось нежелательное перемещение балансировочных грузов в процессе работы турбины.
Общепризнанные конструкции вращающихся частей турбины, таких как диски турбины, содержат ряд отверстий, которые равноудалены в осевом направлении или в радиальном направлении в диске турбины или в валу турбины, при этом в отверстия можно вставлять крепежные элементы для закрепления балансировочных грузов.
US 6640704 В2 раскрывает устройство для обеспечения балансировки вращающихся корпусных деталей, в частности для балансировки барабана ролика экспонирующего устройства с печатной формой. Весовой элемент помещают в Т-образный паз вращающейся части и закрепляют штифтом для того, чтобы предотвратить дальнейшее перемещение.
ЕР 1052424 В1 раскрывает устройство для балансировки роторов турбины. Балансировочный груз закрепляют на вращающейся части турбины и закрепляют резьбовым крепежным приспособлением, которое ввинчивают в резьбовое отверстие балансировочного весового элемента.
US 4842485 раскрывает вращающуюся часть турбины, такую как ротор турбины, в котором узел с увеличиваемой массой закрепляют на вращающейся части. Винт расширительного устройства растягивает поперечное сечение весового узла для того, чтобы вдавить весовой узел в требуемом положении в желобок вращающейся части.
US 3736811 раскрывает дополнительное приспособление с балансировочным грузом для вращающихся частей турбин. Конструкция с разделенной массой содержит деталь корпуса, устанавливаемую в желобок вращающейся части. Деталь корпуса содержит резьбовое наклонное проходное отверстие такое, чтобы сквозь него мог проходить винт для того, чтобы упирать деталь корпуса в другую сторону желобка при затягивании винта. Таким образом, деталь корпуса закрепляют в необходимом положении вращающейся части.
US 5285700 А раскрывает способ балансировки роторной части газотурбинного двигателя. Болт для соединения двух вращающихся частей турбины несет регулировочный винт, который содержит балансировочный груз для того, чтобы сбалансировать вращающиеся части.
US 2006/0053882 A1 раскрывает устройство для балансировки газотурбинного двигателя. Для того чтобы сбалансировать вращающиеся части, к болту, который соединяет вращающиеся части турбины, прикрепляют балансировочные прокладки.
US 2002/0029653 A1 раскрывает балансировочный груз для вращающегося составного элемента в турбокомпрессорном оборудовании. Балансировочный груз прикрепляют к желобку вращающегося составного элемента. Центральное отверстие в балансировочном грузе может принимать инструмент для управления, т.е. крепления и регулирования балансировочного груза.
US 3916495 раскрывает средство для балансировки газотурбинного двигателя, с помощью которого две вращающиеся части турбины могут быть сняты и заменены без выполнения дополнительной операции по балансировке. Соединительный болт скрепляет две вращающиеся части турбины, при этом соединительный болт содержит балансировочные прокладки для того, чтобы сбалансировать вращающиеся части турбины.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение надлежащей и более легкой балансировки вращающихся частей турбины.
Данная задача решается с помощью создания газовой турбины с системой балансировки вращающейся части турбины или компрессора, с помощью вращающейся части турбины или компрессора и с помощью способа балансировки вращающейся части газовой турбины.
Согласно первому объекту изобретения создана газовая турбина, содержащая систему балансировки вращающейся части, содержащую: балансировочный весовой элемент с первым отверстием и вторым отверстием и крепежный элемент. Первое отверстие и второе отверстие образованы таким образом, что крепежный элемент вставляется с возможностью снятия либо в первое отверстие, либо во второе отверстие. Первое отверстие образовано таким образом, что вставленный с возможностью снятия в первое отверстие крепежный элемент соединяет балансировочный весовой элемент с вращающейся частью в пространственно зафиксированном положении. Второе отверстие образовано таким образом, что крепежный элемент является размещаемым во втором отверстии, причем после крепления балансировочного весового элемента без возможности снятия на вращающейся части крепежный элемент размещают во втором отверстии.
Предпочтительно система балансировки дополнительно содержит дополнительный крепежный элемент, при этом балансировочный весовой элемент прикрепляется без возможности снятия в пространственно зафиксированном положении с помощью дополнительного крепежного элемента.
Предпочтительно дополнительный крепежный элемент является размещаемым в первом отверстии.
Предпочтительно дополнительный крепежный элемент выбирают из элемента из группы, состоящей из болтов, точек сварки и гвоздей.
Предпочтительно первое отверстие представляет собой сквозное отверстие, а второе отверстие представляет собой глухое отверстие.
Предпочтительно крепежный элемент содержит винт, причем первое отверстие и/или второе отверстие содержат резьбу.
Предпочтительно винт представляет собой винт со шлицем без головки.
Предпочтительно балансировочный весовой элемент образован таким образом, что он соединяется с возможностью скольжения с соединительным элементом вращающейся части.
Предпочтительно балансировочный весовой элемент содержит выступающую часть для соединения с возможностью скольжения внутри соединительного элемента, при этом соединительный элемент содержит желобок.
Предпочтительно балансировочный весовой элемент образован таким образом, что он образует с соединительным элементом соединение типа ласточкина хвоста.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ балансировки вращающейся части газовой турбины, включающий:
расположение балансировочного весового элемента в пространственно зафиксированном положении вращающейся части,
соединение с возможностью снятия балансировочного весового элемента с вращающейся частью в пространственно зафиксированном положении посредством введения крепежного элемента в первое отверстие вращающейся части,
проверку, сбалансирована ли вращающаяся часть, и если вращающаяся часть сбалансирована, прикрепление балансировочного весового элемента без возможности снятия в пространственно зафиксированном положении к вращающейся части, и
введение крепежного элемента во второе отверстие балансировочного весового элемента, когда балансировочный весовой элемент прикрепляют без возможности снятия в пространственно зафиксированном положении.
Предпочтительно крепление балансировочного весового элемента без возможности снятия включает проковку, сварку, крепление скобами и/или адгезионное связывание.
Термин "вставляемый с возможностью снятия" обозначает прием крепежного элемента в первое отверстие или второе отверстие с возможностью снятия. Крепежный элемент может быть снят без разрушения или деформирования крепежного элемента в первом отверстии. Крепежный элемент может быть вставлен с возможностью снятия либо в первое, либо во второе отверстие с возможностью повторения без разрушения крепежного элемента или первого или второго отверстия при снятии крепежного элемента.
Термин "прикрепленный без возможности снятия" обозначает прикрепление балансировочного весового элемента к вращающейся части турбины без возможности снятия, например посредством несъемных дополнительных крепежных элементов. Балансировочный весовой элемент, который прикрепляют без возможности снятия, можно снять с вращающейся части турбины только посредством, например, деформирования или замены дополнительных крепежных элементов или посредством деформирования балансировочного весового элемента или вращающейся части турбины.
Термин "вращающаяся часть турбины" обозначает двигающуюся или вращающуюся часть турбины или компрессора. В частности, вращающаяся часть турбины может представлять собой диск турбины или диск компрессора. В более больших газовых турбинах представленная система балансировки применима для отдельных дисков компрессор газовой турбины.
С помощью представленного изобретения возможно оставлять балансировочный весовой элемент регулируемым крепежным элементом до тех пор, пока не будет обнаружено итоговое сбалансированное положение. За счет этого во время процедуры балансировки не требуется никакого дополнительного крепления. Когда сбалансированное положение обнаружено, балансировочный весовой элемент окончательно закрепляют без возможности снятия, в частности, механическим способом, например с помощью проковки. Кроме того, крепежный элемент надежно помещают во второе отверстие после итогового несъемного крепления балансировочного весового элемента. Когда второе отверстие принимает крепежный элемент, крепежный элемент не может быть использован для крепления вращающейся части турбины с балансировочным весовым элементом. В результате того, что крепежный элемент все еще прикреплен к балансировочному весовому элементу, общая масса системы балансировки остается неизменной между положением временного закрепления и положением несъемного окончательного прикрепления балансировочного весового элемента.
Таким образом, с помощью системы балансировки вращающейся части турбины, с одной стороны, возможно предоставление гибкого регулируемого крепежного балансировочного весового элемента, а с другой стороны, постоянное прикрепление балансировочного весового элемента без изменения постоянной общей массы системы в процессе процедуры полной балансировки. Это может приводить к такому результату, что масса балансировочного весового элемента после обнаружения сбалансированного положения больше не должна изменяться. Другими словами, когда сбалансированное положение было обнаружено, не происходит никаких изменений в распределении массы сбалансированной роторной части, содержащей систему балансировки. Таким образом, повторная регулировка равновесия вращающейся части турбины после постоянного прикрепления балансировочного весового элемента может не потребоваться и, таким образом, достигнут надлежащий способ балансировки вращающейся части турбины.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления система содержит дополнительный крепежный элемент. Балансировочный весовой элемент может быть прикреплен без возможности снятия в пространственно зафиксированном положении с помощью дополнительного крепежного элемента.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления представленного изобретения дополнительный крепежный элемент для крепления балансировочного весового элемента без возможности снятия может быть вставлен в первое отверстие.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления представленного изобретения дополнительный крепежный элемент выбирают из элемента из группы, состоящей из болтов, точек сварки и гвоздей.
Согласно дополнительному аспекту представленного изобретения первое отверстие представляет собой сквозное отверстие, а второе отверстие представляет собой глухое отверстие.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления представленного изобретения крепежный элемент содержит винт, в частности винт со шлицем без головки, а первое отверстие и/или второе отверстие содержит резьбу. Таким образом, крепежный элемент может быть легко завинчен в первое отверстие для того, чтобы зафиксировать балансировочный весовой элемент с вращающейся частью турбины. Когда требуемое сбалансированное положение обнаружено, крепежный элемент ввинчивают в первое отверстие для временного крепления балансировочного весового элемента с возможностью снятия.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления балансировочный весовой элемент образован таким образом, что балансировочный весовой элемент может быть соединен с возможностью скольжения с соединительным элементом вращающейся части турбины.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления балансировочный весовой элемент содержит выступающую часть, чтобы иметь возможность соединения с возможностью скольжения внутри соединительного элемента, при этом соединительный элемент содержит желобок. Соединительный элемент также может образовывать выступающую часть, а балансировочный весовой элемент содержит желобок, который допускает прием выступающей части.
Согласно дополнительному иллюстративному варианту осуществления балансировочный весовой элемент образован таким образом, что балансировочный весовой элемент образует с соединительным элементом соединение типа ласточкина хвоста. Вследствие этого балансировочный весовой элемент содержит желобок с поперечным сечением с формой ласточкина хвоста, а соединительный элемент содержит профиль типа ласточкина хвоста, который входит в желобок. С другой стороны, соединительный элемент содержит желобок с поперечным сечением с формой ласточкина хвоста, а балансировочный весовой элемент содержит профиль типа ласточкина хвоста, который входит в желобок. Таким образом, балансировочный весовой элемент может быть соединен с возможностью скольжения с вращающейся частью турбины.
Выступающая часть и соответствующий желобок образованы, например, с прямой, неизогнутой формой, которая простирается параллельно, по касательной или в радиальном направлении к валу турбины, с которым соединена вращающаяся часть турбины. Более того, выступающая часть или соответствующий желобок балансировочного весового элемента может иметь изогнутую форму, при этом изогнутая форма выровнена, например, с круговым направлением относительно вала ветротурбины.
Кроме того, система балансировки вращающейся части турбины может содержать множество балансировочных весовых элементов с предназначенными крепежными элементами. Кроме того, балансировочный весовой элемент может дополнительно содержать множество первых отверстий и множество вторых отверстий, которые выполнены с возможностью приема предназначенных крепежных элементов. Таким образом, достигается надлежащее крепление балансировочного весового элемента.
Согласно дополнительному аспекту способа крепление балансировочного весового элемента без возможности снятия включает проковку, сварку, крепление скобами и/или адгезионное связывание. Другими словами, крепление элемента балансировочного груза без возможности снятия содержит дополнительные крепежные элементы, которые напостоянно прикрепляют балансировочный весовой элемент к вращающейся части турбины.
С помощью представленного изобретения вращающиеся части турбины, такие как диски компрессора турбины, могут быть сбалансированы посредством балансировочного весового элемента, при этом, например, диск компрессора турбины содержит балансировочный весовой элемент с формой типа ласточкина хвоста, который соответствует формованному круговому желобку вращающейся части турбины для того, чтобы предоставить подвижное соединение. С помощью представленного изобретения балансировочный весовой элемент может быть в итоге прикреплен с помощью механического соединения, например посредством проковки, при этом до тех пор, пока итоговое сбалансированное положение не было проверено, возможно регулируемое временное крепление балансировочного весового элемента. Например, для крепежного элемента в качестве временного средства прикрепления может быть использован винт. Во многих общепризнанных системах балансировки перед окончательным креплением балансировочного весового элемента в сбалансированном положении, временное крепежное средство должно быть снято, что будет влиять на коррекцию балансировки, т.е. общую массу балансировочного весового элемента. Таким образом, с помощью представленного изобретения, после проверки итогового положения, временный съемный крепежный элемент, такой как винт, вынимают из первого отверстия и повторно устанавливают и фиксируют во втором отверстии таким образом, чтобы общая масса балансировочного груза сохранялась неизменной, а величина коррекции балансировки незатронутой. Крепежный элемент повторно устанавливают и фиксируют во втором отверстии либо с возможностью, либо без возможности снятия. Таким образом, преимуществом является то, что можно избежать ненужного повреждения или деформации вращающейся части турбины или балансировочного весового элемента, которое вызывает, например, временная проковка перед установлением итогового положения.
Следует заметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на разные объекты изобретения.
В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся устройства, тогда как другие варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся способа. Однако квалифицированный специалист в данной области должен заключить из предыдущего и следующего описания, что, если не указано иное, в дополнение к любой комбинации признаков, относящихся к одному типу объекта изобретения, любая комбинация признаков, относящихся к разным объектам изобретения, в частности признаков пунктов формулы изобретения, касающихся устройства, и признаков пунктов формулы изобретения, касающихся способа, также считается раскрытой данной заявкой.
Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты представленного изобретения видны из примеров варианта осуществления, который описан далее, и объясняются со ссылкой на примеры варианта осуществления. Изобретение будет описано более подробно далее со ссылкой на примеры варианта осуществления, но которым изобретение не ограничено. На чертежах:
фиг. 1 - схематичный вид диска компрессора турбины, содержащего систему балансировки согласно иллюстративному варианту осуществления представленного изобретения; и
фиг. 2-4 - схематичные виды балансировочного весового элемента согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
Иллюстрации на чертежах являются схематичными. Следует заметить, что на разных чертежах аналогичные или идентичные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
Фиг. 1 показывает систему балансировки вращающейся части 110 турбины. Система содержит балансировочный весовой элемент 100 с первым отверстием 101 и вторым отверстием 102. Кроме того, балансировочный весовой элемент 100 содержит крепежный элемент 201 (см. фиг. 2). Первое отверстие 101 и второе отверстие 102 образованы таким образом, что крепежный элемент 201 можно вставлять с возможностью снятия либо в первое отверстие 101, либо во второе отверстие 102. Первое отверстие 101 образовано таким образом, что вставленный с возможностью снятия в первое отверстие 101 крепежный элемент 201 соединяет балансировочный весовой элемент 100 с вращающейся частью 110 турбины в пространственно зафиксированном положении.
Второе отверстие 102 образовано таким образом, что крепежный элемент 201 может быть принят во второе отверстие 102, когда балансировочный весовой элемент 100 прикрепляют к вращающейся части 110 турбины без возможности снятия в пространственно зафиксированном и сбалансированном положении.
В частности, вращающаяся часть 110 турбины может вращаться вокруг вала 104 турбины. Вращающейся частью 110 турбины является, например, диск компрессора турбины. Вращающаяся часть 110 турбины может содержать выступающую часть или, как показано на фиг. 1, желобок 103, с которым балансировочный весовой элемент 100 может быть соединен с возможностью скольжения с помощью соответствующей выступающей части балансировочного весового элемента 100. Желобок 103 может быть образован в поперечном, осевом, касательном или радиальном направлении относительно вала 104 и оси вращения вращающейся части 110 турбины соответственно. Как показано на фиг. 1, желобок 103 образован в круговом направлении относительно вала 104 или точнее оси вращения вращающейся части 110 турбины.
Как показано на фиг. 1, балансировочный весовой элемент 100 образует выступающую часть с формой типа ласточкина хвоста, которая входит в соответствующий желобок 103 с формой ласточкина хвоста. Таким образом, за счет иллюстративного варианта осуществления, показанного на фиг. 1, балансировочный весовой элемент 100 может скользить вокруг кругового направления вала 104.
Фиг. 2 показывает более подробное изображение иллюстративного варианта осуществления балансировочного весового элемента 100. Балансировочный весовой элемент 100 содержит первое отверстие 101 и второе отверстие 102. На фиг. 2 показан крепежный элемент 201, которым может быть, например, винт, т.е. винт со шлицем без головки. Первое отверстие 101 и/или второе отверстие 102 содержит резьбу 202, которая соответствует резьбе крепежного элемента 201. Таким образом, крепежный элемент 201 может быть прикреплен с возможностью снятия посредством ввинчивания в первое отверстие 101 или второе отверстие 102.
Фиг. 3 показывает балансировочный весовой элемент 100, при этом балансировочный весовой элемент 100 временно прикреплен крепежным элементом 201. Как показано на фиг. 3, первое отверстие 101 представляет собой сквозное отверстие, в которое ввинчивают крепежный элемент 201 в направлении, которое обозначено стрелкой. Крепежный элемент 201 может посредством этого временно закреплять балансировочный весовой элемент 100. Таким образом, балансировочный весовой элемент 100 может скользить внутри желобка, когда вращающаяся часть 110 турбины не сбалансирована в достаточной степени. Другими словами, балансировочный весовой элемент 100 временно прикреплен и может скользить в сбалансированное положение. Крепежный элемент 201 в первом отверстии 101 прижимает балансировочный весовой элемент 100 к вращающейся части 110 турбины для того, чтобы обеспечить временно крепление, например, посредством зажимного соединения.
Фиг. 4 показывает балансировочный весовой элемент 100 с постоянным прикреплением. Когда обнаружено итоговое сбалансированное положение балансировочного весового элемента 100, крепежный элемент 201 вставляют во второе отверстие 102 (например, глухое отверстие). Балансировочный весовой элемент 100 постоянно механически фиксируют на своем месте с помощью дополнительного крепежного элемента 401, такого как болты, точки сварки или гвозди. Кроме того или в качестве альтернативы, дополнительному крепежному элементу 401 обеспечивают дополнительное крепление, в частности, с помощью проковки, сварки, крепления скобами и/или адгезионного связывания. Крепежный элемент 201 может быть вставлен и сохранен во втором отверстии 102 с возможностью снятия (например, посредством ввинчивания в резьбу второго отверстия 102) или без возможности снятия (например, посредством заколачивания винта во второе отверстие 102 для предоставления соединения с прессовой посадкой).
По причине того, что винт повторно устанавливают и фиксируют во втором отверстии 102, масса и общий вес балансировочного весового элемента 100 не изменяются между временным креплением с возможностью снятия и постоянным креплением без возможности снятия и, таким образом, не оказывают влияние на балансировку и коррекцию балансировки.
Следует заметить, что термин "содержащий" не исключает другие элементы или стадии, а единственное число не исключает множество. Также элементы, описанные в связи с разными вариантами осуществления, могут быть объединены. Также необходимо заметить, что ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничения объема правовых притязаний формулы изобретения.