Глава 8 - Турбины ГТД

лопаток механической обработке подвергаются только поверхности «елочного» замкового соединения, сопрягаемые поверхности бандажной полки и – в лопатках с пленочным охлаждением, отверстия перфорации.

При проектировании лопаток особое внимание должно уделяться возможностям производства. Это относится к выбору толщины профиля в каждом сечении, диаметру входной и особенно выходной кромок. Для охлаждаемых лопаток важна минимальная толщина стенки и возможность изготовления каналов охлаждения внутренней полости и выходной кромки. Только так может быть обеспечен экономически оправданный процент выхода годного литья.

В настоящее время сложности в обеспечении экономики литейного лопаточного производства привели к сосредоточению основных мощностей по литью лопаток в руках субподрядчиков. Например, компания Howmet выполняет заказы на отливки лопаток основных двигателестроительных фирм (GEAircraft Engines, Pratt&Whitney) и крупнейших производителей стационарных турбин (Siemens, Alstom).

8.4.2.1 - Соединение рабочих лопаток с диском

Соединение рабочих лопаток с диском - напряженное и ответственное место в конструкции турбины.

В настоящее время крепление рабочих лопаток в диске турбины выполняется в виде так называемого «елочного» замка. Конструктивная форма «елочного» замка с тремя парами зубьев показана на Рис. 8.4.2.1_1.

Зубья под действием центробежной силы

èизгибающих моментов работают на срез, изгиб

èсмятие, а сечения по впадинам замка лопатки

èвпадинам выступов в диске – на растяжение. Зубья в лопатке и в диске выполняются с большой точностью, чтобы обеспечить равномерность контакта зубьев по всей поверхности - как по длине, так и ширине. Например, допуск на шаг зубьев составляет порядка 0,008…0,016 мм. Так обеспечи- вается равномерное нагружение всех зубьев соединения и избегается опасная перегрузка отдельных элементов замка.

Рисунок 8.4.2.1_1 – Замковое соединение лопаток с диском «елочного» типа а) внешний вид замкового соединения; б) фрагмент чертежа замка лопатки

1 – замок лопатки; 2 – выступ диска; 3 – перемычка между впадинами замка лопатки; 4 – перемычка между впадинами выступа диска

474

Глава 8 - Турбины ГТД

Рисунок 8.4.2.1_2 - Осевая фиксация рабочих лопаток в дисках 1 – замок лопатки; 2 – дефлектор; 3 – промежуточный диск; 4 – лабиринт; 5 – пласти-

на; 6 – пластина; 7 – двусторонний пластинчатый замок; 8 – односторонний пластин- чатый замок

«Елочный» замок нашел исключительное применение на практике благодаря своим достоинствам:

-клиновидная форма замковой части лопатки

èпериферийной части диска обеспечивает близкое к равномерному распределение напряжений (толщина обода и масса диска с лопатками получается минимальной).

-свободная посадка лопатки в замке (с зазором) устраняет возникновение температурных напряжений в соединении;

-возможна легкая замена лопаток в колесе при переборках узла или их повреждении.

При построении «елочного» замка основными параметрами являются шаг лопаток по наружному диаметру диска, угол клина и количество зубьев.

-Угол клина замка выбирается, как правило, в пределах 30…45°, число зубьев - от двух

до пяти. С увеличением числа зубьев уменьшается величина нагрузки на каждый зуб, но увеличивается концентрация напряжений – так как при большем числе зубьев величина радиуса впадин зубьев уменьшается. Поэтому меньшее число пар зубьев предпочтительнее.

-Наиболее нагруженное поперечное сечение

âперемычке выступов диска находится у основания выступов, а у лопатки – в первой впадине замка. Для снижения напряжений в элементах замкового соединения ширину обода диска делают несколько больше толщины полотна.

-Пазы в диске изготавливаются протяжкой, а замковая часть лопаток - фрезерованием или шлифованием. Для повышения усталостной прочности поверхности «елочного» замка лопатки могут быть упрочнены, например обдувкой микрошариками.

475