ЗАМКОВЫЙ ПАКЕТ РАБОЧИХ ЛОПАТОК

Техническое решение относится к теплоэнергетике, к проектированию пакетов рабочих лопаток паровых и газовых турбин.
Пакеты рабочих лопаток используются в высоконагруженных ступенях, прежде всего с парциальным подводом пара, который приводит к увеличенным динамическим нагрузкам на лопатки и диски. Допустимое напряжение от изгиба не должно превышать 25 МПа, в то время как в ступени без парциального подвода предельное значение напряжений равно 40 МПа. Для понижения динамических напряжений используются цельнофрезерованные или сварные пакеты рабочих лопаток.
За прототип принимаем замковый пакет из двух сварных лопаток с T-образными хостовиками ЛМ3 (Жирицкий Г.С. Конструкция и расчет на прочность деталей паровых турбин. М. - Л.: Энергоиздат. 1960 г. Рис. 1-7). Аналогичная конструкция из трех лопаток применяется ЛМ3 для турбины К-800-240. Недостатками этих пакетов являются:
- Замковый сдвоенный пакет имеет 4 заклепки, а из трех лопаток соответственно 6 заклепок, расположенные по центру лопаток достаточно близко, что вызывает повышенную концентрацию напряжений в хвостовике и диске.
- При каждом ремонтном переоблопачивании (обычно один раз в 4-5 лет) отверстия под заклепки увеличиваются и сближаются, что приводит к еще большей концентрации напряжений. После 3-4 ремонтов необходимо менять диск или применять ремонтные спецпакеты.
- Количество лопаток в пакете невозможно увеличивать, так как в замковой лопатке проблема с близко расположенными отверстиями под заклепки только усугубляется.
- Так как каждая лопатка закреплена жестко на диске, то при вращении возникают окружные усилия, которые стремятся разорвать пакет в окружном направлении, что для сварных пакетов приводит к разрыву сварного шва, а для цельнофрезерованных - к дополнительным напряжениям, усиливающих конценртрацию и понижающих несущую способность пакета и диска.
Целью данного технического решения является разработка новой конструкции пакетов рабочих лопаток, не имеющих перечисленных недостатков или с существенно уменьшенным их влиянием, что достигается более рациональным расположением заклепок. Идею позаимствуем из крепления вильчатых хвостовиков, в которых заклепки обычно располагают по краям хвостовиков, что не приводит к указанным окружным напряжениям. Такая же идея использовалась фирмой Вестингаус для незамковых пакетов с тремя вильчатыми хвостовиками и креплением его на двух заклепках, расположенных по краям пакета (см. там же рис. 1-8)
Предлагается замковый пакет из трех (фиг. 1) или четырех (фиг. 3) лопаток закрепить тремя заклепками:
- Одно отверстие под заклепку 1 расположить по центру пакета;
- Два других отверстия под заклепки 2 расположить по краям пакета. При данной схеме закрепления:
- Не возникают указанные тангенциальные напряжения.
- Расстояния между отверстиями увеличиваются, соответственно уменьшается концентрация напряжений. Возможно увеличение диаметра отверстий как изначально, так и при последующих ремонтах.
- В заклепке, расположенной по краям пакета, на срез работают не только два поперечных сечения заклепки, но и продольное сечение, которое передает нагрузку на соседний хвостовик.
Для уменьшения концентрации напряжений можно применить шахматное расположение заклепок (фиг. 2), а для уменьшения напряжений среза два ряда заклепок (фиг. 3). Данную схему расположения заклепок можно применять и для замкового пакета с четырьмя лопатками, так как получим примерно равномерную нагрузку на заклепку (по половине заклепки на лопатку). Очевидно, что это применимо и для всех типов хвостовиков с радиальной установкой и тангенциальной заводкой (Т-образный, грибовидный, зубчиковый и др.)
Технический результат предложенной конструкции замковых пакетов:
- Количество лопаток в пакете можно увеличить до четырех, что приводит к более равномерному распределению паровой нагрузки при парциальном подводе и повышает надежность облопачивания;
- Отверстия в диске располагаются на значительном расстоянии, что уменьшает концентрацию напряжений и повышает ремонтопригодность дисков и роторов;
- В пакете и диске не возникают дополнительные растягивающие окружные напряжения, так как окружные деформации диска не передаются через заклепки.