Турбоустановка (варианты) и способ монтажа
TURBINE PLANT (VERSIONS) AND INSTALLATION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к турбомашинам и, в частности, к осевой фиксации вращающихся сегментов турбомашины.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Различные турбомашины, такие как компрессоры и турбины, содержат вращающиеся лопатки. Например, турбина, например газовая турбина или паровая турбина, может содержать вращающиеся лопатки, присоединенные к ротору. Подобным образом, компрессор также может содержать вращающиеся лопатки, присоединенные к ротору. Газотурбинный двигатель, как правило, содержит компрессорную секцию, секцию камеры сгорания и турбинную секцию. В каждом типе турбомашины может применяться система фиксации, при использовании которой вращающиеся лопатки остаются присоединенными к ротору. Однако эти системы фиксации могут иметь сложную конструкцию, затрудняющую монтаж указанных вращающихся лопаток на роторе и/или их демонтаж.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Ниже приведено описание некоторых вариантов выполнения в соответствии с объемом правовой охраны первоначально заявленного изобретения. Эти варианты выполнения не предполагают ограничения объема правовой охраны заявленного изобретения, точнее, подразумевается, что они только представляют возможные варианты выполнения данного изобретения в кратком изложении. В действительности данное изобретение может распространяться на множество вариантов, которые могут быть схожими с рассмотренными ниже вариантами выполнения или отличными от них.
[0004] В соответствии с первым вариантом выполнения турбинная установка содержит турбомашину. Указанная турбомашина содержит ротор, имеющий ось вращения, первый вращающийся сегмент, содержащий первое сопряженное осевое крепежное приспособление, присоединенное к первому осевому крепежному приспособлению ротора в первом установочном положении. Указанная турбомашина также содержит первую шпонку, выполненную с возможностью введения в первое вставленное положение в первый паз, расположенный в роторе, и в первый сопряженный паз, расположенный в первом вращающемся сегменте, причем первый паз и первый сопряженный паз проходят в первом окружном направлении относительно оси вращения, при этом первая шпонка в первом вставленном положении выполнена с возможностью блокировки осевого перемещения первого сопряженного осевого крепежного приспособления относительно первого осевого крепежного приспособления. Указанная турбомашина дополнительно содержит второй вращающийся сегмент, имеющий второе сопряженное осевое крепежное приспособление, присоединенное ко второму осевому крепежному приспособлению ротора во втором установочном положении, в котором второй вращающийся сегмент расположен с возможностью блокировки извлечения первой шпонки.
[0005] В соответствии со вторым вариантом выполнения турбинная установка содержит ротор турбомашины. Указанный ротор содержит осевые крепежные приспособления, разнесенные в окружном направлении вокруг оси вращения указанного ротора и содержащие первое осевое крепежное приспособление и второе осевое крепежное приспособление, расположенные с окружным смещением друг от друга, при этом первое осевое крепежное приспособление выполнено с возможностью соединения с первым сопряженным осевым крепежным приспособлением первого вращающегося сегмента в первом установочном положении, а второе осевое крепежное приспособление выполнено с возможностью соединения со вторым сопряженным осевым крепежным приспособлением второго вращающегося сегмента во втором установочном положении. Указанный ротор также содержит шпоночные пазы, разнесенные в окружном направлении вокруг оси вращения ротора и содержащие первый шпоночный паз, расположенный в роторе смежно с первым осевым крепежным приспособлением, проходящий в первом окружном направлении относительно указанной оси вращения и выполненный с возможностью удержания первой шпонки в первом вставленном положении для блокировки осевого перемещения первого сопряженного крепежного приспособления относительно первого осевого крепежного приспособления, при этом второй вращающийся сегмент во втором установочном положении выполнен с возможностью блокировки извлечения первой шпонки.
[0006] В соответствии с третьим вариантом выполнения способ монтажа включает введение в осевом направлении первого сопряженного осевого крепежного приспособления первого вращающегося сегмента в первое осевое крепежное приспособление ротора. Указанный способ также включает введение первой шпонки в первом окружном направлении относительно оси вращения ротора в первый паз ротора и первый сопряженный паз первого вращающегося сегмента в первое вставленное положение, причем первая шпонка выполнена с возможностью блокировки осевого перемещения первого сопряженного осевого крепежного приспособления относительно первого осевого крепежного приспособления. Указанный способ дополнительно включает введение в осевом направлении второго сопряженного осевого крепежного приспособления второго вращающегося сегмента во второе осевое крепежное приспособление ротора для блокировки извлечения первой шпонки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества данного изобретения будут более понятны из последующего подробного описания и сопроводительных чертежей, в которых одинаковыми номерами позиций обозначены одинаковые компоненты. При этом
[0008] На фиг.1 показано схематическое изображение варианта выполнения турбоустановки (например, газотурбинного двигателя), имеющей систему осевой фиксации для вращающихся сегментов;
[0009] на фиг.2 показан продольный разрез варианта выполнения турбомашины (например, газотурбинного двигателя), показанной на фиг.1;
[0010] на фиг.3 показан частичный разрез варианта выполнения газотурбинного двигателя, показанного на фиг.2, взятый на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации для вращающихся сегментов;
[0011] на фиг.4 показан разрез варианта выполнения газотурбинного двигателя, показанного на фиг.2, по линии 4-4, изображающий систему осевой фиксации для нескольких вращающихся сегментов (например, лопаток/рабочих лопаток);
[0012] на фиг.5 показан частичный вид в разрезе варианта выполнения газотурбинного двигателя, показанного на фиг.2, по линии 4-4, изображающий систему осевой фиксации для нескольких вращающихся сегментов (например, уплотнений проточного тракта в турбине);
[0013] на фиг.6 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора и вращающегося сегмента, иллюстрирующий введение первого вращающегося сегмента в ротор;
[0014] на фиг.7 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора и вращающегося сегмента, иллюстрирующий введение шпонки в паз ротора;
[0015] на фиг.8 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора и первого вращающегося сегмента, иллюстрирующий введение шпонки в паз ротора и сопряженный паз в первом вращающемся сегменте;
[0016] на фиг.9 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора, первого вращающегося сегмента и второго вращающегося сегмента для закрепления шпонки в пазу ротора и сопряженном пазу в первом вращающемся сегменте;
[0017] на фиг.10 показан частичный разрез варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, круглой формы) для вращающихся сегментов;
[0018] на фиг.11 показан частичный разрез варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, овальной формы) для вращающихся сегментов;
[0019] на фиг.12 показан частичный разрез варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, Т-образной формы) для вращающихся сегментов;
[0020] на фиг.13 показан частичный разрез варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, U-образной формы) для вращающихся сегментов;
[0021] на фиг.14 показан частичный разрез варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, пятиугольной формы) для вращающихся сегментов;
[0022] на фиг.15 показан частичный вид в разрезе варианта выполнения турбомашины, показанной на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему осевой фиксации (например, в виде множественных шпонок) для вращающихся сегментов;
[0023] на фиг.16 показан частичный вид сверху в разрезе варианта выполнения ротора, изображающий систему осевой фиксации (например, в виде скошенного паза) для вращающихся сегментов; и
[0024] на фиг.17 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора и вращающегося сегмента, изображающий систему осевой фиксации (например, в виде L-образной шпонки).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0025] Ниже описаны одно или несколько некоторых вариантов выполнения данного изобретения. Понятно, что при кратком описании этих вариантов выполнения могут быть описаны не все признаки фактической реализации. Следует понимать, что при разработке любой подобной фактической реализации, как и при любом инженерном или опытно-конструкторском проектировании, требуется принимать множество специфических решений, связанных с реализацией, чтобы достичь некоторых целей разработчика, например, следует учитывать системные ограничения и ограничения, связанные с деловой деятельностью, которые могут меняться от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что такие связанные с разработкой усилия могут быть сложными и трудоемкими, тем не менее, они обычны при проектировании, изготовлении и производстве для специалиста, использующего данное описание.
[0026] Подразумевается, что использование единственного числа при описании элементов различных вариантов выполнения и выражение «указанный» означают наличие одного или нескольких данных элементов. Подразумевается, что выражения «содержащий», «включающий» и «имеющий» носят охватывающий характер, т.е. в данном случае возможно использование дополнительных элементов, отличных от перечисляемых элементов.
[0027] Настоящее описание относится к турбомашинам (например, к газотурбинному двигателю), которые содержат систему осевой фиксации, обеспечивающее фиксацию вращающихся сегментов (например, лопаток/рабочих лопаток или уплотнений проточного тракта), присоединенных к ротору в компонентах (например, компрессоре и/или турбине) указанной турбомашины. В некоторых вариантах выполнения указанная турбомашина содержит ротор, имеющий ось вращения, первый вращающийся сегмент, содержащий первое сопряженное осевое крепежное приспособление, присоединенное к первому осевому крепежному приспособлению ротора в первом установочном положении, и первую шпонку, выполненную с возможностью введения в первое вставленное положение как в первый паз (например, углубленный осевой паз) в роторе, так и в первый сопряженный паз (например, образованный посредством выступающего в осевом направлении соединительного элемента) в первом вращающемся сегменте. Причем указанный первый паз и первый сопряженный паз проходят в первом окружном направлении относительно оси вращения, при этом первая шпонка выполнена так, чтобы в первом вставленном положении препятствовать перемещению в осевом направлении первого сопряженного осевого крепежного приспособления относительно первого осевого крепежного приспособления. Указанная турбомашина также содержит второй вращающийся сегмент, имеющий второе сопряженное осевое крепежное приспособление, присоединенное ко второму осевому крепежному приспособлению ротора во втором установочном положении, и выполненный с возможностью блокировки извлечения первой шпонки во втором установочном положении. В некоторых вариантах выполнения первая шпонка конструктивно выполнена так, что сначала ее вводят в первый паз и первый сопряженный паз в первом радиальном направлении, а затем перемещают в первом окружном направлении относительно оси вращения. Например, указанный первый паз может иметь доступную в радиальном направлении часть, расположенную в роторе смежно с первым вращающимся сегментом, когда первое сопряженное осевое крепежное приспособление присоединено к первому осевому крепежному приспособлению в первом установочном положении. Второй вращающийся сегмент может закрывать указанную доступную в радиальном направлении часть первого паза, когда второе сопряженное осевое крепежное приспособление присоединено ко второму осевому крепежному приспособлению во втором установочном положении. В некоторых вариантах выполнения первый паз, расположенный в роторе, проходит только на часть расстояния окружного смещения между первым и вторым осевыми крепежными приспособлениями. Указанная система осевой фиксации может обеспечивать закрепление вращающихся сегментов в осевом направлении в роторе с блокировкой отсоединения указанных вращающихся сегментов от ротора вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система фиксации может обеспечивать простой способ монтажа указанных вращающихся сегментов на роторе и/или их демонтажа.
[0028] На фиг.1 показан схематический вид турбоустановки 10, содержащей газотурбинный двигатель 12, имеющий систему осевой фиксации, предназначенную для прикрепления вращающихся сегментов (например, лопаток, рабочих лопаток или уплотнений проточного тракта в турбине) в осевом направлении к ротору (например, ротору турбомашины, или ротору турбины). В некоторых вариантах выполнения система 10 может представлять собой самолет, судно, локомотив, вырабатывающую электроэнергию систему, или их комбинацию. Кроме того, несмотря на то, что система осевой фиксации может быть описана в контексте газотурбинного двигателя, тем не менее, указанная система может использоваться в других турбоустановках, таких как паровая турбина, гидравлическая турбина, или автономный компрессор. Указанный газотурбинный двигатель 12 содержит воздухозаборную секцию 16, компрессор 18, секцию 20 камеры сгорания, турбину 22 и выпускную секцию 24. Турбина 22 присоединена к компрессору 18 с помощью вала 26. Указанная система осевой фиксации может использоваться для прикрепления вращающихся сегментов к ротору в компрессоре 18 и/или турбине 22. Как изложено более подробно ниже, указанная система может обеспечивать закрепление вращающихся сегментов в осевом направлении в роторе с блокировкой отсоединения вращающихся сегментов от ротора вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система может обеспечивать простой способ монтажа указанных вращающихся сегментов на роторе и/или их демонтажа.
[0029] Как указано стрелками, в газотурбинный двигатель 12 может поступать воздух через воздухозаборную секцию 16 и проходить в компрессор 18, который обеспечивает сжатие воздуха до его поступления в секцию 20 камер сгорания. Показанная секция 20 камер сгорания содержит корпус 28, расположенный концентрически или кольцеобразно вокруг вала 26 между компрессором 18 и турбиной 22. Указанный сжатый воздух из компрессора 18 поступает в камеры 30 сгорания, где указанный сжатый воздух может смешиваться с топливом и сгорать внутри камер 30 сгорания для приведения в действие турбины 22.
[0030] Из секции 20 камер сгорания высокотемпературные газообразные продукты сгорания проходят через турбину 22, приводя в действие компрессор 18 с помощью вала 26. Например, газообразные продукты сгорания могут обеспечивать приложение движущих сил к вращающимся сегментам (например, роторным лопаткам) внутри турбины 22 для приведения во вращение вала 26. После прохождения через турбину 22 высокотемпературные газообразные продукты сгорания могут выходить из газотурбинного двигателя 12 через выпускную секцию 24.
[0031] На фиг.2 показан вид сбоку варианта выполнения газотурбинного двигателя 12, показанного на фиг.1, в разрезе, взятом по продольной оси 32. Как показано, газовая турбина 22 содержит три отдельные ступени 34. Каждая ступень 34 содержит ряд лопаток или рабочих лопаток 36, присоединенных к рабочему колесу 38, которое может быть прикреплено с возможностью вращения к валу 26 (фиг.1). Лопатки 26 проходят в радиально наружном направлении от рабочих колес 38 и частично расположены внутри проточного тракта газообразных продуктов сгорания. В некоторых вариантах выполнения к рабочему колесу 38 может быть прикреплен ряд уплотнений проточного тракта (например, уплотнений проточного тракта в турбине, см. фиг.5). Указанная система фиксации обеспечивает прикрепление в осевом направлении лопаток 36, и/или указанных уплотнений к рабочим колесам 38. Хотя газовая турбина 22 показана в виде трехступенчатой турбины, тем не менее рассматриваемая в данном документе система осевой фиксации может использоваться в любом подходящем типе турбины с любым количеством ступеней и валов. Например, указанная система может использоваться в одноступенчатой газовой турбине, в сдвоенной турбинной установке, которая содержит турбину низкого давления и турбину высокого давления, или в паровой турбине. Дополнительно, описанная в данном документе система фиксации также может использоваться в ротационном компрессоре, таком как компрессор 18, показанный на фиг.1 и 2.
[0032] Как изложено выше в отношении фиг.1, воздух поступает через воздухозаборную секцию 16 и сжимается компрессором 18. Затем сжатый воздух из компрессора 18 проводится в секцию 20 камер сгорания, в которой сжатый воздух смешивается с топливом. Смесь сжатого воздуха и топлива в целом воспламеняется внутри секции 20 камер сгорания с образованием высокотемпературных газообразных продуктов сгорания под большим давлением, которые используются для создания вращающего момента в турбине 22. В частности, газообразные продукты сгорания обеспечивают приложение движущих сил к лопаткам 36 для приведения во вращение рабочих колес 38 (т.е. ротора) относительно оси 32. В некоторых вариантах выполнения указанная система фиксации может обеспечивать закрепление указанных вращающихся сегментов в осевом направлении в роторе 38 с блокировкой отсоединения вращающихся сегментов от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система осевой фиксации может обеспечивать простой способ монтажа указанных вращающихся сегментов на роторе 38 и/или их демонтажа.
[0033] На фиг.3 показан частичный вид в разрезе варианта выполнения газотурбинного двигателя 12, показанного на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, изображающий систему 46 осевой фиксации для вращающихся сегментов 48. Как показано, вращающийся сегмент 48 присоединен к ротору 38 (например, рабочему колесу). Указанный вращающийся сегмент 48 содержит сопряженное осевое крепежное приспособление 80, присоединенное к осевому крепежному приспособлению 70 ротора 38 в установочном положении (см. фиг.4 и 5). Ротор 38 имеет ось 32 вращения. Для иллюстрации показана только часть вращающегося сегмента 48 и ротора 38. Указанный вращающийся сегмент 48 может содержать рабочую лопатку, или лопатку 36 (см. фиг.4), или уплотнение проточного тракта в турбине (см. фиг.5).
[0034] Указанная система 46 содержит шпонку 50 (например, срезную шпонку), введенную во вставленное положение 51 в пазе 52 (например, в шпоночном пазе), расположенном в роторе 38, и в сопряженном пазе 54 (например, в сопряженном шпоночном пазе), расположенном во вращающемся сегменте 48. Паз 52 и сопряженный паз 54 выполнены с возможностью фиксации шпонки 50 во вставленном положении 51 с предотвращением осевого перемещения сопряженного осевого крепежного приспособления 80 относительно осевого крепежного приспособления 78. В некоторых вариантах выполнения форма (например, поперечное сечение) шпонки 50 может изменяться. Например, шпонка 50 может иметь квадратную (как показано на фиг.3), прямоугольную, овальную, круглую, треугольную Т-образную, U- образную или другую форму. Форма (например, поперечное сечение) паза 52 и сопряженного паза 54 также может изменяться, обеспечивая вмещение формы шпонки 50. В некоторых вариантах выполнения количество шпонок 50 и соответствующих пазов 52, а также сопряженных пазов 54 может изменяться вдоль одной контактной поверхности 55 между вращающимся сегментом 48 и ротором 38. Количество шпонок 50 и соответствующих пазов 52, а также сопряженных пазов 54 может изменяться от 1 до 10, от 1 до 5, от 1 до 3 или от 1 до 2 вдоль контактной поверхности 55. Например, количество шпонок 50 и соответствующих пазов 52, а также сопряженных пазов 54 может равняться 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10 или другому количеству вдоль контактной поверхности 55. Кроме того, размещение паза 52 и сопряженного паза 54 может изменяться вдоль контактной поверхности 55. Например, паз 52 и соответствующий сопряженный паз 54 могут быть расположены вдоль центральной части 56 контактной поверхности 55, как показано, или со смещением от центральной части 56 к наружной части 58 указанной контактной поверхности в осевом направлении 60 и 62.
[0035] Паз 52 и сопряженный паз 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. В некоторых вариантах выполнения паз 52 и сопряженный паз 54 могут проходить под углом относительно окружного направления 64. Как изложено более подробно ниже, паз 52 имеет доступную в радиальном направлении часть, расположенную в роторе 38 смежно с вращающимся сегментом 48, когда сопряженное осевое крепежное приспособление 80 присоединено к осевому крепежному приспособлению 78 в установочном положении. Шпонка 50 выполнена с возможностью введения в первый паз 52 и первый сопряженный паз 54 в радиальном направлении 66, а затем в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. Шпонка 50 во вставленном положении 51 предназначена для блокировки осевого перемещения в направлениях 60 и 62 сопряженного осевого крепежного приспособления вращающегося сегмента 48 относительно осевого крепежного приспособления ротора 38. Как изложено более подробно ниже, установка другого вращающегося сегмента 48 в ротор 38 смежно со шпонкой 50 обеспечивает блокировку извлечения шпонки 50. В некоторых вариантах осуществления указанная система 46 может обеспечивать закрепление вращающиеся сегменты 48 в осевом направлении в роторе 38 с блокировкой отсоединения вращающихся сегментов 48 от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система 46 может обеспечивать простой способ монтажа указанных вращающихся сегментов 48 на роторе 38 и/или их демонтажа.
[0036] На фиг.4 показан частичный вид в разрезе варианта выполнения газотурбинного двигателя 12, показанного на фиг.2, взятом по линии 4-4, изображающий систему 46 осевой фиксации для нескольких вращающихся сегментов (например, лопаток/рабочих лопаток 36). Как было упомянуто выше, указанная система 46 может использоваться для лопаток 36, прикрепляемых к ротору 38 в компрессоре 18 и/или турбине 22. Каждый ротор 38 (например, цилиндрический ротор) содержит лопатки 36, проходящие в радиально наружном направлении 76 из ротора 36. Ротор 38 содержит осевые крепежные приспособления 78 (например, углубленный осевой паз или паз пазового замка) для фиксации сопряженных осевых крепежный приспособлений 80 (например, выступающий осевой соединительный элемент или сопряженный соединительный элемент пазового замка) лопаток 36. В некоторых вариантах выполнения могут быть установлены и разнесены, или смещены в окружном направлении 64 вокруг ротора 38 и соответствующей оси 32 вращения приблизительно 50-150 лопаток 36.
[0037] Как показано, лопатки 82, 84 и 86 имеют соответствующие сопряженные осевые крепежные приспособления 88, 90 и 92, присоединенные к соответствующим осевым крепежным приспособлениям 94, 96 и 98 ротора 38 в установочных положениях 100, 102 и 104. Система 46 осевой фиксации содержит пазы 52 (например, шпоночные пазы), разнесенные в окружном направлении 64 вокруг оси 32 вращения ротора 38 (например, ротора турбомашины). Шпонки 50 введены во вставленное положение 51 в пазе 52, расположенном в роторе 38, и в сопряженном пазе 54 (например, шпоночный сопряженный паз), расположенном в лопатках 82, 84 и 86. Как было упомянуто выше, каждый из пазов 52 и каждый из соответствующих им сопряженных пазов 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. Каждая шпонка 51 во вставленном положении 51 предназначена для блокировки осевого перемещения сопряженных осевых крепежный приспособлений 88, 90 и 92 в направлениях 60 и 62 относительно осевых крепежный приспособлений 94, 96 и 98. Лопатки 84 и 86 в их соответствующих установочных положениях 102 и 104 блокируют извлечение шпонок 51 из пазов 52 и сопряженных пазов 54, связанных соответственно, с лопатками 82 и 84.
[0038] Пазы 52 и сопряженные пазы 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. В некоторых вариантах выполнения пазы 52 и сопряженные пазы 54 могут проходить под углом (например, под углом приблизительно от 0° до 60°) относительно окружного направления 64. Каждый паз 52 проходит только на часть 106 расстояния окружного смещения 108 между смежными осевыми крепежными приспособлениями 78. В некоторых вариантах выполнения каждый паз 52 проходит на все расстояние 106 окружного смещения 108 между смежными осевыми крепежными приспособлениями (см. фиг.17). Кроме того, каждый паз 52 имеет доступную в радиальном направлении часть 110, расположенную в роторе 38 смежно с каждой лопаткой 82, 84 и 86, когда соответствующие сопряженные осевые крепежные приспособления 88, 90 и 92 присоединены к соответствующим осевым крепежным приспособлениям 94, 96 и 98 в установочных положениях 100, 102 и 104. Когда смежные лопатки 84 и 86 не расположены в установочных положениях 102 и 104, указанная часть 110 (например, часть, связанная с лопаткой 82) является доступной для введения шпонки 50. Каждая шпонка 50 выполнена с возможностью введения в первый паз 52 и первый сопряженный паз 54 в радиальном направлении 66, а затем в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. Лопатки 84 и 86 закрывают указанную часть 110 пазов 52, когда соответствующие сопряженные осевые крепежные приспособления 90 и 92 присоединены к соответствующим осевым крепежным приспособлениям 96 и 98 в установочных положениях 102 и 104. Система 46 может обеспечивать закрепление лопатки 36 в аксиальном направлении в роторе 38 с блокировкой отсоединения лопаток 36 от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система 46 может обеспечивать простой способ монтажа указанных лопаток 36 на роторе 38 и/или их демонтажа.
[0039] На фиг.5 показан частичный вид в разрезе варианта выполнения ротора 38, присоединенного к уплотнениям 120 проточного тракта в турбине, содержащим систему 46 осевой фиксации, предназначенную для указанных уплотнений 120. Указанная система 46 подобно системе, показанной на фиг.4, за исключением того, что ротор 38 присоединен к указанным уплотнениям 120.
В некоторых вариантах выполнения могут быть установлены и разнесены, или смещены в окружном направлении 64 вокруг ротора 38 и соответствующей оси 32 вращения приблизительно 50-150 лопаток 36. Указанная система 46 может обеспечивать закрепление указанных уплотнений 120 в осевом направлении в роторе 38 с блокировкой отсоединения уплотнений 120 от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система 46 может обеспечивать простой способ монтажа указанных уплотнений 120 на роторе 38 и/или их демонтажа.
[0040] На фиг.6-9 показаны частичные виды в аксонометрии варианта выполнения ротора и одного или нескольких вращающихся сегментов 48, иллюстрирующие монтаж системы осевой фиксации. Ротор 38 и вращающиеся сегменты 48 аналогичны рассмотренным выше ротору и вращающимся сегментам. Как показано на фиг.6, первое сопряженное осевое крепежное приспособление 130 (например, выступающий осевой соединительный элемент или сопряженный соединительный элемент пазового замка) первого вращающегося сегмента 132 (например, лопатки, рабочей лопатки, или уплотнения проточного тракта в турбине) введено в осевом направлении 62 в первое осевое крепежное приспособление 134 (например, углубленный осевой паз или паз пазового замка) ротора 38 в первом установочном положении 136. Как показано, ротор 38 содержит паз 52 (например, шпоночный паз), а первый вращающийся сегмент 132 содержит сопряженный паз 54. В некоторых вариантах выполнения вращающиеся сегменты 48 могут быть вставлены в целом в осевом направлении 62, но под углом или наклонно относительно оси 32 вращения ротора 38. Как показано, паз 52 имеет доступную в радиальном направлении часть 110, расположенную в роторе 38 смежно с первым вращающимся сегментом 132, когда первое сопряженное осевое крепежное приспособление 130 присоединено к первому осевому крепежному приспособлению 134 в первом установочном положении 136. Паз 52 и сопряженный паз 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. Паз 52 и сопряженный паз 54 выполнены с возможностью фиксации шпонки 50 во вставленном положении 51 с блокировкой осевого перемещения первого сопряженного осевого крепежного приспособления 130 в осевых направлениях 60 и 62 относительно первого осевого крепежного приспособления 134.
[0041] Как показано на фиг.7, шпонку 50 затем вводят в радиальном направлении 66 относительно оси 32 вращения в доступную в радиальном направлении часть 110 паза 52. После введения в радиальном направлении 66 шпонку 50 проводят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения в паз 52 и сопряженный паз 54, как показано на фиг.8. Шпонку 50 целиком вводят в паз 52 и сопряженный паз 54 так, что никакая часть шпонки 50 не проходит в указанную часть 110. Указанная шпонка 50 во вставленном положении 51 обеспечивает блокировку осевого перемещения первого сопряженного осевого крепежного приспособления 130 в осевых направлениях 60 и 62 относительно первого осевого крепежного приспособления 134.
[0042] После введения шпонки 50 в паз 52 и сопряженный паз 54 вводят второе сопряженное осевое крепежное приспособление 146 (например, выступающий осевой соединительный элемент или сопряженный соединительный элемент пазового замка) второго вращающегося сегмента 148 (например, лопатки, рабочей лопатки, или уплотнения проточного тракта в турбине) в осевом направлении 62 во второе осевое крепежное приспособление 150 (например, углубленный осевой паз или паз пазового замка) ротора 38 во втором установочном положении 152, как показано на фиг.9. Как показано, второй вращающийся сегмент 148 во втором установочном положении 152 обеспечивает блокировку извлечения шпонки 50. Кроме того, второй вращающийся сегмент 148 закрывает доступную в радиальном направлении часть 110 при расположении во втором установочном положении 152. Демонтаж указанной системы 46 выполняют в порядке, обратном порядку его монтажа. Как показано, ротор 38 содержит паз 52 (например, шпоночный паз), а первый вращающийся сегмент 132 содержит сопряженный паз 54. Как показано, паз 52 имеет доступную в радиальном направлении часть 110, расположенную в роторе 38 смежно с первым вращающимся сегментом 132, когда первое сопряженное осевое крепежное приспособление 130 присоединено к первому осевому крепежному приспособлению 134 в первом установочном положении 136. Паз 52 и сопряженный паз 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. Паз 52 и сопряженный паз 54 выполнены с возможностью фиксации шпонки 50 во вставленном положении 51 с блокировкой осевого перемещения первого сопряженного осевого крепежного приспособления 130 в осевых направлениях 60 и 62 относительно первого осевого крепежного приспособления 134.
[0043] На фиг.10 - 17 показаны различные варианты выполнения расположений и форм шпонок 50, пазов 52 ротора 38 и сопряженных пазов 54 вращающегося сегмента 48 (например, лопаток, рабочих лопаток или уплотнений проточного тракта в турбине) системы 46 осевой фиксации. В частности, на фиг.10-16 показаны частичные виды в разрезе варианта выполнения газотурбинного двигателя 12, показанного на фиг.2, на участке, ограниченном линией 3-3, а также шпонок 50, пазов 52 и сопряженных пазов 54 указанной системы 46. Как упомянуто выше, указанная система 46 выполнена с возможностью блокировки осевого перемещения в направлениях 60 и 62 сопряженного осевого крепежного приспособления вращающегося сегмента 48 относительно осевого крепежного приспособления ротора 38. В частности, система 46 может обеспечивать закрепление вращающихся сегментов 48 в осевом направлении в роторе 38 с блокировкой отсоединения вращающихся сегментов 48 от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система 46 может обеспечивать простой способ монтажа указанных вращающихся сегментов 48 на роторе 38 и/или их демонтажа. Подразумевается, что приведенные ниже варианты выполнения не являются ограничительными, точнее предполагается, что указанные варианты выполнения являются примерами различных схем расположения и форм шпонок 50, пазов 52 и сопряженных пазов 54.
[0044] Показанная на фиг.9-13 система 46 может содержать одну шпонку 50 и соответствующий паз 52, а также сопряженный паз 54. Как показано на фиг.9 и 10, шпонка 50 имеет эллиптическое поперечное сечение. Например, на фиг.9 шпонка 50 имеет круглое поперечное сечение, а на фиг.10 - овальное поперечное сечение. Соответствующий паз 52 и сопряженный паз 54 образуют углубление 162 с эллиптической формой.
[0045] Как вариант, шпонка 50 может иметь Т-образную форму, как показано на фиг.12. Указанная шпонка 50 имеет первую часть 164 и вторую часть 166. Первая часть 164 проходит вдоль контактной поверхности 55 между ротором 38 и вращающимся сегментом 48 в осевых направлениях 60 и 62. Втор Вторая часть 166 проходит в радиальном направлении 66. Как показано, первая часть 164 шпонки 50 соответствует сопряженному пазу 54 (например, прямолинейному углублению 168), а вторая часть 166 соответствует пазу 52 (например, прямолинейному углублению 170). В некоторых вариантах выполнения расположение шпонки 50 может быть обратным с образованием перевернутой Т-образной формы, т.е. первая часть 164 соответствует к пазу 52, а вторая часть 166 соответствует сопряженному пазу 166.
[0046] Как показано на фиг.13, шпонка 50 имеет U-образную форму. Указанная шпонка 50 имеет базовую часть 172 и удлиненные части 174 и 176. Базовая часть 172 проходит вдоль контактной поверхности 55 между ротором 38 и вращающимся сегментом 48 в осевых направлениях 60 и 62. Удлиненные части 174 и 176 проходят в радиальном направлении 76. Как показано, базовая часть шпонки 50 соответствует пазу 52 (например, прямолинейному углублению 178) а удлиненные части 174 и 176 соответствуют сопряженному пазу 54 (например, прямолинейным углублениям 180 и 182). В некоторых вариантах выполнения расположение шпонки 50 может быть обратным с образованием перевернутой U-образной формы, т.е. базовая часть 164 соответствует сопряженному пазу 54, а удлиненные части 174 и 176 соответствуют пазу 52.
[0047] Как показано на фиг.14, шпонка 50 имеет пятиугольное поперечное сечение. Указанная шпонка 50 имеет базовую часть 184 и треугольную часть 186. Базовая часть 184 проходит вдоль контактной поверхности 55 между ротором 38 и вращающимся сегментом 48 в осевых направлениях 60 и 62. Треугольная часть 186 убывает по конусу или сужается в радиальном направлении 76. Как показано, базовая часть 184 соответствует пазу 52 (например, прямолинейному углублению 188), а треугольная часть 186 соответствует сопряженному пазу 54 (например, треугольному углублению 190). В некоторых вариантах выполнения расположение шпонки 50 может быть обратным, т.е. треугольная часть 186 соответствует пазу 52 и убывает по конусу или сужается в радиальном направлении 66, а базовая часть 184 соответствует сопряженному пазу 54.
[0048] Как показано на фиг.15, указанная система 46 содержит несколько шпонок 50 (например, шпонки 191 и 192) и соответствующие пазы 52 (например, пазы 194 и 196), а также сопряженные пазы 54 (например, пазы 198 и 200), проходящие вдоль одной контактной поверхности 55 между вращающимся сегментом 48 и ротором 38. Каждая шпонка 190 и 192 имеет прямоугольное поперечное сечение (например, квадратное). Указанные пазы 194 и 196 и соответствующие сопряженные пазы 198 и 200 образуют прямолинейные углубления 202 и 204. Как упомянуто выше, количество шпонок 50 и соответствующих пазов 52, а также сопряженных пазов 54 может изменяться в пределах от 1 до 10, от 1 до 5, от 1 до 3 или от 1 до 2 на контактной поверхности 55. Например, количество шпонок 50, соответствующих пазов 52, а также сопряженных пазов 54 может равняться 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или другому количеству на контактной поверхности 55. Кроме того, размещение паза 52 и сопряженного паза 54 может изменяться на контактной поверхности 55. Как показано, паз 52 и соответствующий сопряженный паз 54 расположены со смещением от центральной части 56 к наружной части 58 указанной контактной поверхности 55 в осевом направлении 60 и 62. В некоторых вариантах выполнения указанный паз 52 и соответствующий сопряженный паз 54 могут быть расположены вдоль центральной части 56 контактной поверхности 55 (см. фиг.10-14).
[0049] На фиг.16 показан частичный вид сверху в разрезе варианта выполнения ротора 38, изображающий систему осевой фиксации (например, в виде скошенного паза) для вращающихся сегментов 48. Ротор 38 содержит паз 52, как изложено выше. Паз 52 имеет часть 214 и доступную в радиальном направлении часть 110. Указанная часть 214 и доступная в радиальном направлении часть 110 расположены на противоположных сторонах от контактной поверхности 215 между смежными вращающимися сегментами 48. Часть 214 закрывается при введении первого вращающегося сегмента 48 в установочное положение. Как упомянуто выше, шпонка 50 может быть вставлена сначала в радиальном направлении 66 доступную в радиальном направлении часть 110 паза 52, а затем введена в окружном направлении 64 в часть 214 паза 52 во вставленное положение 51. Как показано на фиг.16, паз 52 (также как и сопряженный паз 54) проходит в окружном направлении 64 относительно оси 32 вращения. В частности, паз 52 и сопряженный паз 54 могут проходить под углом 216 относительно окружного направления 64. Угол 216 может изменяться в диапазоне приблизительно 0°-60°, 0°-45°, 0°-30°, 0°-15°, 15°-30°, 30°-45°, а также в любом поддиапазоне. Например, угол 216 может равняться приблизительно 0°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55° или 60°, или быть любым другим углом.
[0050] На фиг.17 показан частичный вид в аксонометрии варианта выполнения ротора 38 и вращающегося сегмента 48, изображающий систему 46 осевой фиксации (например, в виде L-образной шпонки) со шпонкой 50, введенной во вставленное положение для предотвращения осевого перемещения указанного сегмента 48 относительно ротора 38. В целом, указанная система 46, показанная на фиг.17, работает так же, как описано в вышеприведенных вариантах выполнения. Шпонка 50 имеет L-образную форму, которая имеет верхнюю часть 226 и нижнюю часть 228. Указанная верхняя часть 226 имеет наклонную сторону 230, которая сведена на конус или сужается в целом в радиальном направлении 76 к концу 232 (например, сведенному на конус концу) верхней части 226 шпонки 50. Как показано, верхняя часть 226 шпонки 50 соответствует сопряженному пазу 54. Указанный сопряженный паз 54 содержит углубление 234, которое имеет сведенную на конус часть 236, препятствующую введению шпонки 50 задом наперед в сопряженный паз 54 (т.е. препятствующий введению нижней части 228 в указанный паз 54). Кроме того, как показано, нижняя часть 228 шпонки 50 соответствует пазу 52. В частности, нижняя часть 228 шпонки 50 проходит в доступную в радиальном направлении часть 110 паза 52 во вставленном положении. Как показано, в некоторых вариантах выполнения паз 52 проходит на всей части 106 окружного смещения 108 между смежными осевыми крепежными приспособлениями 78 (см. фиг.4). Нижняя часть 228 шпонки 50 имеет отверстие 238, которое обеспечивает возможность для извлечения шпонки 50 из вставленного положения с помощью инструмента, например, во время демонтажа вращающихся сегментов 48 и ротора 38.
[0051] Технический эффект рассмотренных в данном документе вариантов выполнения заключается в создании системы 46 осевой фиксации, обеспечивающей присоединение вращающихся сегментов 48 (например, лопаток, рабочих лопаток или уплотнений проточного тракта в турбине), к ротору 38 в компонентах (например, компрессора 18 и/или турбины 22) турбомашины 10 (например, газотурбинных двигателей 12). В частности, указанная система 46 содержит шпонку 51, выполненную с возможностью введения в первое вставленное положение в паз 52 (например, углубленный осевой паз) в роторе 38 и в сопряженный паз 54 (например, образованный посредством выступающего в осевом направлении соединительного элемента) во вращающемся сегменте 48. Паз 52 и сопряженный паз 54 проходят в окружном направлении 64 относительно оси вращения 32 ротора 38, а шпонка 50 выполнена с возможностью блокировки во вставленном положении 51 осевого перемещения вращающегося сегмента 48 относительно ротора 38 во вставленном положении 51. Введение другого вращающегося сегмента 48 смежно со шпонкой 50 обеспечивает блокировку ее извлечения. Указанная система 46 может обеспечивать закрепление в осевом направлении вращающихся сегментов 48 в роторе 38 с блокировкой отсоединения вращающихся сегментов 48 от ротора 38 вследствие нагрузок, создаваемых центробежной силой. Кроме того, указанная система 46 может обеспечивать простой способ монтажа вращающихся сегментов 48 на ротором 38 и/или их демонтажа.
[0052] В изложенном описании использованы примеры, характеризующие данное изобретение, включая предпочтительный вариант выполнения, а также обеспечивающие возможность любому специалисту осуществить на практике данное изобретение, включая выполнение и использование любых устройств или установок, а также выполнение любых относящихся к этому способов. Объем правовой охраны данного изобретения определен формулой изобретения, при этом он может включать другие примеры, которые встретятся специалисту. Подразумевается, что такие примеры подпадают под объем правовой охраны формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от элементов, описанных в формуле изобретения, или, если они содержат эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от элементов, описанных в формуле изобретения.