ЗАПОРНЫЙ БЛОК ДЛЯ ЛОПАТОЧНОГО ВЕНЦА ЛОПАТОЧНОЙ МАШИНЫ
LOCKING UNIT FOR BLADE ROW OF BLADE MACHINE

Изобретение относится к запорному блоку для закрывания промежутка, оставшегося между первой и последней вставленными в периферийный паз лопаточной машины лопатками лопаточного венца, содержащему, по меньшей мере, две части, каждая из которых выполнена с возможностью сцепления с образующими поднутрение выступами периферийного паза, и предохранительный элемент, предохраняющий обе части от выпадения из периферийного паза.
Запорные блоки такого рода известны, например, из ЕР 1457642 А2 и US 2002/0127105 А1. Оба состоят в основном из двух боковых деталей, которые вставляются в промежуток, оставшийся между первой и последней лопатками лопаточного венца. Поскольку каждая боковая деталь сцепляется с образующим поднутрение выступом периферийного паза и тем самым обе могут быть помещены в периферийный паз, обе боковые детали, если смотреть в осевом направлении, выполнены сообща уже, чем заполняемый и закрываемый промежуток. После монтажа обеих боковых деталей между ними остается свободным пространство, которое должно быть заполнено промежуточной деталью. Последняя предохраняет обе боковые детали от ослабляющего сцепление осевого смещения и тем самым от выпадения из периферийного паза. Чтобы предохранить от выпадения саму промежуточную деталь, она выполнена с двумя губовидными ребрами, каждое из которых за счет пластической деформации загибается в выполненный в каждой боковой детали карман. В результате промежуточная деталь сцепляется с геометрическим замыканием с каждой боковой деталью, благодаря чему обе боковые детали также удерживаются в периферийном пазу. Кроме того, в US 2002/0127105 А1 предложено, что промежуточная деталь сцеплена с первой и последней лопатками лопаточного венца посредством ласточкина хвоста, а в ЕР 1457642 А2, напротив, с первой и последней лопатками лопаточного венца сцеплена каждая боковая деталь запорного блока. Это в основном препятствует образованию и увеличению зазора между соседними направляющими лопатками и запорным блоком в направлении периферии.
Однако недостаток известных запорных блоков в том, что для удаления запорного блока его приходится с трудом и, по меньшей мере, частично разрушить в зоне геометрического замыкания. Кроме того, следует обратить внимание на то, что запорный блок должен выдерживать возникающие термические и механические нагрузки, в частности возникающую при работе центробежную силу, если он установлен в роторе лопаточной машины.
Из DE 809689 известен запорный блок с двумя выполненными с возможностью движения друг к другу боковыми деталями, между которыми для их стягивания в периферийном пазу расположен трапециевидный стяжной элемент. После вставки обеих боковых деталей запорного блока в периферийный паз трапециевидный стяжной элемент может быть приподнят в направлении отверстия паза посредством опирающегося на его дно винта. В результате обе боковые детали расходятся, так что их заплечики охватывают сзади выступы периферийного паза.
При этом недостатком является то, что необходимый для приподнятия стяжного элемента винт опирается на дно периферийного паза. Вследствие разных тепловых расширений ротора и деталей запорного блока и вследствие воздействия центробежной силы случайно может ослабнуть контакт винта и дна паза, в результате чего нарушится надежная посадка запорного блока.
Кроме того, из DE 2934298 известна блокировка хвостовика лопатки из двух половин. Каждая из обеих половин выполнена с возможностью сцепления с расположенными на боковых стенках периферийного паза выступами. Чтобы закрепить обе половины в пазу на расстоянии друг от друга и тем самым в сцепленном состоянии, они выполнены в виде разрезной гайки, так что между ними может быть ввинчен предохранительный винт.
Далее из US 2421855 известен замок для турбинных лопаток, который за счет приподнятия трапециевидного стяжного элемента сцепляет обе детали запорного блока с поднутрениями периферийного паза.
Кроме того, из GB 1270540 и DE 2615701 известны деформируемые крепежные элементы, с помощью которых могут быть соединены между собой две детали.
В соответствии с этим задачей изобретения является создание запорного блока для закрывания промежутка, оставшегося между первой и последней вставленными в периферийный паз лопаточной машины лопатками лопаточного венца, который можно было бы легко и просто ослабить и который, тем не менее, надежно и в течение длительного срока выдерживал бы высокие механические нагрузки.
Эта задача решается посредством запорного блока, предохранительный элемент которого расположен между обеими частями с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и имеет головку ключа и пластинчатую бородку ключа, которая за счет вращения предохранительного элемента может занимать два положения таким образом, что в первом монтажном положении обе части за счет поворота друг к другу одновременно входят в периферийный паз между его противоположными друг другу выступами, а во втором положении для предохранения обеих частей от поворота друг к другу в их установленном положении бородка ключа прилегает, по меньшей мере, к одной боковой поверхности одной из разжатых частей.
Изобретение исходит из того факта, что обе части, называемые также передняя и задняя части по отношению к осевому направлению имеющего периферийный паз ротора, могут входить в периферийный паз не последовательно, а одновременно, если они могут двигаться друг к другу своими обращенными к периферийному пазу участками, так что они проходят через его самое узкое место, если смотреть в осевом направлении. Обе части выполнены в основном С-образными из двух колен и соединяющей их перемычки, причем внешнее колено каждой С-образной части в ее установленном положении плашмя закрывает периферийный паз примыкающей к нему внешней поверхностью, а внутреннее колено выполнено с возможностью сцепления с образующим поднутрение выступом периферийного паза. Перемычка между внутренним и внешним коленами каждой части проходит в установленном положении в радиальном направлении. Каждая перемычка имеет обращенную к противоположной части боковую поверхность, которая ограничивает в осевом направлении замочную скважину. Между обеими частями запорного блока расположен ключ, бородка которого может быть позиционирована в замочной скважине в осевом направлении как с экономией места, так и с заполнением осевой замочной скважины. Для монтажа ключ располагается так, чтобы обе части своими сначала вошедшими в периферийный паз внутренними коленами могли двигаться друг к другу, в частности опрокидываться, так что боковые поверхности ограничивают особенно узкую осевую замочную скважину. Поэтому ключ требует при монтаже лишь небольшой осевой ширины, так что внутренние колена опрокинутых друг к другу частей запорного блока могут войти в свободное пространство, имеющееся между противоположными выступами периферийного паза. После прилегания внешних колен обеих частей к внешним стенкам выступов периферийного паза их внутренние колена за счет продолжающегося вдвигания запорного блока поворачиваются одна вперед, а другая назад, т.е. они разжимаются до тех пор, пока внутренние колена не будут сцеплены с соответствующими выступами. В этом установленном положении боковые поверхности разжатых частей ограничивают замочную скважину, осевая ширина которой существенно больше по сравнению с шириной в процессе монтажа. Если смотреть в сечении, то ограниченная боковыми поверхностями замочная скважина трапециевидно расширяется ко дну паза, т.е. внутрь. Чтобы заполнить в осевом направлении это конструктивное пространство, по меньшей мере, в одном месте, если смотреть вдоль периферии, ключ поворачивают так, чтобы его бородка прилегала, по меньшей мере, к одной боковой поверхности одной из обеих частей. Прилегающая к боковой поверхности бородка ключа препятствует тогда движению или повороту обеих частей друг к другу, так что запорный блок защищен от выпадения из периферийного паза. Для демонтажа запорного блока операции повторяют в обратной последовательности. Таким образом, изобретение отличается особенно небольшим числом элементов. Благодаря оставшейся относительно большой пустой замочной скважине внутри периферийного паза изобретение обеспечивает также особенно легкую конструкцию запорного блока, что при использовании в роторе особенно предпочтительно вследствие меньшей нагрузки центробежной силой. К тому же обе части особенно просты и рентабельны в изготовлении. Дополнительно может осуществляться сравнительно быстрый монтаж и/или демонтаж запорного блока, поскольку все его элементы вставляются в периферийный паз одновременно. Кроме того, вращаемый ключ делает ненужным разрушение запорного блока для его ослабления.
Один существенный признак изобретения состоит в том, что выполненный в виде ключа предохранительный элемент расположен между обеими частями с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и содержит головку и бородку. Бородка ключа выполнена с возможностью перемещения между двумя положениями. В первом положении она занимает особенно узкое осевое конструктивное пространство, так что обе части могут двигаться друг к другу со стороны паза. Во втором положении бородка ключа заполняет, если смотреть в направлении периферии, замочную скважину, по меньшей мере, в одном месте между обеими разжатыми частями, что препятствует повороту обеих частей друг к другу. За счет этого возможно, чтобы каждое внутреннее колено обеих частей, необходимое для сцепления с образующим поднутрение выступом, входило в периферийный паз под наклоном и только тогда, когда оно будет расположено в зоне поднутрения, и, поворачиваясь, охватывало сзади соответствующий паз. До сих пор в уровне техники каждая часть устанавливалась за счет двух последовательных монтажных операций, когда в периферийный паз радиально вставлялась и смещалась в осевом направлении к его переднему (или заднему) концу сначала передняя (или задняя) часть, а затем другая часть. Благодаря изобретению создан запорный блок, монтаж которого обеспечивает сцепление каждой боковой части с образующими поднутрения выступами за счет поворота и замыкающее вращательное движение. В результате создан особенно простой в монтаже запорный блок, который к тому же особенно просто и без разрушения может быть снова ослаблен и демонтирован.
В противоположность известным решениям разжимающий обе части предохранительный элемент опирается не на дно периферийного паза, а стянут исключительно с обеими частями. В результате возникает запорный блок, который независимо от тепловых расширений ротора надежно защищен от случайной разборки.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах.
В одном предпочтительном варианте предохранительный элемент установлен с возможностью перемещения из первого положения во второе положение за счет вращения на 90°.
Особенно предпочтительно обе части защищены от поворота и выпадения из периферийного паза, если бородка ключа выполнена в виде двойной бородки из двух половин, и каждая половина может прилегать к одной боковой поверхности каждой части. Поскольку каждая половина бородки может прилегать к одной боковой поверхности каждой части, заключенная между обеими боковыми поверхностями замочная скважина разжатых частей в этом месте, если смотреть в сечении в осевом направлении, заполнена полностью, так что надежно предотвращен также перегиб ключа из радиального направления. Таким образом, может быть достигнута особенно надежная защита обеих частей от поворота и выпадения из периферийного паза.
Если боковая поверхность части имеет прорезь, в которую частично может входить бородка ключа, то ключ защищен от вращения этой прорезью, так что даже возникающие при работе лопаточной машины вибрации или другие воздействия не могут вызвать случайного проворачивания ключа. Таким образом, входящая в прорезь бородка ключа особенно надежно препятствует также повороту частей друг к другу и, соответственно, выпадению частей из периферийного паза.
В одном варианте ключа его головка имеет гнездо для проворачивающего инструмента, посредством которого ключ особенно легко можно вращать из его монтажного положения в предохраняющее или рабочее положение и обратно. Например, головка ключа имеет гнездо, которое может быть выполнено в виде шестигранника, четырехгранника или звезды для соответствующей отвертки.
Особенно предпочтителен вариант, в котором каждая часть выполнена с возможностью прилегания к боковой стенке, образованной образующим поднутрение выступом периферийного паза. Благодаря этому предотвращено проворачивание всего запорного блока как единого целого внутри периферийного паза, если промежуток между первой и последней лопатками лопаточного венца по непредвиденным причинам увеличивается в направлении периферии. Даже в этом случае предложенный вариант обеспечивает особенно надежный и защищенный от выпадения из периферийного паза запорный блок.
Чтобы бородка ключа особенно надежно и с натягом прилегала к боковой поверхности каждой части, головка ключа имеет наружную резьбу для навинчивания гайки, которая опирается на обе части и стягивает с ними предохранительный элемент. Поскольку замочная скважина расширяется по типу трапеции ко дну паза, бородка ключа выполнена в сечении соответственно конической. Благодаря гайке, опирающейся снаружи на обе части, эта клиновидная бородка ключа втягивается в сужающуюся наружу замочную скважину, в результате чего обе части особенно прочно стягиваются с выступами и ключом. Таким образом, создан запорный блок, у которого особенно надежно предотвращено нежелательное самопроизвольное проворачивание ключа.
Во избежание аэродинамических потерь в зоне запорного блока головка ключа и/или гайка выполнена с возможностью утапливания в обе части. Если, кроме того, предохранительный элемент или гайка защищен/защищена от ослабления, например, за счет сравнительно небольшой зачеканки, то случайное выпадение частей запорного блока из периферийного паза становится невозможным.
Запорный блок может использоваться, в частности, в лопаточной машине, например турбине, газовой турбине, компрессоре или внутри паровой турбины, содержащей соответственно ротор, по меньшей мере, с одним имеющим поднутрение периферийным пазом и вставленными в него рабочими лопатками, причем промежуток, оставшийся между первой и последней вставленными в периферийный паз рабочими лопатками, закрыт предложенным в изобретении запорным блоком. Лопаточная машина, как и ротор, обладает особенно длительным сроком службы, а в том случае, если рабочие лопатки венца должны быть заменены, запорный блок может быть особенно просто, быстро и рентабельно демонтирован и снова использован.
Ниже изобретение подробно поясняется на примерах его осуществления, изображенных на чертежах, на которых представлено:
фиг.1 - вид сверху на периферийный паз с вставленными в него рабочими лопатками, у которого промежуток, оставшийся между первой и последней рабочими лопатками, закрыт запорным блоком, включающим в себя две части и предохранительный элемент;
фиг.2 - в сечении периферийный паз с расположенным в опрокинутом положении запорным блоком во время монтажа в периферийном пазу;
фиг.3, 4 - в сечении запорный блок в разных положениях внутри периферийного паза во время монтажа;
фиг.5 - другой вариант запорного блока в разрезе по линии VI-VI;
фиг.6 - вид периферийного паза в разрезе по линии V-V с закрытым промежутком в другом варианте.
На фиг.1 изображен фрагмент периферийного паза 10, в который вставлены лопатки 12 лопаточной машины. Паз 10 выполнен на внешней поверхности ее ротора. Паз 10 может быть выполнен также во внутреннем корпусе компрессора самолетной турбины, на которой крепятся направляющие лопатки. Паз 10 имеет в осевом направлении ротора переднюю 16 и заднюю 18 боковые стенки, на которых выполнены проходящие в направлении периферии и в осевом направлении выступы 20, 22, образующие переднее 24 и заднее 26 поднутрения (фиг.2).
В паз 10 вставляются рабочие лопатки 12а, 12b, которые имеют соответствующие поднутрениям 24, 26 молоткообразные хвостовики. При этом лопатки 12а, 12b вставляются в паз 10, а затем поворачиваются, например, на 45° или 60°, пока молоткообразные хвостовики не будут охватывать сзади выступы 20, 22.
Оставшийся между первой 12а и последней 12b лопатками промежуток 28 паза 10 в остальном полностью заполненного лопатками 12 лопаточного венца и, при необходимости, расположенными между ними промежуточными элементами должен быть закрыт особым устройством - запорным блоком 33, называемым лопаточный или роторный замок.
Запорный блок 33 включает в себя переднюю 30 и заднюю 32 по отношению к оси 34 вращения ротора лопаточной машины части, закрывающие промежуток 28. На фиг.2 запорный блок 33 с двумя перемещающимися друг к другу частями 30, 32 изображен во время монтажа в свободном промежутке 28 паза 10. Запорный блок 33 содержит также предохранительный элемент 36, расположенный между обеими частями 30, 32 с возможностью вращения вокруг своей продольной оси 38. Предохранительный элемент 36 выполнен в виде ключа 37 и содержит последовательно головку 40, стержень 42 и бородку 44. Бородка 44 ключа выполнена пластинчатой, причем ее противоположные узкие поверхности 45 конически сходятся наружу, так что бородка 44, которая в виде двойной бородки состоит из двух половин, имеет в целом трапециевидный контур.
Каждая из обеих частей 30, 32 выполнена в сечении на фиг.2 в основном C-образной и имеет внешнее колено 50, внутреннее колено 52 и соединяющую оба колена 50, 52 перемычку 54. В данном выполнении внутренние колена 52, если смотреть в осевом направлении, короче, чем внешние колена 50. Каждая часть 30, 32 имеет расположенную на перемычке 54 и обращенную к соседней части 32, 30 боковую поверхность 56. Между обеими боковыми поверхностями 56 расположена бородка 44 ключа 37.
Во время монтажа запорного блока 33 бородка 44 проходит в направлении периферии паза 10, так что узкие поверхности 45 бородки 44 лежат свободными. Заключенная между обеими боковыми поверхностями 56 замочная скважина 57 может быть, таким образом, если смотреть в осевом направлении, особенно узкой за счет частей 30, 32, движущихся другу к другу со стороны паза, т.е. в зоне внутренних колен 52 (фиг.2). Осевое расстояние между передним 60а и задним 60b расположенными на внутренних коленах 52 выступами, следовательно, меньше, чем осевое расстояние А между обоими выступами 20, 22 паза 10, так что обращенный к пазу 10 участок запорного блока 33 проходит между обоими выступами 20, 22 паза 10. Запорный блок 33 может быть вставлен в паз 10.
Таким образом, для монтажа запорного блока 33 обе части 30, 32 поворачивают со стороны паза друг к другу, в результате чего вставка запорного блока 33 в паз 10 возможна без проблем.
Во время вставки запорного блока 33 внешние колена 50 прилегают к внешним поверхностям 62 выступов 20, 22, так что при продолжении вставки обе части 30, 32 вращаются, т.е. поворачиваются, со стороны дна паза одна вперед, а другая назад, в результате чего расположенные на внутренних коленах 52 выступы 60 охватывают сзади выступы 20, 22 на боковых стенках 16, 18 паза 10. Это достигнутое на промежуточном этапе монтажа положение запорного блока 33 изображено на фиг.3 и обозначает установленное положение частей 30, 32. Ограниченная боковыми поверхностями 56 замочная скважина 57 сравнительно широкая. После достижения установленного положения предохранительный элемент 36 запорного блока 33 поворачивают, например, на 90°, в результате чего узкие поверхности 45 бородки 44 ключа прилегают к боковым поверхностям 56 частей 30, 32. Это показано на фиг.4. Левая половина бородки прилегает к боковой поверхности 56 передней части 30, а правая - к боковой поверхности 56 задней части 32. За счет этого осевая замочная скважина 57 полностью заполнена вдоль штриховой линии 70, так что части 30, 32 больше не могут перемещаться друг к другу. В соответствии с этим запорный блок 33 защищен от выпадения из паза 10. За счет плоскостного прилегания бородки 44, при котором каждая узкая поверхность 57 прилегает к одной из боковых поверхностей 56, надежное прилегание ключа 37 гарантировано даже при знакопеременной нагрузке.
Кроме того, на фиг.4 видно, что каждая часть 30, 32 прилегает плоскостью к боковой стенке 58 выступа 20, 22. Если даже между запорным блоком 33 и одной из соседних рабочих лопаток 12а, 12b или обеими возникнет ориентированный в направлении периферии зазор, что само по себе невозможно, то запорный блок 33 как единое целое защищен от проворачивания в пазу 10, поскольку обе части 30, 32 плотно прилегают к боковым стенкам 58 без достаточного для этого зазора.
Предохранительный элемент 36 имеет расположенное на торце головки 40 ключа гнездо для проворачивающего инструмента, например внутреннего шестигранного ключа, для его вращения между показанными положениями.
На фиг.5 в разрезе по линии V-V из фиг.6 изображен вариант запорного блока 33 в установленном положении. В боковых поверхностях 56 частей 30, 32 выполнены прорези 72, которые, в соответствии с разрезом по линии VI-VI на фиг.6, показаны, заслоняя собой предохранительный элемент. На фиг.5 и 6 уже изображенные на фиг.2-4 элементы обозначены теми же ссылочными позициями. Они выполняют ту же функцию, так что описание уже известных элементов и их действия здесь опущено.
Помимо гнезда для проворачивающего инструмента предохранительный элемент 36 имеет на фиг.5 на своей головке 40 наружную резьбу для навинчивания самостопорящейся, при необходимости, гайки 74, с помощью которой бородка 44 предохранительного элемента 36 после соответствующего вращения гайки 74 может быть частично утоплена в обе прорези 72 или извлечена из них. При этом гайка 74 опирается снаружи на обе части 30, 32 и аэродинамически утоплена во внешнем углублении 76.
Для защиты предохранительного элемента 36 также от непроизвольного вращения он может быть, кроме того, еще незначительно зачеканен с одной из обеих частей 30, 32.
Известной из уровня техники сложной зачеканки двух губовидных ребер не требуется.
Разумеется, возможна также комбинация известного из фиг.4 и 5 запорного блока, части 30, 32 которого на фиг.4 стягиваются с помощью ключа и навинченной со стороны его головки гайки.
В общем, благодаря предложенному в изобретении запорному блоку создано устройство для закрывания промежутка, оставшегося между первой и последней вставленными в периферийный паз лопаточной машины лопатками лопаточного венца, состоящее всего из двух закрывающих промежуток частей. Для вставки обеих частей в периферийный паз их внутренние колена выполнены с возможностью поворота друг к другу, входя между его выступами. Для защиты обеих частей в их окончательном положении от опрокидывания и выпадения из паза между ними с возможностью вращения вокруг своей продольной оси расположен предохранительный элемент, содержащий головку ключа и бородку ключа, причем бородка выполнена с возможностью прилегания, по меньшей мере, к одной боковой стенке одной части.