Сварной ротор турбомашины

 

Изобретение относится к конструкции сварных роторов для турбин большой единичной мощности и позволяет повысить надежность ротора. Сварной ротор содержит диски 1 с перемычками 2, наружными 3 и внутренними 4 частями, выступающими относительно перемычек. Диски соединены между собой сварными швами 5 по перемычкам 2. В продольном сечении наружная часть 3 диска выполнена ассиметрично относительно внутренней части 4. Ось 6 симметрии наружной части 3 смещена относительно оси 7 симметрии внутренней части 4 в сторону сварного шва 5, в корне 8 которого требуется устранить растягивающие напряжения, и при вращении ротора возникают сжимающие напряжения заданной величины. При вращении ротора от центробежных сил сторона 20 в радиальном направлении имеет большие перемещения, чем сторона 19, и наружная часть 3 поворачивается, изгибая перемычки 2 так, что на внутренней поверхности 21 в районе корня 8 сварного шва 5 возникают сжимающие осевые напряжения. Наличие сжимающих напряжений исключает развитие трещин от скрытых дефектов в зоне сварного шва 5, что повышает надежность и долговечность ротора. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкциях сварных роторов паровых и газовых турбин большой единичной мощности.

Целью изобретения является повышение надежности ротора путем преобразования растягивающих осевых напряжений в корне сварных швов в сжимающие напряжения.

На фиг.1 представлен сварной дисковый ротор, продольный разрез; на фиг.2 фрагмент сварного ротора с диском со смещенной наружной частью относительно внутренней; на фиг.3 диск сварного ротора с расширенной в одну сторону относительно оси симметрии наружной частью; на фиг.4 диск сварного ротора с зауженной с одной стороны относительно оси симметрии наружной частью; на фиг.5 диск сварного ротора с разделенными по оси наружными частями.

Сварной ротор турбомашины содержит диски 1 с перемычками 2, наружными 3 и внутренними 4 частями, выступающими относительно перемычек 2. Диски 1 соединены сварными швами 5 по перемычкам 2. В продольном сечении наружная часть 3 диска выполнена асимметричной относительно внутренней части 4 по их радиальным осям. При этом ось 6 симметрии наружной части 3 смещена относительно оси 7 симметрии внутренней части 4 в сторону сварного шва 5 перемычки 2, в корне 8 которого требуется устранить растягивающие напряжения. Напряженное состояние перемычек 2 и наличие растягивающих или сжимающих осевых напряжений в корне 8 сварных швов 5 определяют расчетом при проектировании, экспериментальным путем или другими известными способами. Величину 9 асимметрии выбирают расчетным путем такой, чтобы в корне 8 сварных швов 5 при вращении ротора возникали сжимающие напряжения заданной величины с учетом знакопеременных напряжений от изгиба ротора под действием его веса. Асимметричность выполнения наружной части 3 относительно внутренней части 4 может быть достигнута за счет утолщения 10 наружной части 3 со стороны шва 5 перемычки 2 (фиг.3) или за счет ее утонения 11 со стороны, противоположной перемычке 2 (фиг.4). В сварном роторе, диск 1 которого имеет в продольном сечении две или более наружные части 12, 13 и 14 (фиг.5), оси 15 и 16 симметрии наружных частей 12 и 14 диска 1 не совпадают с осью 17 симметрии внутренней части 4 диска При вращении вокруг продольной оси 18 сварного ротора с асимметричным расположением наружной 3 и внутренней 4 частей дисков 1 от центробежных сил возникают изгибающие моменты М в плоскости вращения ротора из-за различных радиальных перемещений U_r^A и U_r^B сторон 19 и 20 наружной части 3 диска (фиг. 2). Это происходит за счет того, что сторона 19 наружной части 3 как бы поддерживается внутренней частью 4 диска, а сторона 20 нависает над этой внутренней частью 4 диска, т.е. свободна в радиальном направлении r. При вращении ротора от центробежных сил сторона 20 в радиальном направлении r имеет большие перемещения, чем сторона 19 (U_r^B > U_r^A), и наружная часть 3 диска 1 поворачивается, изгибая перемычки 2 (фиг.2). При этом перемычка со сварным швом 5 изгибается выпуклостью от вращения ротора, т.е. на ее внутренней стороне 21 в районе корня 8 сварного шва 5 возникают сжимающие осевые напряжения σ_z< 0 (внутренние волокна перемычки 2 сжимаются).

Исключение растягивающих осевых напряжений в корне 8 сварных швов 5 и преобразование их в сжимающие напряжения приводит к исключению развития трещин от скрытых дефектов в зоне сварных швов в процессе эксплуатации ротора, что повышает его надежность и долговечность и, как следствие, безопасность работы турбомашины в целом.

Формула изобретения

1. СВАРНОЙ РОТОР ТУРБОМАШИНЫ, содержащий соединенные сварными швами по перемычкам диски, каждый из которых имеет выступающие относительно перемычек внутреннюю часть и по меньшей мере одну наружную часть с осями симметрии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем преобразования расстягивающих осевых напряжений в корне сварных швов в сжимающие напряжения, наружная часть диска выполнена асимметричной относительно его внутренней части по их радиальным осям, при этом ось симметрии наружной части смещено относительно оси симметрии внутренней части в сторону сварного шва для устранения растягивающих напряжений в корне сварного шва.

2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что наружная часть диска выполнена с утолщением со стороны перемычки.

3. Ротор по п.1, отличающийся тем, что наружная часть диска выполнена с утонением со стороны, противоположной перемычке.

4. Ротор по п.1, отличающийся тем, что хотя бы одна наружная часть диска выполнена со смещением оси ее симметрии относительно оси симметрии внутренней части диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5