RU240002U1 - Impeller design with lugs - Google Patents
Impeller design with lugsInfo
- Publication number
- RU240002U1 RU240002U1 RU2025112991U RU2025112991U RU240002U1 RU 240002 U1 RU240002 U1 RU 240002U1 RU 2025112991 U RU2025112991 U RU 2025112991U RU 2025112991 U RU2025112991 U RU 2025112991U RU 240002 U1 RU240002 U1 RU 240002U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- design
- main
- projections
- balance adjustment
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к центробежным колесам газотурбинных двигателей, и может быть использована в турбокомпрессорах и насосах газотурбинного двигателя. Конструкция рабочего колеса, включающая основной и покрывной диск, дополнительно содержит выступы регулировки баланса, которые выступают с поверхности основного и покрывного дисков в осевом направлении и могут быть удалены. Техническим результатом является обеспечение более точной балансировки рабочего колеса за счет включения в конструкцию нового конструктивного элемента с расчетной геометрией - выступов регулировки баланса, обеспечивающего исключение избыточного снятия металла с поверхности рабочих колес и изменения профиля рабочих колес в процессе работы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил. This utility model relates to engine engineering, specifically to centrifugal impellers for gas turbine engines, and can be used in turbochargers and pumps for gas turbine engines. The impeller design, including a main and cover disk, additionally contains balance adjustment projections that protrude axially from the surface of the main and cover disks and are removable. The technical result is more accurate impeller balancing due to the inclusion of a new design element with calculated geometry—balance adjustment projections—in the design, preventing excessive metal removal from the impeller surface and impeller profile changes during operation. 4 clauses, 3 figs.
Description
Область техникиField of technology
Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к центробежным колесам газотурбинных двигателей, и может быть использована в турбокомпрессорах и насосах газотурбинного двигателя.The utility model relates to engine building, namely to centrifugal wheels of gas turbine engines, and can be used in turbocompressors and pumps of a gas turbine engine.
Уровень техникиState of the art
Турбина газотурбинного двигателя включает в себя ротор турбины, который преобразует кинетическую энергию газообразного продукта горения в крутящий момент. В турбине необходимо регулировать баланс ротора турбины, чтобы уменьшить вибрации и потери энергии во время его вращения. Примеры регулировки баланса ротора турбины включают в себя способ, в котором часть компонента ротора турбины подвергают механической обработке, что может приводить к избыточному снятию металла с поверхности рабочих колес и изменению их профиля.A gas turbine engine's turbine contains a turbine rotor, which converts the kinetic energy of the combustion gases into torque. The turbine rotor balance must be adjusted to reduce vibration and energy loss during rotation. Examples of turbine rotor balance adjustments include machining a portion of the turbine rotor component, which can result in excessive metal removal from the impeller surface and alter their profile.
Известна конструкция рабочего колеса (В. Б. Шнепп, «Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин», М.1995, стр. 99-100), содержащая основной и покрывной диски и установленные между ними лопатки, причем поверхность каждой лопатки выполнена в виде поверхности вращения, при этом ось поверхности вращения расположена параллельно оси колеса. Недостатком данного известного рабочего колеса центробежного компрессора является обеспечение недостаточной точности балансировки, что может приводить к неравномерной нагрузке и пониженной эффективности за счет увеличения потерь на сопротивление.A well-known impeller design (V. B. Shnepp, "Design and Calculation of Centrifugal Compressor Machines," Moscow, 1995, pp. 99-100) comprises a main and cover disk with blades installed between them. The surface of each blade is designed as a rotating surface, with the axis of the rotating surface parallel to the impeller axis. A disadvantage of this known centrifugal compressor impeller is its insufficient balancing accuracy, which can lead to uneven loading and reduced efficiency due to increased drag losses.
Из уровня техники известно рабочее колесо погружного центробежного насоса (патент RU 11277) из антифрикционного теплостойкого композита с замковым соединением, образованным пазами покрывного диска с выступами несущего диска, которое впоследствии фиксируется оплавлением. The prior art discloses an impeller for a submersible centrifugal pump (patent RU 11277) made from an antifriction heat-resistant composite with a locking connection formed by grooves in the cover disk with projections in the carrier disk, which is subsequently fixed by melting.
Данное рабочее колесо погружного центробежного насоса не учитывает преимущества кольцевого выступов регулировки баланса как элемента, минимизирующего осевые нагрузки и вибрации. Решение может приводить к недостаточной динамической устойчивости, что негативно сказывается на надежности и эффективности работы насоса, особенно при изменяющихся условиях эксплуатации.This submersible centrifugal pump impeller does not take advantage of the balance adjustment ring as a means of minimizing axial loads and vibrations. This design can result in insufficient dynamic stability, which negatively impacts the pump's reliability and efficiency, especially under changing operating conditions.
В качестве технического решения, наиболее близкого к заявляемому изобретению (прототипа), предлагается рабочее колесо центробежного насоса по патенту RU 89878, которое содержит несущий диск с лопастями, снабженными выступами, входящими в пазы покрывного диска, при этом несущий и покрывной диски соединены между собой при помощи сварки.As a technical solution closest to the claimed invention (prototype), a centrifugal pump impeller is proposed according to patent RU 89878, which contains a carrier disk with blades provided with projections that enter the grooves of the cover disk, while the carrier and cover disks are connected to each other by welding.
Техническая проблема прототипа - недостаточная аэродинамическая оптимизация, что приводит к увеличению гидравлических потерь и снижению КПД. Кроме того, отсутствие механизмов для компенсации осевых нагрузок может приводить к повышенной вибрации в процессе эксплуатации, что негативно сказывается на надежности и сроке службы устройства. Также конструкция не учитывает требования к динамической балансировке, что обусловливает риск преждевременного износа подшипников и других механических компонентов. The prototype's technical problem is insufficient aerodynamic optimization, which leads to increased hydraulic losses and reduced efficiency. Furthermore, the lack of axial load compensation mechanisms can lead to increased vibration during operation, negatively impacting the reliability and service life of the device. The design also fails to address dynamic balancing requirements, posing a risk of premature wear of bearings and other mechanical components.
Общий недостаток аналогов традиционных конструкций заключается в отсутствии адаптивных механизмов для динамической балансировки, что ограничивает их работоспособность при изменении условий эксплуатации и повышает вероятность механических повреждений.A common drawback of traditional design analogues is the lack of adaptive mechanisms for dynamic balancing, which limits their performance under changing operating conditions and increases the likelihood of mechanical damage.
Технической задачей является создание усовершенствованной конструкции рабочего колеса, которая обеспечивает динамическую балансировку.The technical challenge is to create an improved impeller design that provides dynamic balancing.
Техническим результатом является обеспечение более точной балансировки рабочего колеса за счет включения конструктивного элемента с расчетной геометрией - выступов регулировки баланса, обеспечивающего исключение избыточного снятия металла с поверхности рабочих колес и изменения профиля рабочих колес в процессе работы.The technical result is to ensure more accurate balancing of the impeller by including a structural element with calculated geometry - balance adjustment projections, which ensure the elimination of excessive metal removal from the surface of the impellers and changes in the profile of the impellers during operation.
Раскрытие сущностиRevealing the essence
Рабочие колеса являются важными узлами газотурбинных двигателей. Наибольшее применение получили рабочие колеса закрытого типа, представляющие собой конструкцию из основного и покровного дисков и расположенных между ними лопаток. Создание конструкции данного типа возможно для широкого ряда узлов, как с малорасходными, так и с высокорасходными рабочими колесами.Impellers are crucial components of gas turbine engines. The most widely used impeller is the closed-type impeller, which consists of a main and cover disk with blades located between them. This type of design can be developed for a wide range of components, including both low- and high-flow impellers.
Рабочие колеса функционируют в напряженно-деформированном состоянии в результате комплексного воздействия сил газового потока, центробежных сил, от эффективности рабочих колес зависит общая эффективность центробежной компрессорной установки. Указанные обстоятельства делают особенно важным обеспечение корректной балансировки за счет оптимизированной конструкции рабочего колеса с выступами.Impellers operate under stress and strain due to the combined effects of gas flow and centrifugal forces. The overall efficiency of a centrifugal compressor unit depends on the impeller's efficiency. These circumstances make it particularly important to ensure proper balancing through an optimized impeller design with lugs.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 – Общий вид рабочего колеса с выступами;Fig. 1 – General view of the impeller with projections;
Фиг. 2 – Выступы с заявленными геометрическими параметрами;Fig. 2 – Protrusions with the stated geometric parameters;
Фиг. 3 – Сечение рабочего колеса на оси вращения.Fig. 3 – Section of the impeller on the axis of rotation.
На представленных фигурах изображено: The figures presented show:
1 – рабочее колесо;1 – impeller;
1.1 – основной диск;1.1 – main disk;
1.2 – покрывной диск;1.2 – cover disk;
2 – выступ регулировки баланса;2 – balance adjustment projection;
a – диаметр рабочего колеса;a – impeller diameter;
b – ширина рабочего колеса на выходе;b – width of the impeller at the outlet;
c – высота выступа;c – height of the protrusion;
d – ширина выступа. d – width of the projection.
Осуществление Implementation
Рабочее колесо 1 газотурбинного двигателя диаметра a включает основной диск 1.1 и покрывной диск 1.2 и установленные между ними лопатки, рабочее колесо установлено на станке так, что ось вращения ротора расположена горизонтально. Рабочее колесо на краю, максимально удаленном от оси вращения, имеет ширину на выходе b. Impeller 1 of a gas turbine engine with a diameter of a comprises a main disk 1.1 and a cover disk 1.2, with blades installed between them. The impeller is mounted on a machine tool so that the rotor's axis of rotation is horizontal. At the edge furthest from the axis of rotation, the impeller has an outlet width of b.
На этапе изготовления рабочего колеса 1 происходит балансировочная настройка измерений на балансировочном станке (не показан), при этом для достижения баланса остаточный дисбаланс устраняется путем съема материала со специальных выступов 2 на рабочем колесе 1, который выступает в осевом направлении и может быть удален для целей балансировки.At the stage of manufacturing the impeller 1, a balancing adjustment of the measurements is carried out on a balancing machine (not shown), and in order to achieve balance, the residual imbalance is eliminated by removing material from special projections 2 on the impeller 1, which protrudes in the axial direction and can be removed for balancing purposes.
Выступы 2 имеют геометрическую форму кольца, расположенного на внешних периферийных участках дисков рабочего колеса, центром которого является ось вращения ротора, в сечении выступы представляют прямоугольник, в котором параметры c – высота выступа, d – ширина выступа, при этом экспериментально подтверждено, что технический результат достигается использованием в конструкции рабочего колеса специальных выступов, геометрические размеры выступов находятся в линейной зависимости от геометрических параметров рабочего колеса – диаметра a и ширины b, где The projections 2 have the geometric shape of a ring located on the outer peripheral sections of the impeller disks, the center of which is the rotor rotation axis, in section the projections represent a rectangle in which the parameters c are the height of the projection, d is the width of the projection, while it has been experimentally confirmed that the technical result is achieved by using special projections in the impeller design, the geometric dimensions of the projections are in a linear relationship with the geometric parameters of the impeller - diameter a and width b, where
c=(0,01-0,02)a, c=(0.01-0.02)a,
d=(0,1-0,2)b.d=(0.1-0.2)b.
При размерах выступов меньше, чем указаны в зависимости, на основании предварительного моделирования и подтверждения экспериментальными исследованиями, на последующем этапе балансировки возникает проблема в невозможности устранения остаточного дисбаланса только съемом металла с выступов, появляется необходимость съема металла с поверхностей основного и покрывного дисков рабочего колеса. При размерах выступов более, чем указаны в зависимости, на основании предварительного моделирования и подтверждения экспериментальными исследованиями, дисбаланс от самих выступов начинает влиять на балансировку самого рабочего колеса внесением дополнительного дисбаланса, который также необходимо устранять. If the protrusion sizes are smaller than those specified in the dependence, based on preliminary modeling and confirmed by experimental studies, the subsequent balancing stage encounters the problem of being unable to eliminate the residual imbalance by removing metal from the protrusions alone. Metal removal from the surfaces of the impeller's main and cover discs becomes necessary. If the protrusion sizes are larger than those specified in the dependence, based on preliminary modeling and confirmed by experimental studies, the imbalance from the protrusions themselves begins to affect the impeller's balancing, introducing additional imbalance that must also be eliminated.
В предпочтительном варианте реализации два кольцевых выступа регулировки баланса расположены на дисках симметрично на внешнем периферийном участке основного и покрывного дисков, выступают в осевом направлении рабочего колеса так, что центром является ось вращения ротора. Рекомендуемые геометрические параметры выступов регулировки баланса c=0,011a, d=0,15b для достижения оптимального результата динамической балансировки. Материал выступов соответствует материалу основного и покрывного дисков рабочего колеса и изготавливаются при совместной механической обработке рабочего колеса в сборе за счет оставления дополнительного припуска на поверхностях основного и покрывного дисков размером, соответствующего разработанной зависимости. In the preferred embodiment, two annular balance adjustment lugs are located symmetrically on the disks on the outer periphery of the main and cover disks, projecting axially toward the impeller so that their center is the rotor's rotation axis. The recommended geometric parameters of the balance adjustment lugs are c = 0.011a and d = 0.15b to achieve optimal dynamic balancing. The lug material matches that of the impeller's main and cover disks and is manufactured by jointly machining the impeller assembly, leaving an additional allowance on the surfaces of the main and cover disks, with a size corresponding to the developed relationship.
Конструкция рабочего колеса с выступами при балансировочной настойке позволяет удалить металл с выступов, исключить избыточное снятие металла с поверхности рабочего колеса и изменения профиля рабочего колеса, тем самым обеспечивая более точную балансировку. Примененные в конструкции газотурбинного двигателя рабочие колеса с выступами регулировки баланса значительно повышают точность динамической балансировки рабочего колеса при эксплуатации.The impeller design with balancing lugs allows for metal removal from the lugs during balancing adjustment, eliminating excessive metal removal from the impeller surface and impeller profile changes, thereby ensuring more accurate balancing. Impellers with balance adjustment lugs used in gas turbine engine designs significantly improve the accuracy of dynamic impeller balancing during operation.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU240002U1 true RU240002U1 (en) | 2025-12-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1016718A1 (en) * | 1981-09-02 | 1983-05-07 | Korotov Mikhail V | Turbine wheel balancing device |
| RU89878U1 (en) * | 2009-04-27 | 2009-12-20 | ООО "Ижнефтепласт" | CENTRIFUGAL PUMP DRIVING WHEEL |
| EP2251529A3 (en) * | 2009-05-04 | 2013-10-16 | General Electric Company | Rotary machine balance weights |
| JP2016223970A (en) * | 2015-06-02 | 2016-12-28 | トヨタ自動車株式会社 | Balance correction device |
| RU187330U1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-03-01 | Владимир Васильевич Галайко | CENTRIFUGAL PUMP DRIVING WHEEL |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1016718A1 (en) * | 1981-09-02 | 1983-05-07 | Korotov Mikhail V | Turbine wheel balancing device |
| RU89878U1 (en) * | 2009-04-27 | 2009-12-20 | ООО "Ижнефтепласт" | CENTRIFUGAL PUMP DRIVING WHEEL |
| EP2251529A3 (en) * | 2009-05-04 | 2013-10-16 | General Electric Company | Rotary machine balance weights |
| JP2016223970A (en) * | 2015-06-02 | 2016-12-28 | トヨタ自動車株式会社 | Balance correction device |
| RU187330U1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-03-01 | Владимир Васильевич Галайко | CENTRIFUGAL PUMP DRIVING WHEEL |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8403645B2 (en) | Turbofan flow path trenches | |
| US7445433B2 (en) | Fan or compressor blisk | |
| JP6025962B2 (en) | Turbine rotor and turbocharger incorporating the turbine rotor | |
| JP6124787B2 (en) | Lightweight shroud for rotor blades | |
| JP6110942B2 (en) | Impeller of fluid machinery | |
| US9512727B2 (en) | Rotor of an axial compressor stage of a turbomachine | |
| FR2853022A1 (en) | DOUBLE CURVED RECTIFIER BLADE | |
| WO2015143302A1 (en) | Monolithic shrouded impeller | |
| JP2012520412A (en) | Axial flow centrifugal compressor with scalable rake angle | |
| EP3751097B1 (en) | Turbocharger turbine wheel | |
| JP6780713B2 (en) | Axial flow machine wings | |
| WO2015129633A1 (en) | Centrifugal compressor and method for manufacturing diffuser | |
| JP2016511358A (en) | Turbine, compressor or pump impeller | |
| US10480325B2 (en) | Balanced mixed flow turbine wheel | |
| RU240002U1 (en) | Impeller design with lugs | |
| US12055048B2 (en) | Method for rotor blade tip clearance control and rotor blade manufactured by the method | |
| US20090022601A1 (en) | Steam Turbine Rotating Blade | |
| EP0129311B1 (en) | Compressor wheel assembly | |
| US2962206A (en) | Centrifugal compressor for a gas turbine engine | |
| JP2006226199A (en) | Centrifugal impeller | |
| CN214424762U (en) | Impellers and Air Compressors for Air Compressors | |
| CN209743041U (en) | A new gas turbine rotor | |
| JP6995719B2 (en) | Centrifugal impeller and centrifugal fluid machine | |
| KR20220015700A (en) | Blade, compressor and gas turbine having the same | |
| CN202946437U (en) | Second-generation nuclear primary pump thrust bearing oil impeller |