Лопасть рабочего колеса гидротурбины

 

Изобретение позволяет повысить надежность лопасти рабочего колеса гидротурбины за счет увеличения коррозионно-усталостной прочности пера в зоне выходной кромки. На обеих сторонах пера 1 между корневым сечением 2 и периферийной кромкой 4 параллельно выходной кромке 5 выполнены бороздки 6. Ширина зоны размещения бороздок 6 составляет не менее 3-4 В. Бороздки 6 расположены с взаимным перекрытием на половину ширины бороздки 6, их глубина составляет 0,01 - 0,02 В, где В - толщина пера 1 и кромки 5. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 03 B 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851375/29 (22) 16.07.90 (46) 15.05.92.Бюл, ¹ 18 (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения и Производственное объединение "Ленинградский металлический заВод (72) И.Б.Волков, А,Я.Аронсон,.Л.М.Белкин, А.M.Ãoëüäôàðá, С.В,Шумейко, С,M.Ãåíçåлев и С.В.Иванов (53) 621.224 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 667683, кл, F 03 В 3/12, 1978. (54) ЛОПАСТЬ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ГИДРОТУРБИНЫ

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в радиально-осевых и поворотно-лопастных гидротурбинах.

Цель изобретения — повышение надежности за счет увеличения коррозионно-усталостной прочности пера в зоне выходной кромки.

На фиг. 1 приведена предлагаемая лопасть; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Лопасть содержит перо 1 с корневым сечением 2, входной 3, периферийной 4 и выходной 5 кромками. К выходной кромке примыкает система бороздок 6, выполненных методом пластического выдавливания и расположенных на обеих сторонах пера и ограниченных с одной стороны корневым сечением, а с другой — периферийной кромкой.

Такая система бороздок позволяет создать в поверхностных слоях пера в зоне

„, ЯЛÄÄ 1733677 А1 (57) Изобретение позволяет повысить надежность лопасти рабочего колеса гидротурбины за счет увеличения коррозионно-усталостной прочности пера в зоне вы.ходной кромки. На обеих сторонах пера 1 между корневым сечением 2 и периферийной кромкой 4 параллельно выходной кромке 5 выполнены бороздки 6. Ширина зоны размещения бороздок 6 составляет не менее 3 — 4 B. Бороздки 6 расположены с взаимным перекрытием на половину ширины бороздки 6, их глубина составляет 0,01—

0,02 В, где  — толщина пера 1 и кромки 5.

2 ил. выходной кромки поле остаточных напряже. ний сжатия, вследствие увеличения удельного объема деформируемой части пера при выдавливании бороздок.

В результате удается разделить области и процессы проявления коррозионного разрушения и механического усталостного разрушения, Действительно, наличие сжимающих остаточных напряжений у поверхности нейтрализует действие механических напряжений, оставляя только коррозионное воздействие, а циклическое воздействие механических напряжений в глубине пера происходит без коррозионного воздействия. B результате общая надежность повышается, Размещение каждой системы бороздок между корневым сечением и периферийной кромкой, примыкание к выходной кромке и ширина 3 — 4 толщины пера связано с тем, что в процессе эксплуатации лопасти имен1733б77

55 но в этой зоне пера действуют наибольшие динамические нагрузки, вызывающие растягивающие напряжения, следовательно наиболее вероятно зарождение и распространение усталостных трещин (по данным результатов эксплуатации).

Бороздки нанесены со взаимным перекрытием на ширину, равную половине ширины бороздки. При этом достигается равномерная пластическая проработка поверхностных слоев пера в пределах всей зоны, на которой расположена каждая система. Глубина каждой бороздки на ее оси, равная 0,01 — 0,02 толщины пера в зоне выходной кромки, определяется условием максимальной эффективности действия наведенных в поверхностных слоях пера остаточных сжимающих напряжений (установлено экспериментально). Оптимальность достигаемого при этом напряженного состояния определяется тем, что, с одной стороны, малая глубина залегания сжимающих напряжений приводит к тому, что на некоторой (небольшой) глубине наблюдается проникновение частиц коррозионной среды, т.е. совместное коррозионно-механическое воздействие, Но с другой стороны, излишне большая глубина бороздок связана с избытком энергии пластической деформации, интенсифицирующей коррозионные процессы на поверхности. Кроме того, при соблюдении указанных требований по глубине бороздки полностью находятся в зоне ламинарного подслоя приповерхностного слоя отбекающей жидкости.

Лопасть рабочего колеса гидротурбины работает следующим образом.

При нагружении лопасти потоком воды, поступающим со стороны входной кромки, вследствие значительной ее кривизны на входную кромку действуют большие динамические нагрузки, вызванные отрывом потока в этой зоне (зоне выходной кромки).

При этом максимальные напряжения (no знаку — растягивающие) возникают в поверхностных слоях пера в местах расположе5 ния систем бороздок.

Поскольку бороздки выполнены путем их пластического выдавливания, то после снятия нагрузок в зоне бороздок возникает поле остаточных напряжений сжатия, Ввиду

10 криволинейного профиля дна бороздок эти напряжения концентрируются и, складываясь с рабочими растягивающими напряжениями, уменьшают их величину, препятствуя зарождению коррозионно-ус15 талостных трещин. Если трещина все же образовалась (обычно у поверхности лера), то область ее распределения также совпадает с пластически выдавленными бороздками. Наведенные здесь остаточные

20 напряжения сжатия препятствуют раскрытию трещин и их распространению. Таким образом, достигается существенное торможение распространения трещин и повышается коррозионно-усталостная прочность

25 пера в зоне выходной кромки, а значит и надежность лопасти.

Формула изобретения

30 Лопасть рабочего колеса гидротурбины, содержащая перо с корневым сечением, входной, периферийной и выходной кромками, отл и ча ю щая ся тем, что, с целью повышения надежности лопасти, на обеих

35 сторонах пера между корневым сечением и периферийной кромкой параллельно выходной кромке выполнены бороздки, при этом ширина зоны размещения бороздок составляет не менее 3 — 4 В, бороздки расположены

40 со взаимным перекрытием на половину ширины бороздки, а их глубина составляет

0 01 — 0,02 В, где  — толщина пера у выходной кромки.

1733677

Puz. I

20 аи-uuz)z

Составитель Е.Куленкамп

Редактор М,Васильева Техред М.Моргентал Корректор А.Сычева

Заказ 1650 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101