24 Лопатки рабочие и роторы турбины

Лопатки рабочие (рис. 4.6) имеют профильную часть (перо) 3, благодаря которой при установке лопаток в диск обра­зуется решетка, обеспечивающая расчетные значения всех газодинамических параметров. Про­фильная часть лопатки переходит в замковую часть, которая вы­полняется в виде полки хвосто­вика 4 (нижней полки) и хвостовика 5 елочного типа для соединения лопатки с диском.

Рис. 4.6. Неохлаждяемые рабочие лопат­ки:

а — лопятка без бандажной полки; б — лопат­ка с бандажной полкой; 1 — гребни лабиринт­ного уплотнения; 2 — бандажная полка; 3 — перо; 4 — полка хвостовика; 5— хвостовик

С целью повышения КПД ступени на концах профильной части лопаток выполняются бандажная полка 2 с одним либо несколькими уплотнительными гребнями 1 (рис. 4.6, б). Профильную часть лопаток выполняют в соответствии с теорией газовых тур­бин [16, 17, 36].

Перо имеет сложную пространственную форму. Выпуклую сторону принято называть спинкой, вогнутую — корытом. Кромку пера со стороны входа газа называют входной, а противополож­ную — выходной.

Сечения, как правило, повернуты друг относительно друга. Угол закрутки в отдельных случаях достигает 30° и более.

Значительное внимание уделяется выбору толщины пера в сечениях с учетом необходимой прочности, технологических ограни­чений по минимальным значениям толщины профиля, радиусов скругления кромок (особенно тонкой выходной кромки), толщины и стенок при проектировании охлаждаемых лопаток, формы вну­тренних каналов, перемычек и других конструктивных элементов. Площади поперечных сечений изменяются, как правило, по сте­пенному закону, нарастая от вершины к корню. При этом изме­няются (увеличиваются) и моменты инерции сечений и отношению к осям и .

Надежность двигателя в значительной степени определяется прочностью турбинных рабочих лопаток, испытывающих разнооб­разные нагрузки, в частности, действие центробежных и газовых сил, вызывающих напряжения растяжения, изгиба и кручения. С ними суммируются напряжения от вибрации и связанные с нерав­номерностью нагрева тепловые напряжения. В соответствии с тре­бованиями снижения уровня напряжений изгиба от газовых сил центры тяжести сечений могут располагаться не на строго радиальном луче проходящем через центр тяжести корневого сечения, а на луче наклонном либо на пространственной кривой. Величину смещения центров тяжести сечений определяют из расчетов на прочность, создавая изгибающий момент от центробежных сил, противоположный по знаку изгибающему моменту от газовых сил (см. подразд. 5.1.2).

В лопатках с бандажными и антивибрационными полками сечения пера дополнительно нагружаются центробежной силой от массы этих полок. Однако при наличии бандажных полок с уплотнительными гребнями уменьшается перетекание газа по зазору между концом лопатки и корпусом, уменьшаются напряжения изгиба (см. рис. 4.3), повышается вибропрочность,

Исключаются резонансные колебания по гармоникам низких частот Проектирование пера лопатки ведется с позиций минимума массы и обеспечения необходимого запаса прочности (см. гл. 5) с учетом технологических и других ограничений. зготовление пера неохлаждаемых рабочих лопаток в серий­ном производстве осуществляется обработкой его электрохими­ческим способом (ЭХО) с последующими доводочными операциями (электрошлифованием), при которых по сравнению с механиче­ской обработкой не возникает остаточных напряжений.В настоящее время для изготовления рабочих лопаток широкое распространение получили методы отливок по специальной техно­логии заливки и охлаждения с направленной кристаллизацией либо монокристаллического типа.

Лопатки проходят контроль по допустимому отклонению частоты собственных колебаний, чтобы избежать возможных резонансных колебаний и значительного повышения вибронапряжений в процессе эксплуатации.

Роторы турбин являются сборочной единицей, состоящей в основе из дисков с лопатками, валов, цапф и ряда других дета­лей, и выполняются в большинстве случаев разъемными (либо блочно-разъемными). Разъемность роторов обеспечивает естествен­ную возможность последовательной осевой сборки без продольного разъема наружного корпуса турбины. Этот разъем в газовых турбинах крайне нежелателен, так как ведет к неравномерности радиальных деформаций при нагреве и охлаждении в широком диапазоне рабочих температур.

Основные детали роторов соединяются в единый узел с использованием известных приемов соединения, обеспечивающих надежную передачу крутящего момента, осевых и радиальных сил.