КРЕПЛЕНИЕ ЛОПАТОК С ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ
FIXING BLADES WITH SAFETY DEVICE FOR TURBINE BLADES

Изобретение относится к ротору, включающему, по меньшей мере, лопатку турбины и предохранительное устройство для осевого и радиального фиксирования лопатки турбины, причем ротор включает паз лопатки и лопатку турбины, причем паз лопатки и корень лопатки турбины согласованы с пазом лопатки, причем предохранительное устройство включает держатель, расположенный между пазом лопатки и корнем лопатки турбины.
Крепления лопаток применяют, как правило, для закрепления рабочих лопаток на роторе гидравлического агрегата, в частности, паровой турбины. За счет сравнительно быстрого вращения ротора на установленные на роторе рабочие лопатки действует высокая центробежная сила. Поэтому корень лопатки турбины должен выдерживать высокие нагрузки при его радиальном вытеснении наружу из паза лопатки. Кроме центробежной силы проблемой являются вибрационные нагрузки, следствием которых может быть механическое повреждение, усталость материала. Коррозия и смещение корня лопатки под воздействием пара и колебаний в пазе лопатки также являются проблемой. Для закрепления корня лопатки турбины в пазе лопатки известны различные решения, например металлические клинья, пружинные кольца или уплотнители. Металлические клинья хотя и обеспечивают осевую и радиальную фиксацию соответствующего корня лопатки турбины в пазе лопатки, но такими металлическим клиньями при больших размерах рабочей лопатки трудно обеспечить необходимую силу крепления в радиальном направлении во время вращения. Кроме этого металлические клинья подвержены коррозии при длительной эксплуатации в среде пара, что затрудняет их демонтаж.
Известны рабочие лопатки с осевым извитием, применяемые в гидравлических агрегатах, например в паровых турбинах, в которых вследствие рабочих нагрузок необходима конструкция, принимающая на себя осевые рабочие нагрузки рабочей лопатки и удерживающая лопатку в осевом положении. Такие предохранительные устройства называют также осевыми фиксаторами. Как правило, у таких осевых фиксаторов выполнены две прорези с наложением друг на друга. Однако наложение прорезей подвержено повышенным нагрузкам и, тем самым, ограничено применением в турбоагрегатах.
В основе изобретения лежит задача создания крепления лопатки в гидравлическом агрегате, обеспечивающего на длительный период эксплуатации точное и прочное закрепление лопаток в соответствующих держателях лопаток.
Задача решена посредством ротора, включающего, по меньшей мере, лопатку турбины и предохранительное устройство для осевого и радиального фиксирования лопатки турбины, причем паз лопатки и корень лопатки турбины согласованы с пазом лопатки, причем предохранительное устройство включает держатель, расположенный между пазом лопатки и корнем лопатки турбины, причем у держателя выполнен выступ, причем выступ заходит в углубление в корне лопатки турбины, причем выступ заходит в углубление таким образом, что предотвращает смещение держателя в осевом направлении, причем предохранительное устройство включает силовую пружину, оказывающую силовое воздействие в радиальном направлении от ротора на лопатку турбины.
Таким образом, изобретение предлагает установку фиксатора в промежутке между ротором и корнем лопатки турбины. Этот промежуток расположен предпочтительно в роторе. За счет этого образованная промежутком прорезь сдвинута вовнутрь к оси вращения в осевом направлении. Это обеспечивает улучшенное распределение воздействующих на ротор нагрузок. Предпочтительные модификации раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
В модифицированном варианте держатель интегрирован непосредственно в корень лопатки. Это выполнено при рассмотрении в осевом направлении либо на передней кромке корня лопатки, либо предпочтительно на задней кромке корня лопатки в радиальном направлении вовнутрь. Возможность выполнения на передней кромке и на задней кромке обеспечена осевым углублением, дополнительно обеспечивающим возможность осевой установки модифицированной лопатки.
В первом предпочтительном модифицированном варианте фиксатор из листового металла установлен во втором углублении держателя и в углублении ротора, причем лист металла заходит во второе углубление и в углубление ротора таким образом, чтобы предотвратить его смещение в осевом направлении. Это эффективно предотвращает смещение держателя в осевом направлении. При этом лист металла, установленный в углублении ротора и во втором углублении держателя, стопорит, исключает возможность смещения держателя в осевом направлении. В предпочтительном усовершенствованном варианте между пазом лопатки и держателем установлена силовая пружина.
Эта силовая пружина оказывает силовое воздействие от ротора на корень лопатки турбины. Во время транспортировки, а также при эксплуатации необходимо силовое воздействие на корень лопатки турбины в радиальном направлении именно при малых скоростях вращения. Это дополнительно предотвращает за счет эффекта трения смещение лопатки турбины в осевом направлении. Начиная с определенной скорости, центробежная сила, действующая на лопатку турбины в радиальном направлении, возрастает до такой степени, что силовое воздействие пружины можно не принимать в расчет.
Силовую пружину устанавливают предпочтительно рядом с держателем между пазом лопатки и корнем лопатки.
Это особенно простое конструктивное решение с возможностью его осуществления простыми средствами.
В другом предпочтительном модифицированном варианте корень лопатки включает при рассмотрении в осевом направлении переднюю кромку и заднюю кромку, расположенную с противоположной стороны, причем держатель захватывает промежуток от передней кромки до задней кромки.
При этом согласно изобретению предпочтительно предложена такая модификация держателя, при которой размеры держателя обеспечивают захват промежутка от передней кромки до задней кромки.
В другом предпочтительном модифицированном варианте первый фиксирующий лист металла установлен на передней кромке, а второй фиксирующий лист металла установлен на задней кромке.
Это эффективно предотвращает смещение держателя по оси как в одну сторону, так и в противоположную сторону.
В другом предпочтительном модифицированном варианте первую силовую пружину устанавливают на передней кромке, а вторую силовую пружину устанавливают на задней кромке. Это дополнительно минимизирует симметричное распределение нагрузок и вибрации, возникающих, в частности, при транспортировке и запуске. В другом предпочтительном модифицированном варианте выступ по периметру (относительно оси вращения) выполнен удлиненным. Удлиненное выполнение - это, как правило, относительно простой способ изготовления с экономией стоимости.
Выступ выполнен предпочтительно с прямоугольным поперечным сечением.
В другом предпочтительном модифицированном варианте выступ выполнен в виде цилиндра и заходит в углубление, выполненное в виде глухого отверстия. Это альтернатива удлиненному выполнению выступа. На предпочтительно предложенное глухое отверстия, в которое заходит выполненный в виде цилиндра выступ, действует точечная нагрузка. Углубление в роторе и два углубления в радиальном направлении рас положены предпочтительно друг над другом.
Ориентация в радиальном направлении друг над другом эффективно предотвращает перекашивание листа металла. Описанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способ его осуществления более подробно приведены далее в описании примеров его осуществления, рассмотренных с привлечением чертежей.
Примеры осуществления изобретения поясняются чертежами. Чертежи с их пояснениями отображают примеры осуществления изобретения не в масштабе, а схематически и/или с искажением размеров. В отношении дополнений показанных непосредственно на чертежах технических решений приведены ссылки на существующий уровень техники. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 – аксонометрия предохранительного фиксатора,
фиг. 2 – первый вариант выполнения предохранительного фиксатора в поперечном разрезе,
фиг. 3 – аксонометрия держателя по первому варианту на фиг. 2,
фиг. 4 - аксонометрия держателя по фиг. 3,
фиг. 5 – аксонометрия листа металла,
фиг. 6 – предохранительный фиксатор по второму варианту в поперечном разрезе,
фиг. 7 – аксонометрия держателя по второму варианту из фиг. 6,
фиг. 8 – аксонометрия держателя по фиг. 7,
фиг. 9 – аксонометрия листа металла,
фиг. 10 – предохранительный фиксатор по третьему варианту в поперечном разрезе,
фиг. 11 – аксонометрия держателя по третьему варианту,
фиг. 12 – аксонометрия держателя по третьему варианту из фиг. 11,
фиг. 13 – лист металла для третьего варианта,
фиг. 14 – предохранительный фиксатор по четвертому варианту в поперечном разрезе,
фиг. 15 – фрагмент предохранительного фиксатора по четвертому варианту в поперечном разрезе.
На фиг. 1 показано предохранительное устройство 1. На фиг. 1 показан фрагмент ротора 2 и корня 3 лопатки турбины. Для наглядности лопасть лопатки турбины не показана. На роторе выполнен паз 4 лопатки. Этот паз 4 лопатки выполнен в виде параллельного оси 5 вращения ротора паза 4 лопатки. Паз 4 лопатки может быть также выполнен в виде изогнутого паза 4 лопатки, расположенного в этом случае на передней кромке в осевом направлении 7.
Ось 5 вращения и осевое направление 7 параллельны друг другу. Ротор 2 совершает вращение вокруг оси 5 вращения со скоростью вращения. Лопатка турбины подогнана под паз 4 лопатки с минимально возможным люфтом между корнем 3 лопатки турбины и пазом 4 лопатки. Отсутствие предохранительного фиксатора 8 приводит к свободному смещению лопатки турбины в осевом направлении 7.
Ротор 2 и лопатка турбины являются деталями турбоагрегата, например паровой турбины. При запуске гидравлического агрегата центробежная сила еще относительно мала, при транспортировке центробежная сила отсутствует. Это обуславливает возможность смещения лопатки турбины в осевом направлении 7. Это смещение предотвращает предохранительный фиксатор 8. Начиная с определенной частоты вращения, центробежная сила возрастает таким образом, что лопатка турбины давит в пазе 4 лопатки на т.н. несущие фронты 9 и обеспечивает этим свое устойчивое положение. Начиная с этой частоты вращения осевое смещение почти не возможно. Предохранительный фиксатор 8 эффективно предотвращает смещение лопатки турбины в осевом направлении 7 и в радиальном направлении. Предохранительный фиксатор 8 включает держатель 10. На фиг. 1 – 5 показан первый вариант выполнения держателя 10. Держатель 10 устанавливают между пазом 4 лопатки и корнем 3 лопатки турбины. Держатель 10 имеет переднюю сторону 11, расположенную на передней кромке 6. Противоположно передней стороне 11 расположена задняя сторона 12 (показана только на фиг. 2). Держатель 10 имеет верхнюю сторону 13 и нижнюю сторону 14. Верхняя сторона 13 противоположна нижней стороне 14. Верхняя сторона 13 прилегает к нижней стороне корня 3 лопатки турбины, как показано на фиг. 2. Передняя сторона 11 и передняя кромка 6 выполнены при этом заподлицо. Нижняя сторона 14 держателя 10 обращена к оси 5 вращения.
На верхней стороне 13 держателя 10 выполнен выступ 15, который в первом варианте осуществления изобретения выполнен с удлинением в направлении периметра 16. Выступ 15 выполнен с прямоугольным поперечным сечением. Выступ 15 выполнен по всей верхней стороне 13 и заходит в углубление 17 корня 3 лопатки турбины. Углубление 17 выполнено в этом случае комплементарно выступу 15. Это означает, что углубление 17 имеет также удлиненную форму и прямоугольное поперечное сечение.
Размещения выступа в углублении 17 делает смещение держателя в осевом направлении 7 невозможным, т.е. препятствует смещению держателя 10 в осевом направлении 7.
Как показано на фиг. 2, между нижней стороной 14 и ротором 2 расположен промежуток, в котором установлена силовая пружина 18. Силовая пружина 18 оказывает силовое воздействие от ротора 2 на держатель 10 и, тем самым, на корень 3 лопатки турбины. Это силовое воздействие препятствует выскакиванию держателя 10 из углубления 17. Для дополнительной фиксации предохранительный фиксатор 8 включает лист 19 металла, заходящий в углубление 20 ротора и во второе углубление 21 и препятствует, тем самым, смещению листа 19 металла в осевом направлении 7. Второе углубление 21 расположено в держателе 10. При этом лист 19 металла вставляют сбоку. Форма листа 19 металла выполнена таким образом, что указывает в направлении 16 периметра.
На фиг. 2 показан первый вариант держателя 10 и всего предохранительного фиксатора 8 в поперечном разрезе. На фиг. 3 и 4 показана аксонометрия держателя 10 по первому варианту. На фиг. 5 показан лист 19 металла выполненный в направлении 16 периметра. Лист металла включает верхнюю сторону 22 листа, заходящую во второе углубление 21. Нижняя сторона 23 листа металла заходит в углубление 20 ротора.
На фиг. 6–9 показан второй вариант предохранительного фиксатора 8. Второй вариант предохранительного фиксатора 8 отличается от первого варианта предохранительного фиксатора 8 тем, что выступ 15 выполнен не с удлинением, а в виде цилиндра 24, заходящего в глухое отверстие в корне 3 лопатки турбины. Цилиндр 24 аналогичен по действию выступу 15 по фигуре 1, предотвращая, в частности, смещение в осевом направлении 7.
На фиг. 7 и 8 показана аксонометрия второго варианта держателя 10.
На фиг. 9 показан лист 19 металла, выполненный для варианта 2, причем лист 19 идентичен листу 19 металла по варианту 1 и варианту 3.
Лист 19 металла установлен по кругу в направлении 16 периметра и выполнен при этом сегментированным. Это означает, что лист 19 состоит из отдельных сегментов. Лист 19 металла установлен в углублении 20 ротора и во втором углублении с геометрическим замыканием. Листы 19 металла заводят через предварительно прорезанное отверстие в обегающем пазе в положение по кругу и задвигают в конечное положение, после заведения последнего сегмента сегменты соединяют друг с другом в местах нарезки точечной сваркой. Силовая пружина 18 предназначена для обеспечения прилегания лопатки турбины к ротору 2 в его нерабочем состоянии, например при транспортировке. Силовая пружина 18 выполнена, например, в виде дисковой пружины. Силовая пружина 18 может быть также выполнена в виде зажимного вкладыша.
На фиг. 10–13 показан третий вариант выполнения предохранительного фиксатора 8. Третий вариант отличается тем, что держатель 10 и силовая пружина 18 установлены рядом друг с другом с осевом направлении 7. Это означает, что силовая пружина 18 установлена непосредственно на роторе 2 и непосредственно на корне 3 лопатки турбины и передает усилие непосредственно от ротора 2 непосредственно на корень 3 лопатки турбины. Держатель 10 установлен в осевом направлении 7 рядом с силовой пружиной 18. Держатель 10 включает также выступ 15 и второе углубление 21. Выступ 15 согласно первому варианту выполнен с удлинением. Выступ 15 согласно второму варианту содеет быть также выполнен в виде цилиндра. На фиг. 10 в поперечном разрезе показан предохранительный фиксатор 8 по третьему варианту. На фиг. 11 и 12 показана аксонометрия держателя 10. На фиг. 13 показана аксонометрия листа 19 металла.
На фиг. 14 и 15 показан четвертый вариант предохранительного фиксатора 8. Предохранительный фиксатор 8 по четвертому варианту отличается тем, что держатель 10 выполнен в этом случае от передней кромки 6 корня 3 лопатки турбины до задней кромки корня лопатки турбины. Это означает, что держатель 10 захватывает целиком промежуток от передней кромки 6 до задней кромки. Держатель 10 также включает выступ 15, заходящий в углубление 17. Также уставлен лист 19 металла, заходящий во второе углубление 21 и в углубление 20 ротора. Силовая пружина 18 также установлена между держателем 10 и ротором 2.
Изобретение подробно проиллюстрировано и описано на основе предпочтительно варианта его осуществления, однако оно не ограничено раскрытыми примерами осуществления и специалист может сделать вывод и о других вариантах его выполнения.