Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в конструкциях сварных роторов паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров. The invention relates to turbine construction and can be used in the construction of welded rotors of steam and gas turbines, turbocompressors.
Целью изобретения является повышение надежности ротора путем преобразования растягивающих осевых напряжений от центробежных сил в корне сварных швов в сжимающие напряжения. The aim of the invention is to increase the reliability of the rotor by converting tensile axial stresses from centrifugal forces at the root of the welds to compressive stresses.
На фиг. 1 представлен фрагмент (3-7-я ступени) сварного барабанного ротора турбомашины, продольный разрез; на фиг.2 фрагмент ротора, поясняющий его работу. In FIG. 1 shows a fragment (3-7th stage) of a welded drum rotor of a turbomachine, a longitudinal section; in Fig.2 a fragment of a rotor explaining its operation.
Сварной барабанный ротор содержит барабанные части 1 с внутренней расточкой, имеющие участки а с дисками 2 или пазами 3 крепления рабочих лопаток 4 и межлопаточные перемычки б. Барабанные части 1 соединены между собой сварными швами 5 по сварным перемычкам в. Внутренняя расточка участков в и а выполнена большим диаметром, чем расточка участков б, т.е. d1 и d2 > d3. При этом диаметр d2 может быть равным, большим или меньшим d1. Конструктивно увеличение диаметров d1 и d2 внутренней расточки участков в и а относительно d3 участка б может быть достигнута за счет кольцевых выступов 6 на внутренней расточке участка б или за счет кольцевой подрезки 7 внутренней расточки на участках а и в. Возможно также комбинированное выполнение: с кольцевой подрезкой 7 на участке а и в и выступами 6 на участке б.The welded drum rotor contains drum parts 1 with an internal bore, having sections a with discs 2 or grooves 3 for fixing the working blades 4 and interscapular bridges b. Drum parts 1 are interconnected by welds 5 along welded bridges c. The inner bore of sections b and a is made with a larger diameter than the bore of sections b, i.e. d 1 and d 2 > d 3 . The diameter of d 2 may be equal to, greater or less than d 1 . Structurally, an increase in the diameters d 1 and d 2 of the inner bore of sections b and a with respect to d 3 of section b can be achieved by annular protrusions 6 on the inner bore of section b or by ring trimming 7 of the inner bore in sections a and c. Combined execution is also possible: with ring trimming 7 in section a and c and projections 6 in section b.
Величину разности диаметров d1, d2 и d3 участков в, а и б выбирают расчетным путем (например, методом конечных элементов) такой, чтобы в корне 8 сварного шва 5 при вращении ротора возникали сжимающие напряжения заданной величины, а именно результирующие напряжения от весовых нагрузок и центробежных сил должны быть отрицательными, т.е. сжимать корень 8 сварного шва с заданным усилием.The magnitude of the difference in diameters d 1 , d 2 and d 3 of sections a, b is chosen by calculation (for example, by the finite element method) such that compressive stresses of a given magnitude arise at the root 8 of the weld 5 when the rotor rotates, namely the resulting stresses from weight loads and centrifugal forces must be negative, i.e. compress the root 8 of the weld with a given force.
Ротор работает следующим образом. The rotor operates as follows.
При вращении ротора, например, с дисками 2 вокруг оси Z от центробежных сил рабочих лопаток 4 и дисков 2 из-за различных по величине радиальных перемещений Ur A и Ur B сторон А и Б (фиг.2) возникают изгибающие моменты М в плоскости оси вращения ротора. Разность радиальных перемещений Ur A и Ur Б обусловлена тем, что сторона А как бы придерживается выступом 6, а сторона Б свободна в радиальном направлении. Под действием моментов А диски 2 поворачиваются, изгибая участок в со сварным швом выпуклостью от оси вращения ротора. При этом растягивающие осевые напряжения в корне 8 сварных швов 5 преобразуются в сжимающие осевые напряжения, благодаря чему повышается надежность ротора.When the rotor rotates, for example, with disks 2 around the Z axis from the centrifugal forces of the working blades 4 and disks 2, bending moments M in arise due to different radial displacements U r A and U r B of sides A and B (Fig. 2) the plane of the axis of rotation of the rotor. The difference in radial displacements U r A and U r B is due to the fact that side A is as if adhered by a protrusion 6, and side B is free in the radial direction. Under the action of the moments A, the disks 2 rotate, bending the section in with the weld seam convex from the axis of rotation of the rotor. In this case, the tensile axial stresses at the root 8 of the welds 5 are converted into compressive axial stresses, thereby increasing the reliability of the rotor.
