РОТОР ЛОПАТОЧНЫХ МАШИН

Полезная модель относится к области лопаточных машин, включая турбины, насосы, компрессоры, вентиляторы, движители и может быть использована в нефтяной, газовой промышленности и в других отраслях промышленности, в том числе при создании турбин для получения экологически чистой энергии.
Известен ротор паровой турбины, между основными рабочими лопатками которого установлены промежуточные лопатки (GB 284312, 1928).
Такое конструктивное решение направлено на повышение мощности и КПД ротора.
Недостаток известного ротора заключается в сложности его конструкции, недостаточной прочности и жесткости крепления промежуточных лопаток к основным лопаткам, что ухудшает вибрационную надежность лопаточного аппарата и ведет к ускоренному разрушению лопаток и элементов их крепления.
Другой недостаток известной конструкции заключается в сложности замены поврежденных лопаток.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является ротор с П-образными лопатками, содержащий вал, диск и лопатки, имеющие П-образную форму, включающую две перьевые рабочие части, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой (RU 2424434, 2011 г.).
Недостатком известного ротора является относительно невысокая жесткость конструкции и высокая масса элементов, расположенных на периферии ротора, что осложняет балансировку ротора и, соответственно, ограничивает возможности для повышения частоты вращения ротора, что, в свою очередь, приводит к сужению области применения ротора.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является расширение диапазона частоты вращения ротора.
Поставленная задача достигается тем, что в роторе лопаточных машин, содержащем вал, диск, лопатки, имеющие П-образную форму и включающие две перьевые части, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой, согласно полезной модели, лопатки попарно объединены в секции кольцевой формы, при этом в каждой секции одна П-образная лопатка расположена с угловым смещением относительно второй П-образной лопатки на угол 180 градусов при повороте вокруг оси вращения вала, а в перьевых частях лопаток выполнены отверстия, через которые проходит вал.
Полученный технический результат заключается в упрощении процесса статической и динамической балансировки ротора, достигаемом за счет обеспечения одновременно условий уравновешивания конструкции ротора, снижения его массы и повышения жесткости конструкции.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема ротора, с продольным разрезом, где показаны секции кольцевой формы, образованные из попарно объединенных лопаток П-образной формы; на фиг. 2 представлена схема ротора, вид - А, где показаны, для примера, четыре секции кольцевой формы; на фиг. 3 представлена схема П-образной лопатки, включающей две перьевые части, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой; на фиг. 4 представлена схема одной секции, кольцевой формы, образованной из попарно объединенных лопаток П-образной формы; на фиг. 5 представлена схема одной кольцевой секции, вид - Б, где одна П-образная лопатка расположена с угловым смещением относительно второй П-образной лопатки на угол 180 градусов при повороте вокруг оси вращения вала; на фиг. 6 представлена схема варианта П-образной лопатки, включающей две перьевые части, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой, которая имеет криволинейные поверхности; на фиг. 7 представлена схема варианта П-образной лопатки, включающей две перьевые части, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой, которая имеет криволинейные поверхности, вид - В.
Ротор лопаточных машин содержит вал 1, диск 2 и лопатки 3, имеющие П-образную форму и включающие две перьевые части 4, установленные с зазором друг относительно друга и соединенные между собой полкой 5. Лопатки 3 попарно объединены в отдельные секции 6 кольцевой формы. При этом каждая секция содержит две П-образные лопатки 3, размещенные на валу 1. А в каждой секции 6 одна П-образная лопатка 3 расположена с угловым смещением относительно второй П-образной лопатки 3 на угол 180 градусов при повороте вокруг оси вращения 7 вала 1 (указанный угол α=180 градусов, как показано на фигуре 5). Причем перьевые части 4 лопаток 3 содержат отверстия 8, через которые проходит вал 1. Ротор может быть использован в лопастных машинах динамического типа, в том числе в лопастных турбинах и в лопастных насосах или в лопастных компрессорах (с учетом известной обратимости динамических машин).
Ротор работает следующим образом.
При использовании ротора в турбине (например, в газовой турбине) поток рабочего тела направляют на П-образные лопатки (направляющий аппарат для формирования потока рабочего тела на фигурах не показан). Рабочее тело (газ в данном примере) оказывает силовое воздействие на стенки перьевых частей 4 и на стенки полки 5, при этом кинетическая энергия потока рабочего тела преобразуется в механическую энергию, передаваемую на вал 1, и вал 1 при этом вовлекается во вращательное движение. Диск 2 обеспечивает механическую связь лопаток 3 с валом 1. Лопатки 3 выполнены в виде отдельных секций 6 кольцевой формы. При этом каждая секция содержит две П-образные лопатки 3, размещенные на валу 1. В каждой секции 6 одна П-образная лопатка 3 расположена с угловым смещением относительно второй П-образной лопатки 3 на угол 180 градусов при повороте вокруг оси вращения 7 вала 1, что обеспечивает условия уравновешивания секции 6 и ротора в целом, когда центр масс каждой секции расположен на оси вращения 7. Указанный угол α=180 градусов, как показано на фигуре 5. Кольцевая секция 6, состоящая из двух П-образных лопаток, позволяет избавиться от консольно-закрепленной перьевой части, что позволяет снизить массу элементов, расположенных на периферии ротора. Перьевые части 4 лопаток 3 содержат отверстия 8, через которые проходит вал 1. Две лопатки 3 могут быть объединены в секцию 6 (как показано на фигурах 4 и 5) при использовании известных технологий, например, с применением сварки, или с применением клеевых соединений, но также возможно выполнение кольцевой секции из трубной (или из кольцевой) заготовки при использовании известных технологий резки. При использовании отдельных секций 6 кольцевой формы повышается жесткость конструкции и снижается масса элементов, расположенных на периферии ротора. Это исполнение упрощает решение проблем с балансировкой ротора и, соответственно, открываются возможности для повышения частоты вращения ротора, что особенно важно при использовании листовых заготовок для производства лопаток и ротора в целом.
Лопатки, как известно, могут иметь плоские и криволинейные рабочие поверхности. На фигурах 6 и 7 представлена схема варианта П-образной лопатки, где полка 5, соединяющая две перьевые части 4, имеет криволинейные поверхности, при этом дополнительно снижаются напряжения в используемом конструкционном материале. Количество секций лопаток выбирают с учетом конкретной области применения ротора и условий эксплуатации.
Таким образом, вышеизложенная совокупность существенных признаков описываемой полезной модели обеспечивает достижение указанного технического результата.
Предлагаемое конструктивное исполнение ротора лопаточных машин обеспечивает расширение области применения ротора за счет увеличения диапазона частоты вращения ротора.