RU2136896C1

RU2136896C1 - Turbine

Info

Publication number: RU2136896C1
Application number: RU97109109/06A
Authority: RU
Inventors: ков Г.В. Проскур; Г.В. Проскуряков; А.Н. Михайлов
Original assignee: Акционерное общество "Турбомоторный завод"
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: turbine engineering. SUBSTANCE: turbine has non-shrouded guide vanes and running blades. Removable parts mounted under guide vanes and above running blades on stay ring form inner and outer surfaces of flow path, respectively. Removable parts of rotor and stay ring are provided with slots inclined through certain angles to turbine axis equal to entry angles of running and next, guide rims. Fins forming these slots on removable parts are covered with high- melting abrasive coating. EFFECT: reduced radial-play loss. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, конкретно - к турбостроению, и может быть использовано в турбинах с необандаженными направляющими и рабочими лопатками. The invention relates to mechanical engineering, specifically to turbine engineering, and can be used in turbines with unstrained guides and rotor blades.

Известны турбины с необандаженными направляющими и рабочими лопатками. Турбины содержат необандаженные направляющие и (или) рабочие лопатки, ротор, образующий внутреннюю поверхность проточной части, статор, образующий наружную поверхность проточной части (Моисеев Г.И., Мееров Л.З. Конструкция стационарных газотурбинных установок. -М.: Госэнергоиздат, 1962, рис. 3-1, с. 52 и рис. 3-36, с. 86). Их недостатками являются увеличенные потери от радиальных зазоров из-за перетеканий рабочего тела у свободных концов лопаток с вогнутой стороны на выпуклую, рассеивания энергии перетечек и основного потока в образующихся вихрях и набегания потока из радиальных зазоров на последующие венцы (рабочий или направляющий следующей ступени) с большими углами атаки. Known turbines with unbounded guides and rotor blades. The turbines contain unshielded guides and (or) working blades, a rotor forming the inner surface of the flowing part, a stator forming the outer surface of the flowing part (Moiseev G.I., Meerov L.Z. Design of stationary gas turbine units. -M.: Gosenergoizdat, 1962 , Fig. 3-1, p. 52 and Fig. 3-36, p. 86). Their disadvantages are increased losses from radial gaps due to the flow of the working fluid at the free ends of the blades from the concave to the convex side, the dispersion of the energy of the flow and the main flow in the resulting vortices and the flow from the radial gaps to the subsequent crowns (working or directing the next stage) with large angles of attack.

При увеличении радиальных зазоров эти потери резко растут. В то же время у высокотемпературных газовых турбин с лопатками и сопрягаемыми элементами из жаропрочных сплавов наблюдается явление наволакивания металла на неподвижные элементы даже при незначительных задеваниях. Соскобленная при взаимных касаниях размягченная стружка сворачивается в рулон и приваривается к неподвижному элементу (концу направляющей лопатки или статору), остывая, она превращается в "резец", повреждающий ответную деталь. Радиальные зазоры при этом увеличиваются в несколько раз. With an increase in radial clearances, these losses increase sharply. At the same time, in high-temperature gas turbines with blades and mating elements made of heat-resistant alloys, the phenomenon of metal enveloping on fixed elements is observed even with minor grazing. The softened shavings scraped off at mutual touches are rolled up and welded to a fixed element (the end of the guide vanes or stator), cooling down, it turns into a “cutter” that damages the counterpart. Radial clearances increase several times.

Известна ступень турбины, содержащая регулируемый сопловой аппарат и рабочее колесо с ободом, образующим внутреннюю поверхность проточной части и установленным под лопатками соплового аппарата. На ободе выполнены микроканавки, размещенные под торцами сопловых лопаток под углом к оси турбины, равным углу установки поворотных сопловых лопаток на расчетном режиме (авт.св. 1795125, F 01 D 9/02, 1990). Данное изобретение принято за прототип. A turbine stage is known, comprising an adjustable nozzle apparatus and an impeller with a rim forming the inner surface of the flow part and mounted under the blades of the nozzle apparatus. Micro-grooves are made on the rim, placed under the ends of the nozzle blades at an angle to the axis of the turbine equal to the angle of installation of the rotary nozzle blades in the design mode (ed. St. 1795125, F 01 D 9/02, 1990). This invention is taken as a prototype.

Недостатками этой конструкции являются:
- ограничение применения областью поворотных /регулируемых/ и только сопловых аппаратов /РСА/; неподвижные направляющие и рабочие лопатки из рассмотрения исключены;
- неоптимальным углом выполнения микроканавок /расчетный угол установки РСА/, позволяющим лишь ослабить перетекания в радиальном зазоре под РСА, но сохраняющим набегание среды из радиального зазора на рабочие лопатки под большим углом атаки;
- нетехнологичность конструкции при выполнении канавок непосредственно на ободе ротора, особенно их восстановление при ремонтах после задеваний в проточной части;
- сохраняется недостаток, связанный с налипанием материала вращающихся деталей на неподвижные при задеваниях у высокотемпературных газовых турбин, при этом микроканавки "замазываются", поверхность обода становится гладкой.The disadvantages of this design are:
- restriction of the use of rotary / adjustable / and only nozzle devices / PCA / to the area; fixed guides and rotor blades are excluded from consideration;
- non-optimal angle of execution of the micro-grooves / design angle of the PCA installation /, allowing only to weaken the flow in the radial clearance under the PCA, but keeping the medium from the radial clearance on the blades at a large angle of attack;
- low-tech design when performing grooves directly on the rim of the rotor, especially their restoration during repairs after grazing in the flow part;
- there remains a disadvantage associated with the adhesion of the material of the rotating parts to the stationary ones when grazing in high-temperature gas turbines, while the micro-grooves are “smeared”, the rim surface becomes smooth.

Сущность изобретения состоит в снижении потерь от радиальных зазоров в турбинах с необандаженными как направляющими /поворотными и неподвижными/, так и рабочими лопатками, в большем повышении КПД турбины благодаря заданию оптимального угла канавок на роторе и статоре, их изготовление на съемных элементах ротора и статора, исключение прогрессирующих повреждений сопрягаемых деталей проточной части при задеваниях, вызывающих рост радиальных зазоров и потерь. The essence of the invention is to reduce losses from radial clearances in turbines with unshielded guides (rotary and stationary /) and rotor blades, to increase the turbine efficiency more by setting the optimal angle of the grooves on the rotor and stator, their manufacture on removable rotor and stator elements, the exclusion of progressive damage to the mating parts of the flow part during grazing, causing an increase in radial clearances and losses.

Задача решается тем, что в турбине, содержащей ротор, статор, необандаженные направляющие как поворотные, так и неподвижные и рабочие лопатки:
элементы, установленные на роторе под направляющими лопатками и образующие внутреннюю поверхность проточной части, а также элементы, установленные на статоре над рабочими лопатками и образующие наружную поверхность проточной части, выполнены съемными (сменными), что обеспечивает технологичность изготовления на них канавок и возможность замены при ремонтах;
на съемных элементах ротора и статора канавки выполняются под углами к оси турбины, равными углам входа лопаток венца, следующего за рассматриваемым после радиального зазора: благодаря этому пристенные слои потока в радиальном зазоре приобретают направление течения, совпадающее с "безударным" при входе в последующий венец, т.е. с направлением основного потока;
на ребра, образующие канавки, выполненные на съемных элементах ротора и статора, нанесено тугоплавкое абразивное покрытие; при случайных задеваниях ребер о концы лопаток происходит небольшой износ последних ("приработка" проточной части) - шлифовка концов без наволакивания металла, повреждений сопрягаемых элементов и резкого увеличения радиальных зазоров в эксплуатации; использование съемных элементов позволяет осуществлять необходимую термообработку нанесенных покрытий.The problem is solved in that in a turbine containing a rotor, a stator, un-bandaged guides, both rotary, fixed and working blades:
the elements mounted on the rotor under the guide vanes and forming the inner surface of the flowing part, as well as the elements mounted on the stator above the working blades and forming the outer surface of the flowing part, are removable (replaceable), which ensures the manufacturability of manufacturing grooves on them and the possibility of replacement during repairs ;
on removable elements of the rotor and stator, the grooves are made at angles to the axis of the turbine, equal to the angles of entry of the blades of the crown following the one considered after the radial clearance: due to this, the wall layers of the flow in the radial clearance acquire a flow direction that coincides with the “shockless” at the entrance to the subsequent crown, those. with the direction of the main stream;
on the ribs forming grooves made on removable elements of the rotor and stator, a refractory abrasive coating is applied; when the ribs are accidentally touched on the ends of the blades, a slight wear of the latter occurs (“running-in” of the flow part) - grinding of the ends without enveloping the metal, damage to the mating elements and a sharp increase in radial clearances in operation; the use of removable elements allows the necessary heat treatment of the applied coatings.

Описанная конструкция турбины повышает ее КПД за счет:
- снижения массы перетекающего рабочего тела через радиальные зазоры как под направляющими, так и над рабочими лопатками;
- направления перетекающих пристеночных слоев на следующие за радиальными зазорами венцы рабочих и направляющих лопаток под расчетными углами входа с использованием их кинетической энергии для выработки мощности;
- исключения увеличения радиальных зазоров в эксплуатации при задеваниях подвижных и неподвижных элементов проточной части высокотемпературных турбин.The described turbine design increases its efficiency due to:
- reducing the mass of the flowing working fluid through radial clearances both under the guides and above the working blades;
- directions of flowing near-wall layers to the crowns of working and guide vanes following radial clearances at calculated entry angles using their kinetic energy to generate power;
- exclusion of increased radial clearance in operation when grazing moving and stationary elements of the flow part of high-temperature turbines.

Одновременно значительно увеличивается технологичность изготовления описанных канавок и возможность их восстановления при ремонтах. At the same time, the manufacturability of the described grooves and the possibility of their restoration during repairs are significantly increased.

На фиг. 1 изображена проточная часть турбины; на фиг. 2 - расположение канавок на элементах ее ротора; на фиг. 3 - то же на элементах статора. In FIG. 1 shows a flow part of a turbine; in FIG. 2 - the location of the grooves on the elements of its rotor; in FIG. 3 - the same on the stator elements.

Турбина содержит необандаженные направляющие 1 и рабочие 2 лопатки, ротор 3 с элементами 4, установленными под направляющими лопатками и образующими внутреннюю поверхность 5 проточной части, причем на поверхности 5 элементов 4 выполнены канавки 6 под углом к оси турбины, равными углу входа рабочих лопаток 2 в этом сечении, статор 7 с элементами 8, установленными над рабочими лопатками 2 и образующими наружную поверхность 9 проточной части, при этом на поверхности 9 элементов 8 выполнены канавки 10 под углом к оси турбины, равным углу входа направляющих лопаток 1, а у последней ступени - углу выхода потока из нее в абсолютном движении. На ребра 11, образующие канавки 6 и 10, нанесено тугоплавкое абразивное покрытие. The turbine contains unshielded guides 1 and working 2 blades, a rotor 3 with elements 4 installed under the guide blades and forming the inner surface 5 of the flow part, and grooves 6 are made on the surface 5 of the elements 4 at an angle to the axis of the turbine equal to the angle of entry of the working blades 2 into this section, the stator 7 with elements 8 mounted above the working blades 2 and forming the outer surface 9 of the flow part, while on the surface 9 of the elements 8 grooves 10 are made at an angle to the axis of the turbine, equal to the angle of the direction entrance blades 1, and at the last stage - the exit angle of the flow from it in absolute motion. On the ribs 11, forming the grooves 6 and 10, applied refractory abrasive coating.

При вращении ротора 3 канавки 6 и 10 заполнены рабочем телом, сообщая ему окружную составляющую скорости, направленную против вторичных течений через необандаженные концы направляющих 1 и рабочих 2 лопаток, чем снижают расход среды, перетекающей в радиальных зазорах. Одновременно канавки придают захваченному потоку направление, совпадающее с углами входа β_1г и α_a лопаточных венцов, расположенных по потоку за рассматриваемыми радиальными зазорами и позволяют использовать в этих венцах кинетическую энергию пристенных слоев перетеканий.When the rotor 3 rotates, the grooves 6 and 10 are filled with the working fluid, giving it a peripheral velocity component directed against the secondary flows through the unshielded ends of the guides 1 and the working 2 blades, thereby reducing the flow rate of the medium flowing in the radial gaps. At the same time, the grooves give the captured flow a direction that coincides with the inlet angles β _1g and α _{a of the} blade crowns located downstream of the considered radial clearances and allow the kinetic energy of the wall layers of the overflows to be used in these crowns.

Ребра 11 с тугоплавким абразивным покрытием, образующим между собой канавки 6 и 10, при задеваниях сопрягаемых элементов ротора и статора выполняют роль инструмента, шлифующего концы лопаток и обеспечивающего величину необходимого для работы радиального зазора. The ribs 11 with a refractory abrasive coating forming grooves 6 and 10 between themselves, when touching the mating elements of the rotor and stator, play the role of a tool grinding the ends of the blades and providing the amount of radial clearance necessary for operation.

Изготовление канавок 6, 10 и восстановление их при ремонтах осуществляется на снятых элементах ротора 4 и (или) статора 8 с установкой в специальных приспособлениях и допускает проведение термообработки, необходимой после или при нанесении покрытий. The manufacture of grooves 6, 10 and their restoration during repairs is carried out on the removed elements of the rotor 4 and (or) the stator 8 with installation in special devices and allows the heat treatment necessary after or during coating.

Устройство повышает КПД турбины с необандаженными направляющими и (или) рабочими лопатками и позволяет сохранить его при длительной эксплуатации. The device increases the efficiency of the turbine with unbounded guides and (or) working blades and allows you to save it during long-term operation.

Claims

1. A turbine containing unshielded guides and rotor blades, a rotor forming the inner surface of its flowing part, on which grooves are made at an angle to the axis of the turbine, a stator forming the outer surface of the flowing part, characterized in that on the rotor under the guide vanes and on the stator removable elements are installed above the working blades, on which grooves are made at angles to the axis of the turbine, equal to the entry angles of the working and the next guide crowns, respectively.

2. The turbine according to claim 1, characterized in that the ribs forming grooves on the removable elements of the rotor and stator have a refractory abrasive coating.