SU1103000A1

SU1103000A1 - Регулирующа ступень турбомашины

Info

Publication number: SU1103000A1
Application number: SU823476367A
Authority: SU
Inventors: Виктор Кузьмич Рыжков; Юрий Николаевич Неженцев; Ефим Давыдович Консон; Олег Григорьевич Вассерберг; Сергей Александрович Масной; Константин Николаевич Боришанский
Original assignee: Производственное Объединение Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод"
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1984-07-15

Abstract

1. РЕГУЛИРУКЩАЯ СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ, преимущественно паровой турбины, содержаща рабочие лопатки, закреплвннь1е в диске ротора, и сегменты сопловых лопаток, установленные в сопловых коробках, отличающа с тем, что, с целью повышени вибрационной надежности рабочих лопаток, сопловые лопатки на границах сегментов вьшолнены с высотой меньшей, чем в средней части сегментов , а изменение высоты зоны лопаток определ етс из соотношени jf ,m+i:a f , где m - число лопаток с меньшей высотйй на каждой границе сегмента; 1 - пор дковый номер лопатки с меньшей высотой, отсчитьгеаемой от каждой границы сегмента . уменьшенна высота -и лопатки; е посто нна высота лопаток в средней части сегмента, при этом Umi5,t$m. 00 о о. о

Description

2. Ступень по п. 1, отличаю щ а с тем, что рассто ние Тз между соседними сегментами определ етс из соотношени

Ca-0,6)i-(oi-q,4,

где t - шаг сопловых лопаток;

а - целое число, при этом IfoiilO.

Изобретение относитс к энергетическому машиностроению и может быть использовано преимущественно в паровых турбинах.

Известна дроссельна система паро- 5 распределени дл регулировани расхода рабочего тела (дл паровой турбины - расхода пара) с помощью одного или нескольких регулирукмцих- клапанов , причем после прохождени клапа- ю нов рабочее тело направл етс одновременно ко всем равномерно расположенным по окружности сопловым лопаткам ,, а затем к рабочим лопаткам турбины .. . 15

Недостатком такой дроссельной системы парораспределени вл етс снижение экономичности турбины при частичных нагрузках из-за дополнительных потерь в неполностью открытых 20 регулирующих клапанах.

Известна также регулирующа ступень турбомашины, преимущественно паровой турбины, содержаща рабочие лопатки, закрепленные в диске ротора, 25 и сегменты сопловых лопаток, установленные в сопловых коробках. Это так называемое сопловое парораспределение , при котЪром пар от каждого из регулирующих клапанов подводитс зо к само.сто тельному, не св занному с другими, сегменту сопловых лопаток , причем открытие клапанов производитс постепенно, по мере возрастани мощности турбины. Сопловые лопатки, принадлежащие различным сегментам , расположены последовательно по окружности на одном и том же радиусе , в результате чего рабочие лопатки при вращении ротора проход т Q поочередно мимо сопловых лопаток разичных сегментов. Потери в регулирующих клапанах в случае соплового парораспределени оказываютс значительно меньшими, чем при дроссельном д парораспределении 2 .

Однако при сопловом парораспределении оказываютс более т желыми услови эксплуатации вращающихс рабочих лопаток, проход щих поочередно то мимо сегментов сопловых лопаток , в которые пар подаетс , то мимо сегментов, в которые пар не поступает . В результате рабочие лопатки подвергаютс значительным переменным во времени усили м, обусловленным поочередной нагрузкой и разгружением лопаток при прохождении мимо различных сегментов. Так как врем нагружени и разгрузки рабочих лопаток весьма мало, то в них могут возникнуть значительные динамические напр жени , привод щие в некоторьгх случа х к усталостньм поломкам лопаток регулирующей ступени. Дл повышени вибрационной надежности рабочие лопатки соедин ютс в пакеты, чт приводит к возрастанию времени нагружени и разгрузки и, тем самым, к снижению уровн динамических напр кений в лопатках. Кроме того, динамические напр жени в рабочих лопатках регулирующей ступени возникают и из-за неравномерности потока пара, создаваемой потенциальными возмущени ми и в зкими следами сопловых лопаток. Возникающие при этом максимальные по величине возмущающие силы действующие на рабочие лопатки, имеют частоты, близкие к п, где п частота вращени турбины; z - число соплойых лопаток (условное), которое разместилось бы по окружности при установке с равномерным шагом (t), равным фактическому шагу сопловых лопаток .

Цель изобретени - повьшзение вибрационной надежности рабочих лопаток регулирующей ступени турбомашины.

Указанна цель достигаетс тем, что в регулирующей ступени турбомаши .3 ны, преимущественно паровой турбины содержащей рабочие лопатки, закрепленные в диске ротора, и сегменты сопловых лопаток, установленные в сопловых коробках, сопловые лопатки на границах сегментов выполнены с высотой меньшей, чем в средней час ти сегментов, а изменение высоты зоны лопаток определ етс из соотношени i -/m-H 2 е Л) где m - число лопаток с меньшей высо той на каждой границе сегмен та; V 1 - пор дковый номер лопатки с меньшей высотой, отсчитываемой от каждой границы сегмен р 5 .. i - уменьшенна высота i -и лопат посто нна высота лопаток в средней части сегмента, при этом ,ii m. Рассто ние b между соседними сегментами определ етс из соотношени ( a-0,6)|i(a-0,4), где t - шаг сопловых лопаток; а - целое число, при этом UatlO На фиг. 1 изображен один из сегментов регулирукнцей ступени, продоль ный разрез; на фиг. 2 - поперечньй разрез А-А сегмента с шагами сопловых лопаток, равными t; на фиг.З то же, с одной лопаткой уменьшенной высоты на каждой границе; на фиг.4 то же, с шагами сопловых лопаток t отличными от t; на фиг. 5 - то же, с двум лопатками уменьшенной высот на каждой границе; на фиг. 6 - попе речный разрез двух соседних сегментов; на фиг. 7 - зависимость относи тельной величины возмущающей силы о рассто ни между сегментами. Регулирующа ступень турбомашины содержит рабочие лопатки 1, закрепленные в диске 2 ротора 3, и сегмен ты 4 сопловых лопаток 5 установлен ные в сопловых коробках. Перед сегментами 4 установлен регулирующий клапан. Сопловые лопатки на границах сегментов 4 выполнены меньшей высоты, чем высота лопаток 5 в сред ней части сегментов 4, а изменение высоты зоны лопаток определ етс из соотношени ; .т+1Гг Т 04 где m - число лопйток с меньшей высотой на каждой границе сег мента 4; 1 - пор дковый номер лопатки с меньшей высотой, отсчитываемой от каждой границы сегмента 4; tj- уменьшенна высота i -и сопловой лопатки; 2 - посто нна высота сопловых лопаток 5 в средней части . сегментов, при этом ,1 $ т. Сегменты расположены друг от дру га на рассто нии Ь, определ емом соотношением (a-0,6)ii(a-0,4); где t - шаг сопловых лопаток; а - целое число, причем UailO. Сопловые лопатки в сегментах 4 установлены с различными шагами, причем разница в величинах шагов д t At S+1 определ етс соотношением - , t Z где S - число сегментов 4; Z - общее число сопловых лопаток ступени при установке их с одинаковым шагом t. Регулирующа ступень турбомашины (паровой турбины) работает следующим образом. При вращении ротора 3 турбины рабочие лопатки 1 поочередно проход т то мимо сегментов 4, в которые пар поступает, то мимо других сегментов 4, в которые пар не подаетс Рабочие лопатки 1 подвергаю тс при . этом переменным во времени усили м, вызывающим в них динамические напр жени . Снижение уровн динамических напр жений в рабочих лопатках 1 и повьш1ение вибрационной надежности даи- ной регулирующей ступени объ сн ютс следующими причинами. При выборе меньшей высоты сопловых лопаток на границах сегментов нагружение и разгрузка рабочих лопаток происходит медленнее, что приводит к повьш1ению их вибрационной надежности . Это объ сн етс тем, что динамические напр жени в рабочих лопатках пропорциональны напр жени м парового изгиба и уменьшаютс при возрастаг НИИ времени нагружени и разгрузки. Так как напр жени парового изгиба в рабочих лопатках пропорциональны квадрату высоты сопловых лопаток, то при меньших высотах сопловых лопаток на границах сегментов врем полного нагружени и разгрузки рабо чих лопаток возрастет. Например, , с, 1 р при условий -г- 7дГ где С, , е 2 Е - высота соответстве но первой, второй, третьей сопловых лопаток на границах сегментов: В посто нна высота сопловых лопу1ток в средней части сегментов, нагрузка на рабочие лопатки за врем прохождени первого шага сопловых лопаток возрастает до 1/2 от номинальной (сегмент 4 на фиг. 3), а при услови 6 1 1 Ф р р о Т ° Т Иэ 4-V- нагрузка за врем прохождени перво го шага возрастает до 1/3, а второго шага - до 2/3 от номинальной (сегмент 4 на фиг. 5). В общем слу .. m+lri (--) . где га - числ если -рлопаток с меньшей высотой на каждой границе сегментас, то нагрузка на рабочие лопатки за врем прохождени первого шага сопловых лопаток составл ет 12 - от номинальной, второго шага - гаm и т.д. Динамические напр жени в рабочих лопатках регулирующей ступени при резонансных колебани х I тона определ ютс формулой S I, . f(Fo:5). где k - число колебаний рабочей лопатки за оборот ротора турб ны; о - декремент колебаний; S - число сегментов сопловых ло паток ; j - число целых колебаний рабочей лопатки за врем нагружени или разгрузки; (jy,c- напр жени парового изгиба в рабочих лопатках. Так как при колебани х рабочих лопаток регулирующей ступени величи на декремента может быть весьма мала 50 (55:0,01-0,02), то второе слагаемое в формуле (1) много больше первого и именно оно определ ет величину динамических напр жений. Поэтому увеличение времени нагружени и разгрузки сопровождаетс возрастанием величины j, и в соответствии с формулой (1) приводит к снижению уровн динамических напр жений в рабочих лопатках. Дополнительное снижение динамических напр жений в рабочих лопатках достигаетс выбором рационального рассто ни между сегментами, обеспечивающим сдвиг по фазе и частичную компенсацию возмущающих сил с частотами fsnz, действующих на рабочие лопатки от сопловых лопаток, расположенных в разных сегментах. Зависимость относительной амплитуды возмущающей силы (F ) от рассто ни (Ь) между сегментами, показанными на фиг. 6, в случае открыти всех регулирующих клапанов и при одинаковьк рассто ни х между сегментами приведена на фиг. 7. Как видно из фиг. 7,.если рассто ние между сегментами заключено в диапазоне (a-0,6)(a-0,4), где а - целое число, то относительна величина возмущающих сил с частотами fcnz уменьшаетс на 25-35% по сравнению со случаем - а. Дополнительное снижение уровн динамических напр жений в рабочих лопатках достигаетс также и за счет выбора различных шагов сопловых лопаток в сегментах, т.е., например, при условии , где t и t шаги сопловых лопаток в сегментах на фиг. 2 и 4. В том случае, когда аги сопловых лопаток во всех S сегментах различны, амплитуды возмуающих сил с частотами fxnz могут ыть уменьшены в S раз за счет величени числа отличных от нул гармоник возмущающих сил.

Claims

1. РЕГУЛИРУЮЩАЯ СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ, преимущественно паровой турбины, содержащая рабочие лопатки, закрепленные в диске ротора, и сегменты сопловых лопаток, установленные в сопловых коробках, отличающаяся тем, что, с целью повыше ния вибрационной надежности рабочих лопаток, сопловые лопатки на границах сегментов выполнены с высотой меньшей, чем в средней части сегментов, а изменение высоты зоны лопаток определяется из соотношения ,πι+ΙΓΐ где m - число лопаток с меньшей высотой на каждой границе сегмента;

1 - порядковый номер лопатки с меньшей высотой, отсчитываемой от каждой границы сегмента;

- уменьшенная высота < -й лопатки;

β - постоянная высота лопаток в средней части сегмента, при этом 1<m£5,($in.

sUn,. 1Ю3000 фи» I

2. Ступень по π. 1, отличаю· щ а я с я тем, что расстояние Ь между соседними сегментами определяется из соотношения (α-0,6)6-^-6 (а-0₍4), где t - шаг сопловых лопаток;

а - целое число, при этом Iftti 10