Рабочие 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.

 

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).

return false">ссылка скрыта

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 ступажей ,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.