Узел замкового соединения лопаточного аппарата с ротором турбины

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано для фиксации лопаточного аппарата в роторе турбины. Использование изобретения наиболее предпочтительно в роторах паровых турбин барабанного типа.
Известен узел соединения рабочих и замковых лопаток, имеющих одинаковый тип хвостового соединения, которые установлены в окружной паз ротора. Замковые лопатки крепятся с помощью прижимного и фиксирующего вкладышей, устанавливаемых в поперечном пазе ротора. При облопачивании ступени первыми заводятся в поперечные пазы прижимные вкладыши, которые имеют форму трапеции в поперечном сечении, а задняя их стенка, прилегающая в дальнейшем к фиксирующему вкладышу, выполняется клиновой. Для возможности заводки ширина прижимного вкладыша не должна превышать ширины окружного паза. Далее через окружной паз производится заводка рабочих и замковых лопаток. После установки замковых лопаток прижимные вкладыши смещаются к хвостовикам замковых лопаток, устанавливаются фиксирующие вкладыши, имеющие в поперечном сечении прямоугольную форму и переднюю стенку, прилегающую к прижимному вкладышу, клиновой формы. Фиксирующие вкладыши стопорятся с ротором путем установки шпилек (Патент №2153078 «Узел соединения лопаток с ротором турбомашины», опубл. 20.07.2000). Недостатками такого соединения являются:
- наличие дополнительных отверстий в роторе для установки шпилек, которые стопорят фиксирующие вкладыши. При переоблопачивании потребуется увеличение диаметров отверстий под шпильки;
- сложность разборки замкового соединения, которая, вероятно, повлечет за собой замену фиксирующих вкладышей.
Известно также устройство замкового соединения, которое имеет конструкцию, аналогичную вышеуказанному замковому соединению. Главной его отличительной особенностью является выполнение прижимного вкладыша и самого поперечного паза Т-образной формы. Также на торце прижимного вкладыша выполняется радиальный выступ для ограничения перемещения рабочих лопаток в окружном направлении, а на полке хвостовика замковой лопатки выполняется ответный вырез под него. Крепление фиксирующего вкладыша осуществляется двумя винтами (Патент №2296227 «Узел соединения лопаток с ротором турбомашины (варианты), опубл. 27.03.2007). Основные недостатки этого соединения:
- рабочие и замковые лопатки имеют неунифицированную конструкцию, т.к. на замковой лопатке требуется выполнение подрезки из-за наличия на прижимном вкладыше радиального выступа;
- наличие сверлений в роторе для возможности крепления фиксирующих вкладышей;
- сложность обеспечения соосности резьбовых отверстий в роторе и в фиксирующем вкладыше при замене старого фиксирующего вкладыша на новый;
- наличие на прижимном вкладыше радиального выступа, который усложняет конструкцию прижимного вкладыша и не требуется, поскольку ограничение перемещения лопаток в окружном направлении можно получить путем создания достаточного тангенциального натяга на ступени, а также за счет действия сил трения.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является исключение в роторе дополнительных сверлений для стопорения фиксирующих вкладышей, а также обеспечение простоты сборки/разборки замкового соединения и максимальной унификации лопаточного аппарата.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание заявленного устройства, позволяющего исключить дополнительные сверления в роторе, обеспечить более надежное замковое соединение и сделать рабочие и замковые лопатки одинаковой конструкции.
Технический результат достигается заявленным узлом замкового соединения лопаточного аппарата с ротором 1 турбины, включающим в себя рабочие 2 и замковые 3 лопатки, установленные своими хвостовиками 4 в окружном пазу 5 ротора 1, в котором замковая 3 лопатка закреплена прижимным 7 и фиксирующим вкладышами, расположенными в поперечном замковом колодце 10, имеющим в корневом сечении профильный вырез такой формы, при которой возможно перемещение прижимного 7 вкладыша только вдоль поперечного замкового колодца 10, отличающимся тем, что замковая 3 лопатка дополнительно зафиксирована, по меньшей мере, двумя, правым 8 и левым 9, фиксирующими вкладышами, клином 11, отжимным винтом 12, расположенными в поперечном замковом колодце 10, в дне, которого выполнено прямоугольное углубление 13 для возможности западания клина 11, прижимной 7 и фиксирующие правые 8 и левые 9 вкладыши имеют такую форму зацепов, при которой исключается выход прижимного 7 вкладыша в радиальном направлении, и, как, следствие, выход замковой 3 лопатки в радиальном направлении.
Исключение из конструкции прижимного вкладыша с радиальным выступом достигается путем обеспечения тангенциального натяга на ступень за счет достаточной полноты хвостовиков рабочих и замковых лопаток.
Анализ уровня техники, осуществленный заявителем и включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не выявил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволил определить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков, по отношению к техническому результату и изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Для проверки предлагаемого технического решения на соответствие критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень» проведен дополнительный поиск по известной из уровня техники информации. Результаты поиска показали, что предлагаемое изобретение не вытекает из известного уровня техники явным образом для специалиста. Более того, как видно из описания, для достижения желаемого технического результата заявитель внес в узел замкового соединения лопаточного аппарата к ротору турбины принципиальные и неочевидные конструктивные изменения, а также снабдил его новыми элементами и связями.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность заявленного технического решения поясняется следующими фигурами, на которых изображено:
фиг. 1 - Вид сверху на замковое соединение и сечение А-А;
фиг. 2 - сечения Б-Б, В-В, Г-Г (лопатки не показаны);
фиг. 3 - на виде Д показан прижимной вкладыш, на виде Е показан левый фиксирующий вкладыш, на виде Ж показан правый фиксирующий вкладыш, на виде И изображен клин;
фиг. 4 - последовательность сборки узла замкового соединения лопаточного аппарата с ротором турбины (этапы I - V);
фиг. 5 - последовательность сборки узла замкового соединения лопаточного аппарата с ротором турбины (этапы VI - IX);
На прилагаемых фигурах обозначены следующие позиции:
1 - ротор;
2 - рабочие лопатки;
3 - замковая лопатка;
4 - хвостовик замковой лопатки;
5 - окружной паз ротора;
6 - шейка паза ротора;
7 - прижимной вкладыш;
8 - правый фиксирующий вкладыш;
9 - левый фиксирующий вкладыш;
10 - поперечный замковый колодец;
11 - клин;
12 - отжимной винт;
13 - прямоугольное углубление в поперечном замковом колодце.
На фиг. 1-3 представлен заявленный узел замкового соединения лопаточного аппарата с ротором 1 турбины, который включает в себя рабочие 2 лопатки, установленные в окружном пазу 5 ротора 1, замковую 3 лопатку (предполагается две замковые лопатки на ступень, расположенные диаметрально противоположно), установленную одной частью хвостовика 4 в окружном пазу 5 ротора 1, а другой закрепленную прижимным 7 вкладышем, правый 8 и левый 9 фиксирующие вкладыши, клин 11, отжимной винт 12. Прижимной 7 и фиксирующие правый 8 и левый 9 вкладыши имеют форму зацепов по типу «ласточкин хвост». Точность выполнения зацепа по типу «ласточкин хвост» на прижимном 7 вкладыше и ответного паза в поперечном замковом колодце 10, а также пригонка прижимного 7 вкладыша по нижней торцевой поверхности позволяют исключить выход прижимного 7 вкладыша в радиальном направлении и, как следствие, выход замковой 3 лопатки в радиальном направлении. Прижимной 7 вкладыш может перемещаться только вдоль поперечного замкового колодца 10. Поверхности контакта прижимного 7 вкладыша с поверхностями правого 8 и левого 9 фиксирующих вкладышей и клина 11 выполняются прямыми (без клина). В поперечном замковом колодце 10 дополнительно выполнено прямоугольное углубление 13 для возможности западания клина 11.
Заявленное устройство может быть осуществлено следующим образом.
На фиг. 4 и 5 показана последовательность сборки узла замкового соединения лопаточного аппарата с ротором турбины по этапам с I - IX. Первоначально через окружной паз 5 по ширине шейки 6 паза ротора 1 производят установку в поперечный замковый колодец 10 (предполагается два замковых колодца на ступень) прижимного 7 вкладыша (этап I). Установленный прижимной 7 вкладыш отжимают к торцевой стенке поперечного замкового колодца 10 (этап II). Далее происходит установка рабочих 2 лопаток по классической схеме для Т-образного паза (этап III). Последними в окружной паз 5 ротора устанавливают замковые 3 лопатки, имеющие конструкцию аналогичную рабочим лопаткам (этап IV). Отжатый до упора в торец поперечного замкового колодца 10 прижимной 7 вкладыш смещают к установленной замковой 3 лопатке. После смещения прижимного 7 вкладыша устанавливают клин 11 в прямоугольное углубление 13 поперечного замкового колодца 10 (этап V). Далее производят установку левого 9 фиксирующего вкладыша путем смещения клина 11 вправо (этап VI, фиг. 5). Правый 8 фиксирующий вкладыш устанавливают в высвободившееся пространство после отжатия клина 11 влево к левому 9 фиксирующему вкладышу (этап VII, фиг. 5). После установки фиксирующих вкладышей 8, 9 производят отжатие клина 11 вверх путем закручивания отжимного винта 12 (этап VIII, фиг. 5). На фиг. 5 (этап IX) представлен окончательный вид замкового соединения.
Заявленное изобретение реализовано в турбине Т-185/220-12,8-NG Уральского турбинного завода.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, используется в турбостроении, а именно в производстве узлов замкового соединения лопаточного аппарата к ротору турбины;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».