РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБИНЫ
TURBINE IMPELLER

Область техники
Настоящее изобретение относится к рабочему колесу турбины газотурбинной установки и, в частности, относится к рабочему колесу турбины, включающему в себя балансировочный груз.
Уровень техники
Газотурбинная установка в общем включает в себя: компрессор, который сжимает воздух, генерируя сжатый воздух; сжигающее устройство, которое смешивает сжатый воздух из компрессора с топливом и сжигает смесь, генерируя газообразный продукт горения; и турбину, которая получает мощность на валу за счет газообразного продукта горения от сжигающего устройства. Турбина включает в себя ротор турбины, который преобразует кинетическую энергию газообразного продукта горения в крутящий момент. В турбине необходимо регулировать баланс ротора турбины, чтобы уменьшить вибрации во время его вращения. Примеры способа регулировки баланса ротора турбины включают в себя способ, в котором часть компонента ротора турбины подвергают механической обработке, и способ, в котором балансировочный груз прикрепляют к компоненту ротора турбины.
В методе регулировки баланса ротора турбины путем прикрепления балансировочного груза обычно по меньшей мере один балансировочный груз размещают в соответствующей позиции, в окружном направлении, в кольцевой канавке типа «ласточкин хвост», обеспеченной на поверхности стенки рабочего колеса турбины (см., например, публикацию JP 48-064601 U1 (1971)). В публикации JP 48-64601 U1 раскрыто то, что крепежная часть балансировочного груза для рабочих колес турбины выполнена таким образом, что она может быть вставлена в любой позиции в кольцевой канавке типа «ласточкин хвост», образованной на рабочем колесе турбины, без обеспечения паза для доступа. Балансировочный груз удерживается в кольцевой канавке рабочего колеса турбины с помощью выступа одной стороны его корпусной части, который упирается в одну сторону кольцевой канавки, когда крепежные средства вставляют в наклонный проход, который открыт на другой стороне корпусной части, и они прикладывают нагрузку к другой стороне кольцевой канавки.
При этом, так как газотурбинная установка получает мощность на валу ротора турбины от газообразного продукта горения, имеющего высокую температуру и высокое давление, необходимо охлаждать каждую часть ротора турбины, такие как рабочие колеса турбины или лопатки ротора турбины, с помощью охлаждающего воздуха и подавлять увеличение температуры каждой части. В газотурбинной установке обычно сжатый воздух, отбираемый из компрессора, используют в качестве охлаждающего воздуха. В этом случае увеличение расхода охлаждающего воздуха означает увеличение расхода сжатого воздуха, отбираемого из компрессора. Соответственно, если расход охлаждающего воздуха увеличивается, расход газообразного продукта горения для привода ротора турбины уменьшается на соответствующую величину, и тем самым общая эффективность газотурбинной установки ухудшается.
Одним из эффективных средств для достижения высокой эффективности газотурбинной установки является уменьшение количества охлаждающего воздуха, используемого для охлаждения каждой части ротора турбины. В этом случае температура окружающей среды в колесном пространстве, образованном спереди и сзади рабочего колеса турбины в осевом направлении, увеличивается. С учетом этого было предложено изменить материал рабочего колеса турбины на сплав на основе никеля, который является более теплоустойчивым, чем используемые обычно стали типа 12Cr. Однако следует отметить, что существует опасность возникновения трещин из-за остаточного растягивающего напряжения, если части, выполненные из сплава на основе никеля, используют в высокотемпературной среде в состоянии, в котором они испытывают остаточное растягивающее напряжение.
В методе, описанном в публикации JP 48-064601 U1, балансировочный груз удерживается в кольцевой канавке рабочего колеса турбины с помощью выступа балансировочного груза, который упирается в одну сторону кольцевой канавки, когда крепежные средства вставляют в наклонный проход балансировочного груза, и они прикладывают нагрузку к другой стороне кольцевой канавки. В методе удерживания таким образом балансировочного груза в кольцевой канавке в некоторых случаях на краевом участке отверстия кольцевой канавки рабочего колеса турбины формируют складки для предотвращения смещения балансировочного груза в окружном направлении вдоль кольцевой канавки. В этом случае остаточное растягивающее напряжение генерируется на участке со складками рабочего колеса турбины и вокруг него.
В случае, когда не сталь типа 12Cr, а сплав на основе никеля используют в рабочем колесе турбины, для которого применяют подобный приведенному выше способ предотвращения смещения балансировочного груза путем формирования складок на участке рабочего колеса турбины, существует опасность возникновения трещин в рабочем колесе турбины из-за остаточного растягивающего напряжения, генерируемого при формировании складок.
Настоящее изобретение было сделано для решения описанных выше проблем, и целью настоящего изобретения является создание рабочего колеса турбины, которое может подавлять остаточное растягивающее напряжение, возникающее в рабочем колесе турбины из-за крепления балансировочного груза.
Сущность изобретения
Настоящая заявка включает в себя множество средств для решения описанных выше проблем, и один их пример представляет собой рабочее колесо турбины, снабженное канавкой, имеющей донную поверхность, проходящую в окружном направлении, и пару поверхностей боковой стенки, образующих отверстие. Рабочее колесо турбины включает в себя: балансировочный груз, который размещен в канавке, выполнен с возможностью вставки из любой позиции, в окружном направлении, отверстия канавки и имеет сквозное отверстие, открытое в направлении одной из пары поверхностей боковой стенки канавки; и удерживающий элемент, который контактирует с участком одной из пары поверхностей боковой стенки канавки в состоянии, когда он вставлен в сквозное отверстие балансировочного груза, чтобы тем самым заставить балансировочный груз упираться в другую одну из пары поверхностей боковой стенки канавки и удерживаться в канавке. Канавка имеет множество выемок зацепления, обеспеченных с интервалами в окружном направлении на донной поверхности, или выступ зацепления, установленный в одной из множества установочных выемок, обеспеченных с интервалами в окружном направлении на донной поверхности, и выступающий от донной поверхности. Балансировочный груз имеет выступ зацепления, который зацепляется с одной из выемок зацепления канавки, чтобы ограничить смещение в окружном направлении балансировочного груза в канавке, или канавку зацепления, которая зацепляется с выступом зацепления канавки, чтобы ограничить смещение в окружном направлении балансировочного груза в канавке.
В соответствии с настоящим изобретением, так как выступ зацепления или канавка зацепления балансировочного груза зацепляется с выемкой зацепления или выступом зацепления в канавке рабочего колеса турбины, смещение в окружном направлении балансировочного груза внутри канавки ограничивается, и тем самым отпадает необходимость в формировании складок на рабочем колесе турбины для крепления балансировочного груза. Соответственно, возможно подавить остаточное растягивающее напряжение, создаваемое в рабочем колесе турбины из-за крепления балансировочного колеса.
Проблемы, конфигурации и эффекты, отличные от описанных выше, станут очевидными из последующего пояснения вариантов осуществления.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий газотурбинную установку, включающую в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения в состоянии, когда нижняя половина не показана на чертеже.
Фиг. 2 - схематический вид в разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий участок ротора турбины, включая рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 1.
Фиг. 3 - вид в увеличенном масштабе конструкции крепления балансировочного груза рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении.
Фиг. 4 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий закрепленное состояние балансировочного груза в канавке рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 3, если смотреть в направлении стрелок IV-IV.
Фиг. 5 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий канавку рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 3, если смотреть в направлении стрелок V-V.
Фиг. 6 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 6, если смотреть в направлении стрелки VII.
Фиг. 8 - вид спереди, иллюстрирующий удерживающий элемент рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий пример способа вставки балансировочного груза в канавку в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 11 - схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 10, если смотреть в направлении стрелки XI.
Фиг. 12 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий канавку рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 13 - схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 14 - схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 13, если смотреть в направлении стрелки XIV.
Фиг. 15 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий пример способа вставки балансировочного груза в канавку в рабочем колесе турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Далее с использованием чертежей поясняются варианты осуществления рабочего колеса турбины в соответствии с настоящим изобретением.
Первый вариант осуществления
изобретения
Вначале со ссылкой на фиг. 1 и 2 поясняется конфигурация газотурбинной установки, включающей в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий газотурбинную установку, включающую в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения в состоянии, когда нижняя половина не показана на чертеже. На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий участок ротора турбины, включая рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 1.
На фиг. 1 газотурбинная установка включает в себя компрессор 1, сжигающее устройство 2 и турбину 3. Компрессор 1 сжимает всасываемый воздух, генерируя сжатый воздух. Сжигающее устройство 2 смешивает сжатый воздух, генерируемый компрессором 1, с топливом из топливной системы (не иллюстрируется) и сжигает смесь, генерируя газообразный продукт горения. Газотурбинная установка имеет, например, сжигающее устройство типа сжигающего устройства с множеством жаровых труб, и в сжигающем устройстве с множеством жаровых труб множество сжигающих устройств 2 размещены кольцеобразно с интервалами. Турбина 3 приводится во вращательное движение газообразным продуктом горения, имеющим высокую температуру и высокое давление, генерируемым в сжигающем устройстве 2, осуществляя привод компрессора 1 и нагрузки (исполнительное устройство, такое как генератор, насос и технологический компрессор), которая не показана. В турбину 3 подают сжатый воздух, отбираемый из компрессора 1 в качестве охлаждающего воздуха, чтобы охлаждать компоненты турбины 3.
Компрессор 1 включает в себя ротор 10 компрессора, который приводится во вращательное движение турбиной 3, и корпус 15 компрессора, в котором размещен ротор 10 компрессора таким образом, что ротор 10 компрессора может вращаться внутри него. Компрессор 1 представляет собой, например, осевой компрессор. Ротор 10 компрессора включает в себя: множество дискообразных рабочих колес 11 компрессора, расположенных друг за другом в осевом направлении; и множество лопаток 12 ротора компрессора, которые присоединены к наружной периферийной краевой части каждого рабочего колеса 11 компрессора. В роторе 10 компрессора множество лопаток 12 ротора компрессора, расположенных кольцеобразно на наружной периферийной краевой части каждого рабочего колеса 11 компрессора, образуют один ряд лопаток ротора компрессора.
Множество лопаток 16 статора компрессора расположены кольцеобразно на стороне ниже по потоку рабочей текучей среды от каждого ряда лопаток ротора компрессора. Множество лопаток 16 статора компрессора, расположенных кольцеобразно, образуют один ряд лопаток статора компрессора. Ряды лопаток статора компрессора закреплены внутри корпуса 15 компрессора. В компрессоре 1 каждый ряд лопаток ротора компрессора и каждый ряд лопаток статора компрессора, расположенный непосредственно ниже по потоку после ряда лопаток ротора компрессора, образуют одну ступень.
Турбина 3 включает в себя: ротор 30 турбины, который приводится во вращательное движение газообразным продуктом горения от сжигающего устройства 2; и корпус 35 турбины, в котором размещен ротор 30 турбины таким образом, что ротор 30 турбины может вращаться внутри него. Турбина 3 представляет собой осевую турбину. Канал P, через который течет газообразный продукт горения, образован между ротором 30 турбины и корпусом 35 турбины.
Как показано на фиг. 1 и 2, ротор 30 турбины образован путем расположения друг за другом в осевом направлении чередующимся образом множества дискообразных рабочих колес 40 турбины, имеющих множество лопаток 31 ротора турбины, присоединенных к ним по окружности на наружной периферийной краевой части, и множества дискообразных дистанцирующих элементов 32. Расположенные друг за другом рабочие колеса 40 турбины и дистанцирующие элементы 32 закреплены с помощью болтов 33. В роторе 30 турбины множество лопаток 31 ротора турбины, расположенных кольцеобразно на наружной периферийной краевой части каждого рабочего колеса 40 турбины, образуют один ряд лопаток ротора турбины. Каждый ряд лопаток ротора турбины расположен в канале P.
Множество лопаток 36 статора турбины расположены кольцеобразно выше по потоку рабочей текучей среды от каждого ряда лопаток ротора турбины. Множество лопаток 36 статора турбины, расположенных кольцеобразно, образуют один ряд лопаток статора турбины. Ряды лопаток статора турбины закреплены внутри корпуса 35 турбины и расположены в канале P. В турбине 3 каждый ряд лопаток статора турбины и каждый ряд лопаток ротора турбины, расположенный непосредственно ниже по потоку после ряда лопаток статора турбины, образуют одну ступень.
Ротор 30 турбины соединен с ротором 10 компрессора через промежуточный вал 38. Корпус 35 турбины соединен с корпусом 15 компрессора.
Далее с использованием фиг. 2-8 поясняются конфигурация и конструкция рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 представлен вид в увеличенном масштабе конструкции крепления балансировочного груза рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении. На фиг. 4 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий закрепленное состояние балансировочного груза в канавке рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 3, если смотреть в направлении стрелок IV-IV. На фиг. 5 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий канавку рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 3, если смотреть в направлении стрелок V-V. На фиг. 6 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 7 представлен схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 6, если смотреть в направлении стрелки VII. На фиг. 8 представлен вид спереди, иллюстрирующий удерживающий элемент рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 и 3 рабочие колеса 40 турбины выполнены из сплава на основе никеля в качестве их основного материала. Кольцевая более толстая часть 41 на промежуточном участке в радиальном направлении R рабочего колеса 40 турбины имеет болтовые отверстия 43, которые проходят насквозь через более толстую часть 41 в осевом направлении A (направлении толщины рабочего колеса 40 турбины). Болтовые отверстия 43 обеспечены с предварительно заданными интервалами в окружном направлении C. Болт 33 вставляется в каждое болтовое отверстие 43.
Дополнительно, как иллюстрируется на фиг. 3, на торцевой поверхности, в осевом направлении A, более толстой части 41 рабочего колеса 40 турбины образована канавка 50 таким образом, что она продолжается в окружном направлении C рабочего колеса 40 турбины. Канавка 50 прерывистым образом продолжается по всей окружности рабочего колеса 40 турбины таким образом, что болтовые отверстия 43 расположены между участками канавки 50, например. Балансировочный груз 60 размещен в канавке 50 для регулировки баланса ротора 30 турбины (см. фиг. 2). Множество балансировочных грузов 60 размещают в канавке 50 при необходимости в некоторых случаях. Балансировочный груз 60 удерживается в канавке 50 с помощью удерживающего винтового элемента 80 в качестве удерживающего элемента.
Как иллюстрируется на фиг. 4 и 5, канавка 50 образована таким образом, что ширина (длина в направлении вверх/вниз или радиальном направлении R на фиг. 4 и 5) донной поверхности 51 больше, чем ширина (длина в направлении вверх/вниз или радиальном направлении R на фиг. 4 и 5) отверстия 58, и образована подобно канавке типа «ласточкин хвост», например. Канавка 50 образована таким образом, что ширина донной поверхности 51 и ширина отверстия 58 каждая является приблизительно постоянной в окружном направлении C, например.
Канавка 50 имеет плоскую донную поверхность 51, которая приблизительно параллельна торцевой поверхности, в осевом направлении A, более толстой части 41 рабочего колеса 40 турбины, и первую поверхность 52 боковой стенки и вторую поверхность 53 боковой стенки в качестве пары поверхностей боковой стенки, которые образуют отверстие 58 и сближаются друг с другом в направлении от донной поверхности 51 (в направлении влево на фиг. 4 и фиг. 5). Первая поверхность 52 боковой стенки наклонена таким образом, что она постепенно располагается радиально снаружи (Ro) по мере продвижения от стороны, где расположена донная поверхность 51, к стороне, где расположено отверстие 58. С другой стороны, вторая поверхность 53 боковой стенки наклонена таким образом, что она постепенно располагается радиально внутри (Ri) по мере продвижения от стороны, где расположена донная поверхность 51, к стороне, где расположено отверстие 58, и располагается радиально снаружи (Ro) относительно первой поверхности 52 боковой стенки.
Первый угловой участок 54 между первой поверхностью 52 боковой стенки и донной поверхностью 51 образован в виде вогнутой изогнутой поверхности. Вогнутая изогнутая поверхность первого углового участка 54 имеет предварительно заданный радиус кривизны ее формы поперечного сечения, например. Как и первый угловой участок 54, второй угловой участок 55 между второй поверхностью 53 боковой стенки и донной поверхностью 51 образован в виде вогнутой изогнутой поверхности, имеющей предварительно заданный радиус кривизны ее формы поперечного сечения.
Как иллюстрируется на фиг. 3-5, множество выемок 56 зацепления обеспечены с интервалами в окружном направлении C на донной поверхности 51 канавки 50. Выемки 56 зацепления выполнены с возможностью зацепления с выступом 71 зацепления, который описывается ниже, балансировочного груза 60, и имеют функцию ограничения смещения балансировочного груза 60 в канавке 50 в окружном направлении C (в направлении продолжения канавки 50). Выемки 56 зацепления образованы в виде канавок (канавок зацепления), которые продолжаются в направлении ширины канавки 50 (в направлении вверх/вниз или радиальном направлении R на фиг. 4 и фиг. 5), например. Как иллюстрируется на фиг. 5, в меридиональном поперечном сечении рабочего колеса 40 турбины, включающего в себя выемку 56 зацепления, длина Lg от края 58b, который расположен на стороне, где расположена вторая поверхность 53 боковой стенки, отверстия 58 канавки 50 до концевого участка 59a, который расположен на стороне, где расположена первая поверхность 52 боковой стенки, края 59 отверстия выемки 56 зацепления в канавке 50 обеспечена на предварительно заданную величину.
На фиг. 3 и 4 балансировочный груз 60 образован таким образом, что он выполнен с возможностью вставки из любой позиции, в окружном направлении C, отверстия 58 канавки 50 рабочего колеса 40 турбины. Дополнительно, балансировочный груз 60 образован таким образом, что он упирается во вторую поверхность 53 боковой стенки канавки 50 и зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50.
Более конкретно, как иллюстрируется на фиг. 4, балансировочный груз 60 включает в себя корпусную часть 61, подлежащую размещению между первой поверхностью 52 боковой стенки и второй поверхностью 53 боковой стенки канавки 50, и выступ 71 зацепления, выполненный за одно целое с корпусной частью 61. Корпусная часть 61 представляет собой часть, которая упирается во вторую поверхность 53 боковой стенки канавки 50, и имеет функцию ограничения смещения балансировочного груза 60 в канавке 50 в радиальном направлении R (в направлении ширины канавки 50). Выступ 71 зацепления представляет собой часть, которая зацепляется с любой одной из выемок 56 зацепления канавки 50, и имеет функцию ограничения смещения балансировочного груза 60 в канавке 50 в окружном направлении C (в направлении продолжения канавки 50).
Боковой участок корпусной части 61 на стороне, где расположена вторая поверхность 53 боковой стенки канавки 50, имеет форму, приблизительно комплементарную форме канавки 50, и имеет форму, которая может вступать в поверхностный контакт (упираться) со второй поверхностью 53 боковой стенки. Дополнительно, боковой участок корпусной части 61 на стороне второй поверхности 53 боковой стенки имеет такую форму, что участок, соответствующий угловому участку на стороне, где расположен второй угловой участок 55 канавки 50, вырезан, и имеет форму, которая не мешает вставке балансировочного груза 60 через отверстие 58 канавки 50. Дополнительно, боковой участок корпусной части 61 на стороне, где расположена первая поверхность 52 боковой стенки, имеет форму, не комплементарную форме канавки 50, а имеет форму, которая образует зазор между ним и первой поверхностью 52 боковой стенки, и имеет такую форму, что участок, соответствующий угловому участку на стороне, где расположен первый угловой участок 54 канавки 50, вырезан. То есть боковой участок корпусной части 61 на стороне первой поверхности 52 боковой стенки имеет форму, которая не мешает вставке балансировочного груза 60 через отверстие 58 канавки 50.
Более конкретно, как иллюстрируется, например, на фиг. 4, 6 и 7, корпусная часть 61 имеет заднюю поверхность 62, которая обращена к донной поверхности 51 канавки 50, переднюю поверхность 63, которая расположена на стороне, противоположной задней поверхности 62, и обращена к отверстию 58 канавки 50, первую боковую поверхность 64, которая соединена с задней поверхностью 62 и передней поверхностью 63 и обращена к первой поверхности 52 боковой стенки канавки 50, вторую боковую поверхность 65, которая соединена с задней поверхностью 62 и передней поверхностью 63, расположена на стороне, противоположной первой боковой поверхности 64, и обращена к второй поверхности 53 боковой стенки канавки 50, и пару окружных боковых поверхностей 66, которые соединены с задней поверхностью 62 и передней поверхностью 63, соединены с первой боковой поверхностью 64 и второй боковой поверхностью 65 и обращены в окружном направлении C канавки 50.
Передняя поверхность 63 и задняя поверхность 62 образованы таким образом, что они становятся приблизительно параллельными друг другу. Как иллюстрируется на фиг. 4, длина Lw1 (см. фиг. 6) от ребра E1, которое расположено на стороне, где расположена первая боковая поверхность 64, передней поверхности 63 до ребра, которое расположено на стороне, где расположена вторая боковая поверхность 65, передней поверхности 63, обеспечена таким образом, что она немного меньше, чем ширина отверстия 58 канавки 50.
Как иллюстрируется на фиг. 4 и фиг. 6, первая боковая поверхность 64 включает в себя: перпендикулярную поверхность 64a, которая по существу перпендикулярно соединена с передней поверхностью 63; и первую наклонную поверхность 64b, которая продолжается от перпендикулярной поверхности 64a и соединена с задней поверхностью 62, при этом она наклонена в направлении к второй боковой поверхности 65. Эта конфигурация первой боковой поверхности 64 обеспечивает возможность вставки балансировочного груза 60 в канавку 50 без контакта первой боковой поверхности 64 с краем отверстия на стороне первой поверхности 52 боковой стенки канавки 50.
Вторая боковая поверхность 65 включает в себя: упорную поверхность 65a, которая продолжается от передней поверхности 63 в направлении задней поверхности 62, при этом она наклонена в направлении от первой боковой стенки 64; и вторую наклонную поверхность 65b, которая продолжается от упорной поверхности 65a и соединена с задней поверхностью 62, при этом она наклонена в направлении к первой боковой поверхности 64. Упорная поверхность 65a образована таким образом, что ее угол наклона является приблизительно таким же, как угол наклона второй поверхности 53 боковой стенки канавки 50, и упорная поверхность 65a может вступать в поверхностный контакт со второй поверхностью 53 боковой стенки.
Как иллюстрируется на фиг. 7, пара окружных боковых поверхностей 66 образованы таким образом, что они являются по существу перпендикулярными задней поверхности 62 и передней поверхности 63 и приблизительно параллельными друг другу. Например, пара окружных боковых поверхностей 66 представляют собой участки, служащие в качестве участка для захвата оператором, когда оператор вставляет балансировочный груз 60 в канавку 50.
Как иллюстрируется на фиг. 4, 6 и 7, выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 образован таким образом, что он выступает от задней поверхности 62 корпусной части 61 и имеет форму, по существу комплементарную выемке 56 зацепления канавки 50. Выступ 71 зацепления образован в виде выступающей части, которая продолжается в направлении (в направлении ширины канавки 50), соединяющем сторону, где расположена первая боковая поверхность 64, и сторону, где расположена вторая боковая поверхность 65, например.
Балансировочный груз 60 имеет сквозное отверстие 68, которое проходит насквозь через корпусную часть 61 и открыто в направлении первой поверхности 52 боковой стенки канавки 50. Сквозное отверстие 68 открыто на передней поверхности 63 корпусной части 61 и на первой наклонной поверхности 64b первой боковой поверхности 64, например. Сквозное отверстие 68 имеет участок внутренней резьбы, например. Как иллюстрируется на фиг. 4, удерживающий винтовой элемент 80 в качестве удерживающего элемента размещается во ввинченном (вставленном) состоянии в сквозном отверстии 68, имеющем участок внутренней резьбы.
Дополнительно, балансировочный груз 60 образован таким образом, что длина Lw2 (см. фиг. 6) от ребра E1, которое расположено между передней поверхностью 63 и второй боковой поверхностью 65, корпусной части 61 до концевого участка E2, который расположен на стороне, где расположена первая боковая поверхность 64, верхней поверхности 71a выступа 71 зацепления, меньше, чем длина Lg (см. фиг. 5) от края 58b отверстия 58 канавки 50 на стороне второй поверхности 53 боковой стенки до концевого участка 59a края 59 отверстия выемки 56 зацепления на стороне первой поверхности 52 боковой стенки (см. фиг. 9, также описываемый ниже). Это обеспечивает возможность вставки балансировочного груза 60 в канавку 50 без контакта выступа 71 зацепления с краем 59 отверстия выемки 56 зацепления канавки 50.
Следует отметить, например, что длина между парой окружных боковых поверхностей 66 балансировочного груза 60 может изменяться. В этом случае возможно обеспечить балансировочные грузы, имеющие различные веса.
Как иллюстрируется на фиг. 4, удерживающий винтовой элемент 80 контактирует с первым угловым участком 54 первой поверхности 52 боковой стенки канавки 50 в состоянии, когда он вставлен в сквозное отверстие 68 балансировочного груза 60, тем самым заставляя вторую боковую поверхность 65 (упорную поверхность 65a) корпусной части 61 балансировочного груза 60 упираться во вторую поверхность 53 боковой стенки канавки 50, и балансировочный груз 60 будет удерживаться в канавке 50. Как иллюстрируется на фиг. 4 и фиг. 8, удерживающий винтовой элемент 80 включает в себя: стержневую часть 81, имеющую участок наружной резьбы; и переднюю концевую часть 82, которая выполнена за одно целое на одной стороне стержневой части 81 и имеет изогнутую поверхность. Передняя концевая часть 82 образована таким образом, что она вступает в линейный контакт с участком вогнутой изогнутой поверхности первого углового участка 54 канавки 50. Например, профиль формы передней концевой части 82 в меридиональном поперечном сечении имеет выпуклую изогнутую форму с радиусом кривизны приблизительно таким же, как радиус кривизны формы поперечного сечения вогнутой изогнутой поверхности первого углового участка 54.
Далее с использованием фиг. 4 и фиг. 9 поясняется процедура крепления балансировочного груза в канавке в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 9 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий пример способа вставки балансировочного груза в канавку в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Вначале, как иллюстрируется на фиг. 9, ребро E1 между передней поверхностью 63 и второй боковой поверхностью 65 корпусной части 61 балансировочного груза 60 приводят в контакт с краем 58b отверстия 58 канавки 50 на стороне второй поверхности 53 боковой стенки. В этом состоянии балансировочный груз 60 поворачивают вокруг ребра E1 в качестве оси поворота в направлении донной поверхности 51 канавки 50. При этом выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 относительно смещается вдоль выемки 56 зацепления канавки 50. Тем самым корпусная часть 61 балансировочного груза 60 размещается между первой поверхностью 52 боковой стенки и второй поверхностью 53 боковой стенки канавки 50, и выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 размещается в выемке 56 зацепления канавки 50.
В рассматриваемом варианте осуществления длина Lw2 балансировочного груза 60 от ребра E1 до концевого участка E2 верхней поверхности 71a выступа 71 зацепления на стороне первой боковой поверхности 64 обеспечена меньше, чем длина Lg канавки 50 от края 58b отверстия 58 на стороне второй поверхности 53 боковой стенки до концевого участка 59a края 59 отверстия выемки 56 зацепления на стороне первой поверхности 52 боковой стенки. Соответственно, обеспечивается возможность вставки балансировочного груза 60 в канавку 50 без контакта выступа 71 зацепления балансировочного груза 60 с краем 59 отверстия выемки 56 зацепления канавки 50.
Далее, как иллюстрируется на фиг. 4, удерживающий винтовой элемент 80 ввинчивают (вставляют) в сквозное отверстие 68 балансировочного груза 60, в котором образован участок внутренней резьбы, и передняя концевая часть 82 удерживающего винтового элемента 80 прижимается к вогнутой изогнутой поверхности первого углового участка 54 канавки 50. Путем дальнейшего ввинчивания удерживающего винтового элемента 80 в сквозное отверстие 68 балансировочный груз 60 смещается в направлении второй поверхности 53 боковой стенки канавки 50 вдоль удерживающего винтового элемента 80. В конечном итоге упорная поверхность 65a второй боковой поверхности 65 балансировочного груза 60 вступает в поверхностный контакт со второй поверхностью 53 боковой стенки канавки 50.
Таким образом, в рассматриваемом варианте осуществления удерживающий винтовой элемент 80 контактирует с первым угловым участком 54 на стороне первой поверхности 52 боковой стенки канавки 50 в состоянии, когда он вставлен в сквозное отверстие 68 балансировочного груза 60, тем самым заставляя упорную поверхность 65a балансировочного груза 60 вступить в поверхностный контакт (упираться) со второй поверхностью 53 боковой стенки канавки 50. В результате смещение балансировочного груза 60 в радиальном направлении R (в направлении ширины канавки 50) внутри канавки 50 ограничивается, и балансировочный груз 60 удерживается в канавке 50. Дополнительно, выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60 внутри канавки 50 в окружном направлении C (в направлении продолжения канавки 50). Соответственно, возможно закрепить балансировочный груз 60 в канавке 50 рабочего колеса 40 турбины без формирования складок на рабочем колесе 40 турбины.
Как было указано выше, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50 рабочего колеса 40 турбины, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60 в окружном направлении C внутри канавки 50. Таким образом, смещение балансировочного груза 60 ограничивается также с помощью выступа 71 зацепления, дополнительно к креплению с помощью удерживающего винтового элемента 80, и тем самым балансировочный груз 60 может быть надежно закреплен. Поэтому отпадает необходимость в формировании складок на рабочем колесе 40 турбины для крепления балансировочного груза 60. Соответственно, возможно подавить остаточное растягивающее напряжение, создаваемое в рабочем колесе 40 турбины из-за крепления балансировочного груза 60.
Дополнительно, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления длина Lw2 от ребра E1, которое расположено между передней поверхностью 63 и второй боковой поверхностью 65, корпусной части 61 до концевого участка E2, который расположен ближе к первой боковой поверхности 64, верхней поверхности 71a выступа 71 зацепления в балансировочном грузе 60 обеспечена меньше, чем длина Lg от края 58b, который расположен ближе к второй поверхности 53 боковой стенки, отверстия 58 до концевого участка 59a, который расположен ближе к первой поверхности 52 боковой стенки, края 59 отверстия выемки 56 зацепления в канавке 50, и тем самым обеспечивается возможность вставки балансировочного груза 60 в канавку 50 из любой позиции, в окружном направлении C, отверстия 58 канавки 50 рабочего колеса 40 отверстия.
Кроме того, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления корпусная часть 61 и выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 выполнены за одно целое, и тем самым крепление балансировочного груза 60 в канавке 50 является легким по сравнению с конфигурацией, в которой корпусная часть и выступ зацепления балансировочного груза представляют собой отдельные элементы. А именно, цельная единая конструкция корпусной части 61 и выступа 71 зацепления балансировочного груза не требует выполнения работы по сборке самого балансировочного груза 60. В результате цельная единая конструкция может исключить отсоединение выступа 71 зацепления от корпусной части 61, что может происходить в том случае, когда корпусная часть 61 и выступ 71 зацепления представляют собой отдельные элементы.
Дополнительно, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления первый угловой участок 54 канавки 50 образован в виде вогнутой изогнутой поверхности, и передняя концевая часть 82 удерживающего винтового элемента 80 образована таким образом, что она вступает в линейный контакт с участком вогнутой изогнутой поверхности первого углового участка 54 канавки 50. Соответственно, возможно подавить остаточное растягивающее напряжение, возникающее на участке первого углового участка 54 канавки 50, с которым вступает в контакт удерживающий винтовой элемент 80.
Второй вариант осуществления
изобретения
Далее с использованием фиг. 10 и фиг. 11 поясняется рабочее колесо турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 10 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 11 представлен схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 10, если смотреть в направлении стрелки XI. Следует отметить, что так как ссылочные позиции на фиг. 10 и фиг. 11, которые являются такими же, как ссылочные позиции на фиг. 1-9, обозначают аналогичные части, их подробные пояснения опущены.
В то время как корпусная часть 61 и выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 в первом варианте осуществления выполнены за одно целое (см. фиг. 6), рабочее колесо турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 10 и фиг. 11, имеет конфигурацию, включающую в себя корпусную часть 61A и выступ зацепления 72 балансировочного груза 60A в виде отдельных элементов.
Более конкретно, балансировочный груз 60A включает в себя: корпусную часть 61A, имеющую сквозное отверстие 68 и установочную выемку 69; и палец 72, закрепленный в установочной выемке 69 корпусной части 61A, при этом он установлен в ней. Как и корпусная часть 61 балансировочного груза 60 первого варианта осуществления, корпусная часть 61A имеет заднюю поверхность 62, переднюю поверхность 63, первую боковую поверхность 64, вторую боковую поверхность 65 и пару окружных боковых поверхностей 66. Как и в первом варианте осуществления, первая боковая поверхность 64 включает в себя перпендикулярную поверхность 64a и первую наклонную поверхность 64b. Как и в первом варианте осуществления, вторая боковая поверхность 65 включает в себя упорную поверхность 65a и вторую наклонную поверхность 65b. Установочная выемка 69 обеспечена на приблизительно среднем участке задней поверхности 62. Установочная выемка 69 имеет круглую форму поперечного сечения, например. Палец 72 представляет собой элемент, отдельный от корпусной части 61A, и выполняет функцию выступа зацепления для зацепления с любой одной из выемок 56 зацепления канавки 50. Палец 72 имеет круглую форму поперечного сечения, например.
Балансировочный груз 60A образован таким образом, что длина Lw3 от ребра E1, которое расположено между передней поверхностью 63 и второй боковой поверхностью 65, корпусной части 61A до концевого участка E3, который расположен на стороне, где расположена первая боковая поверхность 64, верхней поверхности 72a пальца 72 в качестве выступа зацепления меньше, чем длина Lg (см. фиг. 5) от края 58b отверстия 58 канавки 50 на стороне второй поверхности 53 боковой стенки до концевого участка 59a края 59 отверстия выемки 56 зацепления на стороне первой поверхности 52 боковой стенки. Это обеспечивает возможность вставки балансировочного груза 60A в канавку 50 без контакта пальца 72 в качестве выступа зацепления с краем 59 отверстия выемки 56 зацепления канавки 50.
Согласно второму варианту осуществления рабочего колеса турбины в соответствии с настоящим изобретением, описанному выше, как и в описанном выше первом варианте осуществления, палец 72 в качестве выступа зацепления балансировочного груза 60A зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50 рабочего колеса 40 турбины, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60A в окружном направлении C внутри канавки 50. В результате отпадает необходимость в формировании складок на рабочем колесе 40 турбины для крепления балансировочного груза 60A. Соответственно, возможно подавить остаточное растягивающее напряжение, создаваемое в рабочем колесе 40 турбины из-за крепления балансировочного груза 60A.
Третий вариант осуществления изобретения
Далее с использованием фиг. 12-14 поясняются конфигурация и конструкция рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 12 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий канавку рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 13 представлен схематический вид в разрезе, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 14 представлен схематический вид, иллюстрирующий балансировочный груз рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 13, если смотреть в направлении стрелки XIV. Следует отметить, что так как ссылочные позиции на фиг. 12-14, которые являются такими же, как ссылочные позиции на фиг. 1-11, обозначают аналогичные части, их подробные пояснения опущены.
Отличие третьего варианта осуществления рабочего колеса турбины в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрируемого на фиг. 12-14, от первого варианта осуществления заключается в том, что углубленная форма и выступающая форма в зацеплении между канавкой и балансировочным грузом в рабочем колесе 40 турбины меняются местами. А именно, в первом варианте осуществления выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50 рабочего колеса 40 турбины, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60 в окружном направлении C внутри канавки 50 (см. фиг. 4). В отличие от этого, в третьем варианте осуществления канавка 69B зацепления балансировочного груза 60B зацепляется с пальцем 57 в качестве выступа зацепления канавки 50B, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60B в окружном направлении C внутри канавки 50B.
Более конкретно, как иллюстрируется на фиг. 12, донная поверхность 51 канавки 50B имеет множество установочных выемок 56B, обеспеченных с интервалами в окружном направлении C. Палец 57 может быть установлен и закреплен в каждой установочной выемке 56B. Палец 57 выступает от донной поверхности 51 канавки 50B, зацепляется с канавкой 69B зацепления балансировочного груза 60B и выполняет функцию выступа зацепления, который ограничивает смещение балансировочного груза 60b в окружном направлении C внутри канавки 50B. Палец 57 может быть установлен только в установочную выемку 56B, соответствующую позиции крепления балансировочного груза 60B, из множества установочных выемок 56B канавки 50B.
Как иллюстрируется на фиг. 13 и фиг. 14, в балансировочном грузе 60B задняя поверхность 62 корпусной части 61B имеет канавку 69B зацепления. Канавка 69B зацепления продолжается в направлении первой боковой поверхности 64 от торцевого края, расположенного ближе к второй боковой поверхности 65, до позиции среднего участка, и открыта на задней поверхности 62 и второй боковой поверхности 65. Канавка 69B зацепления зацепляется с пальцем 57, установленным в установочную выемку 56B канавки 50B, и имеет функцию ограничения смещения балансировочного груза 60B в окружном направлении C внутри канавки 50B.
Далее с использованием фиг. 15 поясняется пример процедуры крепления балансировочного груза в канавке в рабочем колесе турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 15 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий пример способа вставки балансировочного груза в канавку в рабочем колесе турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как иллюстрируется на фиг. 15, ребро E1 корпусной части 61B балансировочного груза 60B, которое расположено между передней поверхностью 63 и второй боковой поверхностью 65, приводят в контакт с краем 58b, расположенным ближе к второй поверхности 53 боковой стенки, отверстия 58 канавки 50B. В этом состоянии балансировочный груз 60B поворачивают в направлении донной поверхности 51 канавки 50B вокруг ребра E1 в качестве оси поворота.
В рассматриваемом варианте осуществления палец 57, установленный в установочную выемку 56B канавки 50B относительно смещается вдоль канавки 69B зацепления корпусной части 61B балансировочного груза 60B. Тем самым балансировочный груз 60B вставляется в канавку 50B без контакта второй боковой стенки 65 и задней поверхности 62 балансировочного груза 60B с пальцем 57 в качестве выступа зацепления канавки 50B.
Как и в первом варианте осуществления, в рассматриваемом варианте осуществления удерживающий винтовой элемент 80 (см. фиг. 4) также контактирует с первым угловым участком 54 канавки 50B, который расположен ближе к первой поверхности 52 боковой стенки, в состоянии, когда он вставлен в сквозное отверстие 68 балансировочного груза 60B, тем самым заставляя упорную поверхность 65a балансировочного груза 60B вступать в поверхностный контакт со второй поверхностью 53 боковой стенки канавки 50B. В результате смещение балансировочного груза 60B в радиальном направлении R (в направлении ширины канавки 50B) внутри канавки 50B ограничивается, и балансировочный груз 60B удерживается в канавке 50B. Дополнительно, канавка 69B зацепления балансировочного груза 60B зацепляется с пальцем 57, установленным в установочную выемку 56B канавки 50B, тем самым ограничивая смещение балансировочного груза 60B в окружном направлении C (в направлении продолжения канавки 50B) внутри канавки 50B. Соответственно, возможно закрепить балансировочный груз 60B в канавке 50B без формирования складок на рабочем колесе 40 турбины.
Согласно третьему варианту осуществления рабочего колеса турбины в соответствии с настоящим изобретением, описанному выше, так как канавка 69B зацепления балансировочного груза 60B зацепляется с пальцем 57 в качестве выступа зацепления канавки 50B рабочего колеса 40 турбины, смещение балансировочного груза 60B в окружном направлении C внутри канавки 50B ограничивается, и тем самым отпадает необходимость в формировании складок на рабочем колесе 40 турбины для крепления балансировочного груза 60B. Соответственно, возможно подавить остаточное растягивающее напряжение, создаваемое в рабочем колесе 40 турбины из-за крепления балансировочного груза 60B.
Другие варианты осуществления
изобретения
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления с первого по третий, а включает в себя различные примеры модификаций. Описанные выше варианты осуществления были пояснены подробно, чтобы пояснить настоящее изобретение простым для понимания образом, и настоящее изобретение не обязательно ограничивается вариантами осуществления, включающими в себя все поясненные конфигурации. Например, некоторые из конфигураций одного варианта осуществления могут быть заменены на конфигурации другого варианта осуществления, и конфигурации одного варианта осуществления также могут быть добавлены к конфигурациям другого варианта осуществления. Дополнительно, некоторые из конфигураций отдельных вариантов осуществления могут иметь другие дополнительные конфигурации, или они могут быть удалены или заменены другими конфигурациями.
Например, в первом варианте осуществления, описанном выше, выступ 71 зацепления балансировочного груза 60 образован в виде выступающей части, которая продолжается в направлении, соединяющем сторону, где расположена первая боковая поверхность 64, и сторону, где расположена вторая боковая поверхность 65 (в направлении ширины канавки 50). Однако выступ 71 зацепления может иметь любую форму, при условии, что выступ 71 зацепления зацепляется с выемкой 56 зацепления канавки 50 рабочего колеса 40 турбины и тем самым ограничивает смещение балансировочного груза 60 в окружном направлении C. Также возможно, например, чтобы выступ 71 зацепления имел круглую, прямоугольную или многоугольную форму поперечного сечения.
Дополнительно, в первом и втором вариантах осуществления, описанных выше, выемка 56 зацепления образована в виде канавки (канавки зацепления), которая продолжается в направлении ширины канавки 50. Однако выемка 56 зацепления может иметь любую форму, при условии, что выемка 56 зацепления зацепляется с выступом 71 зацепления балансировочного груза 60 или пальцем 72 балансировочного груза 60A и тем самым ограничивает смещение балансировочных грузов 60 и 60A в окружном направлении C.