РОТОР ТУРБИНЫ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2015 года по МПК F01D5/30 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Область техники изобретения относится к роторам турбин для тепловой электростанции, а более конкретно - к креплению лопаток к валу ротора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вопрос о том, как крепить лопатки к валу ротора турбины для тепловой электростанции, уже привел к появлению нескольких устройств, примечательным из которых является устройство для установки лопаток на диск ротора, прикрепленный к валу, при этом лопатки имеют хвостовик в форме ″елочки″ и лопатку, причем лопатка крепится к диску ротора своим хвостовиком, посредством скользящего соединения, вдоль оси относительно вала, вслед за которым производят фиксацию, препятствующую дальнейшему осевому поступательному перемещению.

В этой связи известна патентная заявка US 4349318, в которой раскрыт ротор турбины для тепловой электростанции, при этом упомянутый ротор содержит диск ротора, прикрепленный к валу, причем упомянутый диск ротора содержит множество выступов, образующих каналы, разнесенные по периферии диска, при этом данные каналы направлены вдоль оси относительно диска ротора, и множество лопаток, каждая из которых содержит хвостовки, установленные таким образом, что они дополняют канал. Такая лопатка имеет некоторую степень подвижности, что касается осевого поступательного перемещения относительно упомянутого диска ротора. Данная патентная заявка также описывает фиксирующее устройство для фиксации лопатки в направлении ее осевого поступательного перемещения в первом направлении, причем упомянутое фиксирующее устройство располагается в основном внутри углубления диска ротора, которое располагается под хвостовиком лопатки. Также обеспечен концевой упор, способный фиксировать лопатку во втором осевом направлении, причем данный концевой упор образован выступом, который может упираться в поверхность диска ротора и находится практически на противоположном в осевом направлении конце фиксирующего устройства.

Такое устройство имеет значительный недостаток, состоящий в высоком уровне напряжений на фиксирующем устройстве, особенно на участке, где диск ротора прикреплен к валу, причем данное напряжение вызвано центробежным растяжением лопатки при вращении упомянутого вала ротора.

Более того, данное напряжение повреждает средство фиксации и потенциально приводит к его растрескиванию. В результате не обеспечивается надлежащая работоспособность оборудования, а в самом худшем случае лопатка может отсоединиться.

Другим недостатком такого устройства является сложность в изготовлении и эксплуатации. В частности, чтобы уменьшить высокие напряжения в области фиксирующего устройства, был добавлен концевой упор, который фиксирует лопатку в одном из осевых направлений. Кроме того, само фиксирующее устройство сложно в осуществлении, так как его тоже необходимо удерживать в зафиксированном положении посредством другого удерживающего устройства в области отверстия в углублении диска ротора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение направлено на решение всех или некоторых недостатков предшествующего уровня техники, в частности проблем напряжений между валом, прикрепленным к диску ротора, и лопатками турбины для тепловой электростанции, которые просты в осуществлении.

Для этого согласно первому объекту изобретения предложен ротор турбины для тепловой электростанции, содержащий:

- множество лопаток, каждая из которых содержит, по меньшей мере, один хвостовик и тело лопатки; и

- по меньшей мере, один диск ротора, прикрепленный к валу, способному вращаться вокруг опорной оси, причем диск ротора содержит на своей периферии выступы, к которым прикреплены лопатки таким образом, что тела лопаток располагаются радиально по отношению к опорной оси;

при этом упомянутый ротор представляет собой ротор, в котором:

- диск ротора содержит канавку, открытую в осевом направлении и имеющую нижнюю поверхность и верхнюю поверхность, причем нижняя поверхность канавки диска ротора расположена на периферии упомянутого диска ротора, а верхняя поверхность канавки диска ротора расположена на выступах и обращена к нижней поверхности;

- каждая из лопаток содержит на своем хвостовике боковой выступ, направленный вдоль оси, причем упомянутый боковой выступ имеет, на своей нижней части, канавку, которая имеет верхнюю поверхность, расположенную вслед за верхней поверхностью канавки диска ротора;

- по меньшей мере, одно средство фиксации для фиксации лопаток установлено в канавке диска ротора.

Таким образом, боковой выступ каждой из лопаток позволяет канавке диска ротора находиться на расстоянии таким образом, что она не располагается непосредственно под хвостовиком лопатки.

На самом деле такая конструкция позволяет снизить напряжения от центробежного растяжения лопатки при работе упомянутого ротора.

Такое уменьшение упомянутого напряжения также увеличивает срок службы лопатки, повышает безопасность эксплуатации и открывает возможность для использования более тонких лопаток большей массы, при этом их устойчивость под нагрузкой, по меньшей мере, не хуже.

Согласно еще одному техническому признаку выступы диска ротора образуют каналы, продолжающиеся вдоль опорной оси, причем хвостовики лопаток принадлежат к "елочному" типу таким образом, что каждый из упомянутых хвостовиков образует скользящее соединение с одним из упомянутых каналов.

Такая конструкция дает возможность устанавливать лопатки посредством скользящего соединения в каналы, которые проходят вдоль оси между выступами. Такая установка осуществляется быстро и легко.

Канавка диска ротора предпочтительно имеет, в области ее выступов, осевое сечение с углублением и открытым участком, на котором канавка открывается в осевом направлении, причем углубление имеет радиальную ширину больше, чем радиальная ширина открытого участка.

Термин "осевое сечение" означает сечение в плоскости, содержащей опорную ось.

Аналогично этому, термин "радиальная ширина" означает размер, измеренный по прямой линии, ортогональной по отношению к опорной оси. Радиальная ширина в осевом сечении согласно данным определениям соответствует размеру, измеряемому по прямой, ортогональной по отношению к опорной оси, причем упомянутая прямая и упомянутая опорная ось содержатся в плоскости сечения.

Такая конструкция дает возможность, с одной стороны, вставить средство фиксации в углубление через открытый участок, а с другой стороны - удерживать средство фиксации в углублении посредством, по меньшей мере, одной опорной поверхности упомянутого углубления, когда к средству фиксации приложена нагрузка. При этом функция опорной поверхности углубления, расположенной вблизи открытого участка, состоит в удерживании средства фиксации внутри упомянутого углубления, и это получается в результате разницы между величинами их радиальной ширины.

Согласно одному конкретному варианту осуществления упомянутое сечение предпочтительно имеет T-образную форму, ориентированную в осевом направлении, т.е. в форме буквы Т, имеющей ось симметрии, образованную прямой линией, совпадающей с опорной осью.

Другими словами, T-образная форма образована углублением и открытым участком, при этом углубление в данном сечении имеет, по существу, продолговатую форму, направленную радиально относительно опорной оси, а открытый участок имеет прямое сечение, направленное в осевом направлении относительно упомянутой опорной оси.

Согласно одному конкретному признаку диск ротора содержит, по меньшей мере, одну боковую стенку, расположенную на одной из сторон упомянутого диска ротора, и боковые выступы хвостовиков лопатки, каждый из которых содержит боковую поверхность, выровненную по радиусу, по меньшей мере, с одной из упомянутых боковых стенок.

Под "боковыми" стенками подразумеваются стенки, продолжающиеся в радиальном направлении, образуя, по меньшей мере, одну боковую сторону соответствующего элемента.

В частности, такое выравнивание боковых стенок в области бокового выступа хвостовиков лопаток, по меньшей мере, с одной из боковых стенок диска ротора улучшает поток текучей среды через турбину и оптимизирует распределение напряжений.

Средство фиксации лопатки предпочтительно имеет:

- по меньшей мере, один нижний профиль, размещаемый в канавке диска ротора, контактирующий с нижней поверхностью упомянутой канавки диска ротора и, по существу, повторяющий ее форму; и

- по меньшей мере, один верхний профиль, устанавливаемый в канавке диска ротора и в канавках лопаток, контактирующий с верхними поверхностями канавки диска ротора и канавок лопаток и, по существу, повторяющий их форму.

Такие нижние и верхние профили, следовательно, позволяют зафиксировать лопатку, по меньшей мере, что касается перемещения в осевом направлении. В частности, по меньшей мере, в одном направлении упомянутой опорной оси.

Такая фиксация особенно предпочтительна, в особенности когда лопатка закреплена на диске ротора скользящим соединением, например, хотя и не обязательно, с помощью хвостовика елочного типа. В частности, так как лопатка закреплена скользящим соединением, она может быть полностью зафиксирована, то есть обездвижена, посредством упомянутых профилей во время работы диска ротора, а именно - его вращения.

Нижний профиль и верхний профиль предпочтительно содержат, по меньшей мере, промежуточный замыкающий элемент, прочно прижимающий нижний профиль и верхний профиль к нижней поверхности канавки диска ротора и к верхним поверхностям канавки диска ротора и канавок на лопатках соответственно.

Согласно другому техническому признаку:

- одна из верхних поверхностей канавки опирается на выступ, и

- на участке одного из каналов расположено отверстие, при этом каждый из упомянутых каналов ограничен двумя выступами диска ротора, продолжающимися вдоль опорной оси,

и совместно они образуют шаг канавки, при этом упомянутая канавка, по существу, круговая, а нижний профиль и верхний профиль образуют дугу окружности, продолжающуюся, по меньшей мере, на одном шаге упомянутой канавки.

Диск ротора предпочтительно имеет внутреннюю сторону, расположенную у воздухозаборника турбины, и наружную сторону, расположенную у воздуховыпускного канала турбины, при этом выступ находится с наружной стороны.

Турбина для тепловой электростанции обычно состоит из статора, состоящего из корпуса, снабженного неподвижными отражателями, через который проходит ротор, содержащий вращающийся вал, при этом на дисках ротора, прикрепленных к упомянутому валу, установлены лопатки. Таким образом, в случае с турбиной, через которую протекает текучая среда, например пар, упомянутая текучая среда течет из того места, где она попадает в турбину, в то место, откуда она выходит из турбины, изнутри наружу, при этом выступ предпочтительно расположен снаружи, т.е. со стороны, откуда текучая среда выходит из турбины.

В частности, такая конструкция дает возможность улучшить внутреннюю аэродинамику турбины и, следовательно, оптимизировать поток текучей среды.

Согласно другому объекту изобретения также предложена турбина для тепловой электростанции, содержащая такой ротор.

Согласно еще одному объекту изобретения предложен способ сборки описанного выше ротора, содержащий следующие этапы:

- устанавливают лопатки между выступами;

- устанавливают, по меньшей, один нижний профиль и, по меньшей мере, один верхний профиль в канавку диска ротора и канавку лопатки;

- устанавливают промежуточный замыкающий элемент таким образом, чтобы прочно прижать, по меньшей мере, один нижний профиль и, по меньшей мере, один верхний профиль соответственно:

- к нижней поверхности канавки диска ротора и

- к верхним поверхностям упомянутой канавки диска ротора и канавок лопаток.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения нижеследующего описания, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фиг.1 иллюстрирует лопатку по одному из вариантов осуществления;

- Фиг.2 и 3 - лопатку, установленную на диск ротора согласно одному из вариантов осуществления;

- Фиг.4 и 5 - хвостовик лопатки по одному из вариантов осуществления;

- Фиг.6 - круговой участок канавки, содержащей средство фиксации лопатки согласно одному из вариантов осуществления;

- Фиг.7а, 7b и 7c - в разрезе канавку, содержащую средство фиксации лопатки, согласно тому же варианту осуществления;

- Фиг.8 - хвостовик лопатки со средством фиксации по одному из вариантов осуществления;

- Фиг.9 - множество лопаток, каждая из которых установлена на диск ротора согласно одному из вариантов осуществления;

- Фиг.10 - ротор турбины согласно одному из вариантов осуществления.

Для большей ясности идентичные или подобные элементы на всех чертежах указаны одинаковыми номерами ссылочных позиций.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг.1 показана лопатка по одному из вариантов осуществления. В частности, данный чертеж более детально отображает лопатку 3 для турбины 2 тепловой электростанции, причем данная лопатка 3 расположена на роторе 1, а именно на диске 6 ротора, который прикреплен к валу 7, способному вращаться вокруг опорной оси Δ (см. также фиг.10).

Для большей ясности данный чертеж не отображает диск 6 ротора полностью. На нем изображен лишь периферийный участок 6', находящийся на периферии упомянутого диска ротора и содержащий выступы 8, в которые вставляют лопатки.

В данном варианте осуществления выступы 8 диска 6 ротора образуют каналы 14, продолжающиеся вдоль опорной оси Δ.

Кроме того, хвостовики 4 лопаток 3 принадлежат к "елочному" типу - такому, что каждый из упомянутых хвостовиков 4 образует скользящее соединение с одним из упомянутых каналов 14.

"Елочная" форма - это определение для хвостовика, который в сечении, ортогональном относительно опорной оси, имеет продолговатую форму, ширина которой, измеряемая между его боковыми стенками, не постоянна, при этом упомянутые боковые стенки в общем случае симметричны одна относительно другой по отношению к радиальной оси симметрии и в общем случае имеют волнистый профиль.

Кроме того, диск 6 ротора содержит канавку 9, открытую в осевом направлении и имеющую нижнюю поверхность 9a и верхнюю поверхность 9b, причем нижняя поверхность 9a канавки 9 диска 6 ротора расположена на периферии 6' упомянутого диска 6 ротора, а верхняя поверхность 9b канавки 9 диска 6 ротора расположена на выступах 8 и обращена к нижней поверхности 9a.

Термин "открытая в осевом направлении" означает, что канавка имеет восходящее отверстие, направленное вдоль опорной оси Δ.

На хвостовике 4 лопатка 3 содержит боковой выступ 10, направленный вдоль оси.

На фиг.2 и 3 показана лопатка 3, расположенная на диске ротора согласно одному из вариантов осуществления. Из соображений ясности изображена только одна лопатка 3.

В данном варианте осуществления лопатка 3 изображена прикрепленной к диску 6 ротора посредством средства фиксации 13 для фиксации лопатки 3, причем упомянутое средство фиксации 13 установлено в канавке 9 диска 6 ротора.

Лопатка дополнительно содержит, у ее хвостовика 4, боковой выступ 10, направленный вдоль оси, причем упомянутый боковой выступ 10 имеет в нижней части 10' канавку 11, имеющую верхнюю поверхность 12, которая, когда лопатка установлена в канале 14, располагается вслед за верхней поверхностью 9b канавки 9 диска 6 ротора.

Таким образом, боковой выступ 10 каждой из лопаток 3 позволяет канавке диска ротора находиться на расстоянии таким образом, что она не располагается непосредственно под хвостовиком лопатки 3. Это обусловлено тем, что такая компоновка дает возможность уменьшить напряжения от центробежного растяжения лопатки 3 при работе упомянутого ротора. Такое уменьшение упомянутого напряжения также позволяет использовать лопатки в течение более длительного периода, увеличивает безопасность эксплуатации и открывает возможность для использования лопаток большей массы, устойчивость которых под нагрузкой, по меньшей мере, не хуже.

Это особенно оптимально, когда выступ имеет длину в осевом направлении, составляющую, по существу, от 2% до 10% осевой длины хвостовика 4 лопатки 3.

Предпочтительно, чтобы осевая канавка 9 имела, в осевом направлении, глубину от 1% до 7% упомянутой осевой длины хвостовика 4 лопатки 3.

Говоря конкретнее, чтобы прикрепить лопатку 3 к диску 6 ротора, лопатку устанавливают посредством поступательного перемещения хвостовика 4 упомянутой лопатки 3 вдоль осевого канала 14, причем упомянутый канал 14 ограничен выступами 8 диска 6 ротора.

В данном варианте осуществления средство 13 фиксации лопатки имеет:

- нижний профиль 13a, в данном случае размещенный в канавке 9 диска 6 ротора, в контакте с нижней поверхностью 9a упомянутой канавки диска 6 ротора, по существу, повторяющий ее форму; и

- верхний профиль 13b, в данном случае размещенный в канавке 9 диска 6 ротора и в канавках 11 лопаток 3, контактирующий с верхними поверхностями 9b, 12b упомянутой канавки 9 диска 6 ротора и упомянутыми канавками 11 упомянутых лопаток 3, и по существу, повторяющий их форму.

Данное средство фиксации более подробно представлено на фиг.7а, 7b, 7c.

На фиг.4 и 5 показан хвостовик 4 лопатки 3 по одному из вариантов осуществления. В частности, данные чертежи более подробно иллюстрируют боковой выступ 10, расположенный на хвостовике 4 лопатки 3, причем упомянутый боковой выступ 10 имеет на своей нижней части 10' канавку 11, имеющую верхнюю поверхность 12.

Когда лопатка установлена на диске 6 ротора, верхняя поверхность 12 может быть затем размещена напротив нижней поверхности 9a и вслед за верхней поверхностью 9b канавки 9 диска 6 ротора, причем канавка 9 открывается в осевом направлении, так что средство фиксации 13 может быть размещено в ней путем вставки через открытое в осевом направлении отверстие.

На фиг.6 показан круговой участок канавки 9, содержащей средство фиксации 13 лопатки согласно одному из вариантов осуществления.

В частности, в данном варианте осуществления канавка 9 имеет, по существу, круглую форму. Данный чертеж отображает вид сбоку участка дуги окружности, которую образует канавка 9 и в которую вставлено средство фиксации 13.

Более подробно, канавка 9 содержит:

- нижнюю поверхность 9a, находящуюся на периферии 6' диска 6 ротора; и

- верхнюю поверхность 9b, 12, которая, в заданной точке канавки 9, либо:

- представляет собой верхнюю поверхность 9b, расположенную на выступах 8 и обращенную к нижней поверхности 9a; либо

- представляет собой верхнюю поверхность 12 канавки 11 выступа 10 хвостовика 4; при этом верхние поверхности 9b и 12 расположены вслед друг за другом, когда лопатки установлены на диск 6 ротора.

Данные поверхности - нижняя поверхность 9a и верхние поверхности 9b, 12 - изображены пунктиром. Так как верхние поверхности 9b и 12 являются продолжением друг друга, на чертеже нет отличий между данными двумя верхними поверхностями 9b и 12.

Лопатки 3 предпочтительно равномерно распределены вокруг диска 6 ротора, как и выступы 8. Отсюда следует, что верхняя поверхность образована, непрерывно и предпочтительно однородно, чередованием верхней поверхности 9b диска 6 ротора и верхней поверхности 12 лопатки 3.

Кроме того, верхняя поверхность 9b канавки 9 образована в выступе 8, и отверстие 14' (см. фиг.3), расположенное в области канала 14, ограниченного двумя выступами 8 диска 6 ротора, продолжающимися вдоль опорной оси Δ, образует шаг p для канавки 9, причем канавка 9, по существу, круговая, и нижние профили 13а и верхние профили 13b, образующие дугу окружности, могут продолжаться, по меньшей мере, на один шаг p, по существу, круговой канавки 9.

Это означает, что лопатка 3 может удерживаться на месте, когда средство фиксации вставлено в канавку 9. В частности, в такой конструкции, если, например, верхний профиль 13b расположен в верхней канавке 12 и контактирует только с верхней поверхностью 9b диска 6 ротора или с верхней поверхностью 12 хвостовика 4 лопатки 3, то упомянутая лопатка не может быть зафиксирована. Чтобы осуществить фиксацию, необходимо, чтобы упомянутый верхний профиль находился в контакте, по меньшей мере, с одной из верхних поверхностей 9b диска 6 и, по меньшей мере, с одной из верхних поверхностей 12 хвостовиков 4 лопаток 3. Данное условие выполняется, если нижние профили 13а и верхние профили 13b образуют дугу окружности, продолжающуюся, по меньшей мере, на один шаг p канавки.

Для данного варианта осуществления изображены различные профили, каждый из которых продолжается на участках дуги окружности, кратных шагу p канавки, например, на расстояние, равное одному шагу канавки 1p, двум шагам канавки 2p, трем шагам канавки 3p или даже четырем шагам канавки 4p.

Более подробно, в данном варианте осуществления средство 13 фиксации лопатки имеет:

- множество нижних профилей 13a, размещаемых в канавке 9 диска 6 ротора, контактирующих с нижней поверхностью 9a канавки диска 6 ротора и, по существу, повторяющих ее форму; и

- множество верхних профилей 13b, размещаемых в канавке 9 диска 6 ротора и в канавках 11 лопаток 3, контактирующих с верхними поверхностями 9b, 12 канавки 9 диска 6 ротора и канавок 11 лопаток 3 и, по существу, повторяющих их форму.

Кроме того, нижние профили 13a и верхние профили 13b в данном случае содержат промежуточный замыкающий элемент 13с, продолжающийся на длину одного шага p канавки и прочно прижимающий нижний профиль 13a и верхний профиль 13b соответственно к нижней поверхности 9a канавки и к верхним поверхностям 9b, 12 канавки 9 и канавок 11. Согласно одному из способов осуществления промежуточный соединительный элемент 13c является практически последним компонентом средства фиксации, который подлежит установке.

Более подробно, способ сборки ротора 1 турбины 2 для тепловой электростанции содержит, по меньшей мере, следующие этапы, в соответствии с которыми:

- устанавливают лопатки 3 между выступами 8;

- устанавливают, по меньшей, один нижний профиль 13a и, по меньшей мере, один верхний профиль 13b в канавку 9 диска 6 ротора и канавку 11 лопатки 3;

- устанавливают промежуточный замыкающий элемент 13с таким образом, чтобы прочно прижать, по меньшей мере, один нижний профиль 13а и, по меньшей мере, один верхний профиль 13b:

- к нижней поверхности 9а канавки 9 диска 6 ротора и

- к верхним поверхностям 9b, 12 канавки 9 диска ротора и канавок 11 лопаток 3 соответственно.

Данный промежуточный замыкающий элемент 13c, в особенности в ситуациях, когда канавка имеет круговую форму и, следовательно, не имеет концов, как дуга окружности, позволяет вставлять в нее нижние профили 13а и верхние профили 13b поочередно, через открытое в осевом направлении отверстие канавки 9, так что данные профили могут быть распределены по всей окружности канавки, при этом размещение упомянутых профилей эквивалентно, по существу, круглому профилю.

На фиг.7а, 7b и 7c показаны чертежи в разрезе канавки, содержащей средство фиксации лопатки, согласно тому же самому варианту осуществления.

В частности, на фиг.7a показан разрез по линии A-A. Данный разрез представляет собой разрез в плоскости, содержащей опорную ось Δ, и выполненный приблизительно в области выступа 8.

Более подробно, осевая канавка 9 имеет нижнюю поверхность 9a и верхнюю поверхность 9b, причем нижняя поверхность 9a канавки 9 диска 6 ротора расположена на периферии 6' упомянутого диска 6 ротора, а верхняя поверхность 9b канавки 9 диска 6 ротора расположена на выступах 8 и обращена к нижней поверхности 9a.

Кроме того, канавка 9 диска 6 ротора содержит, в области выступов 8, участок 15, по существу, T-образной формы, ориентированный в осевом направлении, т.е. в форме буквы Т, имеющей ось симметрии, образованную прямой линией d, совпадающей с опорной осью Δ.

Таким образом, T-образная канавка 9 содержит углубление и открытый участок, при этом углубление имеет сечение, по существу, продолговатой формы, направленной радиально относительно опорной оси, а открытый участок имеет прямое сечение, направленное в осевом направлении относительно упомянутой опорной оси Δ.

Кроме того, средство фиксации 13, изображенное здесь, имеет нижний профиль 13a, по существу, L-образной формы, расположенный в канавке 9 диска 6 ротора и контактирующий с нижней поверхностью 9a упомянутой канавки 9 диска 6 ротора, таким образом, что он, по существу, повторяет ее форму, и верхний профиль 13b, по существу, L-образной формы, расположенный в канавке 9 диска 6 ротора и контактирующий с верхней поверхностью 9b упомянутой канавки 9 диска 6 ротора, таким образом, что он, по существу, повторяет ее форму.

Эти два, по существу, L-образные профиля 13a, 13b образуют, при установке в канавке 9, по существу, T-образное средство фиксации, которое, по существу, повторяет T-образную форму упомянутой канавки 9.

Кроме того, существенное отличие фиг.7b от фиг.7a состоит в том, что на ней изображен разрез в плоскости, содержащей опорную ось Δ, сделанный в области хвостовика 4 лопатки 3.

Говоря подробнее, хвостовик 4 лопатки содержит боковой выступ 10, направленный по оси, причем упомянутый боковой выступ 10 имеет, на своей нижней части 10', канавку 11, которая имеет верхнюю поверхность 12, расположенную вслед за верхней поверхностью 9b канавки 9 диска 6 ротора.

Средство фиксации 13 содержит тот же нижний профиль 13a и верхний профиль 13b, как проиллюстрировано на фиг.7a, за исключением того, что в данном случае верхний профиль 13b расположен в канавке 11 одной из лопаток 3 и контактирует с верхней поверхностью 12 упомянутой канавки 11 лопатки 3, по существу, повторяя ее форму.

Кроме того, на фиг.7c показан вид в разрезе по линии B-B. Данный разрез представляет собой разрез в плоскости, содержащей опорную ось Δ, и выполнен приблизительно в области хвостовика 4 лопатки 3.

На данном виде средство фиксации дополнительно содержит промежуточный замыкающий элемент 13c, прочно прижимающий нижний профиль 13a и верхний профиль 13b соответственно к нижней поверхности 9a канавки и к верхней поверхности 12 канавки 11.

Кроме того, на данном виде нижний профиль 13a и верхний профиль 13b имеют меньшие размеры, что означает, что на заданном шаге p канавки, где нужно вставить промежуточный замыкающий элемент 13c, данный промежуточный замыкающий элемент может быть вставлен между упомянутыми нижним (13a) и верхним (13b) профилями, таким образом, чтобы плотно прижимать их к поверхностям канавки 9, как уже было разъяснено. Таким образом, данный промежуточный замыкающий элемент 13c позволяет размещать средство фиксации по всей протяженности окружности канавки 9, одновременно с этим обеспечивая эффективную фиксацию лопатки в направлении ее осевого поступательного перемещения относительно диска ротора 6 на всей протяженности окружности канавки 9. Более того, любое другое перемещение предотвращается с помощью механического соединения скользящего типа между хвостовиками 4 лопаток 3 и каналами 14 посредством "елочной" формы упомянутых хвостовиков и посредством того, что упомянутые каналы 14 имеют, по существу, комплементарную форму.

Фиг.8 - чертеж хвостовика лопатки со средством фиксации по одному из вариантов осуществления.

На этом чертеже нижний профиль 13a и верхний профиль 13b изображены в перспективе, причем верхний профиль 13b расположен в канавке 11 одной из лопаток 3 и контактирует с верхней поверхностью 12 упомянутой канавки 11 лопатки 3, по существу, повторяя ее форму.

На фиг.9 показано множество лопаток 3, каждая из которых установлена на диске 6 ротора.

На фиг.10 показан ротор турбины согласно одному из вариантов осуществления. Более подробно, на фиг.9 представлен схематичный чертеж двухпоточного модуля низкого давления, причем поток пара показан на чертеже стрелками.

Из соображений ясности корпус упомянутой турбины 2 не проиллюстрирован.

Таким образом, данный чертеж иллюстрирует ротор 1 турбины 2 для тепловой электростанции, в данном случае - атомной электростанции, и турбина в данном случае представляет собой турбину низкого давления. В данной компоновке пар подается на турбину практически по центру и течет сквозь турбину, проходя через пять "ступеней", причем каждая ступень состоит из диска 6 ротора, прикрепленного к одному и тому же валу 7, который может вращаться вокруг опорной оси Δ, причем каждый из упомянутых дисков 6 ротора снабжен множеством лопаток, распределенных по его периферии. Следует отметить, что количество ступеней не ограничено и может варьироваться. В частности, в некоторых вариантах осуществления турбина может содержать, например, четыре, пять или шесть ступеней.

Попав в турбину 2, пар перемещается, по существу, вдоль оси, в одном или в другом направлении, проходя соответственно через первую, вторую, третью, четвертую и пятую ступени и вращая диски 6 роторов посредством действия пара на лопатки 3.

В данном варианте осуществления четвертая и пятая ступени, то есть две последние ступени, содержат лопатки, имеющие хвостовики "елочного" типа, которые также можно прикреплять к дискам ротора вышеописанным способом. В частности, такое устройство особенно хорошо подходит в случаях, когда проблема, связанная с центробежными силами, вызвана весом лопаток, которые на последней (последних) ступени (ступенях) больше и, следовательно, тяжелее.

В качестве примера, такая лопатка, предназначенная для такого модуля низкого давления и расположенная на последней ступени, имеет длину 1,80 м и вес, приблизительно равный 83 кг. В этом случае согласно предшествующему уровню техники центробежная сила составляет около 400 метрических тонн (3923 кН) при скорости вращения 1500 оборотов в минуту.

Внедрение изобретения, следовательно, дает возможность уменьшить подобные нагрузки на хвостовики лопаток.

Кроме того, согласно данному варианту осуществления каждый диск 6 ротора имеет внутреннюю сторону 6a, расположенную у воздухозаборника турбины 2, и наружную сторону 6b, расположенную у воздуховыпускного канала турбины 2, при этом боковой выступ 10 каждого из хвостовиков 3 находится с наружной стороны 6b.

Изобретение было описано выше в качестве примера. Вполне очевидно, что специалист в данной области техники может создать различные альтернативные варианты осуществления изобретения без отступления от объема изобретения.

Ротор турбины тепловой электростанции содержит множество лопаток, диск ротора и средство фиксации. Диск ротора прикреплен к валу и содержит на периферии выступы, к которым прикреплены лопатки. Диск ротора содержит канавку, открытую в осевом направлении и имеющую нижнюю и верхнюю поверхности, причем нижняя поверхность канавки расположена на периферии диска ротора, а верхняя поверхность канавки расположена на выступах и обращена к нижней поверхности. Канавка диска ротора имеет в области его выступов осевой участок с углублением и открытым участком, на котором канавка открыта в осевом направлении, причем радиальная ширина углубления больше, чем радиальная ширина открытого участка. Каждая из лопаток содержит на хвостовике боковой выступ, имеющий на нижней части канавку с верхней поверхностью, расположенной вслед за верхней поверхностью канавки диска ротора. Средство фиксации установлено в канавке диска ротора для фиксации лопаток. При сборке указанного выше ротора турбины устанавливают лопатки между выступами диска ротора, а в канавку диска ротора и канавку лопатки устанавливают нижний и верхний профили. Затем устанавливают промежуточный замыкающий элемент, чтобы прочно прижать нижний и верхний профили соответственно к нижней поверхности канавки диска ротора и к верхним поверхностям канавки диска ротора и канавок лопаток. Группа изобретений позволяет повысить срок службы ротора турбины и упростить конструкцию средств фиксации. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Ротор (1) турбины (2) для тепловой электростанции, содержащий:
- множество лопаток (3), каждая из которых содержит, по меньшей мере, один хвостовик (4) и тело (5) лопатки;
и
- по меньшей мере, один диск (6) ротора, прикрепленный к валу (7) с возможностью вращения вокруг опорной оси (Δ), причем диск (6) ротора содержит на своей периферии (6′) выступы (8), к которым прикреплены лопатки (3), таким образом, что тела (5) лопаток (3) располагаются радиально по отношению к опорной оси (Δ);
при этом диск (6) ротора содержит канавку (9), открытую в осевом направлении и имеющую нижнюю поверхность (9а) и верхнюю поверхность (9b), причем нижняя поверхность (9а) канавки (9) диска (6) ротора расположена на периферии (6′) диска (6) ротора, а верхняя поверхность (9b) канавки (9) диска (6) ротора расположена на выступах (8) и обращена к нижней поверхности (9а), причем канавка (9) диска (6) ротора имеет в области его выступов (8) осевой участок (15) с углублением и открытым участком, на котором канавка (9) открыта в осевом направлении, причем радиальная ширина углубления больше, чем радиальная ширина открытого участка;
- каждая из лопаток (3) содержит на своем хвостовике (4) боковой выступ (10), направленный по оси, причем боковой выступ (10) имеет, на своей нижней части (10′), канавку (11), которая имеет верхнюю поверхность (12), расположенную вслед за верхней поверхностью (9b) канавки диска (6) ротора;
- и, по меньшей мере, одно средство фиксации (13) для фиксации лопаток (3) установлено в канавке (9) диска (6) ротора.

2. Ротор (1) по п. 1, в котором выступы (8) диска (6) ротора образуют каналы (14), продолжающиеся вдоль опорной оси (Δ), причем хвостовики (4) лопаток (3) принадлежат к ″елочному″ типу, таким образом, что каждый из хвостовиков (4) образует скользящее соединение с одним из каналов (14).

3. Ротор (1) по п. 1, в котором средство фиксации (13) лопатки имеет:
- по меньшей мере, один нижний профиль (13а,) размещаемый в канавке (9) диска (6) ротора, контактирующий с нижней поверхностью (9а) канавки (9) диска (6) ротора и, по существу, повторяющий ее форму; и
- по меньшей мере, один верхний профиль (13b), размещаемый в канавке (9) диска (6) ротора и в канавках (11) лопаток (3), контактирующий с верхними поверхностями (9b, 12b) канавки (9) диска (6) ротора и канавок (11) лопаток (3) и, по существу, повторяющий их форму.

4. Ротор по п. 3, в котором нижний профиль (13а) и верхний профиль (13b) содержат, по меньшей мере, один промежуточный замыкающий элемент (13с), прочно прижимающий, по меньшей мере, нижний профиль (13а) и, по меньшей мере, верхний профиль (13b) соответственно к нижней поверхности (9а) канавки (9) и к верхним поверхностям (9b, 12) канавки (9) и канавок (11) лопаток (3).

5. Ротор (1) по любому из пп. 2, 3 и 4, в котором:
- одна из верхних поверхностей (9b) канавки (9) образована в выступе (8), и
- отверстие (14′) расположено в области одного из каналов (14), причем каждый из каналов образован двумя выступами (8) диска (6) ротора, продолжающимися вдоль опорной оси (Δ), и совместно они образуют шаг (р) канавки (9), при этом канавка (9), по существу, круговая, а нижний профиль (13а) и верхний профиль (13b) образуют дугу окружности, продолжающуюся, по меньшей мере, на одном шаге (р) упомянутой канавки (9).

6. Ротор по любому из пп. 1-4, в котором диск ротора имеет внутреннюю сторону (6а), расположенную у воздухозаборника турбины (2), и наружную сторону (6b), расположенную у воздуховыпускного канала турбины (2), при этом боковой выступ (10) находится с наружной стороны (6b).

7. Способ сборки ротора (1) турбины (2) для тепловой электростанции по любому из пп. 3-6, содержащий следующие этапы, в соответствии с которыми:
- устанавливают лопатки (3) между выступами (8);
- устанавливают, по меньшей, один нижний профиль (13а) и, по меньшей мере, один верхний профиль (13b) в канавку (9) диска (6) ротора и канавку (11) лопатки (3);
- устанавливают промежуточный замыкающий элемент (13с) таким образом, чтобы прочно прижать, по меньшей мере, один нижний профиль (13а) и, по меньшей мере, один верхний профиль (13b) соответственно:
i) к нижней поверхности (9а) канавки (9) диска (6) ротора; и
ii) к верхним поверхностям (9b, 12) упомянутой канавки (9) диска (6) ротора и канавок (11) лопаток (3).