Сложно-комбинированный разъём диафрагмы паровой турбины Российский патент 2024 года по МПК F01D25/24 

Изобретение относится к области турбиностроения, а именно к конструкции разъема диафрагм паровых турбин.

Диафрагму изготавливают из заготовки, например, сварной конструкции, состоящей из двух половин (верхней и нижней), имеющей горизонтальный разъем. Каждая половина диафрагмы состоит из соединенных между собой обода, тела диафрагмы и лопаток.

Известно, что по конструктивному исполнению горизонтальный разъем диафрагм может быть прямым, косым и комбинированным. («Ремонт паровых турбин», учебное пособие под общей ред. Ю.М. Бродова, Екатеринбург, 2002, стр. 50-53, рис. 4.5). Разъем стальных диафрагм выполняется прямым, представляющим собой прямую плоскость, проходящую по всему телу диафрагмы, лопатке и ободу параллельно оси турбины. Таким образом, лопатка разрезается на две части. Недостатками данного решения являются изготовление двух дополнительных лопаток, уступ в канале при стыковке двух половин. Прямой разъем со свесом представляет собой прямую плоскость, проходящую параллельно оси турбины также по всему телу диафрагмы, ободу и лопатке, но в этом случае лопатку не срезают, а ее выходная кромка выступает за линию прямой плоскости разъема. Недостатками такого разъема являются одновременная подрезка лопатки в корне и периферии для соединения двух половин диафрагмы, что приводит к гибкости выходной кромки, возможность повредить выходную кромку при опускании верхней половины диафрагмы на нижнюю при закрытии турбины, а также при транспортировке или перемещении половин диафрагмы. Косой и комбинированный разъемы применяются в литых и сварных крупногабаритных диафрагмах с длинными лопатками. Косой разъем представляет собой наклонную (косую) плоскость, проходящую по всему телу диафрагмы, лопатке и ободу параллельно оси турбины. Однако он в последнее время не применяется потому, что он не технологичен. При комбинированном - разъем имеет Z-образную форму и состоит из последовательно расположенных прямой, наклонной (косой), прямой плоскостей, проходящих параллельно оси турбины по всему телу диафрагмы и ободу. Таким образом, лопатка расположена между этими плоскостями и не зарезается. Недостатками данного решения являются образующиеся острые кромки в местах крепления подвесок в верхней половине диафрагмы в ободе, сложности размещения отверстий под рым-болты (для подъема и перемещения), а также отверстий под лапки для установки в корпус цилиндра или обоймы, последующую припиловку лапок.

Известна также диафрагма турбомашины с горизонтальным разъемом, выбранная в качестве прототипа, содержащая обод, тело и установленные между ними направляющие лопатки (изобретение «Диафрагма турбомашины с горизонтальным разъемом», а.с. № 979656, опубл. 07.12.1982, бюллетень №45). Недостатком указанного прототипа является сложная технология изготовления такого разъема, связанная с выполнением дополнительных прямых вертикальных участков в зоне разъема на ободе и теле, образующих выступы и пазы.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повреждение лопаток и их выходных кромок при использовании прямого или косого разъемов, сложность размещения отверстий под рым-болты (для подъема и перемещения) при использовании комбинированного разъема, а также сложная технология изготовления горизонтального разъема диафрагмы паровой турбины.

Техническим результатом заявленного сложно-комбинированного разъема диафрагмы паровой турбины является повышение технологичности и упрощение конструкции горизонтального разъема диафрагмы паровой турбины. При этом одновременно обеспечивается жесткость выходной кромки направляющей лопатки в разъеме, предохраняется выходная кромка от повреждений при сборке или транспортировке. Существует возможность использования как рым-болтов, так и специальных приспособлений для подъема и перемещения диафрагмы, исключается припиловка лапок при установке диафрагм в корпус цилиндра или обойм, сокращается трудоемкость при сборке на монтаже, исключаются зарезы и образование острых кромок в местах разделок под подвеску в ободьях верхних половин диафрагм.

Технический результат достигается сложно-комбинированным разъемом диафрагмы паровой турбины, характеризующимся наличием верхней и нижней половин диафрагмы, которые имеют одновременно прямой и комбинированный разъем. Отличительным признаком является то, что по ободу до направляющей лопатки, подрезанной по периферии, выполнен прямой разъем, а по всему телу диафрагмы выполнен комбинированный разъем. Подрезанная лопатка только по периферии обеспечивает минимальный гарантированный зазор при сборке между самой лопаткой и ободом другой половины.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым неожиданным техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно использование комбинированного разъема, состоящего из последовательно расположенных параллельно оси турбины прямой, наклонной (косой) и прямой плоскостей по всему телу диафрагмы обеспечивает дополнительную плотность между двух половин диафрагмы, а выполнение прямого разъема, состоящего из одной прямой плоскости, проходящей параллельно оси турбины, только по ободу диафрагмы повышает технологичность изделия при одновременном сохранении всех технических результатов изобретения, указанных выше.

В ходе проведения патентно-информационного поиска не выявлены сведения, ставшие общедоступными в мире до даты приоритета, которые содержат совокупность существенных признаков, указанных в независимом пункте формулы заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Для упрощения конструкции разъема недостаточно просто исключить созданные в прототипе выступы и пазы в ободе и теле, так как они создают более плотное соединение двух половин диафрагм, обеспечивают жесткость выходной кромки лопатки и т.д. Лишь только после нестандартного мышления, детальной конструкторской проработки и выполнения расчетов, связанных с конструкцией горизонтального разъема диафрагмы турбины был получен неожиданный технический результат и создан новый улучшенный вариант разъема, позволяющий исключить выступы и пазы на половинах диафрагмы, и при этом обеспечить сохранение преимуществ аналогов, исключив их недостатки. Таким образом, известность влияния отличительных признаков заявленного изобретения на получение технического результата - повышение технологичности при сохранении преимуществ аналога - не подтверждена. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Кроме того, отсутствие в общедоступных источниках сведений, раскрывающих новый заявленный тип разъема диафрагмы паровой турбины, лишь подтверждает неочевидность данного решения для специалиста.

Заявленное изобретение согласно независимому пункту формулы реализовано при создании турбины ПТ-135/165-12,8/1,47 АО «Уральский турбинный завод», что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется на примере реализации в диафрагмах цилиндра высокого давления паровой турбины согласно прилагаемой фигуре, на которой показан сложно-комбинированный разъем диафрагмы паровой турбины с представленной 3D-моделью.

Сложно-комбинированный разъем диафрагмы паровой турбины состоит из верхней 1 и нижней 2 половин диафрагмы, которая имеет прямой 3 и комбинированный 4 разъемы. По ободу 5 до направляющей лопатки 6, подрезанной по периферии, выполнен прямой 3 разъем, а далее по всему телу диафрагмы 7 выполнен комбинированный разъем. В результате достигается повышение технологичности и простоты разъема при сохранении преимуществ аналога.

Заявленное изобретение может быть осуществлено следующим образом.

Размечают прямую плоскость прямого разъема по ободу и прямую, наклонную (косую), прямую плоскости комбинированного разъема по всему телу диафрагмы для фрезерования, предварительно обрабатывают плоскости прямого и комбинированного разъема диафрагмы, предварительно протачивают диафрагму с паровыпускной стороны, размечают диафрагму для окончательной обработки плоскостей прямого и комбинированного разъема, окончательно обрабатывают плоскости прямого и комбинированного разъема диафрагмы и фрезеруют шпоночные канавки, осуществляют пригонку плоскостей прямого и комбинированного разъема и шпонок диафрагмы, проводят чистовую обработку диафрагмы, размечают вырезы, пазы и отверстия диафрагмы, сверлят отверстия на теле диафрагмы, сверлят отверстия на ободе и горизонтальном разъеме диафрагмы, фрезеруют вырезы и пазы, осуществляют окончательный контроль диафрагмы после механической обработки.

Для реализации заявленного изобретения направляющую лопатку 6 подрезают только по периферии, далее по всему ободу 5 до направляющей лопатки 6 выполняют прямой 3 разъем, который состоит только из одной прямой плоскости, проходящей параллельно оси турбины, а по всему телу диафрагмы 7 выполняют комбинированный 4 разъем, который состоит из последовательно расположенных, проходящих параллельно оси турбины, прямой, наклонной (косой) и снова прямой плоскостей. Положение верхней 1 и нижней 2 половин диафрагмы паровой турбины относительно друг друга в осевом направлении фиксируется продольной шпонкой 8, которая служит, в том числе для уменьшения протечек пара. В поперечном направлении половины диафрагмы фиксируются поперечной шпонкой.

Изобретение относится к области турбиностроения, а именно к конструкции разъема диафрагм паровых турбин. Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является известные недостатки прямого, косого, комбинированного разъемов. Проблема решается сложно-комбинированным разъемом диафрагмы паровой турбины, характеризующимся наличием верхней и нижней половин диафрагмы, которые имеют прямой и комбинированный разъем. Отличительным признаком является то, что по ободу до направляющей лопатки, подрезанной по периферии, выполнен прямой разъем, по всему телу диафрагмы выполнен комбинированный разъем. Техническим результатом заявленного сложно-комбинированного разъема диафрагмы паровой турбины является повышение технологичности и упрощение конструкции горизонтального разъема диафрагмы паровой турбины при сохранении преимуществ аналога. 1 ил.

Сложно-комбинированный разъем диафрагмы паровой турбины, характеризующийся наличием верхней (1) и нижней (2) половин диафрагмы, имеющих прямой (3) и комбинированный (4) разъем, отличающийся тем, что по ободу (5) до направляющей лопатки (6), подрезанной по периферии, выполнен прямой (3) разъем, по всему телу (7) диафрагмы выполнен комбинированный (4) разъем.