Ротор турбины со стопорными пластинками и соответствующий способ сборки

Ротор турбины содержит роторный диск с пазами, множество лопаток с хвостовиками, размещенными в пазах роторного диска, и множество стопорных пластинок, установленных между роторным диском и лопатками. Первые зазоры на радиально наружных концах и вторые зазоры на радиально внутренних концах, относительно оси вращения роторного диска, образованы между соседними стопорными пластинками, причем, по меньшей мере, один из первых зазоров меньше, чем соответствующий второй зазор. Другое изобретение группы относится к способу установки стопорных пластин на роторном диске, в соответствии с которым размещают первую стопорную пластинку на окружности роторного диска и размещают вторую стопорную пластинку непосредственно рядом с первой стопорной пластинкой с образованием зазора между первой и второй стопорными пластинками. Пространство зазора имеет узкий и широкий концы, при этом широкий конец расположен ближе к окружности роторного диска, чем узкий конец. Изобретения позволяют обеспечить уплотнение между хвостовиками лопаток и роторным диском без блокировки пластин на переходных режимах работы турбины. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к ротору турбины и устройству стопорных лопаток.

Лопатки ротора установлены по окружности роторного диска турбины с помощью профилированных хвостовиков лопаток, вставленных в соответствующие пазы на роторном диске. Профиль принимает на себя радиально направленные усилия, возникающие во время работы газовой турбины.

После установки по существу в осевые пазы требуется блокирующий элемент, чтобы во время работы предотвратить перемещение хвостовиков лопаток в пазах, обусловленное газовой нагрузкой.

Одно известное из предшествующего уровня техники устройство заключается в использовании сегментных пластинок, установленных между хвостовиками лопаток и роторным диском, при этом пластинки установлены в соответствующих кольцевых пазах в хвостовиках лопаток и роторном диске для создания осевой фиксации. Подобное устройство обычно позволяет только маленькие производственные допуски, поскольку важно, чтобы нагрузка, обусловленная центробежными силами, стопорных пластинок на лопатки над ней, и гашение вибрации лопаток за счет стопорных пластинок было постоянным. Стопорные пластинки должны свободно поворачиваться, чтобы справляться с отклонениями в производственных допусках в пазах диска, удерживая пластины, эти отклонения вызывают радиальное или вращательное перемещение пластины.

Кроме того, должно быть найдено компромиссное значение для размера пространства зазора между стопорными пластинками. С одной стороны, если пространства зазора между стопорными пластинками будут очень узкими, они будут осуществлять блокировку во время стадии запуска. За счет малой толщины стопорных пластинок по сравнению с роторным диском и роторными лопатками тепловая инерция стопорных пластинок меньше, и, таким образом, их тепловое расширение происходит быстрее, чем расширение роторного диска и роторных лопаток. С другой стороны, если пространства зазоров между стопорными пластинками будут широкими, уплотнение между хвостовиками лопаток и роторным диском и между лопатками будет слабым.

В заявке на патент Великобритании 2258273 А описано устройство блокировки лопаток ротора с пластинками, закрепленными между удерживающими крюками интегрально с роторным диском и хвостовиками лопаток. Пластинка закрывает и уплотняет пространство между хвостовиками лопаток и роторным диском.

В заявке на Европейский патент 1657404 А1 описан ротор газовой турбины с роторными лопатками, установленными в осевых пазах в корпусе ротора и закрепленными стопорными пластинками. Стопорные пластинки имеют основной контур типа воздушного змея и, в частности, в виде параллелограмма или ромба и установлены между корпусом ротора и роторными лопатками, и затем в собранном положении, поворачиваемые относительно вставленного положения в кольцевые пазы, выполненные в корпусе ротора и в лопатках.

Задачей изобретения является создание нового ротора турбины со стопорным устройством, имеющего улучшенные нагружающие и гасящие характеристики на лопатках и лучшее уплотнение за лопатками.

Эта задача решается посредством создания ротора турбины, содержащего роторный диск, множество пазов, расположенных на роторном диске, множество лопаток с хвостовиками лопаток, при этом лопатки размещены в пазах, и множество стопорных пластинок, установленных между роторном диском и лопатками, при этом первые зазоры на радиально наружных концах и вторые зазоры на радиально внутренних концах, относительно оси вращения роторного диска, образованы между соседними стопорными пластинками, и, по меньшей мере, один из первых зазоров меньше, чем соответствующий второй зазор.

Предпочтительно, отношение, по меньшей мере, одного второго зазора к соответствующему первому зазору находится в диапазоне от 1,1:1 до 10:1.

Предпочтительно, большая часть первых зазоров меньше, чем соответствующие вторые зазоры.

Предпочтительно, все множество первых зазоров меньше, чем соответствующие вторые зазоры.

Предпочтительно, стопорные пластинки проходят по окружности по, по меньшей мере, двум соседним половинкам хвостовиков лопаток, при этом стопорные пластинки имеют такие размеры и конфигурацию, чтобы закрывать и уплотнять пространства зазоров между хвостовиками лопаток и роторным диском.

Предпочтительно, стопорные пластинки, в собранном положении, размещены между удерживающими кольцевыми пазами, размещенными в роторном диске, и лопатками.

Указанная задача также решается посредством создания способа установки стопорных пластин на роторном диске, при котором размещают первую стопорную пластинку на окружности роторного диска и размещают вторую стопорную пластинку непосредственно рядом с первой стопорной пластинкой, при этом образуют пространство зазора между первой и второй стопорными пластинками, причем пространство зазора имеет узкий и широкий концы, при этом широкий конец расположен ближе к окружности роторного диска, чем узкий конец.

Таким образом, согласно изобретению стопорные пластинки имеют контур сектора круга, в котором венец в виде другого сектора круга был удален таким образом, что край стопорных пластинок имеет две противолежащие концентрические круговые дуги и две противолежащие непараллельные прямые линии. Скос стопорных пластинок является преднамеренно таким, что зазоры, образованные между соседними стопорными пластинками, на внешней кромке относительно оси вращения роторного диска меньше, чем соответствующие внутренние зазоры. Это позволяет движению стопорных пластинок справляться с допусками и минимизировать пространства зазоров между стопорными пластинками для лучшего уплотнения без блокировки во время переходных режимов/стадии запуска турбины. Чем лучше движение, тем более сбалансированной является нагрузка на лопатки, и гашение вибраций лопаток является более последовательным. Более маленькие пространства зазоров уменьшают утечку и увеличивают производительность двигателя турбины.

Во время работы газовой турбины центробежные силы вызывают направленную наружу нагрузку или перемещение стопорных пластинок, в результате чего стопорная пластина располагается в пазу роторного диска. Таким образом, хвостовик лопатки во время работы располагается правильно относительно роторного диска.

За счет такой конструкции стопорной пластинки получают усовершенствованный роторный диск.

Далее изобретение будет описано со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - осевой вид части роторного диска;

фиг.2 - стопорные пластинки с пространствами зазоров по предшествующему уровню техники и

фиг.3 - стопорные пластинки согласно настоящему изобретению.

На чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают подобные или эквивалентные части.

На фиг.1 показана часть ротора 1 обычной газовой турбины, включающая в себя роторный диск 2, лопатки 5 и стопорные пластинки 8. Лопатка 5 содержит платформу 7 и хвостовик 6 лопатки. Хвостовики 6 лопаток установлены в осевом направлении в пазы 3 роторного диска 2. Стопорные пластинки 8 размещены на осевой стороне 17 роторного диска и продолжаются на две соседние половинки хвостовиков 6 лопаток. Они закреплены в кольцевом пазу 12 по окружности 14 роторного диска 2 и дополнительных пазах в лопатках 5.

На фиг.2 показано относящееся к предшествующему уровню техники устройство стопорных пластинок 8 вокруг оси вращения 4 роторного диска 2 с пространствами 11 зазоров, имеющими параллельные продольные стороны, таким образом, что первый и второй зазоры 9, 10 на концах пространств зазоров являются равными. Во время работы стопорные пластинки испытывают центробежную силу 18, направленную от центра вращения к кольцевым пазам 13 лопаток 5 и выравниваются с соответствующими лопатками. Пространства 11 зазоров должны находиться достаточно близко, чтобы уменьшить утечку. Но они также должны позволять движение. На левой стороне фиг.2 пространство зазора является достаточно широким, и утечка является большой. С правой стороны фиг.2 пространство зазора является малым и не позволяет движения. Стопорные пластинки не могут справиться с переходными режимами и будут осуществлять блокировку (пунктирные линии).

На фиг.3 показано согласно настоящему изобретению устройство стопорных пластинок 8 вокруг оси вращения 4. Сборка и размещение стопорных пластинок такие же, как и в предшествующем уровне техники. Однако продольные стороны пространств 11 зазоров, образованные двумя соседними стопорными пластинками, согласно изобретению не являются параллельными, а сужаются таким образом, что более маленькие зазоры 9 расположены на радиальных наружных кромках, а более широкие зазоры 10 расположены на радиально внутренних кромках. Стопорные пластинки могут двигаться и выравниваться (пунктирные линии) с соответствующими лопатками 5 без блокировки.

1. Ротор (1) турбины, содержащий:
роторный диск (2);
множество пазов (3), расположенных на роторном диске (2);
множество лопаток (5) с хвостовиками (6) лопаток, при этом лопатки размещены в пазах (3); и
множество стопорных пластинок (8), установленных между роторным диском (2) и лопатками (5), при этом первые зазоры (9) на радиально наружных концах и вторые зазоры (10) на радиально внутренних концах относительно оси вращения (4) роторного диска (2) образованы между соседними стопорными пластинками (8), и по меньшей мере один из первых зазоров (9) меньше, чем соответствующий второй зазор (10).

2. Ротор (1) турбины по п.1, в котором отношение по меньшей мере одного второго зазора (10) к соответствующему первому зазору (9) находится в диапазоне от 1,1:1 до 10:1.

3. Ротор (1) турбины по п.1, в котором большая часть первых зазоров (9) меньше, чем соответствующие вторые зазоры (10).

4. Ротор (1) турбины по п.1, в котором все множество первых зазоров (9) меньше, чем соответствующие вторые зазоры (10).

5. Ротор (1) турбины по п.1, в котором стопорные пластинки (8) проходят по окружности по по меньшей мере двум соседним половинкам хвостовиков (6) лопаток, при этом стопорные пластинки (8) имеют такие размеры и конфигурацию, чтобы закрывать и уплотнять пространства зазоров между хвостовиками (6) лопаток и роторным диском (2).

6. Ротор (1) турбины по п.1, в котором стопорные пластинки (8) в собранном положении размещены между удерживающими кольцевыми пазами (12, 13), размещенными в роторном диске (2), и лопатками (5).

7. Способ установки стопорных пластин (8) на роторном диске (2), при котором:
размещают первую стопорную пластинку (8) на окружности (14) роторного диска (2); и
размещают вторую стопорную пластинку (8) непосредственно рядом с первой стопорной пластинкой (8),
при этом образуют пространство (11) зазора между первой и второй стопорными пластинками (8), причем пространство (11) зазора имеет узкий и широкий концы (15, 16), при этом широкий конец (16) расположен ближе к окружности (14) роторного диска, чем узкий конец (15).