RU2599689C2 - Packages of working blades with combined shanks - Google Patents

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used in designing working blades of steam and gas turbines. Packages of working blades, integrally-machined or welded, with shanks with radial and tangential twist, include shanks of type T representing T-like shanks, alternating with shanks of type B, formed by removal of support surfaces in T-shaped shank, wherein shanks of type T alternate with shanks of type B in combinations T+B, B+T, T+B+T, T+B+T+B, B+T+B+T, T+B+T+B+T. Packets are installed on disc with corresponding number of slots at observance of symmetry along circle with fork locking blades and location near latter, of shanks of type T packets. In case of location next to two shanks of B type between them is installed one rivet.

EFFECT: invention allows to reduce concentration of stresses on turbine disk and increasing its repairability.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, к проектированию пакетов рабочих лопаток паровых и газовых турбин.The invention relates to a power system, to the design of packages of working blades of steam and gas turbines.

Пакеты рабочих лопаток используются в высоконагруженных ступенях, прежде всего с парциальным подводом пара, который приводит к увеличенным динамическим нагрузкам на лопатки и диски. Допустимое напряжение от изгиба не должно превышать 25 МПа, в то время как в ступени без парциального подвода предельное значение напряжений равно 40 МПа. Для понижения динамических напряжений используются цельнофрезерованные или сварные пакеты рабочих лопаток.Packages of working blades are used in highly loaded steps, primarily with a partial supply of steam, which leads to increased dynamic loads on the blades and disks. The permissible stress from bending should not exceed 25 MPa, while in a step without partial supply, the limit value of stress is 40 MPa. To reduce dynamic stresses, whole-milled or welded packages of working blades are used.

За прототип принимаем сдвоенные пакеты с Т-образными хвостовиками (Баринберг Г.Д. и др. «Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода". Екатеринбург, «Апри». 2007. 460 с. Рис. 4.63). Его недостатками являются:For the prototype, we take twin packages with T-shanks (G.D. Barinberg et al. “Steam turbines and turbine units of the Ural Turbine Plant.” Yekaterinburg, Apri. 2007. 460 p. Fig. 4.63). Its disadvantages are:

- Замковый сдвоенный пакет имеет 4 заклепки, расположенные достаточно близко, что вызывает повышенную концентрацию напряжений в хвостовике и диске.- The double lock package has 4 rivets located close enough, which causes an increased concentration of stresses in the shank and disk.

- При каждом ремонтном переоблопачивании (обычно один раз в 4-5 лет) отверстия под заклепки увеличиваются и сближаются, что приводит к еще большей концентрации напряжений. После 3-4 ремонтов необходимо менять диск или применять ремонтные спецпакеты.- With each repair re-blading (usually once every 4-5 years), the rivet holes increase and become closer, which leads to an even greater concentration of stresses. After 3-4 repairs, it is necessary to change the disk or apply repair special packages.

- Количество лопаток в пакете невозможно увеличивать, так как в замковой лопатке проблема с близко расположенными отверстиями под заклепки только усугубляется.- The number of blades in the bag cannot be increased, since in the castle blade the problem with closely spaced rivet holes is only exacerbated.

Целью данного изобретения является разработка новой конструкции пакетов рабочих лопаток, не имеющих перечисленных недостатков или с существенно уменьшенным их влиянием, что достигается комбинированием хвостовиков типа Т с радиальной установкой и тангенциальной заводкой (Т-образный или грибовидный, или зубчиковый) с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в хвостовике типа Т.The aim of this invention is to develop a new design of packages of working blades that do not have the listed disadvantages or with significantly reduced their effect, which is achieved by combining T-shanks with a radial installation and tangential winding (T-shaped or mushroom, or serrated) with type B shanks formed removing support surfaces in a T-type shank

Рассмотрим варианты расположений хвостовиков типа Т и типа В в пакете:Consider the options for the location of shanks of type T and type B in the package:

1. Т+В и ему симметричный В+Т1. T + B and him symmetric B + T

2. Т+В+Т2. T + B + T

3. Т+В+Т+В и ему симметричный В+Т+В+Т3. T + B + T + B and its symmetrical B + T + B + T

4. В+Т+В+Т+В4. B + T + B + T + B

5. Т+В+Т+В+Т и др.5. T + B + T + B + T, etc.

Даже первый вариант пакета с двумя лопатками имеет преимущества с прототипом, так как будет иметь две одиночные вильчатые замковые лопатки и отверстия под заклепки будут расположены на значительном расстоянии.Even the first version of a package with two blades has advantages with a prototype, as it will have two single forked paddle locks and holes for rivets will be located at a considerable distance.

Рассмотрим подробно второй вариант на примере Т-образного хвостовика. Во-первых, увеличено количество лопаток в пакете до трех. На фиг. 1а показано расположение пакетов по окружности, лопатки и диск не показаны, в хвостовиках типа В заклепки показаны окружностями, хвостовики внутри пакета разделены штриховыми линиями. При этом используются две вильчатые замковые лопатки 1. Пакет Т+В+Т изготовляется из цельнофрезерованных или сварных трех лопаток с Т-образными хвостовиками. Как было указано, хвостовик средней лопатки превращается в хвостовик типа В удалением опорных поверхностей. Для установки такого пакета кроме основного паза 2 для вильчатой замковой лопатки необходимо через шаг от нее выполнить дополнительный паз 3 для радиальной установки второго хвостовика типа Т пакета. Симметрично выполняются такие же пазы с противоположной стороны диска. Таким образом, необходимо выполнить четыре паза для радиальной установки пакетов.Consider in detail the second option on the example of a T-shaped shank. Firstly, the number of blades in the package is increased to three. In FIG. Figure 1a shows the arrangement of packages around the circumference, the blades and the disk are not shown, in type B shanks, rivets are shown by circles, the shanks inside the package are separated by dashed lines. In this case, two forked paddle blades are used 1. The T + B + T package is made of whole-milled or welded three blades with T-shanks. As indicated, the shank of the middle blade turns into a shank of type B by removing the supporting surfaces. To install such a package, in addition to the main groove 2 for the forks, it is necessary to make an additional groove 3 for the radial installation of the second shank of the T type of the package through a step from it. Symmetrically performed the same grooves on the opposite side of the disk. Thus, four grooves must be made for the radial installation of packages.

При сборке хвостовики типа Т пакета радиально устанавливаются в пазы 2 и 3, а затем передвигаются в окружном направлении до нужного места. Так как два хвостовика типа Т пакета устанавливаются одновременно, то пазы 3 необходимо выполнить несимметричными с дополнительным срезом угла Δα (фиг. 1б). Дополнительный угол среза для пакета с m хвостовиками типа Т и общим количеством лопаток z на диске рассчитывается по формуле: Δα=(m-1/2)×360/z, то есть для данного случая при z=98 получаем Δα=5,51 градуса. Это обстоятельство ограничивает количество хвостовиков типа Т пакета, но с учетом большого количества лопаток z на диске угол вполне допустим.When assembling, type T shanks of the package are radially installed in grooves 2 and 3, and then move in the circumferential direction to the desired location. Since two shanks of type T package are installed at the same time, the grooves 3 must be performed asymmetrical with an additional cut of the angle Δα (Fig. 1b). The additional cut angle for a package with m type T shanks and the total number of blades z on the disk is calculated by the formula: Δα = (m-1/2) × 360 / z, that is, for this case with z = 98 we get Δα = 5.51 degrees. This circumstance limits the number of shanks of type T package, but taking into account the large number of blades z on the disk, the angle is quite acceptable.

Когда установлены все пакеты, устанавливаются две вильчатые замковые лопатки 1 с соответствующим натягом по окружности. Так как по соседству с вильчатой замковой лопаткой находится лопатка с хвостовиком типа Т пакета, то отверстие под заклепку можно увеличивать, не выполняя углубление паза, которое ослабляет диск. Для более надежного крепления вильчатую замковую лопатку рекомендуется выполнить с боковыми выступами для соединения с соседними пакетами, как по хвостовику, так и по бандажу.When all the packages are installed, two forked locking blades 1 are installed with a corresponding tightness around the circumference. Since there is a blade with a T-shank of the T package in the vicinity of the forked paddle blade, the hole for the rivet can be enlarged without performing a groove recess that weakens the disk. For more reliable fastening, it is recommended to make a forked paddle blade with side protrusions for connecting with adjacent packages, both along the shank and on the bandage.

Отметим, что хвостовики вильчатых замковых лопаток полностью заполняют пазы, в то время как хвостовики типа В пакета имеют толщину, равную толщине шейки хвостовика типа Т, но этого достаточно, так как пакеты рабочих лопаток в основном применяются для регулирующих ступеней с парциальным подводом пара, имеющих относительно небольшую высоту и соответственно небольшие центробежные силы. Поэтому во многих случаях заклепку на среднюю лопатку пакета можно не ставить, а центробежная сила от нее распределится на соседние два хвостовика типа Т. Основное назначение пакетов - восприятие неравномерной осевой и тангенциальной нагрузки от парциального подвода пара. Чем больше лопаток в пакете, тем более равномерно перераспределится нагрузка. При количестве хвостовиков типа В в пакете больше одного заклепку можно ставить только на одном хвостовике для фиксации в тангенциальном направлении.Note that the shanks of the forked paddle vanes completely fill the grooves, while the type B shanks of the package have a thickness equal to the thickness of the neck of the type T shank, but this is enough, since the packages of working blades are mainly used for control stages with partial steam supply, having relatively small height and, accordingly, small centrifugal forces. Therefore, in many cases, rivets cannot be riveted on the middle blade of the bag, and the centrifugal force from it will be distributed to the adjacent two T-shanks. The main purpose of the bags is to perceive uneven axial and tangential loads from the partial steam supply. The more blades in the bag, the more evenly the load is redistributed. With the number of type B shanks in the package, more than one rivet can be put on only one shank for fixing in the tangential direction.

Если сдвоенные пакеты при рабочих оборотах могут иметь ослабление натяга и даже зазоры в окружном направлении, что приводит к повышению динамических напряжений, то предлагаемый пакет будет жестко закреплен в хвостовике типа В и в меньшей мере зависит от качества сборки.If twin packages at working revolutions can have a weakening interference fit and even gaps in the circumferential direction, which leads to an increase in dynamic stresses, then the proposed package will be rigidly fixed in the type B shank and to a lesser extent depends on the build quality.

Отметим некоторые особенности других пакетов. Чем больше лопаток в пакете, тем он более надежен. Недостаток вариантов с количеством хвостовиков типа В в пакете больше одного в том, что в заклепках при рабочем числе оборотов будут действовать тангенциальные усилия, которые можно уменьшить, выполнив радиальные лыски в заклепках или овальные отверстия в диске с меньшей осью по радиусу. Эти приемы могут уменьшить напряжения, возникшие от вращения. С другой стороны, в замковых лопатках прототипа эти напряжения присутствуют и никаких конструктивных приемов по их уменьшению не применяется. Для обеспечения симметрии можно применить комбинацию пакетов, например из вариантов Т+В и В+Т+В+Т+В, таким образом, чтобы возле вильчатых замковых лопаток находились хвостовики типа Т пакетов. Для вариантов Т+В и Т+В+Т+В необходимо пакеты располагать симметрично от каждой вильчатой замковой лопатки, при этом на стыке пакетов сойдутся две лопатки с хвостовиками типа В. На фиг. 2 показано расположение пакетов для варианта Т+В+Т+В. В этом случае, а также других подобных необходимо на два соседних хвостовика типа В устанавливать между ними одну заклепку 4 увеличенного диаметра, остальные позиции обозначают те же элементы (фиг. 2).Note some features of other packages. The more blades in the bag, the more reliable it is. The disadvantage of options with the number of type B shanks in the package is more than one in that tangential forces will act in rivets at the operating speed, which can be reduced by performing radial flats in the rivets or oval holes in the disk with a smaller radius axis. These techniques can reduce stress caused by rotation. On the other hand, in the paddle blades of the prototype, these stresses are present and no design methods to reduce them are used. To ensure symmetry, you can use a combination of packages, for example from options T + B and B + T + B + T + B, so that there are T-type shanks near the forked paddle blades. For variants T + B and T + B + T + B, it is necessary to arrange the packages symmetrically from each forked paddle blade, while at the junction of the packages two blades converge with type B shanks. FIG. 2 shows the location of the packages for option T + B + T + B. In this case, as well as other similar ones, it is necessary to install one rivet 4 of increased diameter between two adjacent shanks of type B, the remaining positions indicate the same elements (Fig. 2).

Достоинства предложенной конструкции пакетов с комбинированными хвостовиками:Advantages of the proposed package design with combined shanks:

- Количество лопаток в пакете больше двух, что приводит к более равномерному распределению паровой нагрузки при парциальном подводе и повышает надежность облопачивания.- The number of blades in the bag is more than two, which leads to a more uniform distribution of the steam load during partial supply and increases the reliability of blading.

- Отверстия в диске располагаются на значительном расстоянии (через лопатку), что уменьшает концентрацию напряжений и повышает ремонтопригодность дисков и роторов.- The holes in the disk are located at a considerable distance (through the blade), which reduces the concentration of stresses and increases the maintainability of the disks and rotors.

- Пакет рабочих лопаток фиксируется от тангенциального смещения заклепкой, что предотвращает его смещение и уменьшает ударные нагрузки при парциальном подводе.- The package of working blades is fixed from tangential displacement by a rivet, which prevents its displacement and reduces shock loads during partial approach.

Claims (1)

Пакеты рабочих лопаток, цельнофрезерованные или сварные, с хвостовиками с радиальной установкой и тангенциальной заводкой, отличающиеся тем, что включают хвостовики типа Т, представляющие собой Т-образные хвостовики, чередующиеся с хвостовиками типа В, образованными удалением опорных поверхностей в Т-образном хвостовике, причем хвостовики типа Т чередуются с хвостовиками типа В в комбинациях Т+В, В+Т, Т+В+Т, Т+В+Т+В, В+Т+В+Т, Т+В+Т+В+Т и устанавливаются в диске с соответствующим количеством пазов при соблюдении симметрии по окружности с вильчатыми замковыми лопатками и расположением возле последних хвостовиков типа Т пакетов, в случае расположения рядом двух хвостовиков типа В между ними устанавливается одна заклепка. Packages of working blades, milled or welded, with shanks with a radial installation and tangential winding, characterized in that they include type T shanks, which are T-shaped shanks, alternating with type B shanks, formed by the removal of supporting surfaces in the T-shaped shank, type T shanks alternate with type B shanks in combinations T + B, B + T, T + B + T, T + B + T + B, B + T + B + T, T + B + T + B + T and are installed in the disk with the appropriate number of grooves, observing the symmetry around the circumference of the fork tymi locking blades and the location near the last shank type T packages, in the case of the location near two shanks type in between set one rivet.

Images