ВИЛЬЧАТЫЕ ХВОСТОВИКИ РАБОЧИХ ЛОПАТОК
FORK-SHAPED SHANKS OF OPERATING BLADES

Изобретение относится к теплоэнергетике, к лопаточным венцам с вильчатыми хвостовиками рабочих лопаток паровых и газовых турбин.
В паровых турбинах используются вильчатые хвостовые соединения для лопаток средней и большой длины (Левин А.В., Боришанский К.Н., Консон Е.Д. Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин. Машиностроение, Л. 1981 г. Рис. 1.12, 1.13).
В случае использования вильчатого соединения с двумя боковыми заклепками (цитируемая книга, рис. 1.12) получаем шахматное в два ряда расположение отверстий в диске и увеличенное расстояние между ними, что увеличивает несущую способность диска, но в этом случае имеется внецентренный изгиб хвостовика по сечению верхней заклепки, что уменьшает несущую способность хвостовика.
Вильчатое хвостовое соединение с центральной заклепкой (цитируемая книга, рис. 1.13) не имеет внецентренного изгиба, но диаметр заклепок ограничен, так как оставшиеся стенки при заданной толщине в окружном направлении хвостовика будут уменьшаться и поэтому имеет, как правило, две заклепки на каждую лопатку. Кроме того, отверстия в диске будут расположены в два ряда по прямоугольнику и расстояние между ними уменьшается, что приводит к уменьшению несущей способности диска.
Указанные варианты вильчатых хвостовиков принимаем за прототип.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков вильчатых хвостовиков и увеличения несущей способности как диска, так и хвостовика.
Для решения указанной задачи предложен лопаточный венец паровой турбины, включающий рабочие лопатки, каждая из которых имеет вильчатый хвостовик и установлена на диске. При этом диск выполнен с шахматным расположением отверстий в два ряда, а лопатки имеют два типа поочередно установленных на диске хвостовиков. Первый тип хвостовиков имеет расположение по верхнему ряду отверстий диска отверстие и утолщенную в окружном направлении часть, а второй тип имеет утоненную в окружном направлении часть, а также расположенные по нижнему ряду отверстий диска отверстие и утолщенную в окружном направлении часть. В сечении по радиусу расположения отверстия в хвостовике, стенки последнего с каждой из сторон отверстия имеют одинаковую толщину.
Поставленная задача достигается комбинацией лучшего варианта расположения отверстий для диска, т.е. шахматного, и лучшего варианта расположения отверстий в хвостовике, т.е. центрального. Для этого необходимо сохранить шахматное расположение отверстий в дисках в два ряда, а для каждого хвостовика использовать одно центральное отверстие, очевидно оно будет большего диаметра, поэтому на радиусе его расположения необходимо утолщение хвостовика. Таким образом, необходимо использовать поочередно вильчатые хвостовики двух типов. Первый тип хвостовиков 1 имеет одно центральное отверстие 3, совпадающее с верхним рядом отверстий диска. Второй тип хвостовиков 2 имеет одно центральное отверстие 4, совпадающее с нижним рядом отверстий диска. При этом хвостовики обоих типов будут иметь утолщенную часть 5 в районе отверстия и утоненную часть 6 в остальной части (фиг.).
Величину стенки b выбирают из условия равнопрочности на растяжение сечений хвостовика 1 по отверстию 3 и хвостовика 2 по утоненной части 6. Приближенно с учетом равномерного распределения напряжений по сечениям получаем с=2b. Обычно размер утолщения на одну сторону g не превышает 5 мм. При необходимости современными численными методами можно учесть неравномерность распределения напряжений по сечению, включая концентрацию напряжений вокруг отверстий. Для увеличения размера f стенки хвостовика 2 можно уменьшить утоненную часть 6 хвостовика 1, так как она не нагружена. Кроме того, ее можно удалить по линии 10.
Отметим, что для уменьшения усилий натяга при сборке необходимо обеспечить равномерное прилегание по поверхностям 7 и 8 и небольшой зазор до 0,3 мм по поверхности 9. Утолщение хвостовика по радиусу расположения отверстия приводит к утолщению соответствующих стенок, что повышает ремонтопригодность конструкции, так как с каждым разлопачиванием обычно диаметр отверстия увеличивается, а толщина стенок уменьшается.
Последней (условно назовем ее замковой) устанавливается лопатка с типом хвостовика 1, т.е. с расширением по верхнему ряду отверстий. Выходная кромка соседней лопатки будет затруднять установку замковой лопатки. Для решения данной проблемы предлагается в замковой лопатки сделать радиальный паз в хвостовике по форме соответствующий выходной кромке соседней лопатки или срезать часть выходной кромки соседней лопатки, расположенной в прикорневой зоне. Возможно также применение профильного стыка между замковой и соседней лопаткой. Данная проблема имеется и в существующих лопатках с вильчатыми хвостовиками, если профиль имеет свес выходной кромки за пределы своего сектора (на фиг. сектор выделен штриховыми линиями).
Предложенные рабочие лопатки с вильчатыми хвостовиками имеют следующие преимущества:
- Отверстия в дисках располагаются в шахматном порядке, что увеличивает расстояние между ними и уменьшает концентрацию напряжений;
- Заклепка располагается по центру хвостовика, исключая внецентренный изгиб хвостовика;
- Повышается ремонтопригодность хвостового соединение, так как имеется возможность увеличения отверстия при ремонте;
- Используется минимальное количество заклепок (по одной на лопатку);
- Повышенная несущая способность предложенных вильчатых хвостовиков позволяет их применять для более длинных лопаток вместо более трудоемких елочных хвостовиков.