бандажная полка рабочей лопатки

Формула изобретения

Бандажная полка рабочей лопатки, образующая единый конструкционный элемент с полкой и имеющая на одном торце выступ, а на другом впадину для обеспечения сцепления контактными поверхностями полок смежных лопаток, отличающаяся тем, что контактные поверхности выступа и впадины выполнены криволинейными, а радиус кривизны контактной поверхности впадины больше радиуса кривизны контактной поверхности выступа по меньшей мере на величину суммарной высоты наибольших гребней шероховатости контактных поверхностей впадины и выступа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области турбостроения и касается облопчивания рабочих колес турбомашин. Более точно объектом изобретения является бандажная полка рабочей лопатки турбомашины.

Бандажные полки рабочих лопаток турбомашины, обеспечивая сцепление лопаток рабочего колеса, повышают его динамическую прочность. При этом известны выполнения бандажной полки и лопаток в виде единого конструкционного элемента, в котором бандажная полка является частью лопатки, составляя с нею одну деталь, или скреплена с лопаткой жестким соединением. Известны и сочленения бандажной полки с лопаткой с помощью соединения, допускающего их относительную подвижность. Известны также бандажные полки, предназначенные для сцепления рабочих лопаток как путем непосредственного контакта концов бандажных полок, так и путем использования промежуточных элементов между концами бандажных полок.

Наиболее близкой к настоящему изобретению является бандажная полка рабочей лопатки турбомашины, образующая с лопаткой единый конструкционный элемент и выполненная с выборкой на одном конце и с выступающей частью на другом для непосредственного сцепления их контактными поверхностями с одной из боковых сторон с бандажными полками смежных лопаток при их упругой раскрутке в процессе вращения рабочего колеса /1/.

В известной бандажной полке такого типа контактные поверхности выборки и выступающей части представляют собой в развертке прямолинейные участки. Однако плотный контакт по всей длине прямолинейного участка возможен только теоретически при абсолютно идентичном изготовлении лопаток и их бандажных полок с точным расчетом угла взаимодействия этих участков при раскрутке лопаток. Фактически взаимодействие указанных участков имеет характер точечного контакта, в котором удельные давления достигают больших значений. Это приводит к повышенному износу контактной поверхности. В результате этого нарушаются относительное положение лопаток и после некоторого периода эксплуатации входные кромки периферийных частей отдельных лопаток и концы бандажных полок начинают выступать из плоскости вращения, что приводит к их повышенной эрозии и к вероятности вибрационной расстройки облопачивания рабочего колеса. Следствием этого является снижение динамической прочности лопаток и бандажных полок.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания бандажной полки с такой геометрией контактных поверхностей выборки и выступающей части, которые обеспечивали бы их плотное прилегание с достаточно равномерным удельным давлением на относительно большой длине.

Эта задача решается в бандажной полке с выборкой на одном конце и выступающей частью на другом для непосредственного сцепления контактными поверхностями с бандажными полками смежных лопаток при их упругой раскрутке, в которой в соответствии с сущностью настоящего изобретения контактные поверхности выборки и выступающей части выполнены в виде криволинейных участков по развертке бандажной полки соответственно вогнутого и выпуклого. При этом радиус кривизны вогнутого участка больше радиуса кривизны выпуклого, по меньшей мере, на значение суммарной высоты наибольших гребней, характеризующих шероховатость обеих поверхностей, но как можно ближе по значению к радиусу выпуклого участка из условий приемлемой технологии для гарантированного выполнения первого условия.

При таком решении сцепление бандажных полок происходит по криволинейным контактным поверхностям, имеющим относительно одинаковую кривизну с несколько меньшей кривизной вогнутой поверхности выборки, что позволяет обеспечить достаточно равномерное давление на относительно большем по длине участке. Вместе с тем установленное в соответствии с сущностью изобретения превышение радиуса вогнутой поверхности позволяет предотвратить их возможное заклинивание при сцеплении во время упругой раскрутки лопастей.

На фиг.1 показан вид на бандажную полку рабочей лопатки паровой турбины по ее развертке в плоскости; на фиг. 2 вид рабочей лопатки с бандажной полкой по фиг. 1 в диаметральной плоскости рабочего колеса, в уменьшенном масштабе.

В качестве примера реализации настоящего изобретения предлагается изображенная на чертежах рабочая лопатка с бандажной полкой для паровой турбины. При этом фиг. 1 достаточно полно и ясно отображает сущность изобретения, а фиг. 2 поясняет характер сочетания бандажной полки с рабочей лопаткой.

Как это следует из фиг. 2 бандажная полка 1 образует единый конструкционный элемент с рабочей лопаткой 2 в виде монолитной детали, в которой бандажная полка 1 является периферийной оконечностью пера лопатки 2, служащей для сцепления с бандажными полками смежных лопаток рабочего колеса.

В соответствии с изобретением и как это видно на фиг. 1 бандажная полка 1 выполнена на одном конце с выборкой 3, а на другом конце с выступающей частью 4. С одной из боковых сторон выборка 3 и выступающая часть 4 содержат контактные поверхности соответственно 5 и 6. Через эти контактные поверхности осуществляется сцепление бандажных полок смежных лопаток при упругой раскрутке рабочих лопаток в процессе вращения рабочего колеса паровой турбины. Это сцепление осуществляется упором контактной поверхности 5 выборки 3 изображенной бандажной полки с контактной поверхностью выступающей части бандажной полки смежной лопатки и соответственно контактной поверхности 6 выступающей части 4 изображенной бандажной полки с контактной поверхностью выемки бандажной полки смежной лопатки. На фиг. 1 показан такой момент сцепления с изображением бандажных полок смежных лопаток пунктирными линиями.

Как это ясно видно из фиг.1, контактные поверхности 5 и 6 по развертке в плоскости выполнены в виде криволинейных участков вогнутого и выпуклого с радиусами R₅ и R₆, соответственно. В соответствии с изобретением соотношение этих радиусов должно отвечать определенным условиям. Вогнутый криволинейный участок контактной поверхности 5 выборки 3 должен превышать по значению радиуса R₅ значение радиуса R₆ выпуклого криволинейного участка контактной поверхности 6 выступающей части 4. Это превышение должно быть не менее суммарной высоты наибольших гребней, характеризующих шероховатость обеих контактных поверхностей. Вместе с тем разница значений радиусов R₅ и R₆ должна быть как можно меньшей. Это определяется теми возможностями, которые обеспечиваются технологией, приемлемой для данного производства и модели турбомашины с учетом экономических факторов.

Так, например, если поверхности 5 и 6 из условий технико-экономических факторов принято выполнять по классу чистоты, характеризующемуся шероховатостью 25 мкм, суммарная высота максимальных гребней составит 50 мкм. Следовательно, согласно изобретению радиус R₅ должен быть больше радиуса R₆ на эти 50 мкм. По технологии производства, установленной для выполнения краевых поверхностей бандажных полок рабочих колес паровых турбин, без увеличения стоимости, радиус вогнутой поверхности может быть выполнен с точностью +0,15^oC+0,05 мм, а радиус выпуклой поверхности R₆ с точностью -0,10 мм. Как это легко подсчитать, при указанных условиях радиус R₅ гарантированно будет больше радиуса R₆ на суммарную высоту наибольших гребней это превышение составит от 0 до 0,2 мм.

К форме и точности выполнения других поверхностей обводов выемки 3 и выступающей части 4 каких-либо особых условий не предъявляется. При этом боковые стороны этих частей, противоположные расположению контактных поверхностей 5 и 6,могут быть выполнены в виде прямолинейных участков, как это показано на фиг. 1, что значительно упрощает их выполнение.

Работа описанной рабочей лопатки с бандажной полкой происходит обычным образом. При вращении рабочего колеса паровой турбины происходит упругая раскрутка лопаток и они сцепляются своими бандажными полками путем упора друг в друга соответствующими контактными поверхностями 5 и 6.

Благодаря тому, что радиус R₅ вогнутого участка больше радиуса R₆ выпуклого участка, но их разница незначительна, обеспечивается плотное прилегание контактных поверхностей 5 и 6 сцепляющихся бандажных полок и тем самым достигается достаточно равномерное контактное давление на большой протяженности по длине. В результате этого износ контактных поверхностей будет минимальным. В то же время, т.к. указанная разница радиусов R₅ и R₆ превышает суммарную высоту гребней контактных поверхностей, исключается вероятность заедания и заклинивания при сцеплении бандажных полок.