РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБОМАШИНЫ
TURBO MACHINE 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 с установленными в пазах диска рабочими лопатками, при этом рабочее колесо содержит набранные по окружности в пазах полок лопаток и обода диска секторные уплотнительные пластины, законтренные проволокой от перемещения и выпадения (см. авторское свидетельство СССР №533738, кл. F01В 5/32, 1976 г., [1]).
Известно рабочее колесо осевой 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, кл. МКИ F01D 5/16, 1994 г., [2]).
Недостатком известных конструкций рабочих колес турбины является то, что демпфирование лопаток при постановке демпфирующего элемента в диск малоэффективно, т к. на демпфирование колебаний лопаток оказывается косвенное влияние через демпфирование всей системы "лопатки-диск".
Предлагается конструкция рабочего колеса осевой турбомашины, содержащего диск, преимущественно выполненный заодно с лопатками, лопатки и демпфирующие элементы, причем на периферийной части каждой лопатки выполнены полки, между полками соседних лопаток образованы зазоры, в которых размещены демпфирующие элементы, при этом каждый демпфирующий элемент выполнен в виде рулона из микропроволочной сетки, установленного в зазоре между полками соседних лопаток и прикреплен к полкам посредством пайки. При пайке высокотемпературный припой затекает в зазоры проволочного рулона и между рулоном и полками лопаток, обеспечивая надежное соединение демпфирующего элемента с полками с сохранением подвижности микросетки в рулоне.
Такое выполнение рабочего колеса турбомашины позволяет объединять лопатки в пакеты по несколько лопаток вплоть до замкнутого на круг пакета. При колебаниях различных лопаток в пакете будет иметь место определенный сдвиг по фазе между возмущающими нагрузками и частотами колебаний лопаток. Из-за наличия сдвига фаз работа возмущающих сил при колебаниях пакета лопаток будет меньше, чем при колебаниях отдельной лопатки.
На фиг.1 изображен продольный разрез рабочего колеса турбины, выполненного заодно с лопатками (литое колесо). На фиг.2 изображен продольный разрез рабочего колеса турбины с лопатками, изготовленными отдельно от диска из лопаточного сплава и соединенными с диском при изготовлении диска прессованием из порошка. На фиг.3 изображен вид А колеса с диском, изготовленным из порошка. На фиг.4 изображен разрез Б-Б.
Рабочее колесо турбины содержит диск 1 и рабочие лопатки 2. На периферии рабочего колеса лопатки 2 имеют полки 3 и 4. Полки 3, 4 могут быть выполнены не на всю ширину пера лопатки, а в зоне только выходных кромок лопаток (фиг.4). На наружной поверхности полок 3, 4 выполнены подкрепляющие ребра 5 (ребра жесткости). На виде А фиг.3 показана заделка лопаток в случае выполнения диска и лопаток из разных материалов. В каждом зазоре 6 между полками 3, 4 соседних лопаток размещен демпфирующий элемент 7, который выполнен в виде скрученной в рулон сетки из микропроволоки. Демпфирующий элемент 7 припаян высокотемпературным припоем к торцам полок 3, 4 лопаток 2. При пайке припой затекает в зазоры проволочного рулона и между рулоном и полками лопаток, обеспечивая прочность и надежность соединения. После запайки демпфирующего элемента в зазоре между полками нескольких лопаток образуется пакет лопаток, при соединении всех лопаток образуется бандаж. При использовании способа запуска двигателя от сжатого воздуха для снижения нагрузки на лопатки и диск бандажные полки 3, 4 могут быть выполнены не на всю ширину пера лопатки, а в зоне только выходных кромок лопаток.
В процессе работы турбомашины лопатки 2 имеют колебания, демпфирование которых обеспечивается за счет трения между витками микросетки демпфирующего элемента 7 и сдвига фаз колебаний между лопатками и возбуждающей силой. При этом работа возбуждающих сил будет меньше, чем при колебаниях отдельных лопаток. Кроме того, в местах паяного соединения полок происходит рассеяние энергии колебаний лопаток, то есть их демпфирование.
Такое выполнение рабочего колеса обеспечивает демпфирование колебаний лопаток малоразмерных турбомашин, в которых трудно разместить другие конструкции демпфирующих элементов, в частности в рабочих колесах турбомашин, выполненных заодно с лопатками. Предлагаемая конструкция рабочего колеса турбомашины может использоваться как в литых рабочих колесах турбомашин, так и в колесах, содержащих лопатки из жаропрочного материала с дисками, выполненными спеканием из порошка заодно с лопатками. При этом материал диска выбирается таким образом, чтобы он обладал высокими прочностными свойствами при более низких, чем у лопаток, (дисковых) температурах. Предлагаемая конструкция позволяет за счет подбора соответствующих материалов лопаток и диска получить высоконагруженное колесо турбины с высоким уровнем демпфирования рабочих лопаток. Конструкция применима в турбомашинах с запуском двигателя путем раскрутки турбины от сжатого воздуха.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №533738, кл. F01D 5/32, 1976 г.
2. Патент РФ №2022120, кл. F01D 5/16, 1994 г.