РОТОР ТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, КОМПРЕССОР И ТУРБИНА ДЛЯ ТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ РОТОРА
ROTOR OF TURBINE PLANT, COMPRESSOR AND TURBINE FOR TURBINE PLANT AND METHOD OF ROTOR MODERNISATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение обносится к ротору для турбинной установки, в частности, к ротору компрессора или к ротору турбины турбинной установки, к примеру, газовой турбины или паровой турбины, в предпочтительном варианте, электростанции. Изобретение относится также к способу модернизации ротора турбинной установки.
Уровень техники
Ротор содержит, по меньшей мере, один ряд рабочих лопаток, имеющий несколько рабочих лопаток, которые относительно оси вращения ротора в направлении по периферии расположены на расстоянии друг от друга. При этом рабочие лопатки на выходе из ротора оказываются на пути прохождения газа. По этому пути в процессе работы турбинной установки проходит рабочий газ. Обычно такой ротор содержит вал ротора, который для соответствующего ряда рабочих лопаток имеет проходящий в направлении по периферии приемный паз, в который рабочие лопатки вставлены своими хвостовиками. Может быть предусмотрено несколько проставок, расположенных в приемном пазу, соответственно, между двумя смежными рабочими лопатками.
Рабочие лопатки имеют, кроме того, соответственно, рабочую сторону, которая соответствующим хвостовиком лопатки, посредством которого соответствующие рабочие лопатки закреплены на валу ротора, в основном, радиально отстоит от ротора и, таким образом, оказывается на пути прохождения газа. В зоне присоединенного к хвостовику лопатки внутреннего концевого участка, в частности, при использовании компрессора, можно добиться стабилизации течения газа в процессе работы турбинной установки за счет придания специального контура граничащей с рабочей стороной лопатки, оказавшейся на пути прохождения газа, наружной стороне ротора. При этом речь идет об ограничивающем путь прохождения газа контуре стенки ротора, который, в частности, вдоль пути прохождения газа, может быть изогнут. При этом в принципе, возможно оснастить хвостовики рабочих лопаток на обращенной к пути прохождения газа наружной стороне в направлении по периферии рядом с рабочей стороной лопатки таким изогнутым контуром.
Чертежи US 5232346 А (опубл. 03.08.1993, МПК F01D 11/00, F01D 5/30) и US 2916257 А (опубл. 08.12.1959, МПК F01D 5/22) демонстрируют, к примеру, изогнутые контуры стенок, причем концевые стенки проставок со стороны пути прохождения газа заподлицо и бесступенчатым образом переходят в концевые стенки хвостовиков лопаток. Вместо обращенного к пути прохождения газа, вогнутого варианта осуществления изгиба может быть предусмотрен также и прямолинейный вариант осуществления.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание улучшенного варианта осуществления ротора вышеуказанного типа, который отличается, в частности, более простым вариантом изготовления контура стенки. При этом должна обеспечиваться возможность произведения сравнительно недорогой модернизации имеющихся турбинных агрегатов.
Эта проблема в соответствии с изобретением решается посредством предмета независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметами последующих зависимых пунктов формулы изобретения.
В одном из аспектов изобретения предложен ротор для турбинной установки,
по меньшей мере, с одним рядом рабочих лопаток, имеющим несколько рабочих лопаток, которые относительно оси вращения ротора в направлении по периферии расположены смежно друг с другом,
по меньшей мере, с одним валом ротора, который для соответствующего ряда рабочих лопаток имеет проходящий в направлении по периферии приемный паз, в который рабочие лопатки вставлены своими хвостовиками,
с несколькими проставками, расположенными в приемном пазу, соответственно, между двумя смежными рабочими лопатками,
причем рабочие лопатки на своих хвостовиках на наружной стороне имеют, соответственно, изогнутый контур стенки в направлении по периферии рядом с рабочей стороной соответствующей рабочей лопатки,
причем проставки на наружной стороне также имеют, соответственно, изогнутый контур стенки,
причем наружные стороны хвостовиков лопаток и проставок радиально заподлицо примыкают друг к другу в направлении по периферии,
отличающийся тем, что контур стенки в аксиальной плоскости сечения ротора имеет вогнутый изгиб.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что контуры стенок имеют две точки перегиба.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что изгиб расположен со смещением к стороне входа потока или к стороне выхода потока.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что контуры стенок выполнены аксиально-симметричными.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что контуры стенок на наружных сторонах хвостовиков лопаток и проставок подобны.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что проставки и хвостовики лопаток асимметричны, причем проставки выполнены с возможностью соответствующего монтажа только лишь в одном положении.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что приемный паз на своих стенках имеет направленные радиально вовнутрь опорные контуры, причем проставки имеют дополнительные к опорным контурам приемного паза, ориентированные радиально наружу опорные контуры, которые в смонтированном положении радиально опираются на опорные контуры приемного паза.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что хвостовики лопаток на своей внутренней стороне в направлении по периферии имеют выступающие уступы, которые в смонтированном положении радиально опираются на внутреннюю сторону соответствующей смежной проставки.
В одном из вариантов предложен ротор, отличающийся тем, что рабочие лопатки исключительно опосредованно через проставки радиально закреплены на валу ротора.
В одном из дополнительных аспектов предложен компрессор для турбинной установки с ротором по первому аспекту изобретения.
В одном из еще дополнительных аспектов предложена турбина для турбинной установки с ротором по первому аспекту изобретения.
В кроме того еще одном из дополнительных аспектов предложен способ модернизации ротора турбинной установки, в частности, компрессора или турбины, причем ротор содержит, по меньшей мере, один ряд рабочих лопаток, имеющий несколько рабочих лопаток, которые относительно оси вращения ротора в направлении по периферии расположены смежно друг с другом, по меньшей мере, один вал ротора, который для соответствующего ряда рабочих лопаток имеет проходящий в направлении по периферии приемный паз, в который рабочие лопатки вставляют своими хвостовиками, с несколькими проставками, расположенными в приемном пазу, соответственно, между двумя смежными рабочими лопатками,
при котором рабочие лопатки заменяют рабочими лопатками, которые на своих хвостовиках на наружной стороне имеют, соответственно, изогнутый контур стенки в направлении по периферии рядом с рабочей стороной соответствующей рабочей лопатки,
при котором проставки заменяют проставками, которые на своей наружной стороне также имеют, соответственно, изогнутый контур стенки.
Соответствующий контур стенки может иметь в аксиальном разрезе в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ровно две точки перегиба и, в частности, на его аксиальных концах по касательной переходить в наружную сторону вала ротора. Дополнительно или в альтернативном варианте соответствующий контур стенки может быть выполнен вогнутым. Дополнительно или в альтернативном варианте возможно, что у соответствующих контуров стенок изгиб располагается вдоль пути прохождения газа эксцентричным образом, причем, в частности, при использовании компрессора он может быть смещен к стороне входа потока.
Компрессор в соответствии с изобретением или турбина в соответствии с изобретением оснащены ротором вышеописанного типа и могут использоваться в турбинной установке, к примеру, в стационарной турбинной установке электростанции.
В изобретении предусмотрено, в частности, оснастить таким контуром стенки не только обращенные к пути прохождения газа наружные стороны хвостовиков лопаток, но и обращенные к пути прохождения тока наружные стороны проставок. Благодаря этому, переход от контура стенки наружной стороны соответствующего хвостовика лопатки к контуру стенки наружной стороны соответствующей смежной проставки выполняется проще. Поэтому отпадает необходимость, в частности, в комплексном трехмерном формообразовании для контура стенки на хвостовике лопатки. Таким образом, затраты на изготовление контуров стенок могут быть уменьшены. Так как в соответствии с изобретением предусмотрены также проставки с таким контуром стенки, то, к примеру, в рамках изобретения возможно заменять рабочие лопатки и проставки, чтобы дополнительно оснастить имеющуюся турбинную установку изогнутыми контурами стенок.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретении контуры стенок на наружных сторонах хвостовиков лопаток и проставок могут быть подобны. Изготовление подобных контуров стенок как на хвостовиках лопаток, так и на проставках устраняет необходимость в комплексных объемных переходах, что упрощает изготовление контуров стенок.
В соответствии с особо предпочтительным вариантом осуществления изобретения контуры стенок могут быть выполнены аксиально-симметричными. Это означает, что контуры стенок выполнены симметричными относительно оси вращения. Другими словами, соответствующий контур стенки в плоскости сечения, включающий в себя ось вращения, в направлении по периферии профилирован неизменным или постоянным. Благодаря этому, особо просто сформировать контуры стенок на наружных сторонах хвостовиков лопаток и на наружных сторонах проставок.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения проставки и хвостовики лопаток могут быть выполнены в аксиальном направлении асимметричными, таким образом, что проставки могут быть надлежащим образом смонтированы только лишь в одном единственном положении. Для случая, когда изогнутые контуры стенок в аксиальном направлении имеют асимметричную конфигурацию, предложенное ранее конструктивное решение предотвращает возможность неправильного монтажа проставок, который мог бы привести к существенному нарушению обтекания соответствующих рабочих лопаток в зоне хвостовика лопатки.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения приемный паз на аксиально противолежащих стенках может иметь направленные радиально вовнутрь опорные контуры, причем проставки имеют дополнительные к опорным контурам приемного паза, ориентированные радиально наружу опорные контуры, которые в смонтированном положении радиально опираются на опорные контуры приемного паза. Благодаря этому, проставки в приемном пазу фиксированы радиально наружу посредством интенсивного геометрического замыкания между прилегающими друг к другу опорными контурами. Чтобы иметь возможность ввести проставки в соответствующий приемный паз вал ротора может быть разделен в аксиальной плоскости.
В соответствии с предпочтительным вариантом усовершенствования изобретения хвостовики лопаток на своей обращенной от пути прохождения газа или на обращенной от своей наружной стороны внутренней стороне в направлении по периферии могут иметь выступающие уступы, которые в смонтированном положении радиально опираются на обращенную от соответствующей наружной стороны внутреннюю сторону соответствующей смежной проставки. Таким образом, в данном варианте осуществления изобретения хвостовики лопаток опосредованно через проставки радиально закреплены на валу ротора. Дополнительно хвостовики лопаток, также как и проставки, могут иметь опорные контуры, которые взаимодействуют с опорными контурами приемного паза.
Предпочтительным является, однако, вариант осуществления изобретения, при котором рабочие лопатки исключительно опосредованно через проставки радиально закреплены на валу ротора. Благодаря этому, можно особенно легко в случае произведения технического обслуживания вынимать рабочие лопатки из приемного паза в радиальном направлении, если для этого, по меньшей мере, одна проставка вынута из приемного паза, так что все остальные проставки и хвостовики лопаток могут смещаться внутри приемного паза в направлении по периферии.
Другие существенные признаки и преимущества изобретения выявляются на основании последующих зависимых пунктов формулы изобретения, чертежей и соответствующего описания фигур на чертежах.
При этом понимается, что указанные ранее и еще предназначенные для дальнейшего разъяснения признаки могут быть использованы не только в соответствующей представленной комбинации, но и в других сочетаниях или отдельно, не выходя за рамки предложенного на рассмотрение изобретения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные примеры осуществления изобретения представлены на чертежах и будут пояснены далее в последующем описании, причем одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым, или подобным, или функционально идентичным конструктивным элементам.
Соответственно, схематично представлены:
фиг. 1 - турбинная установка в разрезе, в зоне ротора;
фиг. 2 - изометрическое изображение участка по периферии ряда рабочих лопаток ротора;
фиг. 3 - радиальный вид сверху участка по периферии ряда рабочих лопаток;
фиг. 4 - вид сверху, что и на фиг. 3, однако, при другом варианте осуществления изобретения;
фиг. 5 - контур стенки в продольном разрезе.
Осуществление изобретения
Согласно фиг. 1, турбинная установка 1, под которой может пониматься газотурбинная установка или паротурбинная установка электростанции для получения тока, включает в себя компрессор 2 или турбину 3 со статором 4, в котором с возможностью вращения вокруг оси 6 вращения установлен ротор 5. Ротор 5 имеет, по меньшей мере, один ряд 7 рабочих лопаток с несколькими рабочими лопатками 8, которые относительно оси 6 вращения в направлении по периферии расположены смежно друг с другом. Изображенная на фиг.1, представляющая собой ось 6 вращения штрихпунктирная линия представлена не в масштабе, а призвана лишь отображать направление расположения оси 6 вращения.
Ротор 5 имеет далее вал 9 ротора, в котором для соответствующего ряда 7 рабочих лопаток выбран расположенный кольцеобразно в направлении по периферии приемный паз 10. Рабочие лопатки 8 имеют, соответственно, рабочую сторону 11, которая в смонтированном состоянии вдается в обозначенный на фиг. 1 посредством штрихпунктирной линии путь 12 прохождения газа, а также хвостовик 13 лопатки, который вставлен в приемный паз 10. Таким образом, хвостовик 13 лопатки конструктивно интегрирован в вал 9 ротора. Согласно фиг. 2, ротор 5 включает в себя далее несколько проставок 14, которые также вставлены в приемный паз 10 и при этом расположены, соответственно, между двумя соседними рабочими лопатками 8 или между двумя соседними хвостовиками 13 лопаток. Таким образом, внутри соответствующего ряда 7 рабочих лопаток или внутри соответствующего приемного паза 10 проставки 14 и рабочие лопатки 8 или хвостовики 13 лопаток чередуются.
Соответствующий хвостовик 13 лопатки на обращенной к пути 12 прохождения газа наружной стороне 15, которая в направлении по периферии находится рядом с рабочей стороной 11 лопатки, имеет изогнутый контур 16 стенки, который представлен на фиг. 1 и воспроизведен на фиг. 5. Проставки 14 также имеют обращенную к пути 12 прохождения газа наружную сторону 17, на которой проставки 14 также имеют, соответственно, такой же изогнутый контур 16 стенки. Кривизна контура 16 стенки проходит при этом вдоль пути 12 прохождения газа, то есть, в основном, вдоль аксиального направления, которое определено осью 6 вращения. Кроме того, по меньшей мере, проставки 14 могут быть изогнуты и в направлении периферии, а именно, в соответствии с радиусом 34 ротора 5.
Особо предпочтительным является при этом, если контуры 16 стенок наружных сторон 15 хвостовиков 13 лопаток, с одной стороны, и наружных сторон 17 проставок 14, с другой стороны, сформированы геометрически идентичными. В частности, вследствие этого, можно реализовывать переходы заподлицо между граничащими друг с другом наружными сторонами 15, 17 хвостовиков 13 лопаток и проставок 14. К примеру, наружные стороны 15 хвостовиков 13 лопаток и наружные стороны 17 проставок 14 граничат друг с другом радиально заподлицо в направлении по периферии, что можно видеть на фиг. 2.
Особый интерес представляет вариант осуществления изобретения, при котором контуры 16 стенок наружных сторон 15 хвостовиков 13 лопаток и контуры 16 стенок наружных сторон 17 проставок 14 выполнены аксиально симметричными. Это означает, что контуры 16 стенок в направлении по периферии имеют постоянный профиль. Соответствующий профиль выявляется при этом, как представлено на фиг. 1 и 5, на продольном разрезе, включающем в себя ось 6 вращения. Относительно этой оси 6 вращения контуры 16 стенок выполнены, таким образом, симметричными. Лишь на соответствующей рабочей лопатке 8 может быть целесообразным объемный переход от хвостовика 13 лопатки к рабочей стороне 11 лопатки.
В представленном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения хвостовики 13 лопаток и проставки 14 выполнены симметричными, так что в принципе возможно расположить хвостовики 13 лопаток и проставки 14 в приемном пазу 10 с поворотом на 180°. Поворот на 180° является при этом поворотом вокруг радиального направления, которое на фиг. 3 и 4 перпендикулярно плоскости чертежа.
Поскольку контуры 16 стенок, как изображено на фиг. 1 и 5, выполнены ассиметрично относительно аксиального направления, то неправильный монтаж проставок 14 приводит к существенному ухудшению обтекания рабочих сторон 11 лопаток в зоне хвостовиков 13 лопаток. Неправильный монтаж рабочих лопаток 8 при этом практически исключен, так как это, в силу асимметрии рабочих сторон 11 лопаток, сразу же становится очевидным. С целью предотвращения неправильного монтажа проставок 14 в соответствии с фиг. 4 может быть предусмотрено конструировать проставки 14 и хвостовики 13 лопаток ассиметрично, таким образом, чтобы проставки 14 можно было надлежащим образом смонтировать лишь в одном единственном заданном монтажном положении. Это единичным образом достигается на примере фиг. 4 посредством клиновидной формы проставок 14 по их протяженности в аксиальном направлении, а также посредством дополнительной к этому клиновидной формы хвостовиков 13 лопаток также по протяженности в аксиальном направлении. К примеру, ширина 18 хвостовиков 13 лопаток, которая измеряется в обозначенном на фиг. 3 и 4 посредством двойной стрелки направлении 19 по периферии, в обозначенном на фиг. 3 и 4, а также на фиг. 1 посредством двойной стрелки аксиальном направлении 20, в обозначенном на фиг. 3 и 4 посредством стрелки направлении 21 потока рабочего газа, может увеличиваться, в то время как измеренная в направлении 19 по периферии ширина 22 проставок 14 в аксиальном направлении 20 в направлении 21 потока, соответственно, уменьшается. В отличие от этого хвостовики 13 лопаток на фиг.3 имеют остающуюся постоянной в направлении 21 потока ширину 18. Проставки 14 имеют также остающуюся постоянной в направлении 21 потока ширину 22.
За счет ассиметричного формообразования проставок 14 и хвостовиков 13 лопаток при неправильном монтаже неизбежно оставался бы видимый зазор между хвостовиком 13 лопатки и проставкой 14, так что неправильный монтаж мог бы быть сразу же замечен.
В соответствии с фиг. 1 приемный паз 10 на своих аксиально противолежащих стенках 23 имеет ориентированные радиально вовнутрь опорные контуры 24. Проставки 14 имеют в соответствии с фиг. 2 на обращенных друг от друга в аксиальном направлении 20 концах 25 ориентированные радиально наружу опорные контуры 26, которые сформированы дополнительно к опорным контурам 24 приемного паза 10.
В смонтированном положении опорные контуры 26 проставок 14 могут радиально опираться на опорные контуры 24 приемного паза 10. В соответствии с фиг. 2 хвостовики 13 лопаток имеют на своей внутренней стороне 27, обращенной от пути 12 прохождения газа или от наружной стороны 15 хвостовика 13 лопатки, выступающие в направлении 19 по периферии уступы 28. При этом на каждом хвостовике 13 лопатки в целесообразном варианте предусмотрено два таких уступа 28, которые на двух обращенных друг от друга торцевых сторонах в направлении 19 по периферии выступают за пределы соответствующих торцов. В смонтированном положении эти уступы 28 захватывают снизу, соответственно, внутреннюю сторону 29 смежной проставки 14, которая обращена от наружной стороны 17 проставки 14 или от пути 12 прохождения газа. Вышеуказанные уступы 28 в смонтированном положении радиально опираются далее на внутренние стороны 29 смежной проставки 14. Особо предпочтительным является при этом вариант осуществления изобретения, при котором рабочие лопатки 8 только лишь опосредованно через проставки 14 радиально закреплены на валу 9 ротора.
В соответствии с фиг. 5 контур 16 стенки может иметь такую конфигурацию, что имеют место ровно две точки 30 перегиба, благодаря чему возможно сформировать ориентированный в направлении оси 6 вращения вогнутый изгиб 31, а также реализовать переходы по касательной к концевым участкам 32 контура 16 стенки. Относительно геометрического центра 33 контура 16 стенки изгиб 31 очевидным образом располагается со смещением в аксиальном направлении 20, то есть расположен эксцентрично. В частности, относительно центра 33 изгиб 31 позиционирован при этом со смещением в направлении стороны входа потока.
Список ссылочных позиций
1 - Турбинная установка
2 - Компрессор
3 - Турбина
4 - Статор
5 - Ротор
6 - Ось вращения
7 - Ряд рабочих лопаток
8 - Рабочая лопатка
9 - Вал ротора
10 - Приемный паз
11 - Рабочая сторона лопатки
12 - Путь прохождения газа
13 - Хвостовик лопатки
14 - Проставка
15 - Наружная сторона детали 13
16 - Контур стенки
17 - Наружная сторона детали 14
18 - Ширина детали 13
19 - Направление по периферии
20 - Аксиальное направление
21 - Направление движения потока
22 - Ширина детали 14
23 - Стенка паза
24 - Опорная структура детали 10
25 - Задняя часть детали 14.
26 - Опорная структура детали 14
27 - Внутренняя сторона детали 13
28 - Уступ
29 - Внутренняя сторона детали 14
30 - Точка перегиба
31 - Изгиб
32 - Концевой участок
33 - Центр