Лопатки турбин являются сложными по конструкции оригинальными деталями. Число конструктивных разновидностей лопаток весьма велико. Конструкции лопаток можно классифицировать по различным признакам.
Турбинные лопатки подразделяют на направляющие, которые монтируются в статоре турбины, и рабочие, закрепляемые на её роторе. Последние являются наиболее сложными по конструкции и имеют наибольшее число разновидностей.
Конструкцию рабочих лопаток можно условно представить состоящей из трёх основных частей: хвоста, рабочей части, головки. Каждая из этих частей имеет большое количество конструктивных разновидностей. На рисунке представлена одна из разновидностей конструкций турбинных лопаток, приведены некоторые элементы конструкций данной и других лопаток, обозначения поверхностей конструктивных элементов.
Рабочие части направляющих и рабочих лопаток различают по ряду признаков: форме сечений и их взаимному расположению вдоль оси лопатки; нависанию (или его отсутствию) элементов над профилями рабочей части; способу построения поверхностей.
По форме сечений и их взаимному расположению вдоль оси рабочие части подразделяют на части с постоянным профилем и переменным.
Над концами рабочей части лопатки может нависать хвост, полка, оба этих элемента одновременно или нависа- ние может отсутствовать. По данному признаку рабочие части лопаток подразделяют на открытые, полуоткрытые и закрытые.
Если конструктивный элемент нависает с одного конца лопатки, например со стороны хвоста, а со стороны головки или в рабочей профильной части лопатки нависающие элементы отсутствуют, то подобные конструкции лопаток классифицируют как лопатки с полуоткрытым профилем рабочей части. Лопатки с закрытым профилем имеют нависающие элементы с обоих концов рабочей части. У такой лопатки над рабочей частью с одной стороны нависает хвост, а с другой — утолщение.
По способу построения поверхностей различают лопатки с аналитическими поверхностями рабочей части и со скульптурными поверхностями. Аналитические поверхности представляют собой сочетание линейных, цилиндрических и винтовых поверхностей. Эти поверхности достаточно просто формализуются математически. Определение скульптурной поверхности отражает технологический приём её формирования. Для этого используют шаблоны. Сечения рабочей части лопатки припасовывают к шаблонам, а между сечениями поверхность доводят на ощупь.
Турбинные лопатки в сборочной единице закрепляют различными способами. В зависимости от способа в конструкцию лопатки вводят соответствующие конструктивные элементы. По этому признаку лопатки подразделяют на имеющие хвостовую часть и не имеющие последней. К лопаткам с хвостовой частью относятся направляющие лопатки (рисунок 2). Концевые части таких лопаток могут быть ограничены торцовыми поверхностями (рисунок 2, а), поверхностями цилиндрической формы или сложной формы (рисунок 2, б).
Наибольшее распространение имеют рабочие лопатки, хвостовая часть которых ограничена профильными поверхностями следующих форм: Т-образной без заплечиков и с заплечиками, ёлочной, вильчатой, пазовой двусторонней. Лопатка с вильчатым хвостом показана на рисунке 1, а, с ёлочным — на рисунке 1, б, с пазовым двусторонним — на рисунке 1, в, с Т-образным без заплечиков — на рисунке 3, а, б, Т-образным с заплечиками — на рисунке З, в, с грибовидным — на рисунке З, г, с ёлочным — на рисунке З, е.
Во многих конструкциях лопаток со стороны головной части расположен элемент их связи в пакет посредством прикрепляемого бандажа. Данный элемент может быть выполнен в форме шипа (рисунок, 1, г) или полки, совместно с полками ряда лопаток, образующих собственный бандаж. По форме, расположению и числу шипы подразделяют на прямоугольные в один ряд на прямом (в сечении) срезе (рисунок 1, г), прямоугольные в один ряд на косом срезе, прямоугольные двойные на прямом срезе, прямоугольные двойные на косом срезе, фасонные в один ряд на прямом или косом срезе, фасонные двойные на прямом или косом срезе. Имеются также лопатки, которые в головной части не скрепляются бандажом. Одна из таких конструкций лопаток показана на рисунке 1,а.
В этом случае лопатки выполняют с отверстиями 4 (рис. 1, а), которые служат для скрепления лопаток в пакет проволокой.
Надёжность, долговечность, ремонтопригодность и другие качественные показатели турбин во многом определяются их лопаточным аппаратом. Поэтому к конструкциям лопаток предъявляют чёткие технические требования в частности к материалам и их состоянию, точности размеров и геометрической формы лопаток.
Стандартами регламентированы следующие параметры лопаток турбин:
- размеры и формы профилей сечений рабочих частей;
- размеры, которые определяют расположение в радиальном, осевом и тангенциальных направлениях рабочей части лопатки относительно поверхностей хвоста, являющихся конструкторскими базами;
- посадочные размеры поверхностей сопряжений хвоста с диском, а также хвостов соседних лопаток;
- посадочные размеры шипов, а также отверстий под скрепляющую проволоку;
- размеры, определяющие отверстия от базовых поверхностей;
Регламентируются предельные отклонения размеров сечений рабочей части лопатки переменного профиля (рисунок 4, а), a именно: b — хорды; B — ширины; с — толщины; δВЫХ — толщины выходной кромки. Также регламентируются предельные отклонения профиля от его теоретического положения и прямолинейности.
Предельные отклонения параметров «b», «B» и «c» зависят от номинального размера хорды профиля, а параметра δВЫХ направляющих и от номинального размера толщины входной кромки.
У большинства конструкций рабочих лопаток размеры хорды профиля находятся в пределах от 20 до 300 мм, у направляющих лопаток от 30 до 350 мм. Размеры толщины выходной кромки направляющих и рабочих лопаток находятся в пределах от 0,5 до 1,3 мм. С учётом указанного диапазона размеров назначены возможные предельные отклонения на размеры «b», «B» и «с» и δВЫХ, а также от теоретического профиля и прямолинейности.
Предельные отклонения параметров профилей рабочей части лопатки с хордой, например, равной 20 мм, составляют:
b ±0,08; B ±0,08; c ±0,1; δВЫХ ± 0,3 мм.
Для средних по размеру хорд (100 — 150 мм) лопаток определяются:
b+0,45-0,20, B+0,45-0,20 , c+0,50-0,20, δ+0,20-0,10 от теоретического профиля +0,25-0,10, по прямолинейности 0,15 мм.
Для крупных лопаток (ширина хорды 200 — 300 мм) отклонения должны находится в следующих пределах:
b+0,70-0,20, B+0,70-0,20 , c+0,80-0,20, δ+0,30-0,10 от теоретического профиля +0,40-0,10, по прямолинейности 0,2 мм.
Допуски на параметры профилей рабочей части направляющих лопаток аналогичны рабочим лопаткам.
Лопатка является присоединяемой деталью к диску рабочего колеса турбины. Основные конструкторские базы сопряжения хвоста с диском относятся к профильным поверхностям хвоста, а вспомогательные конструкторские базы — к профильным поверхностям паза или гребня диска. Некоторые из поверхностей хвоста лопаток предусмотрены в конструкции в качестве измерительной базы Биз (рисунок 4, б) при измерении размеров, которые определяют рабочие части рабочих лопаток в осевом направлении. У полуоткрытых лопаток с шипами (поз. I, рисунок 4, б) отклонения размера L в диапазоне длин до 100 мм и от 100 мм и более 1200 мм должны находиться в пределах ±0,1 мм. Отклонения указанного размера полуоткрытых лопаток без шипов (поз. II, рисунок 4, б) зависят от величины размера L и назначаются в пределах от ±0,1 мм (при L до 100 мм) до ±0,6 (при L более 1200 мм). Предельные отклонения размеров в осевом направлении, которые определяют расположение рабочей части лопаток, зависят от длины рабочей части, расположения сечения, в котором осуществляется измерение, а также от направления завода лопатки при сборке с диском (радиальный завод — поз. I, рисунок 4, в, осевой завод — поз. II, рисунок 4,в).
Размеры рабочих задают от выходной кромки до нормали к поверхности Биз и касательной к точке на входной (или выходной) плоскости хвоста. Размеры обозначены bхв — в первом от хвоста корневом сечении; bпол — в последнем полном контрольном сечении; bср — в среднем сечении, определяемом по линейному закону относительно bхв и bпол. Величины предельных отклонений приведены в таблице.
Предельные отклонения размеров, определяющих расположение рабочей части лопаток в осевом направлении
| Диапазон длины рабочей части, мм | Предельные отклонения, мм | |||
| лопаток с радиальным заводом | лопаток с осевым заводом | |||
| bпол | bхв | bпол | bхв | |
| До 100 (включительно) | ±0,1 | ±0,1 | ±0,2 | ±0,20 |
| Свыше 100 до 300 | ±0,3 | ±0,2 | ±0,3 | |
| Свыше 300 до 500 | ±0,4 | ±0,4 | ||
| Свыше 500 до 700 | ±0,7 | ±0,3 | ±0,6 | |
| Свыше 700 до 900 | ±1,2 | ±1,0 | ||
| Свыше 900 до 1200 | ±2,0 | ±1,8 | ||
| Свыше 1200 | ±2,8 | ±2,5 | ||
Конструкторской основной опорной базой рабочей лопатки радиального завода при её монтаже в сборочной единице служит радиально направленная поверхность хвоста, которая сопрягается с аналогичной поверхностью, имеющей тоже направление соседней лопатки, являющейся в данном случае конструкторской вспомогательной опорной базой. Поверхность хвоста присоединяемой лопатки берётся в качестве измерительной базы Биз (рисунок 4, г). Последняя используется при определении отклонений размеров, определяющих расположение рабочей части лопатки в тангенциальном направлении. Предельные отклонения от номинального значения угла у в плане между радиально ориентированной поверхностью хвоста лопатки и плоскостью Р-Р профилей сечений и определяют точность задания расположения профилей сечений.
При разработке конструкции рабочих лопаток величины предельных отклонений угла у назначают в зависимости от длины рабочей части лопатки и с учётом (для хвостовых сечений) угла выхода потока рабочего тела из канала лопаточного аппарата на следующую ступень давления. Для всех длин рабочей части (до 500 мм и более) и углом выхода потока до 20° допускаемые отклонения угла у хвостовых сечений ±5°, а для лопаток с углом выхода более 20° составляют ±0,12′.
Допускаемые отклонения угла у у головного сечения при любом значении угла выхода потока составляют ±12′, а в головных сечениях лопаток с длиной рабочей части более 500 мм, вне зависимости от угла выхода потока допускаемые отклонения угла должны находиться в пределах ±30′.
Допускаемые отклонения размеров поверхностей элементов, которые образуют ёлочные профили хвостовой части рабочей лопатки, показаны на рисунке 5.
Параметры шероховатости поверхностей рабочей части и переходных галтелей обычно задаются в пределах Ra = 1,25 — 0,63 мкм, в ряде случаев Ra = 0,63 — 0,32 мкм, а профильных поверхностей хвостов лопаток Ra = 1,25 — 0,63 мкм.
Вам также могут быть интересны статьи:
Базирование лопаток турбин. Обработка базовых поверхностей Технология обработки поверхностей рабочей части и переходных поверхностей лопаток турбин Электрохимическая обработка фасонных поверхностей Обработка сложных пространственных поверхностей Заготовки турбинных лопаток Технология обработки поверхностей хвостовой части турбинных лопаток
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...