Крепление лопаток ротора

Крепление лопаток ротора

Главное меню

Судовые двигатели

Лопаточный аппарат турбины состоит из неподвижных направ­ляющих и подвижных рабочих лопаток и предназначен для наи­более полного и экономичного преобразования потенциальной энергии пара в механическую работу. Направляющие лопатки, установленные в корпусе турбины, образуют каналы, в которых пар приобретает необходимую скорость и направление. Рабочие лопатки, расположенные на дисках или барабанах ротора тур­бины, находясь под действием давления пара, возникающего в ре­зультате изменения направления и скорости его струи, приводят вал турбины во вращение. Та­ким образом, лопаточный ап­парат является наиболее от­ветственной частью турбины, от которого зависит надеж­ность и экономичность ее ра­боты.

Рабочие лопатки имеют разнообразную конструкцию. Нa рис. 17 показана лопатка простого типа, состоящая из трех частей: хвоста или нож­ки 2, с помощью которых ло­патку крепят в ободе диска 1 , рабочей части 4 , находящейся под действием движущейся струи пара, и вершины 6 для закрепления ленточного бан­дажа 5, которым связывают лопатки с целью создания до­статочной жесткости и обра­зования канала между ними. Между ножками лопаток устанав­ливают промежуточные тела 3. Чтобы предотвратить возникнове­ние температурных напряжений при прогреве и охлаждении тур­бины, бандажом связывают отдельные группы лопаток, оставляя зазор между бандажами 1—2 мм.

Задняя сторона лопатки называется спинкой; грань со стороны входа пара называется входной кромкой, а грань со стороны вы­хода пара — выходной кромкой лопатки. Поперечное сечение ло­патки в пределах ее рабочей части называется профилем лопатки. По профилю различают активные и реактивные лопатки (рис. 18). Угол ? ₁ называется входным, а угол ? ₂ — выходным углом ло­патки. У активных лопаток турбин прежней постройки (рис. 18, а) профиль почти симметричный, т. е. входной угол мало отличается от выходного. В реактивных лопатках (рис. 18, б ) профиль несим­метричный, выходной угол значительно меньше входного. Для повышения эффективности работы лопаток входные кромки профи­лей закругляют, а каналы, образованные профилями, выполняют сходящимися. Современные профили активной и реактивной ло­паток с обтекаемой входной кромкой показаны на рис. 18, в и г .

Основные характеристики профиля лопаток следующие:

— средняя линия профиля — геометрическое место центров окружностей, вписанных в профиль;

— геометрические углы: входа ? _{1 л} — угол между касательной к средней линии при входе и осью решетки; ? _{2 л} — то же при вы­ходе;

— углы входа и выхода потока пара: ? ₁ — угол между направ­лением потока пара при входе на рабочую лопатку и осью; ? ₂ — то же при выходе;

— угол атаки i — угол между направлением потока пара при входе на рабочую лопатку и касательной к входной кромке по средней ЛИНИИ, Т. е. i = ? _1л – ? ₁ ;

— хорда профиля b — расстояние между концами средней линии;

— угол установки ? _У — угол между хордой профиля и осm. решетки;

— ширина профиля В — размер лопатки по направлению оси турбины;

— шаг t — расстояние между сходственными точками соседних профилей.

Входная кромка современных профилей направляющих и ра­бочих лопаток малочувствительна к отклонению угла потока на входе. Это позволяет при расчете профиля лопатки допустить углы атаки до 3—5° в любом сечении по высоте лопатки. Входную кромку профилей лопаток при дозвуковой скорости делают тол­стой и тщательно закругляют, что снижает вихревые потери на входе в канал и повышает вибрационную, коррозионную и эрози­онную стойкость лопаток. Такая форма входной кромки обеспе­чивает на переменных режимах меньшее влияние изменения угла атаки на к. п. д. лопатки, а также более полное использование входной энергии ступеней.

Геометрические характеристики активных и реактивных про­филей рабочих и направляющих лопаток приводится в нормалях для лопаток судовых турбин (табл. 1, 2).

Размеры лопаток колеблются в широких пределах. В судовых турбинах высота лопаток первых ступеней ТВД небольшая (от 10 мм), а последних ступеней ТВД достигает 400 мм. Ширина ло­паток может быть 14—60 мм. Для уменьшения веса и снижения напряжений от центробежных сил длинным лопаткам придают ширину и толщину, постепенно уменьшающуюся от ножки к вер­шине. На длинных лопатках бандаж обычно не ставят, а для по­лучения большей жесткости лопатки скрепляют связной проволо­кой в пакеты по 5—10 лопаток.

По способу изготовления лопатки можно разделить на две группы:

1) изготовленные штамповкой из листового материала (тол­щиной 1—2 мм) или из прокатанных профильных полос (светло- катаных профилей); промежуточные вставки для этих лопаток выполняются отдельно;

2) изготовленные как одно целое с промежуточными встав­ками путем фрезерования катаных, тянутых, кованых или литых заготовок.

На рис. 17 показаны лопатки, выполненные из прокатанных профильных полос с отдельными вставками. Механическая обра­ботка таких лопаток сводится к фрезерованию ножки и вершины. Эти лопатки имеют постоянный профиль и применяются для не­больших окружных скоростей. Для повышенных окружных скоро­стей используют полуфрезерованные лопатки из более толстых хо­лоднокатаных профильных полос. В таких лопатках вставка ча­стично выполняется заодно с ними и спинка фрезеруется.

Па рис. 19 изображены различные конструкции цельнофрезерованных лопаток, изготовленных совместно со вставками из горяче­катаной полосовой стали прямоугольного и ромбического сечений. Перевязка лопаток (рис. 19, а) осуществляется бандажной лентой. Для больших окружных скоростей лопатку изготовляют как одно целое с бандажной полкой (рис. 19, б ). Смыкаясь, полки образуют сплошное кольцо—бандаж. Как уже отмечалось выше, ширина и толщина длинных лопаток постепенно уменьшается от ножки к вершине (рис. 19, в). Для обеспечения безударного входа пара по всей высоте длинные лопатки иногда выполняют с пере­менным профилем, у которых угол входа постепенно увеличи­вается. Такие лопатки называются винтовыми.

По способу крепления на дисках или барабанах различают лопатки двух типов:

1) с погруженной посадкой, у которых хвосты заведены внутрь специальных выточек в ободе диска или барабана;

2) с верховой посадкой, у которых хвосты надеты верхом на гребень диска и закреплены.

На рис. 20 показаны наиболее распространенные формы лопа­точных хвостов.

Хвосты 3—11 применяют для крепления направляющих и ра­бочих лопаток. Хвосты типа 6 используют в современных турби­нах сухогрузных судов и танке­ров. Хвост 11 делают примерно такой же ширины, что и рабочую лопатку, его применяют для крепления реактивных лопаток. Крепление с верховой посадкой целесообразно для длинных ло­паток, подвергающихся действию значительных усилий.

Лопатки с погруженной по­садкой крепят также в индиви­дуальных осевых канавках с по­мощью сварки. Эти крепления обеспечивают замену любой из лопаток, а также позволяют по­лучить лучшие вибрационные ха­рактеристики и наименьший вес лопаток и диска. Крепление лопа­ток на диске при помощи сварки показано на рис. 21. Плоский хвост 2 лопатки 1 входит в канавку обода диска и приваривается к нему с двух сторон. Для большей прочности лопатки дополнительно скрепляют с диском заклепками 3 и в верхней части сваривают попарно бандажными полками 4. Крепление при помощи сварки повышает точность установки лопа­ток, упрощает и снижает затраты на их сборку. Приварка лопаток находит применение в газовых турбинах.

Для установки лопаточных хвостов на окружности лопаточ­ного венца обычно делают один-два выреза (замковое отверстие), закрываемые замком. При креплении лопаток с верховыми хво­стами типа ЛМЗ в индивидуальных прорезях и с помощью сварки замковые отверстия и замки не требуются.

Обычно лопатки набирают с двух сторон замкового отверстия независимо от количества замков. На рис. 22 изображены неко­торые конструкции замков.

На рис. 22, а в районе замка срезаны заплечики обода диска (показаны пунктиром), удерживающие Т-образный хвост. Лопатки, примыкающие к замковой вставке, во многих конструкциях прошиты штифтами и припаены к своим промежуточным встав­кам. Замковую вставку забивают между прилегающими ло­патками. Через имеющееся в щеке диска отверстие сверлят отвер­стие в замковой вставке, в которое и забивают заклепку. Концы заклепки расклепывают. На рис. 22, б замок представляет собой вставку 2, закрывающую боковой вырез в ободе диска и прикреп­ленную винтами 1 . На рис. 22, в показан замок двухвенечного колеса. Вырез для установки замковых лопаток 1 делают в сред­ней части обода диска между лопаточными канавками. Замковые лопатки крепят двумя планками 2, разгоняемыми клином 4, кото­рый крепится к ободу винтом 3. К недостаткам приведенных кон­струкций замков следует отнести ослабление обода вырезами и отверстиями для винтов. На рис. 22, г показан замок с расклинкой конструкции ЛМЗ. Замковые лопатки 2 и 3 изготовляют с высту­пами внизу, заходящими под хвосты соседних лопаток 1 и 4. После установки подкладки 7, стального клина 6 и подгонки замковой вставки 5, имеющей вырез в нижней части, вставку загоняют между замковыми лопатками.

Замок, конструкция которого показана на рис. 22, д, приме­няют для реактивных лопаток. Замковый вырез в ободе отсут­ствует. Лопатки с хвостовиками зубчикового типа заводят в паз ротора в радиальном направлении. Затем поворачивают на 90° с таким расчетом, чтобы зубчики входили в соответствующие ка­навки в ободе, и перемещают по окружности до места установки. После установки всех лопаток заводят замковую вставку, состоя­щую из двух частей 1 и 4, разгоняемых клипом 3. Клин удерживается отчеканен­ными выступами 2.

Хвостовики верхового типа позволяют получить сравнительно простую конструк­цию замков. На рис. 22, е показан замок для хвостовика типа обратный молот. Зам­ковая лопатка 5 имеет хвостовик с плоской прорезью, который надевается на реборд 4 обода 1 диска и крепится к нему, заклеп­ками 3 . В месте установки замковой ло­патки заплечики 2 (показаны штриховой линией) срезаны.

Лопатки турбины под действием паро­вого потока пара из сопел могут совер­шать колебания: 1) в плоскости вращения диска — тангенциальная вибрация; 2) в плоскости, перпендикулярной вращению ди­ска,— осевая вибрация; 3) крутильные. Осевая вибрация лопаток связана с вибра­цией дисков. Крутильные колебания лопа­ток характеризуются интенсивными колеба­ниями их вершин.

Надежность работы лопаточного аппара­та зависит от величины и характера вибра­ций, возникающих как в лопатках, так и в дисках, па которых они закреплены. Кроме того, лопатки, являясь упругими телами, способны вибрировать с собственными часто­тами. Если собственная частота колебаний лопаток равна или кратна частоте внешней силы, вызывающей эти колебания, то воз­никают так называемые резонансные колебания, не затухающие, а непрерывно продолжающиеся до прекращения действия силы, вызывающей резонанс, или до изменения ее частоты. Резонансные колебания могут вызвать разрушение рабочих лопаток и дисков. Чтобы избежать этого, облопаченные диски современных крупных турбин до установки на вал подвергают настройке, посредством которой изменяется частота их собственных колебаний.

В целях борьбы с вибрацией лопатки скрепляют в пакеты бан­дажной лентой или проволокой. На рис. 23 показано крепление лопаток связной проволокой, которую пропускают через отверстия в лопатках и припаивают к ним серебряным припоем. Как и бан­дажная лента, проволока но окружности состоит из отдельных отрезков длиной от 20 до 400 мм, между которыми возникают тепловые зазоры. Диаметр связной проволоки в зависимости от ширины лопатки принимают 4—9 мм.

Для уменьшения амплитуды колебаний пакетов между ними ставят демпферную проволоку 2 (мостик), ее припаивают к двум- трем крайним лопаткам одного пакета, и она свободно проходит через концевые лопатки сосед­него сегмента. Возникающее тре­ние проволоки о лопатки при вибрации пакета уменьшает амп­литуду колебаний. С помощью отверстий 1 упрощается уста­новка мостика. Материал для из­готовления лопаток должен обладать достаточной стойкостью при высокой температуре и хоро­шей механической обрабатываемостью, быть коррозионно и эрозионно устойчивым. Лопатки, работающие при температуре пара до 425° С, изготовляют из хромистых нержавеющих сталей марок 1X13 и 2X13 с содержанием хрома 12,5—14,5%. При более высо­ких температурах (480—500° С) используют хромоникелевые нер­жавеющие стали с содержанием никеля до 14%. Лопатки, рабо­тающие при температуре пара 500—550° С изготовляют из аустенитных сталей ЭИ123 и ЭИ405 с содержанием никеля 12—14% и хрома 14—16%. Литые лопатки выполняют из стали 2X13. Ма­териалом для вставок служит углеродистая сталь марок 15, 25 и 35, для бандажной ленты, связной проволоки, заклепок к лопат­кам и заклепок замков — нержавеющая сталь 1X13.

Для пайки бандажных лент и связной проволоки применяют серебряный припой марок ПС _Р 45 и ПС _Р 65 с содержанием серебра соответственно 45 и 65%.

Оценка конструкций паровых турбин – Крепление лопаток ротора

Содержание материала

Важным вопросом является крепление лопаток на роторе. Требования к закреплению сводятся к его достаточной прочности и к плотности заделки. Последнее необходимо для получения возможно меньшего разброса частот лопаток и пакетов. Конструкция хвостового соединения должна быть технологичной, т. е. способствовать получению хвостов лопаток и пазов в роторе с необходимой точностью при наименьших затратах труда. Желательно, чтобы конструкция допускала легкую замену всех или отдельных лопаток. Важно, чтобы соединение не давало дополнительных нагрузок на диск и позволяло иметь минимальную осевую ширину облопаченного диска.
По типам хвостовые соединения могут быть разбиты на 3 группы: одно неразъемное (приварка лопаток к диску) и два разъемных (соединение с диском на заклепках и заведение в паз).
Соединение приваркой наиболее надежно, не требует увеличения ширины диска, обеспечивает равную прочность, вибрационную надежность и хороший тепловой контакт, но крайне усложняет замену лопаток и поэтому применяется пока редко. Но, учитывая непрерывный рост параметров пара, можно ожидать, что применение этого вида соединения будет расширяться.
На фиг. 82 показаны основные типы разъемных хвостовых соединений и дана их классификация.
Соединение на заклепках (фиг. 82, г и и) широко применяется в СССР. Оно довольно технологично, но в многоопорных хвостах часто требует ручной подгонки. Такой тип хвоста обеспечивает минимальную ширину обода диска, равную ширине лопатки (фиг. 82, г) или лишь немного ее превосходящую (фиг. 82, и). Большое преимущество соединения — возможность замены отдельной лопатки. Равномерная нагрузка всех участков заклепок достигается развёртыванием отверстий для них совместно в лопатке и в диске с большой точностью. Основная область применения соединений на заклейках — для съемных дисков ступеней среднего и низкого давления.
Недостатками указанного соединения являются увеличение диаметра отверстий под заклепки при каждой замене лопаток, а также трудности сверления, развертывания и расклепывания при цельнокованых роторах. Для барабанных роторов такое соединение вообще непригодно. Соединения заведением в паз разнообразны по конструкции. Хвост, показанный на фиг. 81, а, является осевые; его преимущество — простота, недостаток — сильное ослабление корня лопатки, Т-образные хвосты (фиг. 82, б) просты в изготовлении. Если посадка организуется по размеру а, то появляются дополнительные напряжения в наиболее нагруженном сечении хвоста. Если посадка выполнена по размеру b, то дополнительно нагружаются щеки диска и увеличивается свободная длина лопатки. В обоих случаях недостаточно плотная посадка дает плохое закрепление лопатки, излишний натяг — дополнительные напряжения.

Фиг. 82. Основные типы разъемных хвостовых соединений.

Трудность выдерживания влияющих на натяг размеров с точностью до 0,005— 0,01 мм делает более целесообразной конструкцию с посадкой по размеру b, но с подкладной лентой или проволокой, подбор толщины которой дает возможность действительно осуществить посадку с желаемым натягом.
Неизбежные для данного соединения изгибающие напряжения в щеках диска требуют их утолщения, что является крупным недостатком такого хвоста для дисков. Для уменьшения этого недостатка применяется захват; конструкция его весьма разумна, но усложняет изготовление хвостов. Кроме того, захват будет эффективен, если он имеет плотный контакт. Если же там будет зазор хотя бы 0,01—0,02 мм, то захват уже не будет предупреждать изгибающие напряжения в щеках диска. Поэтому такое устройство работает только при очень точном изготовлении или при подчеканке после облопачивания.
Соединение типа ласточкина хвоста (фиг. 82, в) для рабочих лопаток не применяется вследствие неустойчивого положения лопатки и большого распора щек диска.
Соединение с пазом в лопатке (фиг. 82, д) представляет собой обращенный Т-образный хвост. Изготовление его более сложно, особенно при наличии захвата. Для создания плотности в месте захвата подчеканивать приходится диск. Заготовки лопаток более дорогие, так как лопатки могут быть выполнены только заодно с промежуточным телом. Преимуществами следует считать уменьшение толщины диска и то, что при осевых задеваниях страдает сменная лопатка, а не диск. Концевые замки простые. Сложность изготовления данной конструкции оправдывается только для сильно нагруженных лопаток.
Рассмотренные хвостовые соединения являются одноопорными. Увеличение на них нагрузки вызвало к жизни ряд многоопорных конструкций хвостов, которые, однако, обладают недостатками, связанными с неравномерным распределением нагрузки между опорами. Распределение зависит от точности изготовления, от конструкции и размеров соединения, от соотношения температур и коэффициентов расширения материалов лопатки и диска. Оно даже при полном контакте при сборке в работе не будет равномерным; при наличии же неточностей изготовления распределение нагрузок может стать совсем неопределенным.
Для приблизительной оценки влияния точности изготовления на распределение нагрузок между опорными поверхностями хвоста, (фиг 82, ж) на фиг. 83 приведены данные расчета реального соединения (без учета смятия в местах контакта). Для данного соединения особенно неблагоприятен первоначальный зазор Δ в сечении b; равенство нагрузок достигается при очень малой величине Δ≈0,003 мм, что требует точности изготовления выше первого класса и едва ли достижимо при массовом производстве.

В действительности вследствие смятия и некоторых других факторов положение будет несколько лучше, но все же удовлетворительное распределение нагрузок требует очень высокой точности изготовления, что трудно достижимо.
Аналогично и соединение с пазом в лопатке (фиг. 82, к). У зубчиковых хвостов указанные недостатки меньше, так как нужная точность изготовления достигается легче и сами зубья податливее.

Фиг. 83. Влияние точности изготовления на распределение нагрузки.

Осевые зубчиковые соединения (фиг. 82, е) обладают многими преимуществами: в них наилучшим образом используется материал диска и лопаток, что позволяет иметь минимальные размеры всего соединения. Допускается замена отдельной лопатки, замки не требуются. Соединение такого типа является, по-видимому, в настоящее время наилучшим для сильно нагруженных лопаток и все чаще применяется. При точном изготовлении достигается удовлетворительное распределение нагрузки между зубьями. Для иллюстрации можно привести следующие данные*:

* Г. С. Скубачевский, Авиационные газотурбинные двигатели, Оборонгиз, 1955.

Такое распределение (при точном изготовлении) весьма равномерно. Однако при нагреве, особенно при разных коэффициентах расширения материала лопатки и диска, распределение будет менее благоприятно. Так, например, исследование пятизубчатого хвоста 1 , проведенное также в условиях полного контакта по всем зубьям при сборке, показало следующее распределение нагрузки (табл. 18).

Таблица 18
Распределение нагрузки по зубьям в пятизубчатом хвосте в процентах от общей

Применение зубчиковых хвостов при большой разнице а1 и а2 требует сборки с зазорами, которые выбираются при достижении расчетной температуры. При любой другой температуре распределение нагрузок весьма неравномерно. В этом принципиальный недостаток всех многоопорных соединений.
Недостатками осевых зубчиковых хвостов следует также считать сложность их изготовления, высокую стоимость инструмента и сравнительно узкую область применения. В частности, такие хвосты неприемлемы в барабанных роторах и лишь с трудом могут быть применены в дисках цельнокованых роторов.
Зубчиковые тангенциальные симметричные хвосты (фиг. 82, з) дают большой распор диска. Поэтому они малопригодны для дисков активных турбин. В барабанном роторе, где распор не играет роли, такие соединения можно, по-видимому, считать наилучшими.

1 *Е. К. Глухарев. К расчету замковых соединений лопаток газовых турбин, “Энергомашиностроение” № 7, 1958.

Изготовление их сравнительно просто; точность достигается применением профильных фрез (для хвоста лопатки) и резцов (для точения паза). Зубчиковый хвост с односторонними зубьями дает меньший распор, но в других отношениях уступает симметричному.
Закрепление лопаток с помощью высаженного хвоста и зубчикового паза (фиг. 84) осуществляется наиболее просто и дешево при использовании для лопаток заготовок светлокатаного профиля. Площадь образующихся при высадке заплечиков мала, соединение пригодно лишь для легких, слабо нагруженных лопаток, в основном для лопаток реактивных турбин.
Очень неприятная деталь облопачивания — концевые замки.

Фиг. 84. Закрепление высаженным хвостом.
Они ослабляют ротор; изготовление и постановка замков связаны с ручными работами, требуют большого опыта. Поэтому важным преимуществом конструкции хвостового соединения следует считать отсутствие концевого замка (фиг. 82, г и и) или применение простого замка (фиг. 82, д и к). По технологическим признакам можно считать наиболее удачными хвосты Т-образные и зубчиковые; наименее удачными —многоопорные (кроме зубчиковых).

Применительно к различным конструкциям дисков можно в общем случае считать наиболее целесообразными следующие типы разъемных хвостовых соединений:

1. для отдельных дисков — осевые и вильчатые; несколько уступают им соединения типов б и д (фиг. 82) с захватом; зубчиковые односторонние;
2. для дисков цельнокованого ротора — осевые; типов б и д с захватом (при малой нагрузке — без захвата); зубчиковые односторонние;
3. для барабанного ротора — зубчиковые симметричные, при малых нагрузках — в сочетании с высаженными хвостами.

2. Крепление лопаток

Крепление лопаток в роторе производится различными спосо­бами. Все эти способы крепления можно разделить на два основ­ных типа.

1. Крепление погруженного типа, когда хвосты лопаток за­водятся в специальные выточки в ободе диска или барабана.

2. Крепление верхового типа, когда хвосты лопаток надева­ются верхом и закрепляются на соответствующем гребне диска, а обод диска получается облегченным.

Часто встречающиеся формы лопаточных хвостов первого и второго типов креплений изображены на рис. 4.

Рис. 4. Формы лопаточных хвостов.

1 и 2 хвосты с боковым вырезом; 3—ласточкин хвост; 4 — Т-образный хвост; 5 — молотообразный хвост, полученный путем улучшения Т-образного хвоста; 6 — цилиндрический хвост; 7, 8, 9 — зубчиковые хвосты; хвосты лопаток с верховой на­садкой: 10 — хвост типа обратный молоток; 11— верховое крепление лопаток при одном гребне на диске; 12 — то же при двух гребнях, 13 — хвост типа обратная елка.

Хвосты с одним боковым вырезом имеют направляющие лопат­ки; хвосты зубчиковые, Т-образные, а также типа ласточкин хвост имеют как направляющие, так и рабочие лопатки. Хвосты 3—5 предна­значены для небольших и средних нагрузок. Зубчи­ковые крепления — для обычных средних и повы­шенных нагрузок. Нако­нец, крепления по типу 6, 10—13 — для весьма на­груженных лопаток.

В целях борьбы с ви­брацией под влиянием воздействия струй пара кон­цы активных лопаток обычно скрепляются бан­дажной лентой, надевае­мой на шипы (рис. 3), которые затем расклепы­ваются. Бандажная лента состоит по окружности из нескольких отрезков, меж­ду которыми имеются зазоры (порядка 1—2 мм) для теплового расширения. Концы отрезков иногда припаиваются к лопаткам.

В последнее время некоторое распространение получил способ крепления бандажа к лопаткам с помощью сварки. В этом случае высота шипа «а лопатке составляет примерно 7г толщины бандажа. После надевания бандажа производится приварка к нему лопаток. Иногда, обычно в случае больших окружных скоростей, каждая лопатка изготавливается за одно целое с бандажной полкой. Смыкаясь, эти полки образуют сплошное кольцо — бандаж.

В реактивных турбинах давление пара по обе стороны лопаток неодинаково, вследствие этого часть пара протекает через радиаль­ные зазоры между рабочими лопатками и корпусом, а также на­правляющими лопатками и ротором, не совершая работы. В целях уменьшения протечки пара эти радиальные зазоры делаются весьма малыми. При этом не исключена возможность задевания лопа­ток за корпус или ротор (например, при неравномерном расшире­нии отдельных частей турбины, короблении и т. п.).

Рис. 5. Скрепление двух соседних пакетов проволочным мостиком.

Чтобы в этом случае предотвратить аварию концы реактивных лопаток заостря­ют (рис. 1, 5), вследствие чего при задевании о корпус или ротор они легко стачиваются. У таких лопаток ленточные бандажи обычно не ставятся. Их назначение выполняет связующая проволока, которую пропускают через отверстия или сделан­ные в верхних частях лопаток вырезы, и затем припаивают к ло­паткам серебряным припоем. Между отдельными отрезками про­волоки, как и у ленточного бандажа, делаются тепловые зазоры. Длина отрезков проволоки колеб­лется от 20 до 400 мм, диаметр проволоки принимается от 4 до 9 мм, в зависимости от ширины лопаток.

Иногда реактивные лопатки связываются ленточным банда­жом, но в этом случае либо высту­пающий край бандажа заостряет­ся и располагается .против хвосто­вой лопатки, образуя небольшой осевой зазор, и в бандаже де­лаются радиальные выступы (гре­бешки), выполняющие роль лаби­ринтного уплотнения.

У коротких реактивных лопаток высотой меньше 30 мм связую­щей проволоки обычно не ставят. При наличии высоких активных или реактивных лопаток в дополнение к ленточному бандажу или верхнему ряду связующей проволоки добавляется, в зависимости от высоты лопаток, еще один-два ряда связующей проволоки.

Скрепление между собой тем или иным способом группы лопа­ток образует так называемый лопаточный пакет. В пакет обычно входит 6—12 лопаток. Пакеты друг с другом не связаны и могут свободно колебаться во всех направлениях. Иногда для уменьшения размаха колебаний пакетов между соседними пакета­ми ставятся проволочные мостики.

Такой мостик изображен на рис. 5. Он представляет собой короткий кусок проволоки 1, припаянный к двум-трем лопаткам одного пакета и свободно про­ходящий (с зазором а) сквозь отверстия двух-трех концевых лопа­ток соседнего пакета. Отверстия 2 просверлены для облегчения по­становки «мостика».

На рис. 4 изображено крепление активной цельнотянутой ло­патки 1 с Т-образным хвостом 2 в диске 3. Между хвостами лопа­ток набирают вставки 4. Вершины 2 . Температура масла, выходя­щего из подшипников, йе должна превышать 60-г 70° С; темпера­тура входящего в подшипник масла — 40-г 50° С.

Опорные подшипники по способу установки их вкладышей в корпусах (стульях) подшипников бывают жесткими и самоустанавливающимися. Вкладыши жестких подшипников имеют цилиндрическую наружную поверхность (подобно цилиндри­ческим вкладышам, рамовых подшипников) и устанавливаются в цилиндрические расточки корпусов и крышек подшипников. Прогиб вала при жестких подшипниках приводит к давлению шейки на концевые участки вкладышей (см. рис. 1,а) и к быстрому их износу. Поэтому такие подшипники применяются при коротких рото­рах с относительно большим диаметром вала.

Вкладыши самоустанавливающихся подшипников имеют сфе­рическую опорную поверхность и устанавливаются в сферической расточке корпуса подшипника. Благодаря этому при небольших изменениях положения оси вала они имеют возможность повер­нуться в ту или иную сторону и ось их при этом всегда совпадает с осью вала (см. рис. 1,б). Такие подшипники дол­жны применяться при длин­ных роторах с относительно не­большим диаметром.

_{Рис 1}. Схема положения изогнутого вала ротора ,

а) несамоустанавливающиеся б) самоустанавливающиеся

Вкладыши нерегулируемых подшипников непосредственно своей наружной поверхностью опираются на поверхности расточек корпусов подшипников.

На рис. 3 приведен чертеж вкладышей жесткого нерегули­руемого подшипника турбины т/э «Балтика». Два бронзовых вкладыша 1 и 2 имеют баббитовую заливку 3. Для луч­шего удержания баббита во вкладышах простроганы и выточены продольные и поперечные канавки в форме ласточкина хвоста. Нижний вкладыш помещается в расточке стула, а верхний — в крышке. В плоскости разъема вкладыши стопорятся от провора­чивания утопленными впотай винтами.

Смазочное масло входит во вкладыш по каналу 4, сделанному в горизонтальном разъеме вкладыша, поступает к шейке вала, растекается в обоих направлениях по шейке и затем стекает с обоих концов вкладыша в сливную полость. Около каналов 4 на бабби­товой заливке сделаны скосы для того, чтобы масло легко посту­пало на вал и не прерывалась масляная пленка.

Рис. 3 . Вкладыши жесткого нерегулируемого подшипника.

У судовых турбин довоенной постройки обычно предусматрива­лось устройство, ограничивающее проседание ротора в случае вы­плавки баббита с целью предотвращения аварии облопатывания. В данной конструкции это устройство состоит из так называемых аварийных буртиков 5, устроенных во вкладышах. Аварийные буртики образованы тем, что каждый конец вкладыша на расстоя­нии около 10% длины его баббитом не залит и диаметр расточки на этих участках сделан на 0,80 мм больше, чем диаметр расточки баббита. В случае выплавки баббита ротор ляжет шейкой на брон­зовые буртики и этим будет предотвращено повреждение лопаток.

Рис. 4. Вкладыши самоустанавливающегося регулируемого подшипника с опорными колодками:

а) нижняя половина вкладыша; б) вкладыши в сборе.

Вкладыши регулируемых подшипников устанавливаются на сухарях (колодках), привернутых к корпусу вкладыша винтами (рис. 4). Наружная поверхность сухарей протачивается концентрично с расточкой, и пригоняется по расточке корпуса подшип­ника. Между сухарями и вкладышами устанавливаются стальные прокладки, подбором которых достигают необходимого положения ротора в корпусе турбины. Этим значительно облегчается подгонка вкладышей после перезаливки, сборка и центровка турбины.

Турбины Кировского завода имеют регулируемые самоустанав­ливающиеся подшипники другого типа.

Подшипник (рис. 5,а) снабжен двумя стальными вклады­шами 1 и 2, на наружной цилиндрической поверхности которых имеются четыре выреза. В эти вырезы установлены стальные сухари 3, крепящиеся к вкладышам винтами 4 и штифтами 5. Между сухарями и вкладышами установлены латунные прокладки 6. Сфе­рические поверхности сухарей опираются на обойму. Обойма состоит из двух половин, которые крепятся к цилиндрической рас­точке стула и крышке винтами 8.

Верхний и нижний вкладыши соединяются между собой четырьмя шпильками с гайками 9. Точная установка (центровка) верхнего вкладыша относительно нижнего обеспечивается зам­ком 10 и двумя направляющими штифтами 11. От проворачивания вкладыши удерживаются штифтом 12, вставленным в нижний вкла­дыш и помещающемся в .вырезе нижней обоймы с зазором, что допускает поворот вкладыша в обойме.

Подвод масла осуществляется через каналы 13 и 14. Далее масло растекается в обоих направлениях по шейке вала и стекает в картер стула, а оттуда поступает в сточную цистерну.

Чтобы не было утечки масла из подшипника в месте выхода масла из корпуса, со стороны уплотнительной коробки предусмот­рено маслозапорное устройство, состоящее из латунного щитка 15 (из двух половин), крепящегося к нижнему и верхнему вкладышу, и двух бронзовых маслоудерживающих полуколец 16, заведенных в крышку и стул.

В приливе крышки имеются отверстия 17, 18 и 19 для установки соответственно термометра, маслоконтрольного прибора и микро­метра; с помощью последнего измеряется проседание вала, а сле­довательно, и износ баббита.

Главное достоинство самоустанавливающихся регулируемых подшипников этого типа состоит в том, что вкладыш имеет ци­линдрическую поверхность, а сфера вытачивается в обойме, а не в стуле.

2. Упорный подшипник

В современных судовых турбинах применяются исключительно одногребенчатые упорные подшипники, гребень которых или отко­ван вместе с ротором, или съемный.

Упорный подшипник турбин Кировского завода изображен «а рис. 5,б. Подшипник имеет уравнительное устройство для равно­мерного распределения нагрузки от упорного гребня на упорные подушки.

Упорные подшипники. Эти подшипники предназначены для восприятия осевого усилия, действующего на ротор, и фикса­ции ротора в определенном осевом положении так, чтобы обеспечивались требуемые осе­вые зазоры в проточной части турбины. В паровых турбинах используют сегментные упор­ные подшипники (рис. 6). Внутри вкладыша, состоящего из двух половин 1 и 4, распо­ложено кольцо 2, на котором установлены упорные колодки 3. На валу турбины имеется упорный диск 5 (гребень), прилегающий своей торцевой поверхностью к поверхностям залитых баббитом упорных колодок. Масло подается к упорным колодкам так, что гребень 5 вращается в масляной ванне и прижимается осевым усилием к поверхности колодок. Между вращающимся гребнем и упорными колодками появля­ются клиновидные зазоры и образуется устойчивый масляный клин, давление в котором зависит от частоты вращения вала, размера зазора и осевого усилия. Упорные колодки могут пово­рачиваться вокруг ребра качания, изменяя конфигурацию кли­новидного зазора в зависимости от осевого усилия.

Рис. 5. Опорно-упорный подшипник Кировского завода.

Рис 6 Сегментный упорный подшип­ник

1.4 — верхняя и нижняя половины вкла­дыша, 2 — кольцо, 3, 5 —упорные колодки и гребень

Подшипник, показанный на рис. 6, можно использовать, ес­ли осевое усилие всегда направлено в одну сторону (в данном случае слева направо). Кроме того, при большом зазоре слева от гребня осевое положение ротора является неопределенным и малейшая сдвижка ротора влево по любым случайным причинам приводит к повреждению уплотнений и задеваниям. Поэтому в упорных подшипниках кроме основных (рабочих) колодок с про­тивоположной стороны гребня устанавливают дополнительные. В турбинах с постоянным направлением осевого усилия до­полнительные колодки часто называют установочными, так как с их помощью устанавливают осевой разбег ротора между ко­лодками. В крупных многоцилиндровых турбинах такого разли­чия работы колодок не существует, так как при изменении ре­жима работы направление осевого усилия может изменяться.

Несмотря на единство принципа действия, конструкции упор­ных подшипников турбин, выпускаемых разными заводами, имеют особенности.

Рис. 7. Упорный подшипник конструкции ХТГЗ:

/, 14, 19— средняя, нижняя и верхняя опоры, 2 — корпус, 3, 5, 9 — кольца, 4 — обойма, Ь — шпонка, 7 — маслоотбойный щнток, S — крышка опоры, 10 — полукольцо, // — штифт, 12 — сопло подачи аварийной смазки, 13 — упорный диск; 15, 18, 20 — упоры, 16 — налад­ка, /7 — опора колодки, 21 — втулка

Для примера на рис. 7 показан упорный подшипник, применяемый в новых турбинах ХТГЗ.

Подшипник выполняется симметричным с уравнительной ры­чажной системой, обеспечивающей равномерное распределение нагрузок между упорными подушками. Высокая несущая способ­ность подшипника обеспечивается применением двухслойных ох­лаждаемых колодок, которые состоят из тонких стальных на­кладок 16, залитых баббитом, и жестких стальных опор 17, в ко­торых установлены упоры 15. Накладка фиксируется на опоре штифтами и крепится к ней двумя зацепами и винтами. На по­верхности опоры, обращенной к накладке, имеются каналы, по которым циркулирует протекающее в полости подшипника масло.

Колодки через запрессованные в них упоры 15 опираются на верхние опоры 19, в которые устанавливаются упоры 20 со сфе­рической поверхностью. Верхние опоры плоскими поверхностя­ми опираются на цилиндрические поверхности нижних опор 14, которые крепятся в обоймах 4. Между упором и обоймой уста­новлены втулки 21. Верхние и нижние опоры фиксируются штифтами 11.

Собранная с опорами и колодками каждая половина обойм устанавливается в корпусе 2 подшипника. В осевом направлении обойма подшипника фиксируется кольцами 9.

Упорные подшипники других конструкций часто выполняют­ся комбинированными: с общим вкладышем для упорной и опор­ной частей.

1. УСТРОЙСТВО И Принцип ДЕЙСТВИя ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

История развития газовой турбины тесно связана с историей развития паровой турбины.

Несмотря на бурный рост паротурбостроения в конце прошлого и первой четверти нынешнего столетия развитие газовых турбин вследствие технической неподготовленности сильно тормозилось и их создание практически стало возможным только в 30-х годах двадцатого столетия.

Причины, тормозившие развитие газотурбинных установок, в основном были следующие:

1) отсутствие жароупорных материалов, которые позволяли бы иметь высокую температуру газа перед турбиной;

2) несовершенство проточных частей газовых турбин.

По этим причинам к. п. д. газотурбинных установок получались низкими (10—15%), и они не могли конкурировать с другими ти­пами двигателей.

В последние годы благодаря усовершенствованию схем газотур­бинных установок, улучшению газодинамики проточных частей и успехам металлургии в производстве жароупорных сталей удалось получить к. п. д. газотурбинных установок порядка 25—32%.

Большие преимущества, газотурбинных установок по сравнению с другими типами судовых двигателей, а также возможность ис­пользования в них атомной энергии, побудили проектные организа­ции как у нас, так и за границей приступить к широкому проекти­рованию судовых газотурбинных установок. На некоторых судах эти установки уже осуществлены. Эксплуатация газотурбинных установок дала хорошие результаты. Все это позволяет предпола­гать, что в недалеком будущем газотурбинные установки займут должное место в качестве главных двигателей на судах морского флота.

К преимуществам газотурбинных установок по сравнению с ди­зельными относятся:

1) возможность получения больших мощностей на валу;

2) меньшие габариты и веса при одинаковых мощностях;

3) возможность сжигания в камерах сгорания дешевых (тяже­лых) сортов топлива;

4) меньшие расходы на смазку и ремонт;

5) простота устройства и обслуживания.

По сравнению с паротурбинными газотурбинные установки имеют следующие преимущества:

1) отсутствие паровых котлов и сложного котельного оборудо­вания (насосы, вентиляторы, системы обслуживающие котлы);

2) лучшие пусковые качества;

3) отсутствие конденсаторов и связанных с ним систем;

4) несколько меньшие габариты и вес при одинаковых мощ­ностях;

5) меньшие удельные расходы топлива;

6) низкие давления рабочего вещества в цикле, а следователь­но большая безопасность при случайном повреждении трубопро­вода.

Конструкции соединений лопаток с дисками

Требования, предъявляемые к соединениям

Соединения лопаток с дисками

Соединение представляет собой сочетание хвостовика лопатки 3 и продольных или кольцевых пазов на ободе диска 4 (см. рис. 3.12) или поверхности барабана, в которых устанавливаются лопатки.

Соединения лопаток с дисками должны удовлетворять следующим требованиям:

– позволять размещать необходимое количество лопаток надиске;

– обеспечивать необходимую прочность крепления без увеличения массы обода;

– обеспечивать высокую точность установки лопаток на диске и неизменяемость их положения при работе;

– создавать одинаковую жесткость крепления всех лопаток для обеспечения предусмотренного конструктором разброса частот собственных колебаний;

– обладать технологичностью при изготовлении и обеспечивать простоту сборки и замены лопаток в условиях эксплуатации.

Для установки лопаток на ободе диска выполняются продольные пазы вдоль или под углом к образующей обода. Пазы под углом позволяют на ободе диска разместить большее число лопаток, если угол паза согласуется с углом установки профиля корневого сечения лопатки.

Пазы в диске изготавливаются протяжкой.

В компрессоре наибольшее распространение получило соединение лопаток с дисками типа «ласточкин хвост». В данной конструкции хвостовик лопатки и паз в диске в сечении, перпендикулярном оси паза, имеют трапециевидный профиль (рис. 3.12,3.15). Угол при вершине трапециевидного профиля равен 30 . 40° (60).

Рис. 3.15. Элементы соединения лопаток с дисками типа «ласточкин хвост» P=N/2 Sin α/2

Сила Р определяет прочность замка. Она вызывает напряжения смятия.

Чем меньше угол α (угол при вершине замка), тем меньше размеры, масса и нагрузка от замков. При этом увеличивается количества лопаток в диске за счёт уменьшения размера В замка.

Кривизна профиля пера лопатки является причиной неравномерности по длине замка распределения нормальных напряжений на радиусе перехода пера лопатки к замку.

Варианты соединения лопаток с дисками типа «ласточкин хвост»

Максимальные напряжения у кромки к лопатки снижаются для замков типа 2 и 3.

Лопатки в пазы диска могут устанавливаться с зазором 0,01. 0,04 мм (свободная посадка) или с натягом до 0,015 мм (жесткое крепление).

Свободная посадка лопатки в паз допускает качку в окружном направлении, из-за чего происходит некоторое демпфирование колебаний силами трения при перемещении лопатки в замке до частот вращения (0,5 . 0,7) n_max, легкий монтаж и демонтаж лопаток. Выше этой частоты вращения центробежные силы прижимают лопатку к диску, и крепление становится жестким. Свободная посадка лопаток в диск применяется наиболее часто.

Посадка лопаток с натягомдо 0,015 мм используется для повышения частоты собственных колебаний. Такая сравнительно небольшая величина натяга выбирается для того, чтобы не допустить перенапряжений в ободе при монтаже лопаток и разрушение диска (с началом от паза) при работе двигателя.

Для устранения надиров на поверхностях и лучшего монтажа и демонтажа лопатки ее хвостовик покрывается слоем меди или серебра толщиной 0,003 . 0,005мм, который при запрессовке служит смазкой.

Пазы в диске могут быть прямыми и наклонными к оси диска.

Прямые пазы более технологичны в изготовлении.

Если профиль лопатки сильно изогнут, то используют косые пазы, при это возникает дополнительная нагрузка на замок (возникает скручивающий момент).

Для вентиляторных лопаток применяют криволинейные пазы.

Достоинством замков «ласточкин хвост» – технологичность при изготовлении.

Недостаток – ограниченная прочность.

Замок типа «ёлочка»

Выполняется по ОСТ 110 975. В комрессоре применяется для крепления

Схема замка «ёлочка»

вентиляторных лопаток. Замок имеет меньшую ширину, что позволяет разместить на ободе больше лопаток.

Достоинство:

– имеет повышенную прочность, из-за снижение нагрузок на боковые грани.

Недостатки:

– соединение «ёлочка» более сложное, чем «ласточкин хвост»;

– этот замок требует повышенную точность изготовления.

Для крепления лопаток вентилятора на диске может использоваться елочный элемент соединения, имеющий один крупный зуб. Данный вид соединения меньше ослабляет диск с небольшим значением относительно диаметра втулки (d_во=D_в/D_колеса), чем соединение типа «ласточкин хвост».

Шарнирное крепление является еще одним видом соединения лопаток с диском (рис. 3.20).

Конструкция данного соединения предусматривает установку лопатки 4 с зазором относительно штифта 2 и обода диска 1. От осевого перемещения штифт 2фиксируется втулкой 5 и заклепкой 3, развальцованной на втулку 5. Наличие зазоров позволяет лопатке под действием изгибающих моментов от газовых и центробежных сил поворачиваться относительно штифта 2, установленного в диске с натягом.

1 – диск; 2 – штифт; 3 – заклепка; 4 – лопатка (самоустанавливается); 5 – втулка

При этом осуществляется практически полное взаимное уравновешивание действующих изгибающих моментов (напряжения изгиба в лопатке при оценке её прочности можно не учитывать).

При шарнирном соединении лопаток с дисками устраняются резонансные колебания по низшим формам.

Из-за трения проскальзывания в шарнире и аэродинамического демпфирования снижаются вибрационные напряжения по другим формам в два-три раза по сравнению с вибрационными напряжениями в соединениях лопаток с дисками типа «ласточкин хвост»

Для устранения износа и схватывания поверхностей элементов соединения в шарнире применяют твердый смазочный материал на основе двусернистого молибдена. Им покрывают проушину лопатки изнутрии с торцов и наружную поверхность штифта, что позволяет лопатке легко поворачиваться в замке.

По условиям прочности штифта и проушин шарнирное крепление можно применять при умеренных окружных скоростях на периферии лопаток – не более 320 м/с.

Шарнирное крепление лопаток применяется как на дисках, так и на барабане ротора.

<Возможно также такое шарнирное крепление лопатки, в котором относительно диска с зазором устанавливаются и лопатка, и штифт. Данное крепление должно обеспечивать отстройку от резонансных колебаний в более широком диапазоне частот. Однако этот вид соединения требует еще специальных исследований>.

Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 3955 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рабочие лопатки компрессоров. Крепление рабочих лопаток.

Типы роторов компрессоров, используемых в конструкциях ГТД.

подразделить на роторы барабанного типа, роторы дискового типа и роторы барабанно- дискового типа

Основным элементом ротора барабанного типа является барабан, который воспринимает нагрузки от изгиба, центробежных сил лопаток и конструкции собственно барабана и через который передаётся крутящий момент на, лопатки компрессора. – применяются в относительно тихоходных компрессорах, имеющих окружные скорости барабана порядка 180-200 м/с

Роторы дисковоготипа состоят из отдельных дисков с центральными отверстиями и вала.

ротор компрессора барабанно-дискового типа, в котором диски и проставки соединены с помощью длинных стяжных болтов и распорных втулок.

ротор смешанного типа, отдельные секции которого соединяются между собой с помощью торцовых треугольных шлицев и стяжного болта. Треугольные шлицы обеспечивают центровку диска и передачу крутящего момента. Такая конструкция имеет большую жёсткость при сравнительно малом весе.

Рабочие лопатки компрессоров. Крепление рабочих лопаток.

Рабочие лопатки компрессора – одни из наиболее ответсвенных деталей, от конструктивного исполнения и долговечности которых зависит надежность двигателя в целом.

По конструкции элементов, к которым крепятся рабочие лопатки, различают барабанные, дисковые и смешанные роторы.

10. Силовые схемы статоров ГТД.

силовым корпусам ГТД относят корпуса компрессора, камеры сгорания, турбины, а также корпуса опор. Все эти корпуса собираются в единую конструкцию — статор с помощью фланцев, которые соединяются болтами, шпильками, штифтами. К силовым корпусам крепятся входные и выходные устройства двигателя, коробки приводов, корпуса наружного контура, устройства форсирования и реверса тяги. На силовых корпусах размещаются узлыкрепления двигателя к самолету или к подмоторной раме. статоров оконтурных

Силовые схемы двигателей различаются в основном по виду связи корпусов компрессора, камеры сгорания, турбины и опоры заднего подшипника ротора. приведены четыре типовые схемы

статоров одноконтурного двигателя с трехопорным ротором.

На всех схемах корпус 1 компрессора непостурбины и корпус 8 камеры сгорания связан с корпусом среднего подшипника ротора. На схеме в изображена разветвленная связь корпусов, при

которой к корпусу среднего подшипника ротора независимо крепят корпус заднего подшипника ротора, а через корпус камеры сгорания корпус турбины.

Силовые схемы статоров двухконтурных двигателеи в основном являются развитием какой- либо из вышеперечисленных схем с включением в нее силового корпуса наружного контура Рассмотрим одну из таких схем статоровна примере авиационного двигателя ПС-90А.

11. Средства механизации компрессоров и их назначение.

12. Характерные неисправности компрессоров.

Большинство дефектов рабочих лопаток компрессоров связано с попаданием в воздушный тракт двигателя посторонних предметов, камни, птицы, град, куски льда с ВПП или РД могут вызвать локальные забоины и вмятины на деталях прочной части. . Многоочаговый характер трещин, отсутствие дефектов механической обработки в очагах разрушения при соответствии химического состава и механических свойств материала технической документации на изготовле­ние диска свидетельствуют о том, что разрушение диска происходило от воздействия переменных напряжений высокого уровня.

Меры предупреждения и обнаруже­ния подобных дефектов:

-отработка технологии производства штамповок дисков, исключающей появление газо­насыщенных участков;

– усовершенст­вование методов ультразвукового конт­роля, периодический контроль дис­ков в эксплуатации;

-специальная ме­тодика диагностирования вибрационно­го состояния;

– систематическое наблю­дение за динамикой уровня вибраций по автоматизированной регистрации.

13. Материалы, используемые в конструкциях компрессоров ГТД.

При выборе материала следует исходить из их теплового состояния, сопротивления коррозии и эрозии, и обеспечение требуемой долговечности.

Диски компрессоров изготавливают ковкой или штамповкой !!

рабочие лопатки паровых турбин

Поделиться “рабочие лопатки паровых турбин”

В статье описаны различные конструктивные особенности лопаток паровых турбины.

Лопатки ступеней скорости

рабочие лопатки турбин

Лопатки изготавливаются за одно целое с участком бандажа и поступают на сборку в виде шкета из двух лопаток, сваренных между собой по бандажу и хвосту. При наборке лопаток на диск между бандажами каждой пары лопаток выдерживается зазор от 0,3 до 0,8 мм.

облопачивание ступеней скорости

Пояснения к рисунку

• 1 – рабочие и направляющие лопатки ступеней скорости
• 2 и 3 – пакет рабочих лопаток
• 4 и 5 – пакет замковых лопаток
• 6 – вид сверху на бандажи сварных пакетов рабочих лопаток с замковым пакетом
• 7 – положение хвостов лопаток в пазу диска и следы краски при пригонке пакетов лопаток между собой
• 8 и 9 – хвосты замковых лопаток

Заведенные в пазы диска эти лопатки, изготовленные из аустенитной стали, обладающей большим коэффициентом теплового расширения, чем материал ротора, могут иметь незначительную качку. Иногда для исключения качки под каждый пакет отдельными кусками подкладывается лента из мягкой стали (размер ленты 23 X 2 мм), причем лента пригоняется таким образом, чтобы хвосты плотно прилегали снизу к щекам диска в местах, указанных на поз. 7.

Хвосты лопаток между отдельными пакетами пригоняются по краске так, чтобы расположение отпечатков соответствовало показанному на поз. 7. Не допускаются зазоры между двумя пакетами в заштрихованных местах. В середине же между заштрихованными местами зазор составляет до 0,1 мм.

Каждый ряд лопаток имеет два замковых пакета (поз. 4 и 5). Хвосты замковых лопаток ступени скорости и их крепление на диске с помощью заклепок показаны на поз. 8.

Для получения наибольшей плотности хвосты лопаток замковых пакетов тщательно припиливаются к поверхности хвостов соседних пакетов и сажаются на место втугую ударами молотка. Боковой зазор между лопатками и щеками диска должен составлять 0,02—0,05 мм. Максимальное отклонение от шага замкового пакета не должно превосходить 2 мм.

Каждый замковый пакет крепится четырьмя заклепками из стали 25ХМФА, как показано на поз. 4 и 8, причем края отверстий после плотной установки заклепок подчеканиваются.

После наборки на колесо лопаток ступени скорости производится механическая обработка бандажей и гребешков уплотнений.

Лопатки ступени скорости изготавливаются из аустенитной стали марки ЭИ-123. Они работают в тяжелых условиях как в отношении высокой температуры, так и нагрузки (вследствие парциального подвода пара в. д.). Поэтому при ревизиях турбин надлежит тщательно проверять их состояние. Магнитная проба для лопаток из аустенитной стали неприменима, так как эта сталь немагнитна. Поэтому контроль лопаток должен производиться с помощью осмотра через лупу и в случае необходимости — путем травления.

Лопатки регулирующей ступени давления турбин типа ВР-25, так же как и лопатки регулирующих ступеней скорости, изготавливаются за одно целое с примыкающим к ним участком бандажа и поступают на сборку в виде пакета из двух сваренных между собой лопаток. Сварка производится по стыку участков бандажа и по периметру хвостов лопаток (за исключением участка канала между лопатками). Характер крепления лопаток регулирующей ступени на диске и материал лопаток те же, что в ступенях скорости турбин высокого давления.

Лопатки постоянного сечения

Лопатки постоянного сечения с Т-образным хвостом цельно-фрезерованные и с отдельными промежуточными телами (поз. 10 — 11). Эти лопатки применяются для первых ступеней давления всех турбин. Они имеют на вершине шипы, с помощью которых прикрепляется ленточный бандаж. Хвосты лопаток пригоняются друг к другу по краске, причем припиливается сторона внутреннего конуса.

лопатки ступеней давления

Пояснения к рисунку

• 10 – лопатки ступеней давления с Т-образными хвостами, с отдельными промежуточными телами и цельнофрезерованные
• 11 – лопатки с Т-образным хвостом и замком для щек диска
• 12 – пригонка лопаток к промежуточным телам
• 13 и 14 – хвостовая часть замковых лопаток с отдельными промежуточными телами
• 15 – следы краски при пригонке между собой цельнофрезерованных лопаток
• 16 – хвостовая часть цельнофрезерованной замковой лопатки
• 17 – следы краски при пригонке между собой лопаток с замком для щек диска
• 18 – хвостовая часть замковой лопатки

Расположение отпечатков краски должно соответствовать заштрихованным местам поз. 15 для лопаток ступеней, следующих за пятой, и по всей поверхности хвоста для предыдущих ступеней. Не допускается наличие зазора в местах, заштрихованных на этом эскизе. В середине между несоприкасающимися частями хвостов допускается зазор до 0,1 мм.

Посадка лопаток в диски должна быть плотная, без качки, но двигаться по пазу лопатки должны от легких ударов молотком.

В каждом диске имеется две замковых лопатки, посадка и крепление которых с помощью заклепок показаны на поз. 16.

Для получения наибольшей плотности наборки хвосты замковых лопаток тщательно пришпиливаются к поверхностям хвостов сосед них лопаток и сажаются на место втугую ударами молотка. Максимальное отклонение шага для замковых лопаток не должно превышать 1 – 1 мм. К щекам дисков замковые лопатки пригоняются с боковым зазором, показанным на поз. 16.

Отклонение набранного количества лопаток от расчетного при перелопачиваниях (что может иметь место за счет отклонения в толщинах хвостов запасных лопаток) допускается в пределах до 1 % от числа лопаток.

Бондажная лента

После наборки лопаток на диск на лопатки надевается бандажная лента в виде отдельных сегментов. Бандажная лента должна надеваться на шипы без значительных усилий, от легких постукиваний молотком. Прилегание ленточных бандажей к торцам лопаток должно быть плотным, максимальный допускаемый зазор 0,1 мм.

Температурные зазоры между сегментами бандажа составляют 0,3— 1 мм для первых ступеней и 1—1,5 мм для последних. Бандаж должен быть заострен со стороны впуска пара.

После надевания бандажа на лопатки шипы расклепываются по периметру, причем должно быть обращено самое тщательное внимание на то, чтобы не подвергать шипы излишним ударам, могущим вызвать наклеп и трещины у их основания.

Бандажная лента при перелопачивании должна накладываться на лопатки таким образом, чтобы замковые лопатки располагались не у краев бандажа. В отдельных ступенях ЛМЗ для повышения жесткости соединения бандажа с лопатками применяет припайку бандажных сегментов к лопаткам серебряным припоем.

В случае перелопачивания на станциях, нужно иметь в виду, что после закрепления бандажа на лопатках производится его обработка, выражающаяся в том, что края бандажа протачиваются для получения заострения (см. выше) и необходимой величины свеса над кромкой лопатки. Свес бандажей над входной кромкой должен составлять 1,25—1,0 мм, а над выходной кромкой 0,75—0,5 мм, причем эти величины надо замерять от кромки наиболее выступающей лопатки.

В первых ступенях турбин применяются также лопатки постоянного сечения с Т-образным хвостом и отдельными промежуточными телами (поз. 10). Лопатки этого типа изготавливаются из светлокатаной профильной нержавеющей стали, причем хвосты Т-образного профиля фрезеруются. Промежуточные тела изготавливаются из мягкой углеродистой стали.

В облопаченном диске прилегание лопаток к промежуточным телам должно быть плотное (щуп 0,05 не проходит) по середине профиля на 1/3 ширины, у кромок допускается зазор до 0,1 мм. В каждом диске имеются два диаметрально противоположных выреза для замков лопатки, прилегающие к замкам, по одной с каждой стороны, должны быть припаяны серебряным припоем к соседним промежуточным телам по всей площади их соприкосновения. Кроме того, их прошивают штифтом, как показано на поз. 13.

Замковые лопатки должны быть плотно пригнаны к смежным с ними лопаткам, причем максимально допускаемое отклонение от шага +1 мм. К пазу диска замковые лопатки тщательно пригоняются с зазором 0,05—0,1 мм по ширине (как показано на поз. 14 фиг 31).

В турбине ВК-100-2 для седьмой и десятой ступеней применяются лопатки постоянного сечения с Т-образным хвостом и замком для щек диска, как показано на поз. 17.

Для этих лопаток сохраняются все выше-приведенные указания относительно посадки на диск; дополнительно следует иметь в виду, что зазор в замке для щек диска должен быть таким, как указано на поз. 17, а зазор при посадке замковой лопатки таким, как показано на поз. 18.

Лопатки постоянного сечення с вильчатым хвостом

Для длинных лопаток применяется вильчатый хвост с креплением на диске с помощью заклепок. Лопатки такого типа показаны на поз. 19. Они снабжены наклонным ленточным бандажом и прошиты скрепляющей проволокой.

лопатки последних ступеней

Пояснения к рисунку

• 19 – лопатка постоянного сечения с вильчатым хвостом
• 20 – двухъярусная лопатка регулирующей ступени отбора с поворотной диафрагмой
• 21 и 27 – лопатки переменного сечения с вильчатым хвостом
• 22 – пригонка вильчатых хвостов по колесу
• 23 – пригонка хвостов лопаток между собой по радиальному конусу
• 24 – стык сегментов скрепляющей проволоки
• 25 – соединение сегментов скрепляющей проволоки трубчатого сечения в последних ступенях
• 26 – припайка стеллитовых пластин к входной кромке последних ступеней
• 27 – лопатка последней ступени турбин ВК-100-2 и ВК-50-1

Хвосты лопаток также пригоняются друг к другу по краске, причем припиливается сторона наружного конуса. Зазоры между каждыми двумя соседними лопатками в местах расположения отпечатков краски по всей ширине хвоста не допускаются. Отпечатки краски должны быть расположены на верхней и нижней частях хвостов поясками шириной 10 мм, между которыми допускается зазор до 0,05 мм, как показано на поз. 23.

На поз. 22 показана пригонка хвостов к гребню диска. Пригонка (припиловка) хвостов по гребню диска была ранее большой и трудоемкой работой. После пересмотра допусков на изготовление хвостов лопаток и гребней дисков пригонка хвостов лопаток в настоящее время почти полностью исключается, причем обеспечивается необходимая надежность посадки лопаток.

Посадка лопаток на гребень должна производиться с некоторым усилием — в пределах от «плотной от руки» до легких ударов небольшим молотком. Припайка скрепляющей проволоки к лопаткам серебряным припоем показана на поз. 24.

После наборки лопаток на диск производятся рассверловка и развертка отверстий для заклепок. Заклепки должны сидеть в отверстиях плотно и с обоих концов расклепываются до заполнения конуса (зенковки), сделанного с обоих концов отверстия под углом 45° на глубину 1 мм.

Лопатки переменного сечения с вильчатыми хвостами

(поз. 21 и 27). Лопатки этого типа применяются в последних ступенях турбин. В зависимости от длины, эти лопатки имеют трех-, четырех- и пятивильчатые хвосты, посадка которых на гребень дисков показана на поз. 22.

Эти лопатки прошиваются проволочным бандажом. В турбинах ВК-100-2 и ВК-50-1 последние лопатки имеют три ряда проволочного бандажа, причем оба верхних ряда для облегчения имеют трубчатое сечение (поз. 25).

Входные кромки двух последних рядов лопаток защищены от эрозийного износа стеллитовыми пластинками, припаянными к кромкам лопаток серебряным припоем (поз. 26). Пластинки по высоте должны плотно прилегать друг к другу. Пластинки должны быть пригнаны заподлицо с входной кромкой лопаток, а верхние пластинки, кроме того, заподлицо со скосом лопатки.

Для нормальной работы лопаток весьма важно, чтобы отклонение их от радиального положения и отклонение от плоскости ступени (аксиальное отклонение) были бы невелики

В качестве материалов для рабочих лопаток применяются следующие сорта стали:

• для первых ступеней давления – сталь 1X13
• последних ступеней – 2X13
• бандажная лента- IX13
• заклепки замковых лопаток – 25ХМФА
• лопаток с вильчатыми хвостами прн длине лопаток меньше 140 мм – IХ13
• заклепки лопаток с вильчатыми хво¬стами при длине лопаток больше 140 мм – 25ХМФА
• скрепляющая проволока – 1X13

Контроль

Чрезвычайно надежным методом контроля состояния облопачивания при ревизиях и качества наборки при перелопачиваниях является внедренное заводом осциллографирование частот собственных колебаний пакетов лопаток.

Сохранение в эксплуатации установленных заводом вибрационных характеристик облопачивания имеет первостепенное значение для надежной работы турбин.

Дефекты, которые не могут быть обнаружены при наружном осмотре лопаток (например, дефекты в хвостовой части лопаток или трещины в проволоке), косвенно обнаруживаются по отклонению частоты собственных колебаний пакета и по разбросу величины частот отдельных пакетов.

Ввиду возможного их пересмотра заводом, из-за усовершенствования конструкции лопаток, при перелопачиваниях следует получать подтверждение завода о пригодности предполагаемых к установке профилей лопаток и связей.

Поделиться “рабочие лопатки паровых турбин”