СПОСОБ СБОРКИ ДВУХЪЯРУСНОЙ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦИЛИНДРА ТУРБИНЫ И УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ОБОДА ДИАФРАГМЫ С КОЗЫРЬКОМ ЗАДНЕГО МЕЖЪЯРУСНОГО УПЛОТНЕНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в двухъярусных проточных частях цилиндров низкого давления с двухъярусными ступенями, например, типа "Баумана".

Известен способ сборки проточной части цилиндра турбины с элементами уплотнения, выполненными заодно с ободом диафрагмы и размещенными со стороны внутренней поверхности бандажных полок рабочих лопаток, в котором при опускании ротора в нижнюю половину корпуса сдвигают ротор в осевом направлении, предварительно сдвинув колодки упорного подшипника. После закрытия верхней половины корпуса сдвигают ротор в рабочее положение и фиксируют упорные колодки подшипника стопорным кольцом (патент Швейцарии N 394252, кл. 14 с 21, опубликован в 1965 г). Недостаток такого способа - необходимость сдвига ротора в осевом направлении, что неприемлемо для двухпоточных двухъярусных проточных частей цилиндров турбины.

Известна двухъярусная проточная часть, где элементы уплотнения между ярусами устанавливаются с наружной поверхности полок-перегородок двухъярусных рабочих лопаток как со стороны входных, так и со стороны выходных кромок. Такая проточная часть не требует при сборке осевого сдвига ротора, однако, в таком устройстве проточной части протечка рабочего тела через уплотнения со стороны входных кромок направлена вдоль основного потока верхнего яруса, а со стороны выходных кромок - навстречу. Согласно данным испытаний (Трояновский Б. И. и др. О структуре потока в области разделительной перегородки двухъярусной ступени, "Известия высших учебных заведений. Энергетика", 1971, N 6, с. 28-31) направление потока протечки рабочего тела, не совпадающее с основным потоком, вызывает отрыв основного потока в корневой зоне рабочего колеса верхнего яруса, что значительно снижает коэффициент полезного действия ступени. Кроме того, такое расположение щели заднего межъярусного уплотнения затрудняет удаление капельной влаги, образующейся в нижнем ярусе и являющейся эрозионноопасной для рабочих лопаток последней ступени.

Известен способ сборки двухъярусной проточной части цилиндра турбины с уплотнительными элементами с внутренней стороны полок-перегородок рабочих лопаток предыдущей ступени, который принят за прототип и заключается в следующем. Сначала устанавливают нижнюю половину козырька заднего межъярусного уплотнения в паз диафрагмы в положение, предотвращающее задевание выходных кромок полок-перегородок рабочих лопаток, устанавливают ротор в нижнюю половину корпуса цилиндра турбины, сдвигают нижнюю половину козырька в осевом направлении под полки-перегородки и фиксируют его в рабочем положении стопорными элементами, которые устанавливают в паз диафрагмы. Аналогично устанавливают верхнюю половину козырька с верхней половиной диафрагмы, сдвигают козырек в рабочее положение и фиксируют стопорными элементами, которые устанавливают в паз козырька. Затем диафрагму сбалчивают по горизонтальному разъему (авторское свидетельство N 542009, кл. F 01 D 9/02, 1977).

Недостатки прототипа:
1. Усложнение технологии сборки или разборки проточной части из-за необходимости снятия и перестановки стопорных элементов, контроля центровки внешнего входного козырька диафрагмы при каждом случае поднятия или опускания ротора.

2. Недостаточная жесткость осевой фиксации и радиальной центровки внешнего козырька из-за наличия промежуточных стопорных элементов, закрепляемых крепежом (винтами, стопорными шайбами), невозможность применения сварки для их закрепления.

3. Недостаточная надежность осевой фиксации и радиальной центровки козырька из-за возможности повреждения стопорных элементов во время работы турбины, поскольку они расположены в проточной части и подвержены влиянию пара и эрозионноопасной влаги.

Известен узел соединения диафрагмы последней ступени с входным внешним козырьком, несущим уплотнительные элементы со стороны внутренней поверхности полок-перегородок двухъярусных рабочих лопаток предыдущей ступени. В диафрагме и во внешнем козырьке выполнено по кольцевому пазу, образующему опорный кольцевой выступ. Пазы в диафрагме и во внешнем козырьке по осевым размерам больше размера соответствующих выступов козырька и диафрагмы на величину осевого зазора, несколько большую осевой перекрыши между кромкой полок-перегородок двухъярусных рабочих лопаток и кромкой уплотнительных элементов козырька. Выступ козырька упирается в выступ диафрагмы одной его боковой стороной, а в указанные осевые зазоры устанавливаются стопорные элементы (шпонки, стопоры и др. ) фиксирующие козырек от осевого и поперечного (радиального) смещения (Авторское свидетельство N 542009, кл. F 01 D 9/02, 1977). Это устройство по совокупности признаков наиболее близко к предлагаемому техническому решению и принимается за прототип. Использование в устройстве съемных стопорных элементов для фиксации козырька диафрагмы от осевого смещения обуславливает недостатки, указанные выше: усложнение сборки и разборки проточной части, необходимость контроля центровки козырька диафрагмы при каждой сборке и разборке, недостаточные жесткость и надежность осевой центровки козырька.

Задачей изобретения является: во-первых, исключение применения съемных стопорных элементов, фиксирующих от осевого смещения козырек диафрагмы при сборке и разборке двухъярусной проточной части турбины без сдвига ротора, что упрощает технологию сборки и разборки в случае необходимости поднятия или опускания ротора, во-вторых, повышение жесткости осевой центровки внешнего козырька и повышение надежности козырька.

Указанная цель достигается в способе сборки двухъярусной проточной части цилиндра турбины, содержащем установку на ободе диафрагмы нижней половины внешнего входного козырька с уплотнительными элементами со стороны внутренней поверхности полок двухъярусных рабочих лопаток в положение, допускающее свободное опускание ротора, после установки ротора сдвиг нижней половины козырька в осевом направлении внутрь полок лопаток и осевую фиксацию козырька в рабочем положении относительно диафрагмы, в котором согласно изобретению при указанной установке нижней половины козырька его фиксируют в осевом направлении, соединяя по подвижной посадке одну пару кольцевых паза и выступа козырька и обода диафрагмы, обеспечивающую свободное опускание ротора, после установки ротора перед осевым сдвигом нижней половины козырька ее снимают с обода диафрагмы, осевую фиксацию козырька относительно диафрагмы в его рабочем положении выполняют, соединяя по подвижной посадке другую пару кольцевых паза и выступа обода диафрагмы и козырька, обеспечивающую положение козырька над полкой-перегородкой рабочей лопатки с перекрышей.

Указанная задача решена также в узле соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения для осуществления предложенного способа, содержащем обод диафрагм с кольцевым пазом на входе и козырек заднего межъярусного уплотнения внутренней поверхности полок рабочих лопаток, несущий уплотнительные элементы и выполненный с кольцевым выступом, размещенным в пазу обода диафрагмы, в котором согласно изобретению по крайней мере в нижней половине козырька выполнен кольцевой паз, а в ободе диафрагмы по крайней мере в нижней половине, за пазом обода по ходу рабочего тела - кольцевой выступ, осевой размер которого соответствует осевому размеру паза выступа козырька с учетом подвижной посадки, при этом осевой шаг между пазом выступа козырька и выступом обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, а осевой размер паза обода соответствует осевому размеру размещенного в нем выступа козырька с учетом подвижной посадки.

Задача изобретения решена в другом узле соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения для осуществления предложенного способа, содержащем обод диафрагмы с кольцевым пазом на входе и козырек заднего межъярусного уплотнения внутренней поверхности полок рабочих лопаток, несущий уплотнительные элементы и выполненный с кольцевым выступом, размещенным в кольцевом пазу обода диафрагмы, в котором согласно изобретению в ободе диафрагмы по крайней мере в нижней половине за указанным пазом по ходу рабочего тела выполнен дополнительный кольцевой паз, при этом осевой шаг между указанными пазами обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, а осевые размеры обоих пазов обода диафрагмы и выступа козырька соответствуют друг другу с учетом подвижной посадки.

Фиксирование от осевого смещения козырька диафрагмы в его рабочем положении и в положении, допускающем свободное опускание ротора посредством соединения по подвижной посадке кольцевых паза-выступа диафрагмы и козырька, позволяет упростить сборку и разборку проточной части, обеспечивает как более жесткую и надежную осевую фиксацию козырька по сравнению со стопорными элементами, так и более жесткую и надежную центровку козырька за счет возможности применения сварки для закрепления элементов, предназначенных для центровки. Сущность предложенных способа и устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен отсек ступеней двухъярусной проточной части турбины, содержащий первый вариант исполнения узла соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения - верхняя половина;
на фиг. 2 - указанный отсек, нижняя половина;
на фиг. 3 - сечение по нижней центрирующей шпонке;
на фиг. 4 - сечение Д-Д по фиг. 3;
на фиг. 5 - вид А (на разъем) по фиг. 1;
на фиг. 6 - сечение Б-Б по фиг. 5;
на фиг. 7 - сечение Г-Г по фиг. 5;
на фиг. 8 - положение нижней половины диафрагмы и козырька в процессе сборки;
на фиг. 9 - отсек ступеней двухъярусной проточной части турбины, содержащий второй вариант исполнения узла соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения - нижняя половина.

Отсек двухъярусной проточной части включает диафрагму двухъярусной ступени 1, двухъярусные рабочие лопатки 2 с полками-перегородками 3, узел соединения диафрагмы последней ступени, состоящий из двух половин - верхней 4 и нижней 5, с внешним входным козырьком, состоящим также из двух половин - верхней 6 и нижней 7. Уплотнительные элементы 8 двухъярусной диафрагмы 1 установлены снаружи входной консоли 9 полок-перегородок 3 двухъярусных рабочих лопаток 2, уплотнительные элементы 10 внешнего входного козырька обеих половин 6 и 7, установлены со стороны внутренней поверхности выходной консоли 11 полок-перегородок 3 двухъярусных рабочих лопаток 2. Обе половины входного козырька 6 и 7 имеют на выходном конце полукольцевой опорный выступ соответственно 12 и 13, которым они устанавливаются в полукольцевом пазу 14, 15, выполненном со стороны проточной части соответственно верхней 4 и нижней 5 половины диафрагмы последней ступени. В обеих половинах 4 и 5 диафрагмы последней ступени по первому варианту за полукольцевым пазом 14, 15 по ходу рабочего тела выполнен путем проточки закрытого (или открытого) паза 16 смежный с пазами 14 и 15 кольцевой выступ 17 диафрагмы. В опорных выступах 12, 13 обеих половин козырька 6, 7 выполнен полукольцевой паз 18, соответствующий по осевым и радиальным размерам выступу 17 верхней 4 и нижней 5 половин диафрагмы последней ступени. При механической обработке диафрагмы и козырька по отдельным половинам в их верхних половинах 4, 6 пазы 16 и 18, а также выступ 17 можно не изготавливать. Осевой шаг "c" между пазом 18, 19 опорных выступов 12, 13 входного козырька 6, 7 и выступом 17 диафрагмы равен сумме осевых расстояний: "a" - перекрыши между кромкой выходной консоли 11 полок-перегородок 3 рабочих лопаток 2 и кромкой уплотнительных элементов 10 входного козырька 6, 7, и величины технологического зазора "b", необходимого для свободного опускания или подъема ротора с двухъярусными лопатками 2. Нижняя половина 7 входного козырька для центровки имеет около горизонтального разъема сваренные с козырьком опорные шпонки 19 с пригоночными пластинами 20, которыми она устанавливается в углубление 21 нижней половины диафрагмы последней ступени 5 и стопорно-центрирующие планки 22. Внизу нижней половины диафрагмы последней ступени 5 установлена поперечная шпонка 23, а внизу нижней половины входного козырька 7 имеется паз 24, которым он центрируется по шпонке 23. Обе половины входного козырька 6 и 7 имеют фланцы 25 и 26 соответственно, которыми они скрепляются по горизонтальному разъему с помощью крепежных элементов 27. При этом пластины 20 и шпонку 23 после окончания первой центровки приваривают соответственно к козырьку и к ободу диафрагмы.

По второму варианту выполнения узла соединения диафрагмы с козырьком в обеих половинах 4 и 5 диафрагмы за полукольцевым пазом 14, 15 по ходу рабочего тела выполнен дополнительный кольцевой паз 16, осевой размер которого соответствует осевому размеру выступов 12, 13, осевой шаг между пазом 14, 15 и пазом 16 диафрагмы выполнен равным сумме осевых расстояний "a" - перекрыши между кромкой консоли 11 и кромкой элемента 10, технологического зазора "B", необходимого для свободного опускания или подъема ротора с лопатками 2.

Предлагается следующий порядок сборки отсека ступеней двухъярусной проточной части: сначала устанавливают нижние половины диафрагм предпоследней ступени 1 и других предшествующих ступеней (не показаны). Затем устанавливают нижнюю половину диафрагмы последней ступени 5. Затем пазом 18 на выступ 1 по подвижной посадке устанавливают нижнюю половину козырька 7, при этом выступ 13 нижней половины располагают частично в пазу 15 и частично в пазу 16. Затем опускают ротор с рабочими лопатками всех ступеней, в т.ч. и предпоследней 2. При этом между уплотнительным элементом 10 и выходной консолью 11 полки-перегородки 3 получается зазор "b", входная консоль 9 полки-перегородки 3 оказывается внутри выходного козырька 8 диафрагмы 1. После установки ротора нижнюю половину входного 7 козырька приподнимают над выступом 17, передвигая в осевом направлении в сторону рабочих лопаток 2 и устанавливают выступом 13 в паз 15 нижней половины диафрагмы последней ступени 5. При этом между выходной консолью 11 полки-перегородки 3 и уплотняющим элементом 10 получается перекрыша "a", нижняя половина козырька 7 зафиксирована от осевого смещения в рабочем положении выступом 13 в пазу 15 диафрагмы. Центровку нижней половины козырька 7 в рабочем положении осуществляют с помощью типовых элементов: шпонки 23, которую устанавливают в пазу 24 нижней половины козырька 7, опорных шпонок 19 с пригоночными пластинами 20, устанавливаемых в пазу 21 нижней половины диафрагмы 5 под опорные шпонки 19, и стопорно-центрирующих планок 22. При этом шпонку 23 неразъемно скрепляют с нижней половиной диафрагмы 5, например, с помощью сварки. По завершению работ по центровке в рабочем положении нижней половины входного козырька 7 в нижней половине диафрагмы последний ступени 5, устанавливается верхняя половина входного козырька 6 фланцем 25 на фланец 26 нижней половины входного козырька 7 под полки-перегородки 3 рабочих лопаток предпоследней ступени 2 с обеспечением перекрыши "a" между консолью 11 и уплотняющим элементом 10. Затем проверяется центровка верхней половины козырька 6 относительно рабочих лопаток 2. После установки верхней половины входного козырька 6 в рабочем положении производится его скрепление с нижней половиной входного козырька 7. В качестве крепежных элементов 27 используются призонные болты (шпильки) с гайками. После сборки половинок входного козырька 6 и 7 на верхнюю половинку входного козырька 6 устанавливается верхняя половина диафрагмы последней ступени 4. При этом полукольцевой паз 14 в верхней половине диафрагмы одевается на полукольцевой выступ 12 верхней половины козырька 6. Затем обе половинки диафрагмы последней ступени 4, 5 сбалчиваются по горизонтальному разъему.

В случае использования второго варианта узла соединения диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения в предложенном выше способе перед опусканием ротора нижнюю половину козырька 7 устанавливают по подвижной посадке в технологический паз 16, после установки ротора нижнюю половину козырька 7 снимают с диафрагмы, приподнимая над пазом 16 последний, и фиксируют в осевом направлении в рабочем положении нижнюю половину козырька 7 путем установки по подвижной посадке выступа 13 козырька в паз 15 диафрагмы.

Разборку отсека с предлагаемой конструкцией входного козырька диафрагмы последней ступени осуществляют в обратном порядке. При этом шпонка 23 постоянно остается на своем месте, что и обеспечивает процесс центровки нижней половины входного козырька 7 при его последующей установке, а также отсутствует необходимость подгонки опорных шпонок 19 и пластин 20, что также упрощает процесс центровки нижней половины выходного козырька 7.

При работе турбины с двухъярусной проточной частью по фиг. 1 часть рабочего тела, отработавшего в нижнем ярусе диафрагмы 1 протекает в зазор, образованный уплотнительным элементом 8 диафрагмы 1 и входной консолью 9 полки-перегородки 3 рабочей лопатки 2. При выходе из указанного зазора протечка имеет направление потока практически совпадающее с направлением движения потока рабочего тела в рабочей лопатке верхнего яруса. Часть рабочего тела, отработавшая в нижнем ярусе рабочей лопатки 2, протекает в зазор между выходной консолью 11 полки-перегородки 3 рабочей лопатки 2 и уплотнительным элементом 10, установленным на обеих половинах входного козырька 6, 7 диафрагмы последней ступени 4, 5. При выходе из данного зазора поток рабочего тела имеет также направление потока, совпадающее с направлением выхода основного потока из верхнего яруса рабочей лопатки 2 и, следовательно, поток протечки не вызывает отрыв основного потока от межъярусной полки-перегородки 3 рабочей лопатки 2 и от входного козырька 6, 7 диафрагмы последней ступени 4, 5.

Применение предлагаемого способа сборки двухъярусной проточной части цилиндра турбины и узла соединения диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения позволяет уменьшить потери, вызванные отрицательным воздействием протечки рабочего тела из нижнего яруса двухъярусной ступени (например, ступени "Баумана") в верхний и тем самым повысит КПД рабочих лопаток верхнего яруса, при этом упрощается технология сборки или разборки проточной части из-за отсутствия необходимости снятия и перестановки стопорных элементов, контроля центровки внешнего входного козырька диафрагмы при каждом случае поднятия или опускания ротора; повышается жесткость как осевой фиксации, так и центровки внешнего козырька; повышается надежность работы турбины из-за исключения возможности повреждения стопорных элементов во время работы турбины.

Изобретение может быть использовано в области энергомашиностроения для двухпоточной проточной части цилиндров низкого давления турбин с двухъярусными ступенями. Способ сборки проточной части цилиндра турбины заключается в установке на нижней половине обода диафрагмы нижней половины козырька заднего межъярусного уплотнения в положение, допускающее свободное опускание ротора в нижнюю половину корпуса, сдвиге нижней половины козырька внутрь лопаток в осевом направлении, осевой фиксации козырька в рабочем положении. При указанной установке козырька перед опусканием ротора нижнюю половину козырька фиксируют от осевого смещения, соединяя по подвижной посадке кольцевые паз козырька и выступ диафрагмы или паз и выступ соответственно диафрагмы и козырька в зависимости от выполнения узла соединения обода диафрагмы с козырьком. Для осуществления указанного способа сборки предложены два варианта выполнения узла соединения обода диафрагмы и козырька. По первому варианту в указанном узле соединения по крайней мере в нижних половинах диафрагмы и козырька выполнены за пазом обода диафрагмы по ходу рабочего тела кольцевой выступ, а в выступе козырька кольцевой паз, при этом осевые размеры паза и выступа выполнены соответствующими друг другу с учетом подвижной посадки. Осевой шаг между пазом козырька и выступом обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, осевой размер паза соответствует осевому размеру размещенного в нем выступа козырька с учетом подвижной посадки. По второму варианту в указанном узле соединения по крайней мере в нижней половине диафрагмы в ее ободе за пазом по ходу рабочего тела выполнен дополнительный кольцевой паз, при этом осевой шаг между указанными пазами обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, а осевые размеры обоих пазов обода и выступа козырька соответствуют друг другу с учетом подвижной посадки. Использование в способе и устройстве соединений паз - выступ диафрагмы и козырька позволяет исключить снятие и переустановку стопорных элементов, что упрощает технологию сборки и разборки проточной части, при этом обеспечена возможность использования несъемных элементов центровки козырька. 3 с.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ сборки двухъярусной проточной части цилиндра турбины, содержащий установку на ободе диафрагмы нижней половины внешнего входного козырька с уплотнительными элементами со стороны внутренней поверхности полок двухъярусных рабочих лопаток в положение, допускающее свободное опускание ротора, после установки ротора сдвиг нижней половины козырька в осевом направлении внутрь полок лопаток и осевую фиксацию козырька в рабочем положении относительно диафрагмы, отличающийся тем, что при указанной установке нижней половины козырька его фиксируют в осевом направлении, соединяя по подвижной посадке одну пару кольцевых паза и выступа козырька и обода диафрагмы, обеспечивающую свободное опускание ротора, после установки ротора перед осевым сдвигом нижней половины козырька ее снимают с обода диафрагмы, осевую фиксацию козырька относительно диафрагмы в его рабочем положении выполняют, соединяя по подвижной посадке другую пару кольцевых паза и выступа обода диафрагмы и козырька, обеспечивающую положение козырька над полкой-перегородкой рабочей лопатки с перекрышей. 2. Узел соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения для осуществления способа по п. 1, содержащий обод диафрагмы с кольцевым пазом на входе и козырек заднего межъярусного уплотнения внутренней поверхности полок рабочих лопаток, несущий уплотнительные элементы и выполненный с кольцевым выступом, размещенным в пазу обода диафрагмы, отличающийся тем, что, по крайней мере, в нижней половине козырька выполнен кольцевой паз, а в ободе диафрагмы, по крайней мере, в его нижней половине за указанным пазом обода по ходу рабочего тела выполнен кольцевой выступ, осевой размер которого соответствует осевому размеру паза выступа козырька с учетом подвижной посадки, при этом осевой шаг между пазом выступа козырька и выступом обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, а осевой размер паза обода соответствует осевому размеру размещенного в нем выступа козырька с учетом подвижной посадки. 3. Узел соединения обода диафрагмы с козырьком заднего межъярусного уплотнения для осуществления способа по п.1, содержащий обод диафрагмы с кольцевым пазом на входе и козырек заднего межъярусного уплотнения внутренней поверхности полок рабочих лопаток, несущий уплотнительные элементы и выполненный с кольцевым выступом, размещенным в кольцевом пазу обода диафрагмы, отличающийся тем, что в ободе диафрагмы, по крайней мере, в его нижней половине за указанным пазом по ходу рабочего тела выполнен дополнительный кольцевой паз, при этом осевой шаг между указанными пазами обода диафрагмы выполнен не менее осевой перекрыши между полками лопаток и уплотнительными элементами козырька, а осевые размеры обоих пазов обода и выступа козырька соответствуют друг другу с учетом подвижной посадки.