ПАРОВАЯ ТУРБИНА, ЗАМКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОТОРНОГО КОЛЕСА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И СПОСОБ УСТАНОВКИ ЛОПАТОК В ТУРБИННОЕ КОЛЕСО Российский патент 2016 года по МПК F01D5/30 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится в целом к турбоустановкам и, более конкретно, к устройству и способу для установки сочлененных турбинных замковых лопаток в приемных пазах, выполненных в роторных колесах турбоустановок.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Роторы для турбоустановок часто изготавливаются из крупных штамповочных заготовок путем механической обработки. Роторные колеса, выполненные из заготовок, часто имеют пазы, предназначенные для размещения корневых частей устанавливаемых лопаток турбоустановки. Поскольку потребность в повышенной выходной мощности и более эффективных технических характеристиках турбоустановок продолжает возрастать, то в эксплуатацию вводятся более крупные и более сочлененные лопатки турбоустановок. Нагрузки, оказываемые более крупными лопатками, все в большей степени требуют применения усовершенствованных и дорогостоящих материалов и сплавов для турбинных лопаток и роторного колеса.

Смежные турбинные лопатки на роторном колесе обычно соединены вместе с помощью крышек или бандажей, расположенных по периферии с обеспечением направления рабочей текучей среды в пределах строго определенного тракта, а также увеличения жесткости лопаток. Соединяющиеся бандажи зачастую могут являться помехой при установке лопаток на роторном колесе.

Часто турбинные лопатки устанавливают на роторном колесе в тангенциальном направлении. Конструкция пазового замка с тангенциальным вводом требует выполнения по периферии роторного колеса отверстия, или паза, в который лопатки вводятся радиально, а затем задвигаются на место в тангенциальном направлении. После сборки всех обычных лопаток в паз вставляется замковая лопатка и две смежные (вспомогательные) лопатки. Затем замковая лопатка прикрепляется шпоночным соединением к вспомогательным лопаткам. Таким образом, указанные две вспомогательные лопатки принимают на себя тянущее усилие замковой лопатки. Такие замковую и вспомогательные лопатки и даже шпонки часто необходимо выполнять из материалов, обладающих повышенной прочностью, для обеспечения выдерживания нагрузки, прикладываемой к замковой лопатке. Высокопрочные легкие материалы, такие как титан, которые используются для замковых конструкций, являются более дорогостоящими, чем обычно используемая для стандартных лопаток сталь. Кроме того, при использовании титана для замковой и вспомогательных лопаток необходимо наличие балансировочных лопаток, также выполненных из легкого титана, для уравновешивания нагрузки, действующей на роторное колесо.

На фиг. 1 изображено известное замковое устройство 5 для роторного колеса турбины, содержащее замковые лопатки 30 и вспомогательные лопатки 10, вводимые в тангенциальном направлении в роторное колесо. Вспомогательные лопатки 10 устанавливаются на тангенциальный охватываемый элемент 20 пазового замка роторного колеса 25 с каждой стороны замкового паза 15. Замковая лопатка 30 показана в положении при ее установке на указанный элемент 20 в пазу 15. Каждая вспомогательная лопатка 10 имеет аэродинамическую часть 11 и корневую часть 12, которая содержит охватывающий элемент пазового замка, комплементарный (не видно на чертеже) охватываемому элементу 20. Замковый паз 15 имеет канавки 45, выполненные в элементе 20 роторного колеса 25. Вспомогательные лопатки 10 и оставшиеся лопатки (не показаны) вставляются поверх канавок 45, а затем располагаются тангенциально по периферии роторного колеса 25. Замковая лопатка 30 имеет аэродинамическую часть 31 и корневую часть 32 с выступами 33, которые выполнены с возможностью продвижения поверх канавок 45 в выступе 20 роторного колеса 25. Кроме того, замковая лопатка 30 может иметь осевые отверстия 42, проходящие сквозь выступы 33, для прикрепления к осевым отверстиям 43 охватываемых элементов 20 роторного колеса 25 при помощи удерживающих штифтов 46. Замковая лопатка 30 дополнительно имеет полукруглые пазы 34, предназначенные для размещения удерживающих шпонок 35. Замковая лопатка 30 может быть опущена в паз 15 и прикреплена к выемкам 45 удерживающими штифтами 46. Затем замковая лопатка 30 может быть скреплена со вспомогательными лопатками 19. Такая конструкция может создавать нежелательные напряжения на имеющей выемки 45 узкой части роторного колеса 25.

Также замковое устройство известно из заявки на патент США №2006/216152. Однако введение замковой лопатки в паз представляет определенные трудности, поскольку для введения замковой лопатки необходимо точное выравнивание замковой лопатки и роторного колеса в вертикальной плоскости. Кроме того, при введении замковой лопатки возможно возникновение заклинивания и создания зон с нежелательными высокими напряжениями.

Соответственно, существует необходимость в создании замкового устройства и способа, применяемых при установке лопаток с тангенциальным вводом на роторные колеса турбоустановок и исключающих нежелательные высокие напряжения, но при этом также исключающих использование более дорогостоящих специальных материалов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом данного изобретения предложена паровая турбина, содержащая по меньшей мере одно роторное колесо, которое содержит охватываемый элемент пазового замка с тангенциальным вводом, расположенный по периферической окружности, и замковый паз с торцевым вводом, прерывающий указанный охватываемый выступ. Охватываемый элемент пазового замка с тангенциальным вводом, выполненный по периферической окружности роторного колеса, заполнен лопатками с тангенциальным вводом. Замковая лопатка, содержащая элемент пазового замка с торцевым вводом, выполнена с возможностью посадки в указанный замковый паз с торцевым вводом. Замковая лопатка с торцевым вводом содержит аэродинамическую часть с концевым бандажом, платформу и корневую часть, выполненную в соответствии с замковым пазом роторного колеса. Корневая часть содержит охватываемый элемент пазового замка с торцевым вводом, имеющий зубья и канавки, имеющие радиальное закругление в вертикальной плоскости. Замковая лопатка с элементом пазового замка с торцевым вводом имеет радиус закругления зубьев и канавок в вертикальной плоскости, величина которого приблизительно соответствует длине активной части лопатки.

В соответствии со вторым аспектом данного изобретения предложено замковое устройство для роторного колеса паровой турбины. Замковое устройство содержит тангенциальный охватываемый элемент пазового замка, имеющий зубья и канавки и выполненный по периферической части роторного колеса. Путем удаления участков тангенциального охватываемого элемента пазового замка образован замковый паз для установки замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом на периферии роторного колеса. Замковый паз обеспечивает ориентированный в осевом направлении охватывающий элемент пазового замка, имеющий осевые края зубьев и канавок, обеспечивающие радиальное закругление в вертикальной плоскости. Замковая лопатка с аэродинамической частью и торцевым вводом содержит корневую часть, платформу и аэродинамическую часть, причем корневая часть образует ориентированный в осевом направлении охватываемый элемент пазового замка, имеющий периферические края, которые обеспечивают радиальное закругление в вертикальной плоскости, совпадающее с радиальным закруглением указанного ориентированного в осевом направлении охватывающего элемента пазового замка.

В еще одном аспекте данного изобретения предложен способ тангенциальной установки лопаток с аэродинамической частью, к которым относится замковая лопатка с аэродинамической частью и торцевым вводом, в турбинное колесо. Указанный способ включает тангенциальную установку лопаток с аэродинамической частью при помощи замкового паза с торцевым вводом, выполненного по периферии турбинного колеса. Указанную замковую лопатку устанавливают с поворотом в указанный замковый паз. Способ также включает закрепление замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом в замковом пазу с торцевым вводом. На этапе тангенциальной установки выполняют тангенциальную установку лопаток с аэродинамической частью до тех пор, пока на каждой тангенциальной стороне замкового паза с торцевым вводом не останется промежуток для одной лопатки, и тангенциальную установку одной лопатки с аэродинамической частью на каждой смежной стороне замкового паза с торцевым вводом, причем смежная лопатка с аэродинамической частью имеет выемку для удерживающего штифта, выполненную на поверхности, смежной с замковым пазом с торцевым вводом.

Таким образом, в соответствии с вариантами выполнения данного изобретения закругление пазового замка, выполненное в вертикальной плоскости, облегчает установку длинных лопаток с торцевым вводом. Закругление пазового замка лежит в вертикальной плоскости и способствует легкому повороту лопатки во время сборки с колесом. Кроме того, оптимизация указанного закругления обеспечивает изменение распределения напряжения в соответствии с требованиями для конкретного варианта применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны из нижеследующего подробного описания при его прочтении со ссылкой на сопроводительные чертежи, на всем протяжении которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы и на которых:

фиг. 1 изображает известные замковую лопатку и вспомогательные лопатки турбины для лопаток роторного колеса с тангенциальным вводом, содержащих элемент пазового замка,

фиг. 2 изображает упрощенный вид, показывающий радиус закругления зубьев и канавок замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом,

фиг. 3 изображает увеличенный вид в осевом направлении корневой части варианта выполнения замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, показывающий закругление зубьев и канавок,

фиг. 4 изображает вид в аксонометрии периферической части варианта выполнения роторного колеса с охватывающим пазом пазового замка с торцевым вводом, выполненным в замковом пазу, и тангенциальным охватываемым элементом пазового замка, выполненным в близлежащей периферии,

фиг. 5 изображает вид спереди в аксонометрии варианта выполнения передней стороны замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, установленной в охватывающем замковом пазу пазового замка с торцевым вводом, выполненном в роторном колесе,

фиг. 6 изображает вид сзади в аксонометрии варианта выполнения замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, установленной в охватывающем замковом пазу с торцевым вводом, выполненным в роторном колесе,

фиг. 7 изображает вид в тангенциальном направлении варианта выполнения замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, устанавливаемой на роторном колесе,

фиг. 8 изображает блок-схему способа установки лопаток в роторное колесо, содержащих замковую лопатку с элементом пазового замка с торцевым вводом,

фиг. 9 изображает вариант выполнения замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, устанавливаемой между смонтированными вспомогательными лопатками с тангенциальным вводом, и

фиг. 10 изображает вид сбоку поворотной запирающей шпонки, предназначенной для удерживания лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом в пазах пазового замка.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рассмотренные ниже варианты выполнения данного изобретения обладают различными преимуществами, в том числе обеспечивают возможность замены дорогостоящих титановых (Ti) замковых лопаток, вспомогательных лопаток и уравновешивающих лопаток лопатками из более дешевой стали. Предложено замковое устройство с пазовым замком и тангенциальным вводом для замковой лопатки в ряде лопаток с тангенциальным вводом, которое обеспечивает возможность замены титановых замковых/вспомогательных лопаток лопатками, в которых применяется недорогая сталь. Указанные варианты выполнения облегчают установку замковых лопаток с соединяющимися концевыми бандажами на роторных колесах. На охватываемом выступе пазового замка с торцевым вводом, расположенном на корневой части лопатки, и на соответствующем охватывающем замковом пазу пазового замка с торцевым вводом, расположенном в роторном колесе, может быть выполнено закругление в вертикальной плоскости. Указанное закругление облегчает установку замковых лопаток, которой в противном случае могут препятствовать столкновения, например, соединяющихся концевых бандажей на смежных лопатках. Такая установка может быть обеспечена путем расположения концевого бандажа вблизи смежных концевых бандажей и поворота корневого конца лопатки относительно местоположения концевого бандажа, так что дуга, описываемая лопаткой, обеспечивает возможность ввода закругления охватываемого выступа пазового замка путем поворота в охватывающий паз пазового замка роторного колеса, что соответствует описанию замковой лопатки с торцевым вводом. Кроме того, могут быть уменьшены концентрации напряжений у краев пазового замка. Выполнение закругления на элементах пазового замка не ограничивает конфигурацию концевого бандажа или конфигурацию средней части лопатки. Использование предложенного устройства пазового замка позволяет не ограничивать конструкцию концевых бандажей ограничивающими условиями сборки, что обеспечивает улучшенные характеристики лопатки.

В соответствии с вариантами выполнения данного изобретения имеется закругление пазового замка, выполненное в вертикальной плоскости, параллельной пазовому замку охватываемого выступа замковой лопатки с торцевым вводом и охватывающего паза с торцевым вводом, выполненного в роторном колесе. Такое закругление предпочтительно применяется для облегчения установки длинных лопаток с осевым вводом. Указанный пазовый замок имеет закругление в вертикальной плоскости, центр которого находится вблизи концевого бандажа или крышки лопатки. Радиус указанного закругления приблизительно равен расстоянию между пазовым замком и концевой частью лопатки (которое приблизительно равно длине активной части лопатки). Паз пазового замка с торцевым вводом имеет аналогичное закругление, радиус которого может слегка изменяться с обеспечением возможности регулирования положения начального контакта между лопаткой и выступающими поверхностями колеса. Закругление пазового замка лежит в плоскости, параллельной пазовому замку, и через него проходит радиальная линия лопатки, что способствует ее легкому повороту во время сборки с колесом.

На фиг. 2 изображен упрощенный вид, показывающий радиус закругления зубьев и канавок варианта выполнения замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом лопатки (называемой также замковой лопаткой). Замковая лопатка 110 с элементом пазового замка с торцевым вводом имеет аэродинамическую часть 120 с концевым бандажом 130 и корневую часть 140. На корневой части 140 расположен охватываемый выступ 145 пазового замка с торцевым вводом, имеющий зубья 141 с расположенными между ними канавками 142. Радиус закругления зубьев 141 и канавок 142 проходит приблизительно от концевого бандажа 130 до корневой части 140. Для опорной корневой части 140 выполнен посадочный уступ 143, более подробно описанный ниже. Данный вариант выполнения показан с двумя зубьями 141 и двумя канавками 142, расположенными ниже посадочного уступа 143, однако количество и размер зубьев и канавок определяются конкретным вариантом применения устанавливаемой лопатки.

Отдельные зубья 141 и отдельные канавки 142 на выступе 145 пазового замка отдельной лопатки (а также соответствующие зубья и канавки охватывающего паза 155 пазового замка в роторном колесе 165 (фиг. 4)) могут быть выполнены с различным радиусом R 119 закругления в зависимости от конкретного радиального расстояния от центра 180 закругления, как показано радиусом R₁ 123 и радиусом R₂ 124. Центр 180 закругления может также служить в качестве точки поворота для поворотной установки 195 замковой лопатки, как изложено более подробно ниже.

Поддержание радиуса 119 закругления элемента пазового замка на роторном колесе несколько меньшим, чем радиус закругления элемента пазового замка на лопатке, может обеспечить возникновение начального контакта между лопаткой и элементом пазового замка на колесе в центре 153 пазового замка и распространение контакта к краям 154 по мере увеличения нагрузки на лопатку во время работы турбины. При соответствующем различии закруглений между элементами пазового замка лопатки и колеса может быть получен трехточечный контакт, при котором одна точка контакта расположена на контактной поверхности и две точки контакта расположены на неконтактных поверхностях. Для обеспечения достаточного пространства для выполнения поворота бандажа на малый угол могут быть выполнены зазоры между неконтактными поверхностями бандажа, а также его контактными поверхностями. Кроме того, закругление элемента пазового замка на колесе может быть оптимизировано с обеспечением изменения распределения напряжения в соответствии с требованиями для конкретного варианта применения.

На фиг. 3 изображен увеличенный вид в осевом направлении корневой части 140 варианта выполнения лопатки 110, показывающий закругление зубьев 141 и канавок 142. В одном варианте выполнения данного изобретения имеются два зуба 141 и две канавки 142, расположенные ниже опорной корневой части 147 платформы 115, однако в рамках объема данного изобретения может быть предусмотрено другое количество и расположение зубьев и канавок. На каждой тангенциальной стороне платформы 115 выполнены полукруглые пазы 116 для удерживающих штифтов. Наружные поверхности 144 платформы 115 могут образовывать сплошную наружную радиальную поверхность выше роторного колеса, когда лопатки 110 прикреплены к роторному колесу 165 (см. фиг. 10).

На фиг. 4 изображен вид в аксонометрии периферической части роторного колеса с охватывающим пазом пазового замка с торцевым вводом, выполненным в замковом пазу, и тангенциальным охватываемым элементом пазового замка, выполненным в близлежащей периферии. Периферическая часть роторного колеса 165 имеет замковый паз 160 для замковой лопатки 110 с элементом пазового замка с торцевым вводом (фиг. 5) и тангенциальный охватываемый элемент 170 пазового замка для лопаток с элементом пазового замка с тангенциальным вводом (фиг. 10), выполненный в близлежащей периферии. Тангенциальный охватываемый элемент 170 имеет зубья 171 и канавки 172, 173 для взаимодействия с лопатками 325 с элементом пазового замка с тангенциальным вводом (фиг. 10). Замковый паз 160 содержит охватывающий паз 155 пазового замка с торцевым вводом, выполненный во вмещающем блоке 161 для удерживания в радиальном направлении замковой лопатки 110 (фиг. 5) с торцевым вводом. Указанный паз 155 может быть расположен в блоке 161 по центру в осевом и тангенциальном направлениях между охватываемыми элементами 170 с каждой стороны замкового паза 160. Вмещающий блок 161 имеет переднюю поверхность 162 и аналогичную заднюю поверхность (фиг. 6). Охватывающий паз 155 может иметь зубья 156 и канавки 157, расположенные на тангенциальных сторонах, а также нижнюю канавку 159. Каждая тангенциальная сторона 158 может дополнительно иметь посадочный уступ 143. Зубья 156, канавки 157, 159 и уступ 143 паза 155 имеют закругление в вертикальной плоскости, центр которого расположен вблизи концевой части или бандажа 130 (фиг. 2) вставляемой лопатки 110 (фиг. 5) с торцевым вводом. Радиус закругления может слегка изменяться с обеспечением возможности регулирования положения начального контакта между выступающими поверхностями замковой лопатки 110 (фиг. 5) и зубьями 156 и канавками 157, 159 паза 155. Во внутренней радиальной части нижней канавки 159 замкового блока 161 выполнен осевой паз 185. Указанный паз проходит от передней поверхности 162 к задней поверхности 163 (фиг. 6) блока 161. Осевой паз 185 может использоваться для установки поворотной запирающей шпонки (фиг. 5 и 6) с обеспечением закрепления элемента 145 пазового замка с торцевым вводом, выполненного в корневой части 140 лопатки, в осевом направлении в замковом блоке 161.

На фиг. 5 изображен вид в аксонометрии передней стороны замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом, установленной в охватывающем замковом пазу пазового замка с торцевым вводом, выполненном в роторном колесе. Полуголовка 187 поворотной запирающей детали 186 повернута к внутреннему радиальному положению, что обеспечивает возможность введения выступа 145 пазового замка в охватывающий паз 155 (фиг. 4). На чертеже выступ 145 на корневой части 140 замковой лопатки 110 показан полностью установленным в пазу 155 блока 161 замкового паза 160 (фиг. 4). Опорная корневая часть 147 соединяет выступ 145 с платформой 115, которая поддерживает аэродинамическую часть 120. Платформа 115 может дополнительно иметь выемки 116 для размещения радиальных удерживающих штифтов 117 для взаимодействия со смежными лопатками с элементом пазового замка с тангенциальным вводом (не показаны). На фиг. 6 изображена поворотная запирающая деталь, повернутая в запирающее положение для удерживания выступа 145 пазового замка.

На фиг. 10 изображен вид сбоку поворотной запирающей шпонки 186, предназначенной для удерживания лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом в пазах пазового замка. Указанная шпонка 186 содержит центральный штифт 193 с головками у каждого его конца. Передняя головка 189, расположенная у первого конца штифта 193, выполнена в виде полуголовки 187 и содержит опорную лапку. Задняя головка 191, расположенная у второго конца стрежня 193, выполнена в виде полуголовки и содержит опорную лапку. Размер паза 185 в замковом блоке 161 роторного колеса 165 (фиг. 4) соответствует размеру штифта 193. Длина 194 центрального штифта 193 задана в соответствии с длиной паза 185 (не показан) так, что полуголовка 187 находится снаружи от передней поверхности 162 блока 161 (фиг. 4), а задняя полуголовка 191 центрального штифта 193 находится снаружи от задней поверхности блока 161. Перед установкой лопатки 110 (фиг. 3) поворотную запирающую шпонку 186 располагают так, что полуголовки 187, 191 направлены радиально внутрь (фиг. 9). Затем шпонку 186 опускают в паз 185 ниже охватывающего паза 155 пазового замка с обеспечением возможности введения выступа 140, содержащего элемент пазового замка, в паз 155 пазового замка. После установки выступа 140 в пазу 155 полуголовки 187, 191 поворотной запирающей шпонки 186 поворачивают в направлении радиально наружу поверх нижней части выступа 140 для закрепления выступа 145 пазового замка на месте (фиг. 6).

На фиг. 6 изображен вид сзади в аксонометрии замковой лопатки 110 с торцевым вводом, установленной в охватывающем замковом пазу 155 пазового замка с торцевым вводом, выполненном в роторном колесе 165. Выступ 145 корневой части 140 замковой лопатки 110 полностью посажен в охватывающий замковый паз 155 пазового замка, выполненный в монтажном блоке 161 замкового паза 160. Корневая часть 140 дополнительно содержит опорную корневую часть 147, расположенную над выступом 145 и соединяющую его с платформой 115, которая поддерживает аэродинамическую часть 120. Обе головки 187 и 191 поворотной шпонки 186 поддерживают лопатку 110 на месте с предотвращением перемещения в осевом направлении.

На фиг. 7 изображен вид сбоку, иллюстрирующий установку в роторное колесо 165 замковой лопатки 110 с элементом пазового замка с торцевым вводом. Концевой бандаж 130 лопатки 110 располагают над роторным колесом 165 с зубьями и канавками, комплементарными зубьям и канавкам лопатки. Концевой бандаж 130 располагают в центре радиуса 180, так что лопатка 110 находится вблизи входа в охватывающий паз 155 пазового замка роторного колеса 165. При удерживании концевого бандажа 130 в центре радиуса 180 лопатка 110 может быть повернута по дуге 195 и введена в соединение с охватывающим пазом 155. Когда другие лопатки (не показаны) уже установлены на место, сначала между концевых бандажей (не показаны) смежных лопаток может быть ориентирован концевой бандаж 130.

Предложен способ установки замковой лопатки с торцевым вводом в пазах пазового замка с торцевым вводом, выполненных в роторном колесе. Указанный способ исключает столкновение структурных элементов, например сочлененных концевых бандажей. Способ может исключить необходимость в сборочных приспособлениях, требуемых в настоящее время для установки обычных лопаток с осевым вводом. На фиг. 8 изображена блок-схема способа установки замковых лопаток с торцевым вводом в пазах пазового замка с торцевым вводом, выполненных в роторном колесе. На этапе 210 используют роторное колесо с замковым пазом пазового замка с торцевым вводом, имеющим закругление зубьев и канавок в вертикальной плоскости, и дополнительно содержащее тангенциальный элемент пазового замка, проходящий вокруг роторного колеса на каждой периферической стороне замкового паза. На этапе 220 используют замковую лопатку с торцевым вводом, имеющую корневую часть с элементом пазового замка, которая соответствует замковому пазу с торцевым вводом, имеющему соответствующее закругление в вертикальной плоскости, и лопатки с корневыми частями с тангенциальным вводом. При соответствующих закруглениях, выполненных между элементами пазового замка лопатки и колеса, может быть получен трехточечный контакт между зубьями лопатки и колеса.

В соответствии с конкретным вариантом применения на этапе 220 может быть обеспечено пространство для размещения последней лопатки на роторном колесе с большим шагом для решения проблем столкновений аэродинамических частей лопаток. На этапе 230 задняя кромка аэродинамической части последней устанавливаемой лопатки может быть уменьшена для устранения столкновения.

На этапе 240 выполняют установку лопаток, имеющих корневые части с элементом пазового замка с тангенциальным вводом, по периферии роторного колеса при помощи замкового паза до тех пор, пока на каждой стороне замкового паза не останутся открытыми только пазы для последней лопатки с тангенциальным вводом. На этапе 245 загружают последние две лопатки с тангенциальным вводом, которые имеют выполненные в платформе осевые пазы для установки удерживающих штифтов. На этапе 247 вводят поворотную запирающую деталь в паз замкового блока. На этапе 250 замковую лопатку с торцевым вводом располагают на месте с обеспечением расположения концевого бандажа вблизи его окончательного монтажного положения у точки поворота, которая находится радиально снаружи от закругленных поверхностей зубьев и канавок корневой части лопатки и отнесена на расстояние, приблизительно равное радиусу закругления. На этапе 260 поворачивают замковую лопатку с торцевым вводом в точке поворота у концевого бандажа.

На этапе 270 элемент пазового замка замковой лопатки с торцевым вводом поворачивают относительно точки поворота с обеспечением установки выступа пазового замка с торцевым вводом в замковый паз с осевым вводом. На этапах 280, 290 запирают замковую лопатку с торцевым вводом на месте. На этапе 280 поворотную запирающую деталь поворачивают так, что полуголовка блокирует осевое перемещение указанной лопатки в замковом пазу. На этапе 290 вставляют осевые удерживающие штифты в осевые выемки между замковой лопаткой с торцевым вводом и смежными лопатками с тангенциальным вводом. Поскольку концевые бандажи при сборке последующих лопаток сначала располагают по существу в их окончательном монтажном положении и только поворачивают на небольшой угол с одновременным совмещением элемента пазового замка с торцевым вводом с пазом в роторном колесе, то возможно исключение столкновения со смежными концевыми бандажами.

На фиг. 9 изображена паровая турбина 100, замковую лопатку 110 которой устанавливают в дополняющий замковый паз 155 пазового замка с торцевым вводом, выполненный в замковом пазу 160 на роторном колесе 165, между ранее установленными лопатками 315 с тангенциальным вводом. Концевой бандаж 130 замковой лопатки 110 с торцевым вводом располагают вблизи концевых бандажей 330 над аэродинамическими частями 320 смежных лопаток 315, при этом лопатку 110 располагают под углом α 360 поворота к радиальному направлению 350. Зубья 141 и канавки 142 (фиг. 3) замковой лопатки 110, а также зубья 156 и канавки 157 (фиг. 4) замкового паза 155 могут быть уменьшены с получением радиуса, приблизительно равного длине активной части лопатки. Выступ 145 пазового замка замковой лопатки 110 может быть повернут с обеспечением его установки на место в замковый паз 155 при удерживании на месте концевого бандажа 130. В осевой паз 185 замкового блока 161 устанавливают поворотную запирающую деталь 186, при этом полуголовку 187 поворачивают в направлении радиально внутрь с обеспечением возможности скольжения выступа 145 лопатки 110 поверх запирающей детали во время посадки указанной лопатки. Радиальные удерживающие штифты 117 вставляют на место между пазом 116, выполненным в платформе 115 лопатки 110, и пазом 190, выполненным в платформе 326 лопаток 325, после установки лопатки.

Несмотря на то что в данном документе описаны различные варианты выполнения, из приведенного описания должно быть понятно, что возможно выполнение различных комбинаций элементов, изменений или улучшений, которые находятся в рамках объема изобретения.

Предложены устройство и способ для установки сочлененных турбинных лопаток в пазах с осевым вводом, выполненных в роторных колесах. На охватываемом осевом выступе пазового замка, расположенном на корневой части лопатки, и на соответствующем охватывающем осевом пазу пазового замка, расположенном в роторном колесе, может быть выполнено закругление в вертикальной плоскости. Закругление облегчает заводку лопаток, которой в противном случае препятствуют столкновения, например, соединяющихся концевых бандажей на смежных лопатках. Такая заводка может быть обеспечена путем расположения концевого бандажа вблизи смежного концевого бандажа и поворота корневого конца лопатки относительно местоположения концевого бандажа, так что дуга, описываемая лопаткой, обеспечивает возможность ввода закругления выступа охватываемого осевого выступа пазового замка путем поворота в охватывающий осевой паз пазового замка, выполненный в роторном колесе. Достигается возможность замены дорогостоящих замковых лопаток, вспомогательных лопаток и уравновешивающих лопаток лопатками из более дешевой стали, облегчение установки замковых лопаток, уменьшение концентрации напряжений у краев пазового замка, улучшенные характеристики лопатки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы. 10 ил.

1. Паровая турбина, содержащая
по меньшей мере одно роторное колесо с охватываемым элементом пазового замка с тангенциальным вводом, расположенным по периферической окружности, которое дополнительно имеет замковый паз с торцевым вводом, прерывающий указанный охватываемый элемент, расположенный по периферической окружности,
лопатки с тангенциальным вводом, заполняющие охватываемый элемент пазового замка с тангенциальным вводом, расположенный по периферической окружности роторного колеса, и
замковую лопатку с элементом пазового замка с торцевым вводом, выполненную с возможностью посадки в замковый паз с торцевым вводом,
причем замковая лопатка с торцевым вводом содержит аэродинамическую часть с концевым бандажом, платформу и корневую часть, выполненную в соответствии с замковым пазом роторного колеса, причем корневая часть содержит охватываемый элемент пазового замка с торцевым вводом, имеющий зубья и канавки, имеющие радиальное закругление в вертикальной плоскости,
при этом замковая лопатка с элементом пазового замка с торцевым вводом имеет радиус закругления зубьев и канавок в вертикальной плоскости, величина которого приблизительно соответствует длине активной части лопатки.

2. Паровая турбина по п. 1, в которой замковый паз с торцевым вводом имеет зубья и канавки, комплементарные зубьям и канавкам замковой лопатки с торцевым вводом.

3. Паровая турбина по п. 1, в которой корневая часть замковой лопатки с торцевым вводом имеет удлиненный участок, расположенный на верхней по потоку стороне корневой части и предназначенный для обеспечения осевой опоры для замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом в замковом пазу.

4. Паровая турбина по п. 3, в которой нижняя по потоку сторона удлиненного участка корневой части выполнена с возможностью взаимодействия с верхней по потоку поверхностью замкового паза пазового замка с торцевым вводом, выполненного в роторном колесе, для обеспечения опоры в осевом направлении.

5. Паровая турбина по п. 1, дополнительно содержащая запирающее устройство, которое содержит ориентированные в осевом направлении удерживающие штифты, установленные в запирающих выемках между замковой лопаткой с элементом пазового замка с торцевым вводом и смежными лопатками с тангенциальным вводом.

6. Паровая турбина по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один радиально ориентированный запирающий штифт, расположенный между платформой замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом лопатки и роторным колесом.

7. Замковое устройство для роторного колеса паровой турбины, содержащее
тангенциальный охватываемый элемент пазового замка, имеющий зубья и канавки и выполненный по периферической части роторного колеса, и
замковый паз, образованный путем удаления участков тангенциального охватываемого элемента пазового замка, для введения замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом по периферии роторного колеса, причем замковый паз содержит ориентированный в осевом направлении охватывающий элемент пазового замка, имеющий осевые края зубьев и канавок, имеющие радиальное закругление в вертикальной плоскости,
при этом замковая лопатка с аэродинамической частью и торцевым вводом содержит корневую часть, платформу и аэродинамическую часть, причем корневая часть содержит ориентированный в осевом направлении охватываемый элемент пазового замка, имеющий периферические края, которые имеют радиальное закругление в вертикальной плоскости, совпадающее с радиальным закруглением указанного ориентированного в осевом направлении охватывающего элемента пазового замка,
причем замковая лопатка с торцевым вводом содержит аэродинамическую часть с концевым бандажом и корневую часть, выполненную в соответствии с замковым пазом роторного колеса, причем корневая часть содержит охватываемый элемент пазового замка с торцевым вводом, имеющий зубья и канавки, имеющие радиальное закругление в вертикальной плоскости,
при этом замковая лопатка с элементом пазового замка с торцевым вводом имеет радиус закругления зубьев и канавок в вертикальной плоскости, величина которого приблизительно соответствует длине активной части лопатки.

8. Замковое устройство по п. 7, содержащее лопатки с тангенциальным вводом, которые установлены в тангенциальный охватываемый элемент пазового замка и к которым относятся две лопатки с тангенциальным вводом, смежные с замковым пазом с торцевым вводом, причем указанные смежные лопатки имеют выемку для удерживающего штифта, расположенную на поверхности платформы, смежной с замковым пазом с торцевым вводом.

9. Замковое устройство по п. 7, в котором лопатка с торцевым вводом имеет удлиненный участок корневой части, расположенный на верхней по потоку стороне корневой части и взаимодействующий с поверхностью замкового паза с торцевым вводом для обеспечения осевой опоры для лопатки.

10. Замковое устройство по п. 7, дополнительно содержащее радиальную поперечную шпонку, которая установлена на стороне передней кромки замковой лопатки с торцевым вводом у корневой части аэродинамической части лопатки.

11. Замковое устройство по п. 7, в котором между зубьями лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом и замковым пазом с торцевым вводом имеется трехточечный контакт.

12. Способ установки лопаток с аэродинамической частью, к которым относится замковая лопатка с аэродинамической частью и торцевым вводом, в турбинное колесо с тангенциальным вводом, включающий
тангенциальную установку лопаток с аэродинамической частью при помощи замкового паза с торцевым вводом, расположенным по периферии турбинного колеса,
торцевую заводку замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом в указанный замковый паз с торцевым вводом и
закрепление замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом в замковом пазу с торцевым вводом,
причем на этапе тангенциальной установки выполняют тангенциальную установку лопаток с аэродинамической частью до тех пор, пока на каждой тангенциальной стороне замкового паза с торцевым вводом не останется промежуток для одной лопатки, и тангенциальную установку одной лопатки с аэродинамической частью на каждой смежной стороне замкового паза с торцевым вводом, причем смежная лопатка с аэродинамической частью имеет выемку для удерживающего штифта, выполненную на поверхности, смежной с замковым пазом с торцевым вводом.

13. Способ по п. 12, в котором на этапе торцевой заводки замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом располагают концевой бандаж аэродинамической части замковой лопатки с торцевым вводом вблизи его монтажного положения, путем поворота перемещают корневую часть замковой лопатки с элементом пазового замка с торцевым вводом из ее монтажного положения на угол, достаточный для отведения корневой части от замкового паза, удерживают концевой бандаж аэродинамической части на месте с одновременным поворотом корневой части по дуге, совпадающей с закруглением зубьев и канавок охватывающего элемента пазового замка в замковом пазу, и поворачивают зубья и канавки охватываемого элемента пазового замка замковой лопатки с торцевым вводом с их установкой на место в зубьях и канавках охватывающего элемента пазового замка с торцевым вводом, выполненных в замковом пазу.

14. Способ по п. 12, в котором на этапе закрепления замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом в замковом пазу вводят удерживающие шпонки в осевые пазы, расположенные между смежными тангенциальными поверхностями замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом и вспомогательными лопатками, после заводки лопатки с торцевым вводом.

15. Способ по п. 12, в котором на этапе закрепления замковой лопатки с аэродинамической частью и торцевым вводом в замковом пазу вводят поворотную запирающую деталь в канавку, выполненную между основанием замкового паза пазового замка с торцевым вводом и роторным колесом, до заводки лопатки с торцевым вводом и поворачивают головку поворотной запирающей детали с обеспечением захвата корневой части замковой лопатки с аэродинамической частью в замковом пазу после заводки.