088.24 8970 лопатка рабочая твд. Турбинные лопатки

Общая характеристика турбины

Турбина (рисунок 4.1) – осевая, двухступенчатая, состоит из одноступен- чатой ТВД и одноступенчатой ТНД. Обе турбины имеют охлаждаемые возду- хом сопловые и рабочие лопатки. На пониженных дроссельных режимах рабо- ты с целью повышения экономичности двигателя выполнено частичное отклю- чение охлаждения турбины.

Рис. 4.1 Турбина АЛ-31Ф (лист 1 из 2)

Рис. 4.1 Турбина АЛ-31Ф (лист 2 из 2)

Основные параметры и материалы деталей турбины приведены, соответст- венно, в таблицах 4.1 и 4.2.

Основные данные турбины

Таблица 4.1

Материалы деталей турбины

Таблица 4.2

Конструкция турбины высокого давления

Турбина высокого давления предназначена для привода компрессора вы- сокого давления и агрегатов, установленных на коробках приводов двигатель- ных и самолетных агрегатов. Турбина состоит из ротора и статора.

Ротор турбины высокого давления

Ротор турбины (рисунок 4.2) состоит из рабочих лопаток 1, диска 2, цапфы 3 и вала 4.

Рис. 4.2 Ротор турбины (лист 1 из 2)

Рис. 4.2 Ротор турбины (лист 2 из 2)

Рабочая лопатка (рисунок 4.3) – литая, полая с циклонно-вихревой схемой охлаждения. Во внутренней полости, с целью организации течения охлаждаю- щего воздуха, предусмотрены ребра, перегородки и турбулизаторы.

Рис. 4.3 Рабочая лопатка ТВД

Профильная часть лопатки 1 отделена от замка 2 полкой 3 и удлиненной ножкой 4. Полки лопаток, стыкуясь, образуют коническую оболочку, защи- щающую замковую часть лопатки от перегрева. Удлиненная ножка, обладая относительно низкой изгибной жесткостью, обеспечивает снижение уровня вибрационных напряжений в профильной части лопатки. Трехзубый замок 5

«елочного» типа обеспечивает передачу радиальных нагрузок с лопаток на диск. Зуб 6, выполненный в левой части замка, фиксирует лопатку от переме- щения ее по потоку, а паз 7 совместно с элементами фиксации обеспечивает удержание лопатки от перемещения против потока (рисунок 4.4).

Осевая фиксация рабочей лопатки осуществляется зубом и пластинчатым замком. Пластинчатый замок (один на две лопатки) 8 вставляется в пазы лопа- ток в трех местах диска 9, где сделаны вырезы, и разгоняется по всей окружно- сти лопаточного венца. Пластинчатые замки, устанавливаемые в месте распо- ложения вырезов в диске, имеют особую форму. Эти замки монтируются в де- формированном состоянии, а после выпрямления входят в пазы лопаток. При выпрямлении пластинчатого замка лопатки поддерживают с противоположных торцов.

Рис. 4.4 Осевая фиксация рабочих лопаток ТВД (лист 1 из 2)

Рис. 4.4 Осевая фиксация рабочих лопаток ТВД (лист 2 из 2)

Для снижения уровня вибрационных напряжений в рабочих лопатках меж- ду ними под полками размещают демпферы, имеющие коробчатую конструк- цию (рисунок 4.5). При вращении ротора под действием центробежных сил демпферы прижимаются к внутренним поверхностям полок вибрирующих ло- паток. За счет трения в местах контакта двух соседних полок об один демпфер энергия колебаний лопаток будет рассеиваться, что и обеспечит снижение уровня вибрационных напряжений в лопатках.

Рис. 4.5 Демпфер

Диск (рисунок 4.6) турбины штампованный, с последующей механической обработкой. В периферийной части диска выполнены пазы «елочного» типа для крепления 90 рабочих лопаток, канавки 1 для размещения пластинчатых замков осевой фиксации лопаток и наклонные отверстия 2 подвода воздуха, охлаж- дающего рабочие лопатки. Воздух отбирается из ресивера, образованного дву- мя буртиками, левой боковой поверхностью диска и аппаратом закрутки. На правой плоскости полотна диска выполнены буртик 3 лабиринтного уплотне- ния и буртик 4, используемый при демонтаже диска. В ступичной плоской час- ти диска выполнены цилиндрические отверстия 5 под призонные болты, соеди- няющие вал, диск и цапфу ротора турбины.

Рис. 4.6 Диск ТВД (лист 1 из 2)

Рис. 4.6 Диск ТВД (лист 2 из 2)

Балансировка ротора осуществляется грузиками (рисунок 4.7), закрепляе- мыми в проточке буртика диска и зафиксированными замком. Хвостовик замка загибается на балансировочный грузик.

Рис. 4.7 Узел крепления балансировочного груза ротора

Цапфа 1 (рисунок 4.8) обеспечивает опирание ротора о роликовый под- шипник. Левым фланцем цапфа центрируется и соединяется с диском турбины. На наружных цилиндрических проточках цапфы размещены втулки 2 лаби- ринтных уплотнений. Осевая и окружная фиксация втулок осуществляется ра- диальными штифтами 3. Для предотвращения выпадания штифтов под воздей- ствием центробежных сил после их запрессовки отверстия во втулках заваль- цовываются.

Рис. 4.8 Цапфа ТВД (лист 1 из 2)

Рис. 4.8 Цапфа ТВД (лист 2 из 2)

На наружной части хвостовика цапфы, ниже втулок лабиринтного уплот- нения, размещено контактное уплотнение (рисунок 4.9), зафиксированное ко- рончатой гайкой. Гайка законтрена пластинчатым замком.

Рис. 4.9 Узел контактного уплотнения

Внутри цапфы в цилиндрических поясках центрируются втулки контакт- ного и лабиринтного уплотнений. Втулки удерживаются корончатой гайкой, ввернутой в резьбу цапфы. Гайка законтривается отгибом усиков коронки в торцевые прорези цапфы. Контактное уплотнение показано на рисунок 4.10.

Рис. 4.10 Узел контактного уплотнения

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.

Пример конструкции рабочей лопатки и элементов конструкций лопаток: а - лопатка с вильчатым хвостом: 2 - внутренняя поверхность; 2 - выходная кромка; 3 - наружная поверхность; 4 - отверстие под скрепляющую проволоку; 5 - утолщение; 6 - входная кромка; 7 - наружный профиль сечения; 8 - внутренний профиль сечения; 9 - наружная галтель; 10 - внутренняя галтель; 11 - входная плоскость хвоста; 12 - полуотверстия под заклёпки; 13 - наружная радиальная плоскость хвоста; 14 - внутренняя радиальная плоскость хвоста; 15 - пазы хвоста; 16 - торец хвоста; 17 - выходная плоскость хвоста; 18 - вершина пазов хвоста; б - ёлочного профиля, полка, переход полки в рабочую часть: 1 - внутренняя плоскость полки; 2 - переходная галтель; 3 - наружная плоскость полки; в - хвост пазового двустороннего профиля, поверхности профиля: 2 - верхние; 2 - боковые; 3 - нижние; г - головка с шипом: 1 - торец головки; 2 - внутренняя поверхность шипа; 3 - наружная поверхность шипа; 4 - входная поверхность шипа; д - бандажная полка: 2 - внутренняя плоскость бандажной полки; 2 - входная плоскость бандажной полки; 3 - наружная плоскость бандажной полки; 4 - входная плоскость бандажной полки; е - перемычка двухъярусной лопатки: 2 - нижний ярус; 2 - внутренняя нижняя галтель перемычки; 3 - внутренняя плоскость перемычки; 4 - выходная плоскость перемычки; 5 - внутренняя верхняя галтель перемычки; 6 - верхний ярус; 7 - наружная плоскость яруса; 8 - наружная верхняя галтель перемычки; 9 - наружная плоскость перемычки; 10 - входная плоскость перемычки; 22 - наружная плоскость нижнего яруса; 12 - наружная галтель нижней перемычки.

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; δ ВЫХ - 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 δ ВЫХ 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 δ ВЫХ, 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; δ ВЫХ ± 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 Б из (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).

Размерные цепи, определяющие точность расположения рабочей части лопаток в радиальном, осевом и тангенциальном направлениях

Размеры рабочих задают от выходной кромки до нормали к поверхности Б из и касательной к точке на входной (или выходной) плоскости хвоста. Размеры обозначены b хв - в первом от хвоста корневом сечении; b пол - в последнем полном контрольном сечении; b ср - в среднем сечении, определяемом по линейному закону относительно b хв и b пол. 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
	b пол	b хв	b пол	b хв
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	±0,2	±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 Б из (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

Ротор ТВД состоит из рабочего колеса (диска с рабочими лопатками), лабиринтного диска, вала ТВД.

Рабочая лопатка ТВД ‑ охлаждаемая, состоит из хвостовика, ножки, пера и бандажной полки с гребешками. Воздух на охлаждение подводится к хвостовику, проходит по радиальным каналам в теле пера лопатки и выходит через отверстия в передней и задней части пера лопатки в проточную часть. В каждом пазу диска устанавливается по две лопатки. Соединяются лопатки с диском замками «елочного» типа. Лабиринтный диск и диск ТВД охлаждается воздухом из-за КВД.

Турбина низкого давления состоит из ротора и корпуса опор турбин с сопловым аппаратом ТНД. Ротор ТНД состоит из рабочего колеса (диска с рабочими лопатками) и вала ТНД, соединённых между собой болтами. Рабочие лопатки ротора ТНД неохлаждаемые, соединяются с диском замками «елочного» типа. Диск охлаждается воздухом, отбираемым из КВД.

В корпусе опор турбин наружная и внутренняя оболочки соединены между собой стойками, проходящими внутри полых лопаток соплового аппарата второй ступени турбины. Через лопатки проходят также трубопроводы масляных и воздушных коммуникаций. В корпусе опор турбин имеются узлы задних подшипников опор роторов низкого и высокого давления.

Сопловые лопатки, отлитые в виде секторов по три лопатки в секторе, охлаждаются воздухом, отбираемым из-за четвертой ступени КВД.

Турбина вентилятора состоит из ротора и статора. Статор турбины вентилятора состоит из корпуса и пяти сопловых аппаратов, набранных из отдельных литых секторов, по пять лопаток в секторе. Ротор турбины вентилятора дисково-барабанной конструкции. Диски соединяются между собой и с валом турбины вентилятора болтами. Лопатки, как сопловые, так и рабочие, неохлаждаемые; диски турбины вентилятора охлаждаются воздухом, отбираемым из КВД. Рабочие лопатки всех ступеней ротора ТВ бандажированы, соединены с дисками замками «елочного типа».

Выходное устройство турбины состоит из корпуса задней опоры, реактивного сопла внутреннего контура и стекателя.

На корпусе задней опоры турбины имеются места крепления узлов заднего пояса подвески двигателя к самолету. Задний узел подвески двигателя установлен на силовом кольце, которое является частью внешней оболочки корпуса задней опоры. Внутри корпуса расположен подшипниковый узел ротора вентилятора.

В стойках, соединяющих внутреннюю и наружную оболочки корпуса, расположены коммуникации задней опоры ротора вентилятора.

Режим работы зон ТО и ТР
Режим работы этих зон характеризуется числом рабочих дней в году, продолжительностью и количеством смен, временем начала и конца смен, распределением производственной программы во времени и должен быть согласован с графиком выпуска и возврата автомобилей с линии. Работы по ЕО и ТО-1 выполняются в межсменное время. Межсменное время – это...

Расчет количества постов ТР
Ммзп=Пучо / Фрм∙ Рср∙ n ∙ ŋ ,(13) где Пучо- производственная программа по операциям ТР выполняемым на участке стационарной мастерской, чел.-ч.; Фрм- фонд времени рабочего места; Рср- среднее число рабочих, приходящихся на 1 пост, чел; Рср=2 чел; n- число рабочих смен в сутки; n=1; ŋ=0,85-коэффициент использова...

Определение программы участка
Программой участка называется установленный или рассчитанный объем работы. Объем работы участков ремонтного депо зависит от количества вагонов поступающих в деповской ремонт. Так программа ВСУ соответствует запланированной программе конкретного депо. , Программа тележечного участка учитывает, что на данный участок поступает все тележки с...

Лопатка - это рабочая деталь ротора турбины. Ступень надежно фиксируется под оптимальным углом наклона. Элементы работают под колоссальными нагрузками, поэтому к ним предъявляют самые жесткие требования по качеству, надежности и долговечности.

Применение и виды лопаточных механизмов

Лопаточные механизмы широко применяются в машинах различного назначения. Наиболее часто используют их в турбинах и компрессорах.

Турбина - ротационный двигатель, работающий под действием значительных центробежных сил. Основной рабочий орган машины - ротор, на котором по всему диаметру закреплены лопатки. Все элементы помещены в общий корпус специальной формы в виде нагнетающего и подающего патрубков или сопел. На лопатки подается рабочая среда (пар, газ или вода), приводя в движение ротор.

Таким образом, кинетическая энергия движущегося потока преобразуется в механическую энергию на валу.

Различают два основных вида турбинных лопаток:

Рабочие - находятся на вращающих валах. Детали передают механическую полезную мощность на присоединенную рабочую машину (часто это генератор). Давление на рабочих лопатках остается постоянным благодаря тому, что направляющие лопатки всю разность энтальпий преобразуют в энергию потока.
Направляющие - закреплены в корпусе турбины. Данные элементы частично преобразуют энергию потока, благодаря чему вращение колес получает тангенциальное усилие. В турбине разница энтальпий должна быть понижена. Это достигается путем уменьшения числа ступеней. Если установить слишком много направляющих лопаток, то срыв потока будет угрожать ускоренному потоку турбины.

Методы изготовления турбинных лопаток

Турбинные лопатки изготавливают методом литья по выплавляемым деталям из высококачественного металлопроката. Используют полосу, квадрат, допускается применение штампованных заготовок. Последний вариант предпочтителен на крупных производствах, так как коэффициент использования металла достаточно высок, а трудозатраты - минимальны.

Лопасти турбин проходят обязательную термическую обработку. Поверхность покрывается защитными составами против развития коррозионных процессов, а также специальными составами, повышающие прочность механизма при работе в условиях высокой температуры. Например, никелевые сплавы практически не поддаются механической обработке, поэтому методы штамповки для производства лопаток не подходят.

Современные технологии подарили возможность производства турбинных лопаток методом направленной кристаллизации. Это позволило получить рабочие элементы с такой структурой, которую практически невозможно сломать. Внедряется метод изготовления монокристальной лопасти, то есть из одного кристалла.

Этапы производства турбинных лопаток:

Литье или поковка. Литье позволяет получать лопатки высокого качества. Поковка производиться по спец заказу.
Механическая обработка. Как правило, для механической обработки применяются токарно-фрезерные автоматизированные центры, например, японский комплекс Mazak или же на фрезерные обрабатывающие центра, такие как MIKRON швейцарского производства.
В качестве финишной обработки применяют только шлифование.

Требования к лопаткам турбин, применяемые материалы

Лопатки турбины эксплуатируются в условиях агрессивной среды. Особо критична высокая температура. Детали работают под напряжением на растяжение, поэтому возникают высокие деформирующие усилия, растягивающие лопатки. Со временем детали касаются корпуса турбины, машина блокируется. Все это обуславливает применение материалов высочайшего качества для изготовления лопаток, способные выдерживать значительные нагрузки при крутящем моменте, а также любые усилия в условиях высокого давления и температуры. Качеством лопаток турбины оценивается общая эффективность агрегата. Напомним, что высокая температура необходима для повышения КПД машины, работающей по циклу Карно.

Лопатки турбины - ответственный механизм. Благодаря нему обеспечивается надежность работы агрегата. Выделим основные нагрузки во время работы турбины:

Возникают большие окружные скорости в условиях высокой температуры в паровом или газовом потоке, которые растягивают лопатки;
Формируются значительные статические и динамические температурные напряжения, не исключая и вибрационные нагрузки;
Температура в турбине достигает 1000-1700 градусов.

Все это предопределяет применение высококачественных жаропрочных и нержавеющих сталей для производства лопаток турбин.

Например, могут быть использованы такие марки как 18Х11МФНБ-ш, 15Х11МФ-ш, а также различные сплавы на основе никеля (до 65%) ХН65КМВЮБ.

В качестве легирующих элементов в состав такого сплава дополнительно вводят следующие компоненты: 6% алюминия, 6-10% вольфрама, тантала, рения и немного рутения.

Лопаточный механизм должен обладать определенной теплостойкостью. Для этого в турбине делают сложные системы охлаждающих каналов и выходных отверстий, которые обеспечивают создание воздушной пленки на поверхности рабочей или направляющей лопатки. Раскаленные газы не касаются лопасти, поэтому происходит минимальный нагрев, но сами газы не остывают.

Все это повышает КПД машины. Охлаждающие каналы формируются при помощи керамических стержней.

Для их производства применяют оксид алюминия, температура плавления которого достигает 2050 градусов.

1. Угол установки профиля.

g уст = 68,7 + 9,33×10 -4 (b 1 - b 2) - 6,052 ×10 -3 (b 1 - b 2) 2

g уст кор. = 57,03°

g уст. ср. = 67,09°

g уст. пер. = 60,52°

2. Величина хорды профиля.

b Л.ср = S Л.ср / sin g уст.ср = 0,0381 / sin 67,09° = 0,0414 м;

b Л.корн = S Л.корн / sin g уст.корн = 0,0438 / sin 57,03° = 0,0522 м;

b Л.пер = S Л.пер / sin g уст.пер = 0,0347 / sin 60,52° = 0,0397 м;

S Л.корн =К S . корн ∙S Л.ср =1,15∙0,0381=0,0438 м 2 ;

S Л.пер =К S . пер ∙S Л.ср =0,91∙0,0381=0,0347 м 2 ;

3. Шаг охлаждаемой рабочей решетки.

= К т ∙

где , К Л = 0,6 – для рабочих лопаток

с учётом охлаждения

= К т ∙ =1,13∙0,541=0,611

где К т = 1,1…1,15

t Л.ср = b Л.ср ∙ =0,0414∙0,611=0,0253 м

Полученное значение t Л.ср следует уточнить, чтобы получить целое число лопаток в рабочей решетке, необходимое для прочностных расчетов элементов ТВД

5. Относительный радиус скругления выходной кромки лопаток выбирается в долях от шага решетки 2 = R 2 / t (величина 2ср в среднем сечении представлена в табл. 3). В корневых сечениях величина 2 увеличивается на 15…20%, в периферийных сечениях уменьшается на 10…15%.

Таблица 3

В нашем примере выбираем: 2ср = 0,07; 2корн = 0,084; 2пер = 0,06. Тогда радиусы скругления выходных кромок можно определить R 2 = 2 ∙t для расчетных сечений: R 2ср = 0,07 ∙ 0,0252 = 1,76 ∙ 10 -3 м; R 2корн = 0,084 ∙ 0,02323 = 1,95 ∙ 10 -3 м; R 2л.пер = 0,06 ∙ 0,02721 = 1,63 ∙ 10 -3 м.

6. Угол заострения выходной кромки охлаждаемых сопловых лопаток g 2с = 6…8°; рабочих – g 2л = 8…12°. Эти цифры в среднем в 1,5…2 раза больше, чем в неохлаждаемых лопатках. В нашем случае при профилировании рабочих лопаток назначаем g 2л = 10º во всех расчетных сечениях.

7). Конструктивный угол на выходе из сопловых лопаток a 1л = a 1см; на выходе из рабочих лопаток b 2л = b 2см + ∆b к, где среднего сечения Db к = 0;

для корневого Db к = + (1…1,5)°; для периферийного Db к = – (1...1,5)°, а a 1см, b 2см берутся из табл. 2. В нашем примере принимаем для рабочей решетки: Db к = 1,5º ; b 2л.ср = 32º18′ ; b 2л.кор = 36º5′; b 2л.пер = 28º00′ .

8). Угол отгиба выходного участка спинки профиля на среднем диаметре (затылочный угол) g зат = 6…20°: при М 2 £ 0,8 g зат = 14…20°; при М 2 » 1, g зат = 10…14°; при М W £ 1,35, g зат = 6…8°, где . В корневых сечениях g зат берется меньше указанных величин на 1…3°, в периферийных сечениях может достигать 30°.