ЗАМКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ С ОБОДОМ ДИСКА РОТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к турбиностроению и может быть использовано при проектировании новых мощных паровых турбин, в том числе для энергоблоков на супекритические параметры пара.
В сложившейся практике проектирования паровых турбин наибольшее распространение для высокотемпературных ступеней получили Т-образные замковые соединения рабочей лопатки с ободом диска ротора турбины. Вместе с тем такие замковые соединения относят к числу наиболее опасных с точки зрения вероятности образования трещин в критических зонах, лимитирующих длительную прочность ротора. В связи с этим снижение уровня напряжений в этих зонах (в частности, в зоне верхней галтели Т-образного паза обода диска) является одной из актуальных задач на стадии проектирования паровой турбины.
Известно замковое соединение рабочей лопатки с ободом диска ротора паровой турбины, содержащее кольцевой Т-образный паз в ободе диска и входящий в него ответный Т-образный хвостовик лопатки, причем каждая из образованных пазом двух кольцевых щечек обода диска снабжена краевым наружным кольцевым заплечиком, а нижняя часть пера лопатки - двумя ответными заплечиками, каждый из которых охватывает с осевым зазором соответствующий заплечик обода диска для удерживания щечек обода от раскрытия [1] - прототип. Осевой зазор между указанными заплечиками устанавливается для обеспечения сложившейся технологии облопачивания дисков. Величина этого зазора в рабочем состоянии с учетом температурных расширений элементов замкового соединения составляет 0,02-0,04 мм.
Однако такое замковое соединение из-за наличия осевого зазора между заплечиками не обеспечивает гарантированного натяга в рабочем состоянии сопрягаемых поверхностей хвостовика лопатки и обода диска ротора, что приводит к повышению напряжений в зоне верхней галтели Т-образного паза обода диска до опасного по условиям прочности уровня.
Достигаемым результатом полезной модели является повышение надежности работы замкового соединения путем снижения напряжения в зоне верхней галтели Т-образного паза обода диска ротора в результате обеспечения гарантированного натяга в рабочем состоянии сопрягаемых поверхностей хвостовика лопатки и обода диска.
Указанный результат обеспечивается тем, что у замкового соединения рабочей лопатки с ободом диска ротора паровой турбины, содержащего кольцевой Т-образный паз в ободе диска и входящий в него ответный Т-образный хвостовик лопатки, причем каждая из образованных пазом двух кольцевых щечек обода диска снабжена краевым наружным кольцевым заплечиком, а нижняя часть пера лопатки - двумя ответными заплечиками, каждый из которых охватывает с осевым зазором соответствующий заплечик обода диска для удерживания щечек обода от раскрытия, согласно полезной модели в каждом осевом зазоре между заплечиками диска и лопатки установлена клиновая вставка из материала с коэффициентом линейного расширения более высоким, по сравнению с коэффициентами линейного расширения материалов лопатки и диска.
Благодаря более высокому коэффициенту линейного расширения клиновая вставка обеспечивает гарантированный натяг (0,02-0,05 мм) в рабочем состоянии сопрягаемых поверхностей хвостовика лопатки и обода диска ротора. Выполненные расчеты величины напряжений в зоне верхней галтели Т-образного паза замкового соединения согласно полезной модели показали, что гарантированный натяг в рабочем состоянии в области заплечиков для различных величин выбираемого зазора, создаваемого натяга и коэффициентов трения контактирующих поверхностей приводит к снижению напряжений в зоне верхней галтели Т-образного паза в среднем на 10-25%.
На чертеже показано в поперечном сечении замковое соединение рабочей лопатки с ободом диска ротора паровой турбины согласно полезной модели.
Замковое соединение содержит Т-образный паз 1 в ободе 2 диска, входящий в него ответный Т-образный хвостовик 3 лопатки 4. Каждая из образованных пазом 1 двух кольцевых щечек 5 обода 2 диска снабжена краевым наружным кольцевым заплечиком 6, а нижняя часть пера лопатки 4 - двумя ответными заплечиками 7, каждый из которых охватывает с осевым зазором 8 соответствующий
заплечик 6 обода 2 диска для удерживания щечек 5 от раскрытия. В каждом осевом зазоре 8 между заплечиками 6 и 7 соответственно диска и лопатки установлена клиновая вставка 9 из материала с коэффициентом линейного расширения более высоким, по сравнению с коэффициентами линейного расширения материалов лопатки и диска. Пунктирным квадратиком 10 на чертеже показана область верхней галтели Т-образного паза 1 обода 2 диска ротора.
Установка рабочих лопаток 4 в ободе 2 диска ротора паровой турбины производится следующим образом. Лопатки со стороны хвостовика 3 вводятся поочередно в паз 1 диска через предусмотренный в одном из заплечиков 6 монтажный проем (на чертеже не показан). После перемещения хвостовика 3 лопатки 4 по окружности паза 1 в требуемое положение в осевые зазоры 8 между заплечиками 6 и 7 по обе стороны паза 1 забиваются клиновые вставки 9.
Выполнение замкового соединения согласно полезной модели позволяет существенно продлить ресурс работы высокотемпературных ступеней мощных паровых турбин.
Источники информации:
1. Отраслевой стандарт. Турбины паровые стационарные. Нормы расчета на прочность хвостовых соединений рабочих лопаток. - OCT. 108.021.07-84 - НПО ЦКТИ, Ленинград, 1984.