СВАРНОЙ РОТОР ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D5/06 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в конструкциях сварных роторов паровых и газовых турбин большой единичной мощности.

Целью изобретения является повышение надежности ротора путем преобразования растягивающих осевых напряжений в корне сварных швов в сжимающие напряжения.

На фиг.1 представлен сварной дисковый ротор, продольный разрез; на фиг.2 фрагмент сварного ротора с диском со смещенной наружной частью относительно внутренней; на фиг.3 диск сварного ротора с расширенной в одну сторону относительно оси симметрии наружной частью; на фиг.4 диск сварного ротора с зауженной с одной стороны относительно оси симметрии наружной частью; на фиг.5 диск сварного ротора с разделенными по оси наружными частями.

Сварной ротор турбомашины содержит диски 1 с перемычками 2, наружными 3 и внутренними 4 частями, выступающими относительно перемычек 2. Диски 1 соединены сварными швами 5 по перемычкам 2. В продольном сечении наружная часть 3 диска выполнена асимметричной относительно внутренней части 4 по их радиальным осям. При этом ось 6 симметрии наружной части 3 смещена относительно оси 7 симметрии внутренней части 4 в сторону сварного шва 5 перемычки 2, в корне 8 которого требуется устранить растягивающие напряжения. Напряженное состояние перемычек 2 и наличие растягивающих или сжимающих осевых напряжений в корне 8 сварных швов 5 определяют расчетом при проектировании, экспериментальным путем или другими известными способами. Величину 9 асимметрии выбирают расчетным путем такой, чтобы в корне 8 сварных швов 5 при вращении ротора возникали сжимающие напряжения заданной величины с учетом знакопеременных напряжений от изгиба ротора под действием его веса. Асимметричность выполнения наружной части 3 относительно внутренней части 4 может быть достигнута за счет утолщения 10 наружной части 3 со стороны шва 5 перемычки 2 (фиг.3) или за счет ее утонения 11 со стороны, противоположной перемычке 2 (фиг.4). В сварном роторе, диск 1 которого имеет в продольном сечении две или более наружные части 12, 13 и 14 (фиг.5), оси 15 и 16 симметрии наружных частей 12 и 14 диска 1 не совпадают с осью 17 симметрии внутренней части 4 диска
При вращении вокруг продольной оси 18 сварного ротора с асимметричным расположением наружной 3 и внутренней 4 частей дисков 1 от центробежных сил возникают изгибающие моменты М в плоскости вращения ротора из-за различных радиальных перемещений U_r^A и U_r^B сторон 19 и 20 наружной части 3 диска (фиг. 2). Это происходит за счет того, что сторона 19 наружной части 3 как бы поддерживается внутренней частью 4 диска, а сторона 20 нависает над этой внутренней частью 4 диска, т.е. свободна в радиальном направлении r. При вращении ротора от центробежных сил сторона 20 в радиальном направлении r имеет большие перемещения, чем сторона 19 (U_r^B > U_r^A), и наружная часть 3 диска 1 поворачивается, изгибая перемычки 2 (фиг.2). При этом перемычка со сварным швом 5 изгибается выпуклостью от вращения ротора, т.е. на ее внутренней стороне 21 в районе корня 8 сварного шва 5 возникают сжимающие осевые напряжения σ_z< 0 (внутренние волокна перемычки 2 сжимаются).

Исключение растягивающих осевых напряжений в корне 8 сварных швов 5 и преобразование их в сжимающие напряжения приводит к исключению развития трещин от скрытых дефектов в зоне сварных швов в процессе эксплуатации ротора, что повышает его надежность и долговечность и, как следствие, безопасность работы турбомашины в целом.

Изобретение относится к конструкции сварных роторов для турбин большой единичной мощности и позволяет повысить надежность ротора. Сварной ротор содержит диски 1 с перемычками 2, наружными 3 и внутренними 4 частями, выступающими относительно перемычек. Диски соединены между собой сварными швами 5 по перемычкам 2. В продольном сечении наружная часть 3 диска выполнена ассиметрично относительно внутренней части 4. Ось 6 симметрии наружной части 3 смещена относительно оси 7 симметрии внутренней части 4 в сторону сварного шва 5, в корне 8 которого требуется устранить растягивающие напряжения, и при вращении ротора возникают сжимающие напряжения заданной величины. При вращении ротора от центробежных сил сторона 20 в радиальном направлении имеет большие перемещения, чем сторона 19, и наружная часть 3 поворачивается, изгибая перемычки 2 так, что на внутренней поверхности 21 в районе корня 8 сварного шва 5 возникают сжимающие осевые напряжения. Наличие сжимающих напряжений исключает развитие трещин от скрытых дефектов в зоне сварного шва 5, что повышает надежность и долговечность ротора. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СВАРНОЙ РОТОР ТУРБОМАШИНЫ, содержащий соединенные сварными швами по перемычкам диски, каждый из которых имеет выступающие относительно перемычек внутреннюю часть и по меньшей мере одну наружную часть с осями симметрии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем преобразования расстягивающих осевых напряжений в корне сварных швов в сжимающие напряжения, наружная часть диска выполнена асимметричной относительно его внутренней части по их радиальным осям, при этом ось симметрии наружной части смещено относительно оси симметрии внутренней части в сторону сварного шва для устранения растягивающих напряжений в корне сварного шва. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что наружная часть диска выполнена с утолщением со стороны перемычки. 3. Ротор по п.1, отличающийся тем, что наружная часть диска выполнена с утонением со стороны, противоположной перемычке. 4. Ротор по п.1, отличающийся тем, что хотя бы одна наружная часть диска выполнена со смещением оси ее симметрии относительно оси симметрии внутренней части диска.