Контактний вузол хвостового з’єднання робочої лопатки турбомашини

Реферат: UA 103732 U UA 103732 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі турбобудування (енергомашинобудування) і може бути використана для парових турбін. Для кріплення робочих лопаток на диску ротора широко застосовуються грибоподібні хвостові з'єднання, що складаються з хвостовика лопатки та грибка диска ротора. Навантаження від відцентрової сили профільної частини лопатки передається на диск через площадки контакту, утворені сполученням опорних поверхонь зубців хвостовика з опорними поверхнями зубців грибка ободу диска. У міру збільшення потужностей парових турбін і навантажень на хвостове з'єднання завдання забезпечення їх несучої здатності вирішувалось за рахунок збільшення пар опорних поверхонь. Недоліком багатоопорних хвостових з'єднань є нерівномірність розподілу силових ліній в об'ємі конструкції за наявності концентраторів напруг у зонах кутових переходів. Найбільшу частку загального навантаження сприймає перша пара зубців хвостового з'єднання, що обумовлено характером сполучення профільної частини лопатки з хвостовою перехідною зоною. Різка зміна перерізів у місті переходу створює значну нерівномірність передачі зусиль від лопатки до хвостовика [1]. Внаслідок цього в місцях концентрації напруг можуть виникнути пошкодження. Як найближчий аналог був прийнятий профіль триопорного грибоподібного хвостового з'єднання робочої лопатки парової турбіни [2]. Опорні поверхні хвостовика та опорні поверхні відповідних ним зубців грибка обода диска виконуються під кутом 90° до осьової лінії конструкції, направленої радіально. Нижній радіус закруглення пазу хвостовика R1 складає 1,5 мм, верхній R2-1 мм. Відповідні їм радіуси закруглення зубців грибка обода диска: нижній R3-1,8 мм, верхній R4-1,2 мм. Кут зовнішнього обводу профілю γ = 45°, що відповідає геометрії стандартного хвостовика. Висота перехідної зони (відстань від кореня лопатки до початку зовнішнього конічного обводу хвостовика) у [2] не регламентована. Недоліками триопорного грибоподібного хвостового з'єднання є: - перенавантаження першої пари зубців хвостового з'єднання, обумовлене сполученням профільної частини лопатки з хвостовою, внаслідок чого в місцях концентрації напруг можуть виникнути пошкодження; - загальна нерівномірність розподілу напруг, що визначається нерівномірністю розподілу навантажень по зубцях; - місцева нерівномірність напруг, що залежить від радіусів закруглень та плавності ліній сполучень. Задачею запропонованої корисної моделі є зниження нерівномірності розподілу напруг в контактному вузлі хвостового з'єднання робочої лопатки турбомашини і підвищення надійності та довговічності його роботи. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що опорні поверхні хвостовика та відповідні їм опорні поверхні грибка ободу диска виконані під кутом 15° до поверхні, перпендикулярній осі хвостовика, висота перехідної зони між лопаткою і хвостовиком приймається 10-15 мм при значенні кута зовнішнього обводу профілю γ = 45-55°. При цьому зберігаються базові розміри конструкції. За рахунок збільшення висоти перехідної зони до 15 мм при γ до 55° покращується загальний розподіл силових ліній у з'єднанні та зменшуються максимальні напруги у найбільш навантаженій зоні верхнього пазу хвостовика. Виконання опорних поверхонь зубців під кутом α = 15° приводить до появи розвантажувального зусилля та дозволяє збільшити радіуси закруглень у кутових переходах зубців (відповідно R1-4 мм, верхній R2-2 мм, R3-4,5 мм, R4-2,2 мм), що сприяє зниженню концентрації напруг. Більший кут опорних поверхонь приведе до недоцільного ускладнення технології обробки і підвищення невизначеності установок лопаток на диску. Суть корисної моделі пояснюють креслення. На фіг. 1 зображений контактний вузол хвостового з'єднання робочої лопатки турбомашини - поперечний переріз, на фіг. 2 - фрагмент, на якому зображені зубці хвостовика та грибка ободу диска з опорними поверхнями, виконаними під кутом α = 15° при збільшеній висоті перехідної зони 10-15 мм та куті зовнішнього конічного обводу профілю γ = 45-55°. На креслені наведено: 1 - хвостовик; 2 - грибок ободу диска; 3 - зубці хвостовика 1; 4 - зубці грибка ободу диска 2; 5 - перехідна зона хвостовика; 6 - опорна поверхня зубця 3 хвостовика 1; 7 - опорна поверхня зубця 4 грибка ободу диска 2. Запропонований контактний вузол хвостового з'єднання робочої лопатки турбомашини містить хвостовик 1 і грибок ободу диска 2 ротору. Зубці 3 хвостовика 1 і зубці 4 грибка ободу диска 2 сполучаються по опорним поверхням 6 і 7, які виконані під кутом α= 15°. Під час роботи турбіни відбувається передача відцентрових сил по зубцях хвостового з'єднання. За рахунок виконання опорних поверхонь зубців під кутом α = 15° і висоти перехідної 1 UA 103732 U 5 10 зони до 15 мм при куті зовнішнього конічного обводу профілю γ до 55° перерозподіляються реактивні напруги по зубцях. Внаслідок покращується загальний напружений стан конструкції і зменшується концентрація напруг. Використання запропонованого контактного вузла хвостового з'єднання робочої лопатки турбомашини дозволяє, в порівнянні з існуючими з'єднаннями, покращити загальний напружений стан, знизити концентрацію напруг у найбільш навантаженій зоні верхнього пазу хвостовика, кутових переходах зубців хвостовика і грибка ободу диска, підвищити надійність та довговічність таких конструкцій. Джерела інформації: 1. Шубенко-Шубин Л.А. Прочность элементов паровых турбин / Л.А.Шубенко-Шубин, Д.М.Гернер, В.П.Сухинин. - М.: Машгиз, 1962. -568 с. 2. РД 24. 260.09-87 Выбор конструкции и размеров профилей хвостовых соединений лопаток паровых и газовых турбин и осевых компрессоров при проектировании. - Ленинград: Из-во НПО ЦКТИ, 1987. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Контактний вузол хвостового з'єднання робочої лопатки турбомашини, що містить зубці хвостовика та грибка ободу диска, який відрізняється тим, що опорні поверхні хвостовика та відповідні їм опорні поверхні грибка ободу диска виконані під кутом 15° до поверхні, перпендикулярній осі хвостовика, висота перехідної зони між лопаткою і хвостовиком приймається 10-15 мм при значенні кута зовнішнього обводу профілю =45-55°. 2 UA 103732 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3