ДИАФРАГМА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ И НАБОРНЫМИ ЛОПАТКАМИ

Техническое решение относится к теплоэнергетике, к разъемным диафрагмам паровых турбин с относительно короткими лопатками.
В паротурбиностроении применяются различные типы разъемных диафрагм: литые, наборные, сварные, цельнофрезерованные, комбинированные.
Недостаток литых и наборных диафрагм - повышенная податливость соединения лопаток с телом (внутреннее полукольцо диафрагмы) и ободом (наружное полукольцо диафрагмы), поэтому они применяются только при малых перепадах давлений в ступенях низкого давления. Недостаток сварных диафрагм - сложно выдержать точность по выходным каналам, так как в процессе сварки происходят трудно рассчитываемые и контролируемые усадки. Наибольшую точность изготовления имеют цельнофрезерованнные диафрагмы, но их изготовление вызывает трудности даже на современных станках с ЧПУ. Для диафрагм с короткими лопатками используются конструкции с ребрами жесткости и приварными направляющими лопатками (Шубенко Л.А. Опыт совершенствования проточной части паровых турбин Харьковского турбинного завода. Энергомашиностроение. 1958 г. №7. С. 1-4), что позволяет использовать относительно узкие лопатки и уменьшить концевые потери. Несмотря на дополнительные потери от ребер около 1% общие потери в таких диафрагмах уменьшаются на 2-4% по сравнению с безреберной конструкцией с широкими лопатками. Такую конструкцию принимаем за прототип, основным недостатком которой является относительно мощные сварные швы при лопатках с малой хордой, что приводит к сильному искажению выходных площадей и неравномерности потока по окружности.
Задачей данного технического решения является устранение указанного недостатка. Она достигается исключением сварки.
Позаимствуем идею из конструкции сопловых аппаратов, которые не имеют ребер, так как большая жесткость их обеспечивается опиранием на внутреннее и наружное кольца, и выполняются наборными. Таким образом, диафрагма с внутренним полукольцом (телом) 6, наружным полукольцом (ободом) 5 и ребрами жесткости 4 выполняется цельным фрезерованием, что позволяет достаточно большое расстояние между ребрами, так как они ставятся через 1-2 лопатки. Цельнофрезерованная лопатка 1 на концах имеет выступы 2 и 3, которыми крепится и удерживается от осевого перемещения в окружных пазах обода и тела диафрагмы. Как и в наборных сопловых аппаратах, лопатки последовательно заводятся в окружном направлении от разъема. Технология изготовления наборных сопловых сегментов достаточно хорошо разработана и их изготовление не вызывает трудностей.
Цельнофрезерованные диафрагмы с ребрами и наборными лопатками могут применяться и при парциальном подводе пара, когда сопла занимают только часть дуги, которая выполняется с одной стороны от разъема, а вторая часть без сопел выполняется с другой стороны от разъема.
Основная несущая конструкция - это два полукольца с ребрами может быть и сварной. При этом точность выходных каналов существенно не уменьшится, так как окружные пазы будут выполняться в готовой сваренной конструкции, а лопатки фрезеруются и устанавливаются с высокой точностью.
Предложенная конструкция цельнофрезерованных диафрагм с ребрами и наборными лопатками паровой турбины при длине лопаток до 50 мм имеет следующие преимущества:
- Позволяет максимально уменьшить ширину направляющей лопатки и повысить кпд ступени за счет уменьшения концевых потерь
- Отсутствует сварка
- Имеет высокую точность выполнения каналов и выходных площадей.