Меню Рубрики

Установка последней рабочей лопатки

Установка последней рабочей лопатки

Рабочие лопатки являются одним из самых ответственных элементов турбины. Установленные на диске илинепосредственно на роторе, они образуют рабочие каналы,вкоторых происходит преобразование потенциальной икинетической энергии потока пара вмеханическую энергию вращения ротора.От качества выполнения рабочих лопаток исборки надиске взначительной степени зависит надежность ик.п.д.ступени ивсей турбины.Поломка лопаток влечет немедленную остановку турбины или ее аварию, автяжелых случаях –частичное илиполное разрушение турбины. Поэтому кнадежности лопаток предъявляются исключительно высокие требования.Условия работы турбинных лопаток очень тяжелы.При протекании пара вмежлопаточных каналах появляются полезные силы, создающие крутящий момент на валутурбины.

Эти силы изгибают лопатку вплоскости диска внаправлении вращения. При значительной степени реакции, когда разность давлений перед иза рабочей решеткойвелика, лопатка изгибается ивплоскости оси турбины.Очень важно, что эти изгибающие силы являются переменными во времени. Действительно, вращающаяся лопатка проходит перед сопловыми каналами, из которыхвыходят струи пара, которые на границе между соплами,образуемой выходными кромками, имеют пониженнуюскорость (втак называемом кромочном следе).

Кроме того,из-за естественных технологических отклонений вразмерах каналов кинетическая энергия выходящих струй разных сопл будет различной. Поэтому на рабочие лопаткибудет действовать переменная сила, вызывающая их вибрацию.При вибрации лопатка способна выдержать лишь ограниченное число колебаний, после чего внаиболее напряженном месте лопатки появляется усталостная трещина, размеры которой сравнительно медленно увеличиваются до определенного значения с последующим внезапным отрывом лопатки.При отрыве лопатки, особенно в последних ступенях,происходит разбалансировка ротора и может возникнуть настолько интенсивная его вибрация, что турбину придется остановить аварийно. Впрактике эксплуатации бывалислучаи, когда отрыв лопаток приводил кполному разрушению цилиндра.

Рабочие лопатки вращаются сочень большой окружной скоростью, так как частота вращения ирадиус установки лопаток велики. Это вызывает большие центробежные силы, стремящиеся оторвать лопатку. Особенно сильно ослабляется сопротивление лопатки отрыву в случаевозникновения вней даже малых усталостных трещин.Лопатки первых ступеней ЦВД иЦСД (для турбин спромежуточным перегревом) работают при высоких температурах, вызывающих вматериале явление ползучести.

При ползучести лопатка медленно удлиняется, арадиальные зазоры уменьшаются вплоть до появления задеваний. Иногда удлинение лопатки происходит очень медленно, но зато, спустя значительное время, внаиболее нагруженном месте лопатки появляется трещина длительнойпрочности с

такими же возможными последствиями, как иот усталостной трещины.

Лопатки последних ступеней турбин ТЭС иАЭС работают влажным паром, вызывающим их эрозию. Агрессивные компоненты, содержащиеся в

паре, вызывают коррозию.На рисунке 3.8 показана конструкция простейшей рабочей лопатки. Ее основным элементом является перо, илирабочая часть, имеющая профиль сечения, который обеспечивает минимальные потери энергии при обтекании потоком пара, выходящего из соплового аппарата.

Рабочая часть выполняется заодно схвостовиком, посредством которого лопатка крепится на диске. На торцевой поверхности рабочей части лопатки фрезеруется шипкруглого или прямоугольного сечения. На группу из нескольких лопаток надевается бандаж сотверстиями, шаг иразмеры которых отвечают шагу иразмерам шипов на лопатках, установленных на диске. После установки бандажашипы расклепывают и, таким образом, лопатки оказываются объединенными на диске в пакеты.

Это повышает ихсопротивление усталости ипозволяет организовать уплотнение на периферии ступени.Конструктивное выполнение рабочей части лопаткизависит от ее длины, точнее, от отношения среднего диаметра ступени к ее длине.Короткие лопатки, т.е. лопатки сбольшим отношением l / d (обычно l / d >10), выполняют постоянным повысоте профилем.Вособенно тяжелых условиях работают лопатки парциальных ступеней, вкоторых переменная составляющаянагрузки очень велика, так как на лопатку действует полная нагрузка при ее прохождении перед соплами и

не действует никакая нагрузка при прохождении лопатки вне дуги подвода пара.

Поэтому рабочие лопатки регулирующейступени всегда выполняют с

большей хордой, чем лопаткипоследующих ступеней.Длинные лопатки выполняют закрученными исуменьшающейся площадью поперечного сечения от корняк вершине. Чем меньше отношение l / d , тем сильнее изменяются треугольники скоростей по высоте лопатки итемсильнее приходится закручивать лопатку для обеспеченияэкономичной работы ступени.

Одновременно при этом необходимо уменьшать площадь сечения лопатки от корня квершине для уменьшения действующей на лопатку центробежной силы. На рисунке 3.9 показаны фотографии лопаток последних ступеней, иллюстрирующие закрутку иуменьшение площади сечения лопатки квершине.

Поверхность лопатки тщательно обрабатывается повысокому классу чистоты, что необходимо для обеспечения высокой экономичности (при шероховатых стенкахканалов растут потери на трение) идля повышения усталостной прочности лопатки, которая сильно снижается приналичии рисок ицарапин на поверхности.

Лопатки последних ступеней подвержены действиюкрупных капель влаги, срывающихся со стоящей впередисопловой решетки ивызывающих эрозию входных кромокверхней части лопатки. Для уменьшения эрозии вэтихместах лопатки по ее спинке выполняют защиту установкой пластин из стеллита, содержащего 60-65 %кобальта,25-28 %,хрома, 4-5%,вольфрама, атакже кремний, углеродижелезо.

Читайте также:  Установки для солярия мощность

Одним из ответственных элементов лопатки являетсяее хвостовик. Именно он воспринимает все нагрузки, действующие на лопатку, ипередает их диску. Хвостовые соединения должны быть легкими, так как центробежные силы, действующие на них вдальнейшем передаются надиск, но вто же время инадежными.Основным фактором, определяющим выбор типа хвостового соединения, является нагрузка, воспринимаемая хвостовиком.

Простым идостаточно надежным для лопаток небольшой длины является Т-образный хвостовик, широкоприменяемый ЛМЗ иТМЗ (рисунок 3.10, а).

Для установки лопаток на диск вего ободе выполняютпаз по форме, соответствующей профилю хвостовика.

Длязаводки лопаток на двух противоположных сторонах ободадиска делают вырезы (рисунок 3.10, б) так, чтобы лопаткуможно было завести впаз ипродвинуть по окружностивдоль него. После установки всех лопаток устанавливаютзамковые лопатки (рисунок 3.10, в), которые крепят кободу заклепками.Типы лопаточных хвостовиков представлены на рисунке 3.11.

Хвостовые соединения трех последних ступеней турбины К-300-240 ЛМЗ показаны на рисунке 3.11. Лопаткапоследней ступени имеет длину 960 мм иудерживаетсямощным вильчатым хвостом.

Важными элементами облопачивания являются бандажи ипроволочные связи, основное назначение которыхсостоит вуменьшении вибрации.Для ступеней ЦВД применяют ленточные бандажи.Группа лопаток, перевязанных бандажом, называется пакетом. Обычно пакет состоит из 6-14 лопаток. На рисунке 3.13 приведена конструкция пакета, применяемого ХТГЗ.Для лопаток большой длины наряду сленточным бандажом часто применяют проволочные связи (рисунок 3.14).

Проволоки располагают вотверстиях лопаток иприпаивают кпоследним серебряным припоем. Установка проволочной связи позволяет ликвидировать некоторые опасные виды колебаний. Часто проволоки не припаивают клопаткам, асвободно пропускают через отверстия, применяя какие-либо конструктивные меры от смещения проволок внутри пакета (рисунок 3.14, б). Такие проволоки называют демпферными.

При вращении колеса центробежные силы прижимаютпроволоки кповерхности отверстий, вызывая силы тренияпри колебаниях лопаток. Таким образом, демпферные проволоки гасят (демпфируют) колебания. В ступенях с короткими лопатками проволоки

используют очень редко, так как вэтом случае сечение проволоквелико относительно площади канала для прохода пара ,что значительно снижает КПД ступени. Для длинных лопаток приклепанные ленточные бандажи становятся неприменимыми по условиям прочности. С ростом размеров ступени центробежная сила бандажарастет, апериферийный профиль лопатки становится всеменее подходящим для размещения шипа достаточного

размера. Это связано стем, что периферийную часть выполняют как можно меньшего сечения. Поэтому вступеняхбольшого диаметра отказываются от ленточных бандажей ,а ставят 2или 3ряда проволок и называют проволочными бандажами. На рисунке 3.15 показан пакет из двух лопаток, применяемых для регулирующей ступени (первой по ходу пара), получаемый спомощью сварки.

Рисунок 3.15 –Сварной пакет из двух лопаток для регулирующейступени.

источник

Соединение лопаток с дисками

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

Соединение заключается в установке хвостовика лопатки в соответствующем продольном или окружном пазу диска или наружной поверхности барабана.

Крепление лопатки должно обеспечивать следующие основные требования:

— возможность размещения, оптимального из условия газодинамического расчёта, необходимого количества лопаток на ободе диска;

— достаточная прочность, при минимальной массе обода диска;

— точность установки и её сохранения на всех режимах и всего эксплуатационного ресурса;

— одинаковая жесткость крепления всех лопаток ступени, для исключения разброса собственных частот колебаний;

— технологичность изготовления и низкая стоимость;

— простота установки и замены при эксплуатации;

В компрессорах широко применяется крепление рабочих лопаток трапециевидными замками типа «ласточкин хвост» (рис3.28,а), как наиболее простое и полностью обеспечивающее перечисленные выше требования.

Профиль хвостовика лопатки и паза в диске в плоскости перпендикулярной оси вала имеет трапециевидную форму с углом при вершине 2a =30…40.

Рис. 3.30. Крепление лопаток компрессоров в продольных пазах:

а – замок типа «ласточкин хвост»; б – демпфирующий замок

Пазы в диске выполняются протяжкой, а хвостовики лопаток – фрезерованием. Лопатка устанавливается в паз либо с небольшим натягом до 0,015мм, либо с зазором 0,01…0,04мм. Посадка с натягом применяется, когда необходимо увеличить частоту собственных колебаний лопатки, но при этом в ободе диска возникают напряжения, которые необходимо учитывать при проведении прочностных расчётов. При работе двигателя эти напряжения возрастают и могут быть причиной разрушения диска. Для устранения надиров на контактных поверхностях замка и упрощения монтажа и демонтажа лопаток на хвостовик наносится слой меди или серебра, служащий смазкой при запрессовке. Наиболее часто применяется свободная посадка, которая обеспечивает простоту установки и замены лопатки, не нагружает обод диска и улучшает демпфирование колебаний лопаток. Демпфирующие свойства проявляются за счёт сил трения при перемещении лопатки в замковой части при колебаниях до частот вращения (0.5…07)nмах. Выше этой частоты крепление становится жёстким. При большой длине лопаток может применяться замок типа «ласточкин хвост», но со скруглёнными рабочими поверхностями (рис.3.28,б). Лопатки устанавливаются в паз диска с большими зазорами, допускающими качание на концах лопаток до 5…8мм. Это позволяет лопаткам самоустанавливаться и обеспечивает демпфирование изгибных колебаний.

Читайте также:  Установка ворот дорхан с дверью

Замковое соединение типа «ласточкин хвост» не обеспечивает фиксацию лопатки от осевых нагрузок. В компрессорах широко применяется осевая фиксация лопаток как групповая, так и индивидуальная. Групповая фиксация лопаток обеспечивается одним конструктивным элементов для всех лопаток ступени.

Это может быть выполнено упругим с разрезом кольцом 1, устанавливаемым в кольцевой паз 6 в хвостовике лопатки 2 и диске 4 (см. рис.3.29).

Рис.3.29. Фиксация рабочих лопаток о смещения в осевом направлении при помощи общего пружинящего разрезного кольца: 1 – кольцо контровочное; 2 – лопатка; 3 – стопор; 4 – диск; 5 –отверстие; 6–паз в хвостовике лопатки

Для крепления кольца от смещения в окружном направлении в месте разреза кольца устанавливается специальный штифт 3 с развальцовкой. Для снятия кольца при демонтаже в диске, в плоскости кольцевого паза, выполняются отверстия 5.

На рис.3.30 приведено конструктивное решение группового крепления лопаток.

Рис.3.30. Фиксация лопатки общими сплошным и разрезным кольцами: 1 – диск; 2 – сплошное кольцо; 3 – штифт, контрящий кольцо 2 (развальцовывается на диск); 4 – разрезное кольцо

Лопатки крепятся в продольных пазах при помощи разрезного кольца 4 и сплошного кольца 2. Сплошное кольцо 2 контрится в диске штифтами 3 с развальцовкой.

Применение групповой фиксации лопаток ступени упрощает технологию изготовления и сборки, обеспечивает однозначность установки всех лопаток, что повышает стабильность балансировки.

Конструктивных способов исполнения индивидуального крепления каждой лопатки может быть очень много (рис.3.31).

Рис.3. 31. Фиксация рабочих лопаток от смещения в осевом направлении: а.б.в.г.д.- отгибными пластинами; е – радиальными штифтами; ж – осевыми винтами; 1 – диск; 2 – отгибная пластина; 3 -лопатка; 4 штифт радиальный; 5 – винт

Это различные отгибные пластины 2 (рис.3.31), радиальные штифты 4, либо осевые винты 5. Пластины могут выполняться фасонными (рис.3.31,а,б) и для её фиксации в ободе диска или хвостовике делается соответствующее углубление, а края пластины отгибаются на лопатку или диск. Пластина может быть и ровной, но с разрезами либо уширением по краям (рис.3.31,г,д). Фиксация лопатки осуществляется путем отгиба края пластины на лопатку и диск.

На рис.3.32 приведён пример конструктивного исполнения крепления лопатки при помощи радиального штифта 4, устанавливаемого в диск 1 и лопатку 5.

Рис.3.32.Фиксация лопаток от смещения в осевом направлении радиальными штифтами: а – контровка штифтов кольцом; б – контровка штифтов втулкой; 1 – диск; 2 –болт, удерживающий кольцо и одновременно балансировочный грузик,; 3 – кольцо, предохраняющее штифт от выпадания; 4 – радиальный штифт, фиксирующий лопатку; 5 – рабочая лопатка; 6 – втулка, контрящая штифт

Для простоты замены лопаток и повышения сохранности диска при ремонте в радиальное отверстие диска устанавливается втулка 6. После установки радиальных штифтов 4 край втулки 6 завальцовывается для предотвращения выпадания штифтов. Одновременная контровка всех радиальных штифтов может осуществляться кольцом 3, закреплённым с диском 1 болтом 2, одновременно служащим балансировочным грузиком (рис.3.32,а).

Осевая фиксация всех лопаток ступени одновременно может быть выполнена фланцами кольцевых проставок 4 и 5 ротора (рис.3.18).

Конструктивное исполнение комбинированного, осевого крепления лопаток радиальным штифтом и отгибной пластиной приведёно на рис. 3.31, е. При использовании для фиксации лопатки осевых винтов или штифтов 5 (рис.3.31) отверстия под них, в хвостовике лопатки и диске выполняются одновременно, после установки хвостовика лопатки в диск.

Для крепления лопаток с большим удлинением применяется шарнирный (вильчатый) замок (рис. 3.33,в). Лопатка устанавливается в кольцевой паз обода, имеющий вильчатый профиль. Хвостовик лопатки имеет одну или несколько проушин и полку. Хвостовик 1 устанавливается в паз диска 5 свободно и фиксируется втулкой 6 и заклёпкой 9, развальцованной на втулку 8.

Читайте также:  Установка пружин на уаз 469 чертеж

Рис.3.33 Крепление лопаток компрессора в кольцевых пазах: а – зубчатый замок; б – трапециевидный замок; в – вильчатый замок; г – крепление между двумя тонкими дисками; д – крепление в месте разъема ротора; 1 – лопатка; 2 – сухарь; 3 – клин; 4 – промежуточная проставка; 5 – обод диска; 6 –ось лопатки; 7 – ось проставки; 8 – втулка; 9 — заклепка

Наличие зазоров позволяет лопатке поворачиваться под действием изгибающих моментов от газовых и центробежных сил относительно втулки, установленной в диске с натягом. При этом лопатка самоустанавливается и в ней практически отсутствуют напряжения изгиба. При шарнирном соединении устраняются резонансные колебания лопатки по низшим формам и вследствие трения проскальзывания в шарнире и аэродинамического демпфирования в два-три раза снижаются вибрационные напряжения по сравнению с креплением лопатки замком типа «ласточкин хвост». Для устранения износа и схватывания контактные поверхности хвостовика и обода покрываются твердой смазкой на основе двусернистого молибдена. Для ограничения качания лопаток и образования внутренней поверхности проточной части компрессора, между лопатками могут быть установлены качающиеся проставки 4, также закреплённые шарнирно на ободе диска при помощи штифтов 7 развальцованных с одного торца. К числу недостатков вильчатого соединения можно отнести большие напряжения смятия и среза во втулках и штифтах при работе, а также значительная масса соединения.

Монтаж и крепление рабочих лопаток с хвостовиком трапециевидной формы в кольцевой паз осуществляется последовательной установкой каждой лопатки в кольцевой паз через прорезь, по размеру основания замка хвостовика, последней устанавливается промежуточная проставка 4, которая расклинивается в трапециевидной прорези клином 3 (рис.3.33,б). Применяется также метод крепления лопаток в кольцевом пазу путем последовательной установкой через прорезь всех лопаток и затем сдвижкой всего кольцевого набора на половину ширины хвостовика и фиксация его в окружном направлении относительно диска пластинчатыми замками. При угле установки лопатки >90 0 (рис.3.33,а) лопатки вставляются в кольцевой паз и разворачиваются, последние лопатки имеют уменьшенную ширину хвостовика. Последним устанавливается сухарь 2, который расклинивается клином 3. Существенный недостаток крепления лопаток в кольцевых пазах необходимость снятия многих лопаток при замене одной.

3.5. НАПРАВЛЯЮЩИЕ И СПРЯМЛЯЮЩИЕ АППАРАТЫ

Направляющие и спрямляющие аппараты устанавливаются либо перед рабочим колесом, либо за ним и представляют собой кольцевой набор неподвижных лопаток в корпусе (статоре) с образованием расширяющихся каналов.

Под определением направляющий аппарат в дальнейшем будем понимать аппараты, устанавливаемые перед первой ступенью компрессора и предназначенные для снижения относительной скорости потока на входе в рабочее колесо, что повышает напорность дозвуковой ступени.

Спрямляющие аппараты размещаются за рабочим колесом и их основное назначение преобразовать кинетическую энергию потока после рабочего колеса в потенциальную энергию давления с наименьшими потерями и развернуть поток для входа на следующую ступень или камеру сгорания под требуемым углом. Практически направляющий аппарат является частным случаем спрямляющего аппарата, а их конструктивное исполнение одинаково. В дальнейшем при рассмотрении их конструкций будем пользовать одним термином для направляющих и спрямляющих аппаратов — направляющие аппараты (НА).

При работе компрессора на лопатки НА действует поток воздуха, вызывая в них напряжения кручения и изгиба, как статические, так и вибрационные. Направляющие аппараты последних ступеней часто применяются в качестве радиальных силовых связей от корпуса подшипника к корпусу компрессора, что приводит к их дополнительному нагружению. Требования, предъявляемые к лопаткам направляющих аппаратов, практически, идентичны требованиям к рабочим лопаткам.

Лопатки НА крепятся либо непосредственно к корпусу компрессора, либо в промежуточном кольце или полукольцах, которые затем размешаются в корпусе. Конструктивное решение крепления лопаток определяется требованием обеспечения необходимой жёсткости, точности установки, идентичности и неизменности при замене, а также удобство и технологичность технического обслуживания. По способу крепления различают НА с односторонним (консольным) креплением лопаток (рис.3.34,а), двухстороннее крепление лопаток в двух кольцах (рамное крепление), которое может быть в сплошных кольцах (рис.3.34,б), либо разрезных (рис.3,34, в).

Рис.3.34. Схемы спрямляющих аппаратов: а – с консольными лопатками; б – рамного типа (неразрезной); в – рамного типа (разрезной)

источник

Добавить комментарий