Пакеты рабочих лопаток с комбинированными хвостовиками



Пакеты рабочих лопаток с комбинированными хвостовиками
Пакеты рабочих лопаток с комбинированными хвостовиками

 


Владельцы патента RU 2599689:

Билан Андрей Витальевич (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при проектировании рабочих лопаток паровых и газовых турбин. Пакеты рабочих лопаток, цельнофрезерованные или сварные, с хвостовиками с радиальной установкой и тангенциальной заводкой, включают хвостовики типа Т, представляющие собой Т-образные хвостовики, чередующиеся с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в Т-образном хвостовике, причем хвостовики типа Т чередуются с хвостовиками типа В в комбинациях Т+В, В+Т, Т+В+Т, Т+В+Т+В, В+Т+В+Т, Т+В+Т+В+Т. Пакеты устанавливаются на диске с соответствующим количеством пазов при соблюдении симметрии по окружности с вильчатыми замковыми лопатками и расположением возле последних, хвостовиков типа Т пакетов. В случае расположения рядом двух хвостовиков типа В между ними устанавливается одна заклепка. Изобретение позволяет снизить концентрацию напряжений на диске турбины и повысить его ремонтопригодность. 3 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, к проектированию пакетов рабочих лопаток паровых и газовых турбин.

Пакеты рабочих лопаток используются в высоконагруженных ступенях, прежде всего с парциальным подводом пара, который приводит к увеличенным динамическим нагрузкам на лопатки и диски. Допустимое напряжение от изгиба не должно превышать 25 МПа, в то время как в ступени без парциального подвода предельное значение напряжений равно 40 МПа. Для понижения динамических напряжений используются цельнофрезерованные или сварные пакеты рабочих лопаток.

За прототип принимаем сдвоенные пакеты с Т-образными хвостовиками (Баринберг Г.Д. и др. «Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода". Екатеринбург, «Апри». 2007. 460 с. Рис. 4.63). Его недостатками являются:

- Замковый сдвоенный пакет имеет 4 заклепки, расположенные достаточно близко, что вызывает повышенную концентрацию напряжений в хвостовике и диске.

- При каждом ремонтном переоблопачивании (обычно один раз в 4-5 лет) отверстия под заклепки увеличиваются и сближаются, что приводит к еще большей концентрации напряжений. После 3-4 ремонтов необходимо менять диск или применять ремонтные спецпакеты.

- Количество лопаток в пакете невозможно увеличивать, так как в замковой лопатке проблема с близко расположенными отверстиями под заклепки только усугубляется.

Целью данного изобретения является разработка новой конструкции пакетов рабочих лопаток, не имеющих перечисленных недостатков или с существенно уменьшенным их влиянием, что достигается комбинированием хвостовиков типа Т с радиальной установкой и тангенциальной заводкой (Т-образный или грибовидный, или зубчиковый) с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в хвостовике типа Т.

Рассмотрим варианты расположений хвостовиков типа Т и типа В в пакете:

1. Т+В и ему симметричный В+Т

2. Т+В+Т

3. Т+В+Т+В и ему симметричный В+Т+В+Т

4. В+Т+В+Т+В

5. Т+В+Т+В+Т и др.

Даже первый вариант пакета с двумя лопатками имеет преимущества с прототипом, так как будет иметь две одиночные вильчатые замковые лопатки и отверстия под заклепки будут расположены на значительном расстоянии.

Рассмотрим подробно второй вариант на примере Т-образного хвостовика. Во-первых, увеличено количество лопаток в пакете до трех. На фиг. 1а показано расположение пакетов по окружности, лопатки и диск не показаны, в хвостовиках типа В заклепки показаны окружностями, хвостовики внутри пакета разделены штриховыми линиями. При этом используются две вильчатые замковые лопатки 1. Пакет Т+В+Т изготовляется из цельнофрезерованных или сварных трех лопаток с Т-образными хвостовиками. Как было указано, хвостовик средней лопатки превращается в хвостовик типа В удалением опорных поверхностей. Для установки такого пакета кроме основного паза 2 для вильчатой замковой лопатки необходимо через шаг от нее выполнить дополнительный паз 3 для радиальной установки второго хвостовика типа Т пакета. Симметрично выполняются такие же пазы с противоположной стороны диска. Таким образом, необходимо выполнить четыре паза для радиальной установки пакетов.

При сборке хвостовики типа Т пакета радиально устанавливаются в пазы 2 и 3, а затем передвигаются в окружном направлении до нужного места. Так как два хвостовика типа Т пакета устанавливаются одновременно, то пазы 3 необходимо выполнить несимметричными с дополнительным срезом угла Δα (фиг. 1б). Дополнительный угол среза для пакета с m хвостовиками типа Т и общим количеством лопаток z на диске рассчитывается по формуле: Δα=(m-1/2)×360/z, то есть для данного случая при z=98 получаем Δα=5,51 градуса. Это обстоятельство ограничивает количество хвостовиков типа Т пакета, но с учетом большого количества лопаток z на диске угол вполне допустим.

Когда установлены все пакеты, устанавливаются две вильчатые замковые лопатки 1 с соответствующим натягом по окружности. Так как по соседству с вильчатой замковой лопаткой находится лопатка с хвостовиком типа Т пакета, то отверстие под заклепку можно увеличивать, не выполняя углубление паза, которое ослабляет диск. Для более надежного крепления вильчатую замковую лопатку рекомендуется выполнить с боковыми выступами для соединения с соседними пакетами, как по хвостовику, так и по бандажу.

Отметим, что хвостовики вильчатых замковых лопаток полностью заполняют пазы, в то время как хвостовики типа В пакета имеют толщину, равную толщине шейки хвостовика типа Т, но этого достаточно, так как пакеты рабочих лопаток в основном применяются для регулирующих ступеней с парциальным подводом пара, имеющих относительно небольшую высоту и соответственно небольшие центробежные силы. Поэтому во многих случаях заклепку на среднюю лопатку пакета можно не ставить, а центробежная сила от нее распределится на соседние два хвостовика типа Т. Основное назначение пакетов - восприятие неравномерной осевой и тангенциальной нагрузки от парциального подвода пара. Чем больше лопаток в пакете, тем более равномерно перераспределится нагрузка. При количестве хвостовиков типа В в пакете больше одного заклепку можно ставить только на одном хвостовике для фиксации в тангенциальном направлении.

Если сдвоенные пакеты при рабочих оборотах могут иметь ослабление натяга и даже зазоры в окружном направлении, что приводит к повышению динамических напряжений, то предлагаемый пакет будет жестко закреплен в хвостовике типа В и в меньшей мере зависит от качества сборки.

Отметим некоторые особенности других пакетов. Чем больше лопаток в пакете, тем он более надежен. Недостаток вариантов с количеством хвостовиков типа В в пакете больше одного в том, что в заклепках при рабочем числе оборотов будут действовать тангенциальные усилия, которые можно уменьшить, выполнив радиальные лыски в заклепках или овальные отверстия в диске с меньшей осью по радиусу. Эти приемы могут уменьшить напряжения, возникшие от вращения. С другой стороны, в замковых лопатках прототипа эти напряжения присутствуют и никаких конструктивных приемов по их уменьшению не применяется. Для обеспечения симметрии можно применить комбинацию пакетов, например из вариантов Т+В и В+Т+В+Т+В, таким образом, чтобы возле вильчатых замковых лопаток находились хвостовики типа Т пакетов. Для вариантов Т+В и Т+В+Т+В необходимо пакеты располагать симметрично от каждой вильчатой замковой лопатки, при этом на стыке пакетов сойдутся две лопатки с хвостовиками типа В. На фиг. 2 показано расположение пакетов для варианта Т+В+Т+В. В этом случае, а также других подобных необходимо на два соседних хвостовика типа В устанавливать между ними одну заклепку 4 увеличенного диаметра, остальные позиции обозначают те же элементы (фиг. 2).

Достоинства предложенной конструкции пакетов с комбинированными хвостовиками:

- Количество лопаток в пакете больше двух, что приводит к более равномерному распределению паровой нагрузки при парциальном подводе и повышает надежность облопачивания.

- Отверстия в диске располагаются на значительном расстоянии (через лопатку), что уменьшает концентрацию напряжений и повышает ремонтопригодность дисков и роторов.

- Пакет рабочих лопаток фиксируется от тангенциального смещения заклепкой, что предотвращает его смещение и уменьшает ударные нагрузки при парциальном подводе.

Пакеты рабочих лопаток, цельнофрезерованные или сварные, с хвостовиками с радиальной установкой и тангенциальной заводкой, отличающиеся тем, что включают хвостовики типа Т, представляющие собой Т-образные хвостовики, чередующиеся с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в Т-образном хвостовике, причем хвостовики типа Т чередуются с хвостовиками типа В в комбинациях Т+В, В+Т, Т+В+Т, Т+В+Т+В, В+Т+В+Т, Т+В+Т+В+Т и устанавливаются в диске с соответствующим количеством пазов при соблюдении симметрии по окружности с вильчатыми замковыми лопатками и расположением возле последних хвостовиков типа Т пакетов, в случае расположения рядом двух хвостовиков типа В между ними устанавливается одна заклепка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины, содержащий корпус в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси и выполненный в нем один и более венец со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных по наружной поверхности через равные промежутки в поперечном направлении, при этом корпус содержит металломатричный композит с перекрестной укладкой армирующих волокон, средства для крепления хвостовиков лопатки выполнены в виде корневого элемента под сварку по форме профиля лопатки, а металломатричный композит сформирован по всей наружной поверхности тела вращения слоем толщиной, не превышающей высоту корневого элемента.

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины выполнен в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси с одним и более венцами, со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности, при этом барабан выполнен из металломатричного композита с перекрестной укладкой армирующих волокон, а средства для крепления хвостовиков лопаток выполнены в виде корневых элементов под сварку по форме профиля лопатки, при этом на внутренней поверхности барабана из композита выполнены наплывы, фланцы или цапфы с закладными элементами под сварку, причем наплывы расположены под корневыми элементами.

Уплотнительное кольцо для прижимания к диску ротора ступени турбомашины содержит множество запорных выступов, предотвращающих вращение упомянутого кольца относительно диска ротора.

Ротор вентилятора турбомашины содержит диск, несущий лопатки, ножки которых установлены в осевых пазах диска, кожух, имеющий форму усеченного конуса, установленный на диске, средства осевого удержания лопаток на диске, а также средства обеспечения неподвижности при вращении обода.

Предложены устройство и способ для установки сочлененных турбинных лопаток в пазах с осевым вводом, выполненных в роторных колесах. На охватываемом осевом выступе пазового замка, расположенном на корневой части лопатки, и на соответствующем охватывающем осевом пазу пазового замка, расположенном в роторном колесе, может быть выполнено закругление в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при аксиальном закреплении лопатки турбины относительно диска ротора. Лопатка имеет перо, полку и хвостовую часть, а также стопорный штифт.

Изобретение относится к механическому сборочному узлу (1) для авиации, содержащему: деталь (3), содержащую присоединяемый конец; углубление, предназначенное для посадки в него детали (3), причем указанное углубление (2) имеет стенку, содержащую композитный материал с органической матрицей; фиксирующий композитный материал (4), содержащий термопластичный или термореактивный материал с содержанием наполнителя от 0 до 70 весовых процентов и образующий механическую и/или физико-химическую связь между указанной деталью (3) и углублением (2) со стенкой из композитного материала с органической матрицей.

Вентилятор (1) турбореактивного двигателя летательного аппарата содержит множество лопаток (10) вентилятора. Каждая лопатка содержит аэродинамическое перо (15), хвостовик (12) лопатки, помещенный в одну из выемок (8) диска, и ножку (13), вставленную между пером и хвостовиком.

Изобретение может быть использовано при сварке блисков. На диске и лопатке формируют выступы с поверхностями контакта при сварке трением с необходимым технологическим припуском Р на периферии свариваемых деталей.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в роторах турбомашин. Устройство для блокирования ножки роторной лопатки в пазу роторного колеса содержит кольцевой сектор, установленный перпендикулярно оси турбомашины в канавке роторного колеса.
Наверх