Бандаж и связи лопаток

Бандажи и связи служат главным образом для повышения вибрационной надёжности лопаточного аппарата турбины. Периферийный бандаж решает сразу две задачи: объединяет лопатки в пакеты, гася колебания, и одновременно уменьшает утечку пара поверх лопаток — повышая КПД ступени. Средства настройки вибрационной надёжности — ленточные бандажи, цельнофрезерованные бандажи и демпферные связи; выбор зависит от длины лопаток и температуры ступени. Конструктивные варианты по шагам — в статье бандажи и связи для рабочих лопаток.

Ленточный (накладной) бандаж

Для рабочих лопаток ЦВД и недлинных — менее 350 мм — лопаток ЦСД применяют накладные ленточные бандажи, объединяющие в пакет 6–14 лопаток. Лента крепится на шипы, фрезеруемые на торцевой поверхности лопатки: по её ширине шипы располагают в один или два ряда, сечение — круглое, квадратное или прямоугольное.

Пакеты, а не сплошное кольцо: полного объединения всех лопаток стараются не делать — бандаж и лопатки меняют температуру в эксплуатации по-разному, и жёсткое кольцо получает трещины малоцикловой усталости. Пакетная схема даёт тепловым деформациям свободу.

Цельнофрезерованный бандаж и демпферная связь

С ростом мощности турбоагрегатов центробежная сила массы ленточного бандажа возрастает настолько, что крепление заклёпками становится невозможным. Тогда либо отказываются от бандажа вообще (вибронадёжность обеспечивают другими средствами), либо выполняют бандаж заодно с лопаткой — цельнофрезерованный (интегральный) бандаж. Для лопаток регулирующей ступени он особенно полезен: там лопатки сваривают в пакеты по полкам цельнофрезерованного бандажа и по полкам хвостовиков, а на полках бандажа дополнительно держится лёгкий ленточный бандаж.

Демпферная связь — альтернатива приклёпанной ленте: полоса трапециевидного сечения закладывается в паз цельнофрезерованного бандажа. При колебаниях между связью и бандажом возникают силы трения, гасящие колебания; при этом связь не препятствует взаимному температурному расширению пакетов — критично для регулирующей ступени, где температура пара на переходных режимах меняется сильнее всего.

Признак	Ленточный	Цельнофрезерованный	Демпферная связь
Лопатки	ЦВД, ЦСД < 350 мм	мощные машины, регулирующая ступень	с цельнофрезерованным бандажом
Пакет	6–14 лопаток	2–3 (сварка по полкам)	пакеты раздельные
Гашение колебаний	пакетная жёсткость	интегральная жёсткость	трение в пазу
Температурные расширения	между пакетами	между пакетами	свободно, по замыслу связи

Типичные ошибки

1. Сплошное кольцо вместо пакетов. Все лопатки в одном пакете — бандаж трескается малоцикловой усталостью от разницы тепловых деформаций.
2. Ленточный бандаж на длинных лопатках мощной машины. Центробежная сила ленты рвёт заклёпки: выше некоторой длины — только цельнофрезерованный или отказ от бандажа.
3. Демонтаж демпферной связи «для жёсткости». Трение связи — рабочий гаситель; жёсткая фиксация убивает демпфирование и переносит колебания в лопатку.
4. Шипы без расчёта сечения. Круглые, квадратные, прямоугольные — форма под ширину лопатки; неверный ряд шипов перегружает крепление ленты.

Частые вопросы

Зачем лопатки турбины объединяют бандажом?

Для вибрационной надёжности: пакет гасит колебания отдельных лопаток. Побочный выигрыш — периферийный бандаж уменьшает утечку пара поверх лопаток и повышает КПД ступени.

Почему бандаж делают пакетами, а не сплошным кольцом?

Бандаж и лопатки греются по-разному и деформируются неодинаково: жёсткое кольцо трескается малоцикловой усталостью. Пакет из 6–14 лопаток снимает это ограничение.

Что такое цельнофрезерованный бандаж?

Бандаж, выполненный заодно с телом лопатки (интегральный): без ленты и заклёпок. Применяется на мощных машинах и на регулирующих ступенях, где лопатки сваривают в пакеты по его полкам.

Что даёт демпферная связь?

Полоса трапециевидного сечения в пазу бандажа: при колебаниях трение гасит вибрацию, а тепловые расширения пакетов не ограничивает — важно для регулирующей ступени.

Источники

1. Материалы сайта: бандажи и связи для рабочих лопаток (ленточные, цельнофрезерованные, демпферные связи), рабочие лопатки турбины, конструкции уплотнений турбин (надбандажное уплотнение).