RU2324056C2

RU2324056C2 - Rotor of turbomachine

Info

Publication number: RU2324056C2
Application number: RU2006112503/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Бакурадзе (RU); Михаил Викторович Бакурадзе; Сергей Александрович Кошелев (RU); Сергей Александрович Кошелев; Николай Николаевич Гудков (RU); Николай Николаевич Гудков; Алексей Геннадьевич Пронин (RU); Алексей Геннадьевич Пронин; Владимир Владимирович Ермолаев (RU); Владимир Владимирович Ермолаев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Теплоэнергосервис-ЭК" (ОАО "Теплоэнергосервис-ЭК")
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2008-05-10
Also published as: RU2006112503A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: rotor of turbomachine includes end part with a collar and flange to fit and fasten the main part of said rotor that has predominantly drum design, and fasteners joining two parts of said rotor. At the joint of one rotor's part, between the collar and fasteners an annular groove is made with sealing element installed in it. Above the fasteners at least two radial keys are installed radially between joints of the two rotor parts being fixed in one of these rotor parts.

EFFECT: improvement of reliability of turbine build-up rotor in service; simplification of rotor parts relative centering.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, к турбиностроению, и может быть использовано при проектировании и изготовлении составных роторов преимущественно барабанной конструкции, которые находят применение в паровых турбинах с облопачиванием реактивного типа.The invention relates to the field of energy, to turbine engineering, and can be used in the design and manufacture of composite rotors of predominantly drum construction, which are used in steam turbines with blading of a reactive type.

Известна конструкция совмещенного ротора цилиндров высокого и среднего давлений, установленного на трех подшипниковых опорах, в которой часть ротора высокого давления с концевым уплотнением со стороны ротора среднего давления не имеет опоры - она приболчена к концевой части ротора среднего давления, установленной на среднем подшипнике, общем для обоих роторов. По сути - это составной ротор высокого и среднего давлений. Такая конструкция ротора позволяет уменьшить осевой габарит турбины и потери на трение в подшипниках (Отраслевой каталог. Паротурбинные энергетические установки. - М.: НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, 1984, с.66, рис.29).A known design of a combined rotor of high and medium pressure cylinders mounted on three bearing bearings, in which a part of the high pressure rotor with end seal on the side of the medium pressure rotor has no support - it is attached to the end part of the medium pressure rotor mounted on the middle bearing, common to both rotors. In fact, it is a composite rotor of high and medium pressure. This rotor design allows to reduce the axial dimension of the turbine and friction losses in the bearings (Industry catalog. Steam turbine power plants. - M .: NIIEINFORMENERGOMASH, 1984, p.66, Fig. 29).

Недостатком известной конструкции является невозможность независимой центровки роторов проточных частей высокого и среднего давлений, усложнение балансировки ротора высокого давления независимо от ротора среднего давления.A disadvantage of the known design is the impossibility of independent alignment of the rotors of the flow parts of high and medium pressures, the complication of balancing the high pressure rotor regardless of the medium pressure rotor.

Известны конструкции составных сболченных роторов, широко применяющихся в судовых паротурбинных установках, например ротор турбины, включающий концевую часть с кольцевым выступом для посадки барабанной обечайки основной части ротора, фланцевое соединение между ними при помощи центрирующих болтов (М.И.Яновский. Конструирование и расчет на прочность деталей паровых турбин. - М. Л.: Академия Наук СССР, 1947. Приложение. Рис.XXIV).Known constructions of composite rotor rotors, widely used in ship steam turbine installations, for example, a turbine rotor, including an end part with an annular protrusion for landing the drum shell of the main part of the rotor, a flange connection between them using centering bolts (M.I. Yanovsky. Design and calculation for strength of steam turbine parts. - M. L.: USSR Academy of Sciences, 1947. Appendix. Fig. XXIV).

По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.By the totality of the features, this known technical solution is the closest to the claimed one and is taken as a prototype.

Недостатком устройства, принятого за прототип, а также причиной, препятствующей достижению желаемого технического результата при использовании упомянутого известного устройства, является то, что во время работы турбины при достижении определенной высокой скорости вращения плотная (как правило, с натягом) посадка ослабевает так, что между кольцевым выступом концевой части ротора и обечайкой основной части ротора образуется зазор, а при малейшем перекосе фланцевого соединения частей ротора между их торцами также образуется зазор. При этом пар или влага из проточной части может попасть во внутреннюю полость ротора, что может понизить надежность работы ротора. Кроме того, скрепление частей ротора при помощи центрующих болтов для передачи крутящего момента от одной части ротора к другой определяет усложненность изготовления ротора, сборки его и ремонта.The disadvantage of the device adopted for the prototype, as well as the reason that impedes the achievement of the desired technical result when using the aforementioned known device, is that during operation of the turbine when a certain high rotation speed is reached, a tight (usually tight fit) landing weakens so that between an annular protrusion of the end part of the rotor and a shell of the main part of the rotor creates a gap, and at the slightest distortion of the flange connection of the parts of the rotor, a gap is also formed between their ends. In this case, steam or moisture from the flow part can enter the inner cavity of the rotor, which can reduce the reliability of the rotor. In addition, the fastening of the rotor parts using centering bolts to transmit torque from one part of the rotor to another determines the complexity of the manufacture of the rotor, its assembly and repair.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым. При этом предлагаемое изобретение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, as well as the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a technical solution characterized by signs identical or equivalent to those proposed. However, the proposed invention does not follow explicitly for a specialist in the manner of the prior art and defined by the applicant.

Определение из выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.The definition of the prototype analogues identified as the closest technical solution for the totality of features made it possible to identify in the claimed device a combination of significant distinguishing features in relation to the technical result considered by the applicant, as set forth in the following claims.

Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить герметичность фланцевого соединения частей составного ротора, упростить относительную центровку частей ротора в окружном направлении, что приводит к повышению надежности работы составного сболченного ротора турбины.The claimed technical solution allows to ensure the tightness of the flange connection of the parts of the composite rotor, to simplify the relative alignment of the parts of the rotor in the circumferential direction, which increases the reliability of the composite mulled rotor of the turbine.

Предложен ротор турбомашины, включающий концевую часть с кольцевым выступом и фланцем для посадки и крепления основной части ротора, преимущественно барабанной конструкции, крепежные элементы, соединяющие обе части ротора, при этом на стыке одной из частей ротора между кольцевым выступом и крепежными элементами выполнена кольцевая канавка с установленным в ней уплотнительным элементом, а радиально выше крепежных элементов между стыками обеих частей ротора установлены, по крайней мере, две радиальные шпонки, зафиксированные в одной из частей ротора.A rotor of a turbomachine is proposed, including an end part with an annular protrusion and a flange for seating and securing the main part of the rotor, mainly a drum structure, fasteners connecting both parts of the rotor, and at the junction of one of the rotor parts between the annular protrusion and fasteners, an annular groove with installed in it a sealing element, and radially above the fastening elements between the joints of both parts of the rotor are installed at least two radial keys, fixed in one of rotor parts.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид составного ротора, на фиг.2 - узел А соединения частей ротора.The invention is illustrated by a drawing, in which Fig. 1 shows a general view of a composite rotor, in Fig. 2, a node A for connecting parts of a rotor.

Ротор турбомашины включает концевую часть 1 и основную часть 2 преимущественно барабанной конструкции с внутренней полостью 3. На концевой части 1 со стороны основной части 2 выполнен кольцевой выступ 4 и фланец 5, причем основная часть 2 своей цилиндрической поверхностью 6 установлена по посадке с натягом на цилиндрической поверхности 7 кольцевого выступа 4 концевой части 1, состыкована своим торцом 8 с торцом 9 фланца 5 концевой части 1 и скреплена с ним при помощи шпилек 10 и гаек 11. На торце 9 концевой части 1 между цилиндрической поверхностью 7 кольцевого выступа 4 и крепежными элементами-шпильками 10 выполнена кольцевая канавка 12 с установленным в ней упругим уплотнительным элементом 13. Радиально выше крепежных элементов-шпилек 10 между стыками обеих частей ротора на фланце 5 концевой части 1 выполнены радиальные пазы 14, в них установлены шпонки 15, закрепленные при помощи винтов 16 и зафиксированные в соответствующих пазах 17 основной части 2 ротора.The turbomachine rotor includes an end part 1 and a main part 2 of a predominantly drum structure with an internal cavity 3. On the end part 1, on the side of the main part 2, an annular protrusion 4 and a flange 5 are made, the main part 2 being mounted with an interference fit on the cylindrical surface 6 the surface 7 of the annular protrusion 4 of the end part 1, docked with its end 8 with the end face 9 of the flange 5 of the end part 1 and fastened with it using studs 10 and nuts 11. At the end 9 of the end part 1 between the cylindrical surface 7 to an annular groove 4 and fastening elements-pins 10 made an annular groove 12 with an installed elastic sealing element 13. Radially above the fastening elements-pins 10 between the joints of both parts of the rotor on the flange 5 of the end part 1 made radial grooves 14, they are installed dowels 15 fixed with screws 16 and fixed in the corresponding grooves 17 of the main part 2 of the rotor.

Во время работы турбины под действием центробежных сил от масс рабочих лопаток и собственной массы основной части ротора основная барабанная часть 2 ротора радиально расширяется и, в случае достижения максимально допустимого, так называемого, "освобождающего", числа оборотов натяг между цилиндрическими поверхностями 7 концевой части 1 и 6 основной барабанной части 2 ротора исчезает и появляется зазор, и, поскольку технологически невозможно обеспечить абсолютное прилегание по всей окружности между торцом 8 основной части 2 ротора и торцом 9 фланца 5 концевой части 1 даже при обжатии их шпильками 10 с гайками 11, при том, что из-за теплового расширения шпилек 10 обжатие торцов 8 и 9 ослабевает, между ними в некоторых местах могут образовываться радиальные щели. Пар из проточной части цилиндра под действием перепада давлений проникает в этот зазор, но наличие упругого уплотнительного кольца 13 препятствует попаданию пара во внутреннюю полость 3 основной части ротора 2. Торцевые шпонки 15 препятствуют окружному смещению концевой части 1 ротора относительно его основной барабанной части 2, при этом, поскольку между шпильками 10 и отверстиями во фланце 5 концевой части 1 имеются зазоры, шпильки 10 не нагружаются от окружных сил.During the operation of the turbine under the action of centrifugal forces from the masses of the rotor blades and the own mass of the main part of the rotor, the main drum part 2 of the rotor expands radially and, if the maximum allowable, so-called “releasing”, speed of interference between the cylindrical surfaces 7 of the end part 1 is reached and 6 of the rotor main drum part 2 disappears and a gap appears, and since it is technologically impossible to ensure an absolute fit around the entire circumference between the end face 8 of the rotor main part 2 and the end face 9 the flange 5 of the end part 1 even when they are crimped by the studs 10 with nuts 11, despite the fact that due to the thermal expansion of the studs 10, the crimping of the ends 8 and 9 is weakened, radial slots may form between them in some places. Steam from the cylinder bore under pressure drop penetrates into this gap, but the presence of an elastic sealing ring 13 prevents steam from entering the inner cavity 3 of the main part of the rotor 2. The end keys 15 prevent the circumferential displacement of the end part 1 of the rotor relative to its main drum part 2, this, since there are gaps between the studs 10 and the holes in the flange 5 of the end part 1, the studs 10 are not loaded from circumferential forces.

Claims

A turbomachine rotor, including an end part with an annular protrusion and a flange for mounting and fixing the main part of the rotor, mainly of a drum design, fasteners connecting both parts of the rotor, characterized in that an annular groove with installed in it a sealing element, and at least two radial keys fixed in one parts of the rotor.