Бандажи и связи для рабочих лопаток
Бандажи и связи служат главным образом для повышения вибрационной надежности лопаточного аппарата. Периферийный бандаж позволяет одновременно уменьшить утечку пара и поэтому повышает КПД ступени.
Для рабочих лопаток ЦВД и недлинных (менее 350 мм) лопаток ЦСД применяют удобные накладные ленточные бандажи, объединяющие в пакет 6—14 лопаток. Полного объединения всех лопаток в один пакет стараются не делать, так как при этом затрудняются тепловые деформации бандажа относительно лопаток, которые могут менять свою температуру в процессе эксплуатации по-разному. В результате в бандаже могут появиться трещины малоцикловой усталости.
Шипы, фрезеруемые на торцевой поверхности рабочей лопатки, в зависимости от ее ширины могут располагаться в один или два ряда, иметь круглую, квадратную или прямоугольную форму в сечении.
С возрастанием мощности турбоагрегатов, когда вместе с ростом расхода пара увеличивается хорда лопаток, а также с увеличением диаметра ступени центробежная сила массы бандажа возрастает настолько, что выполнение ленточного периферийного бандажа становится затруднительным. В этих случаях либо отказываются от бандажа вообще, обеспечивая вибрационную надежность облопачивания другими средствами, либо выполняют бандаж заодно с каждой из лопаток (рис. 14). Такой бандаж называют цельнофрезерованным, или интегральным.
Выполнение цельнофрезерованного бандажа особенно полезно для лопаток регулирующей ступени. На рис. 15 показан пакет из трех лопаток для регулирующих ступеней турбин ЛМЗ. Лопатки свариваются в пакеты по полкам цельнофрезерованного бандажа и по полкам хвостовиков. На полках бандажа выполняют шипы, на которые дополнительно надевают ленточный облегченный бандаж.
Вместо ленточного приклепанного бандажа можно использовать демпферную связь (рис. 16) в виде полосы трапециевидного сечения, закладываемой в паз, выточенный в цельнофрезерованном бандаже. В этом случае при колебаниях между связью и бандажом возникают силы трения, гасящие колебания. Вместе с тем эта связь не препятствует взаимному температурному расширению отдельных пакетов, что особенно важно для лопаток регулирующей ступени, где температура пара при переходных режимах изменяется наиболее значительно.
Рис. 15. Сварной пакет из трех лопаток для регулирующей ступени
Рис. 16 Пакеты рабочих лопаток с демпферной связью для регулирующей ступени
Рис. 14. Цельнофрезерованный бандаж
Бандажные связи очень важны для лопаток последних ступеней. При их отсутствии не только снижается вибрационная надежность облопачивания, но и происходит упругая раскрутка лопатки: под действием центробежной силы профили в отдельных сечениях лопатки поворачиваются вокруг ее продольной оси (иногда на 10—12°) и начинают занимать не то положение, на которое рассчитана лопатка. В результате обтекание лопаток потоком пара становится нерасчетным и экономичность ступени снижается. Выполнение на периферии лопатки цельнофрезерованного бандажа с «зубом» (рис. 15) препятствует упругой раскрутке лопатки. Мало того, контакт поверхностей зубьев соседних лопаток и возникающие на них силы трения создают хорошее демпфирование колебаний.
В тех случаях, когда раскручивающая лопатку сила невелика и возникающие силы прижатия бандажных полок друг к другу недостаточны, в выточку бандажа (рис16) устанавливают замкнутую на круг проволочную связь. Во-первых, для их установки в профиле лопатки приходится выполнять отверстия, являющиеся концентраторами напряжений и потенциальными зонами образования трещин с последующим обрывом. Это заставляет в месте установки проволоки утолщать профиль. Тем самым обтекание паром зоны установки проволоки становится неудовлетворительным и возникают дополнительные потери энергии.
Рис 15 Цельнофрезерованный бандаж с «зубом» для лопаток турбин ЛМЗ |
Очень важную роль в облопачивании играют проволочные связи, устанавливаемые между корневым и периферийным сечениями. Вообще говоря, проволочные связи крайне нежелательны по целому ряду причин.
Во-вторых, затруднительно обеспечить прочность самой проволочной связи в условиях влажно-парового потока при тех огромных центробежных силах, которые на нее действуют. Обрывы проволочных связей — достаточно частое явление. Оборвавшаяся проволочная связь может быть не только прямым виновником разрушения лопаточного аппарата вследствие ее заклинивания между вращающимися и неподвижными деталями, но и изменения вибрационных характеристик облопачивания, что тоже в конечном счете может привести к разрушению лопаток. Поэтому, стремясь обеспечить их надежность, связи часто выполняют из трубок или из титановой проволоки.
В-третьих, технология установки проволочных связей сложна, при их ремонте возникает разбалансировка ротора, которую необходимо восстанавливать. Связи, устанавливаемые между рабочими частями лопаток, по назначению можно разделить на паяные и демпферные.
Паяные связи припаиваются к лопаткам и служат для ликвидации некоторых особенно опасных видов колебаний. Ясно, например, что в пакете лопатки при колебаниях могут перемещаться относительно друг друга. Если же их прошить проволокой, то лопатки не сумеют вибрировать указанным образом. Припаивают связь к лопаткам серебряным припоем.
Демпферные связи устанавливают для гашения колебаний. Их к лопаткам не припаивают. За счет центробежных сил они умеренно, допуская проскальзывание, прижимаются к поверхности отверстий в лопатках, а возникающие силы трения не дают развиться интенсивным колебаниям. Примеры демпферных связей показаны на рис.16.
Во всех случаях демпферный бандаж должен быть сделан так, чтобы он выполнял свои функции: он должен быть в меру податливым, чтобы плотно прилегать к лопатке под действием центробежных сил и создавать силу трения и вместе с тем достаточно жестким, чтобы иметь необходимую прочность.
Рис. 16. Цельнофрезерованный бандаж с расположенной в нем демпферной проволокой