Патент на изобретение №2331775

(54) УСТРОЙСТВО ФИКСИРОВАНИЯ ТУРБИННОГО СОПЛА, ВЫПОЛНЕННОЕ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕРЖАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам фиксирования сопел в турбине. Сопла (12) для турбины имеют выполненные в виде соединения «ласточкин хвост» основания (20) для вмещения в них соответствующих выполненных в виде соединений «ласточкин хвост» пазов (27) в половинах держателя турбины. Сопла каждой поверхности из числа горизонтальных соединительных поверхностей каждой половины держателя имеют выемки (34), выполненные вдоль их оснований, имеющих поверхность примыкания. Шпоночные вырезы (38) выполнены в горизонтальных соединительных поверхностях и вмещают в себе шпонки (40), плотно прилегающие к поверхностям примыкания. Шпонки нагартованы на половину держателя на горизонтальных соединительных поверхностях или привинчены к ней. Штифты (32) радиального нагружения контактируют с основаниями концевого сопла, чтобы смещать концевые сопла радиально внутрь, при этом не создавая помехи для шпонок, фиксирующих сопла в пазах. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик за счет того, что фиксирующее устройство на горизонтальной соединительной поверхности для фиксирования сопел не препятствует радиальному нагружению сопел. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству для фиксирования сопел, установленных рядом друг с другом в пазе держателя в турбине, и в частности относится к устройству фиксирования сопел турбины для фиксирования сопел в пазах держателя на горизонтальных соединительных поверхностях между верхней и нижней половинами держателя, которое не создает помех для радиального нагружения сопел.

В турбинах, например, в паровых турбинах, обеспечивают держатель для расположенных с осевым интервалом проходящих по окружности сопел (см., например, патент США №3511577). Держатель обычно содержит половины держателя, которые имеют дуговую протяженность, равную 180°, и прикреплены друг к другу на горизонтальной соединительной поверхности и таким образом формируют ряд сопел протяженностью 360° в каждой осевой ступени. Для фиксирования сопел в пазах держателя применяются разные способы, и обычно сопла имеют аэродинамическую поверхность с радиальным внешним выполненным в виде соединения «ласточкин хвост» основанием для вмещения его в по существу соответствующем выполненном в виде соединения «ласточкин хвост» в держателе. Как правило, противоположные боковые стороны каждого основания сопел расположены под некоторым углом к оси турбины, чтобы основание соответствовало скосу аэродинамической поверхности. Когда сопла установлены в каждом пазе половины держателя, основания сопел примыкают друг к другу в пазах, образуя ряд сопел величиной в половину круга. Концевое сопло на каждой горизонтальной соединительной поверхности, до прикрепления половин держателя друг к другу, выступает наружу из соединительной поверхности. Для каждого сопла также предусмотрены штифты радиального нагружения. Каждый штифт расположен между основанием сопла и основанием паза, смещая сопло радиально внутрь. Зазор между прилегающими концевыми соплами вдоль горизонтального соединения верхней и нижней половин держателя необходим, когда половины держателя прикреплены друг к другу. Соответственно, необходимо фиксирующее устройство на горизонтальной соединительной поверхности для фиксирования сопел внутри паза половины держателя, которое не будет мешать радиальному нагружению сопел.

Сущность изобретения

В соответствии с предпочтительным осуществлением настоящего изобретения обеспечивают устройство фиксирования сопла турбины для фиксирования сопел на соединительной поверхности каждой половины, которое не мешает устройству радиального нагружения, т.е. штифтам радиального нагружения, а действует с ним совместно. Устройство фиксирования сопла для турбины согласно изобретению содержит: по существу полуцилиндрическую половину держателя сопла, проходящую по оси турбины и имеющую дугообразный открытый радиально внутрь паз, оканчивающийся на противоположных концах на соответствующих соединительных поверхностях; совокупность сопел для турбины, при этом каждое сопло содержит аэродинамическую поверхность и внешнее основание, имеющее форму, по существу соответствующую форме паза и вмещаемое в пазе; шпоночный паз в одной из горизонтальных соединительных поверхностей на одном конце паза; причем одно из сопел в пазе половины держателя на одной горизонтальной соединительной поверхности проходит по окружности далее соединительной поверхности и имеет выемку, выполненную в его основании, проходящем внутрь одной соединительной поверхности; и шпонку в шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку одного сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе половины держателя. Устройство также содержит элемент, контактирующий с одним соплом, чтобы смещать одно сопло в радиально внутреннем направлении. Причем радиально смещающий элемент содержит штифт и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление вдоль внешней поверхности паза половины держателя для вмещения штифта и для смещения одного сопла радиально внутрь.

Предпочтительно устройство содержит элемент, контактирующий с одним соплом, чтобы смещать одно сопло в направлении радиально внутрь; при этом элемент проходит между шпонкой и обращенной радиально внутрь поверхностью вдоль основания паза. Элемент содержит штифт и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление вдоль обращенной внутрь поверхности паза.

Устройство также содержит средство для прикрепления шпонки к половине держателя на соединительной поверхности. Причем шпонка и половина держателя нагартованы друг к другу на соединительной поверхности. Альтернативно шпонка и половина держателя скреплены друг с другом винтами, которые проходят через шпонку и в половину держателя. Паз половины держателя имеет форму соединения «ласточкин хвост», и основания сопел имеют по существу дополняющую форму соединения «ласточкин хвост».

Устройство предпочтительно содержит второй шпоночный паз в другой поверхности из числа горизонтальных соединительных поверхностей на противоположном конце паза, второе сопло из множества сопел в половине держателя на противоположном конце паза, проходящего по окружности через другую соединительную поверхность и имеющего выемку, выполненную в его основании и проходящую внутрь противоположной соединительной поверхности, и вторую шпонку во втором шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку второго сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе держателя. В этом случае устройство содержит второй элемент, контактирующий со вторым соплом, чтобы смещать второе сопло в направлении радиально внутрь. Второй радиально смещающий элемент содержит второй штифт, и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление вдоль внешней поверхности паза половины держателя для вмещения в себе второго штифта и смещения второго сопла радиально внутрь.

В другом варианте изобретения устройство фиксирования сопла для турбины содержит: по существу полуцилиндрическую половину держателя сопла, проходящую по оси турбины и имеющую дугообразный открытый радиально внутрь паз в виде соединения «ласточкин хвост», оканчивающийся на противоположных концах соответствующих соединительных поверхностей; множество сопел для турбины, при этом каждое сопло содержит аэродинамическую поверхность и внешнее основание, имеющее форму в виде соединения «ласточкин хвост», по существу соответствующую форме в виде соединения «ласточкин хвост» паза, и вмещаемое в пазе, имеющем форму в виде соединения «ласточкин хвост»; шпоночный паз в одной из горизонтальных соединительных поверхностей на одном конце паза; причем одно из сопел в пазе половины держателя на одной горизонтальной соединительной поверхности имеет выемку, выполненную в основании внутрь одной соединительной поверхности; шпонку в шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку одного сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе половины держателя; и штифт, зацепляющий одно сопло, чтобы смещать одно сопло в направлении радиально внутрь, и проходящий между шпонкой и обращенной радиально внутрь поверхностью вдоль основания паза. Устройство также содержит средство для прикрепления шпонки к половине держателя на соединительной поверхности. Причем шпонка и половина держателя нагартованы друг к другу на соединительной поверхности или могут быть скреплены друг с другом винтами, которые проходят через шпонку и в половину держателя. Устройство предпочтительно содержит второй шпоночный паз в другой поверхности из числа соединительных поверхностей на противоположном конце паза, второе сопло из множества сопел в половине держателя на противоположном конце паза, проходящего по окружности через другую соединительную поверхность и имеющего выемку, выполненную в его основании, проходящем внутрь противоположной соединительной поверхности, и вторую шпонку во втором шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку второго сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе держателя, и штифт, контактирующий со вторым соплом, чтобы смещать второе сопло в направлении радиально внутрь, и проходящий между второй шпонкой и проходящей радиально внутрь поверхностью паза.

В устройстве согласно изобретению, как указано выше, каждая половина держателя имеет множество пазов, отделенных друг от друга интервалом в осевом направлении и имеющих конфигурацию половины окружности на половине держателя. Каждый паз имеет конфигурацию соединения «ласточкин хвост». Сопла, имеющие соответствующее радиально-внешнее основание в виде соединения «ласточкин хвост», вставлены в паз держателя и установлены рядом друг с другом с образованием дугообразного ряда сопел. На каждом сопряжении соединения, где требуется зазор между прилегающими соплами верхней и нижней половин держателя, каждое сопло выступает за пределы своей соединительной поверхности.

Для фиксирования концевого сопла в горизонтальной соединительной поверхности, с обеспечением в нем штифта радиального нагружения, основание сопла каждого концевого сопла имеет выемку, выполненную на его радиально-внешней поверхности и содержащую поверхность примыкания, проходящую в осевом направлении. В каждой половине держателя, на каждой соединительной поверхности выполнен шпоночный паз, который соосен с выемкой и поверхностью примыкания. Удлиненная шпонка расположена в выемке, плотно контактируя с поверхностью примыкания основания сопла. Штифт радиального нагружения расположен в углублении в наружной стенке паза держателя и вмещен в той части основания сопла, которая не имеет выемки, чтобы обеспечивать смещение радиально внутрь к концевому соплу. Шпонка прикреплена к половине держателя и в шпоночном пазе на соединительной поверхности, например, за счет нагартовки между соединительной поверхностью и шпонкой. Либо шпонка может фиксироваться в шпоночном пазе одним или более винтами, головки которых утоплены ниже соединительного сопряжения. Поэтому шпонка препятствует периферическому перемещению сопла из паза держателя, и при этом штифт радиального нагружения смещает сопло радиально внутрь. Необходимо отметить, что концевое сопло и фиксирующая шпонка согласно настоящему изобретению обеспечены, по меньшей мере, на одной из двух горизонтальных соединительных поверхностей для каждого паза каждой половины держателя. Предпочтительно, чтобы все четыре горизонтальных соединительных поверхности двух половин держателя, каждая из которых образует кольцевой паз держателя, имели устройство фиксирования сопла.

Перечень фигур чертежей

Фиг.1 показывает частичный вид в перспективе держателя, иллюстрирующий отделенные друг от друга осевым интервалом пазы держателя для турбины и установленные рядом друг с другом сопла в пазах;

Фиг.2 – вид в перспективе отдельного сопла, расположенного внутри пазов держателя между концевыми соплами на соединительных сопряжениях;

Фиг.3 – вид в перспективе концевого сопла и шпонки для фиксирования сопла на соединительной поверхности держателя;

Фиг.4 – вид, аналогичный Фиг.3, иллюстрирующий сопло на горизонтальной соединительной поверхности, со вставленным штифтом радиального нагружения;

Фиг.5 – увеличенный частичный вид соединительной поверхности; показана шпонка в шпоночном пазе с нагартовкой к корпусу держателя; и

Фиг.6 – вид, аналогичный Фиг.5; показано фиксирование шпонки в шпоночном пазе с помощью винтов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Обращаясь к чертежам, в частности – к Фиг.1: показан держатель под общим ссылочным обозначением 10 для сопел 12 турбины, например паровой турбины. Держатель 10 содержит верхнюю и нижнюю половины 14 и 15 держателя соответственно, которые соединены друг с другом по горизонтальной соединительной поверхности 16. Сопла 12 расположены кольцевыми рядами в отделенных осевым интервалом положениях по длине держателя 10. Каждый ряд сопел 12 содержит совокупность отдельных сопел 12, установленных рядом друг с другом. Когда ротор (не изображен) установлен в нижней половине держателя и половины 14 и 15 держателя прикреплены друг к другу на соединительном сопряжении 16, то сопла 12 вместе с аэродинамическими поверхностями или рабочими лопатками образуют ступени турбины.

Согласно Фиг.2: каждое сопло содержит аэродинамическую поверхность 17, состоящую из внутренней полосы 18 и основания 20, имеющего конфигурацию соединения «ласточкин хвост». Каждое основание 20 имеет противоположные стороны, параллельные друг другу, и когда они расположены в пазах держателя, эти противоположные стороны наклонены под некоторым углом к оси вращения турбины. В поясняемом осуществлении имеющего форму соединения «ласточкин хвост» основания каждого сопла предусмотрена пара фланцев 22 и 24, которые выступают в осевом направлении впереди и позади относительно направления потока, ограничивая углубления 26 между ними. Верхняя и нижняя секции 14 и 15 держателя соответственно имеют по существу соответствующие друг другу пазы 27 в качестве оснований сопел 12. Радиально-внешнее основание каждого паза также имеет радиально-внешнее кольцевое углубление 30 (Фиг.4).

Обычно сопла 12 в пазах установлены рядом друг с другом и в верхней, и в нижней половинах держателя 14 и 15 соответственно. За счет установки первого или концевого сопла на одной из горизонтальных соединительных поверхностей остальные сопла секции держателя можно вставить путем позиционирования имеющих форму соединения «ласточкин хвост» оснований 20 последующих сопел в противоположном конце паза 27 и путем перемещения сопел вплотную друг к другу до полного заполнения паза 27. После того, как сопла будут вставлены, радиальные смещающие штифты 32 вставляют в паз держателя с противоположного конца паза 27. Штифты 32 вмещены между радиально-внешним основанием паза 27 и радиально-внешними поверхностями оснований 20 сопел 12, чтобы смещать сопла 12 радиально внутрь. Штифты 32 имеют плоскую поверхность на одной стороне для контактирования с основанием 20 сопла, и их вставляют с противоположного конца паза 27 держателя от сопел, вставляемых в паз. После того, как сопла будут установлены рядом друг за другом, последнее или концевое сопло 13 (Фиг.3) для каждой секции держателя на горизонтальной соединительной поверхности 16 особым образом конфигурируют для прикрепления на горизонтальном соединении, и также чтобы исключить помеху для радиального нагружения концевого сопла 13 в радиально внутреннем направлении и облегчить эту установку.

Согласно приведенному здесь описанию каждое концевое сопло 13 предпочтительно обеспечивают на каждом противоположном конце каждого паза 27 половины держателя. Нужно отметить, это каждое концевое сопло 13 и описываемое далее фиксирующее устройство можно обеспечить только на одном конце каждого паза каждой половины держателя, при этом противоположный конец будет тем или иным образом закреплен. Для этой цели, обращаясь к Фиг.3: концевые сопла 13 для каждой из половин 14 и 15 держателя имеют выемку 34 на радиально-внешней поверхности основания 20 сопла 12. Выемка 34 содержит поверхность 36 примыкания, выполненную по существу параллельно оси вращения турбины. Согласно изображению на чертеже: выемка 34 имеет по существу форму клина. Когда концевые сопла 13 расположены в пазах 27 на соединительных поверхностях, поверхности 36 примыкания находятся ниже горизонтальных соединительных поверхностей 16, и часть каждого основания 20 сопла выступает над соответствующей горизонтальной соединительной поверхностью 16. Концевое сопло 13 на противоположном конце каждого паза 27 держателя имеет аналогичное выполнение, но выемка и поверхность примыкания выполнены на противоположной стороне концевого сопла. То есть левое и правое концевые сопла 13 имеют выемки 34, а поверхности примыкания 36 выполнены на соответствующих противоположных сторонах их оснований.

Перед установкой сопел 12 и 13 в пазах 27 корпуса держателя: в горизонтальной соединительной поверхности 16, предпочтительно на конце каждого паза, формируют шпоночный паз 38. Шпоночный паз 38 проходит в осевом направлении вперед и назад относительно протяженности оснований 20 сопла. Шпоночный паз 38 имеет некоторую глубину от горизонтальной соединительной поверхности 16, по меньшей мере равную глубине поверхности 36 примыкания от соединительных поверхностей, когда сопло 13 расположено у горизонтальной соединительной поверхности. Согласно Фиг.4: шпонка 40 расположена в шпоночном пазе 38. Шпонка 40 представляет собой удлиненный прямоугольный запирающий элемент, который посажен в шпоночном пазе 38 и плотно прилегает к поверхности 36 примыкания основания 20 концевого сопла.

Согласно Фиг.5: шпонка 40 закреплена в шпоночном пазе 38, например, с помощью нагартовки 41 вблизи противоположных концов шпонки 40. То есть металл шпонки 40 и части прилегающей соединительной поверхности 16 деформированы с созданием взаимной помехи и тем самым – с закреплением шпонки в шпоночном пазе; при этом шпонка примыкает к поверхности 36 примыкания, удерживая установленные рядом друг с другом сопла 12 и 13 в половине держателя от смещения из паза. Шпонку 40 можно также закрепить в шпоночном пазе 38 и прикрепить к половине держателя другими средствами помимо нагартовки. Например, согласно Фиг.6, шпонка 40 может иметь проточки для винтов 44, которые на резьбе будут крепиться в основании шпоночного паза 38 и в половине держателя.

Для радиального нагружения каждого концевого сопла 13 конечный радиальный штифт 32 нагружения устанавливают между основанием паза, и он плотно прилегает к основанию концевого сопла 13, чтобы смещать концевое сопло радиально внутрь, как и другие установленные рядом друг с другом сопла в пазе держателя. Таким образом, штифт 32 радиального нагружения на концевом соединительном сопряжении не мешает узлу шпонки 40 и шпоночного паза 38, закрепляющему сопла в пазах держателя.

Нужно отметить, что шпонка 40 и радиальные штифты 32, а также средство закрепления шпонки в шпоночном пазе и для предотвращения смещения сопел из пазов в периферическом направлении все выполнены заподлицо или немного углублены ниже соединительной поверхности 16. Это важно для того, чтобы прикрепить друг к другу соединительные поверхности верхней и нижней половин держателя с помощью соответствующего уплотнения (не показано), и с надлежащим зазором между прилегающими концевыми соплами на каждой из соединительных поверхностей.

Хотя настоящее изобретение описывается в связи с осуществлением, которое в данное время считается наиболее практичным и предпочтительным, подразумевается, что данное изобретение не ограничивается раскрываемым осуществлением, а, напротив, включает в себя различные модификации и эквивалентные варианты выполнения, в рамках концепции и объема прилагаемой формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство фиксирования сопла для турбины, содержащее по существу полуцилиндрическую половину (15) держателя сопла, проходящую по оси турбины и имеющую дугообразный открытый радиально внутрь паз (27), оканчивающийся на противоположных концах, на соответствующих соединительных поверхностях, совокупность сопел (12) для турбины, при этом каждое сопло содержит аэродинамическую поверхность (17) и внешнее основание (20), имеющее форму, по существу соответствующую форме паза и вмещаемое в пазе, шпоночный паз (38) в одной из горизонтальных соединительных поверхностей на одном конце паза, причем одно из сопел в пазе половины держателя на одной горизонтальной соединительной поверхности проходит по окружности далее соединительной поверхности и имеет выемку (34), выполненную в его основании, проходящем внутрь одной соединительной поверхности, и шпонку (40) в шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку одного сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе половины держателя.

2. Устройство по п.1, содержащее элемент (32), контактирующий с одним соплом, чтобы смещать одно сопло в радиально внутреннем направлении.

3. Устройство по п.2, в котором радиально смещающий элемент содержит штифт (32) и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление (30) вдоль внешней поверхности паза половины держателя для вмещения штифта и для смещения одного сопла радиально внутрь.

4. Устройство по п.1, содержащее элемент (32), контактирующий с одним соплом, чтобы смещать одно сопло в направлении радиально внутрь; при этом элемент проходит между шпонкой (40) и обращенной радиально внутрь поверхностью вдоль основания паза.

5. Устройство по п.4, в котором элемент содержит штифт (32) и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление (30) вдоль обращенной внутрь поверхности паза.

6. Устройство по п.1, содержащее средство (41) для прикрепления шпонки к половине держателя на соединительной поверхности.

7. Устройство по п.1, в котором шпонка (40) и половина (15) держателя нагартованы друг к другу на соединительной поверхности.

8. Устройство по п.1, в котором шпонка и половина держателя скреплены друг с другом винтами (44), которые проходят через шпонку и в половину держателя.

9. Устройство по п.1, в котором паз половины держателя имеет форму соединения «ласточкин хвост», и основания (20) сопел имеют по существу дополняющую форму соединения «ласточкин хвост».

10. Устройство по п.1, содержащее второй шпоночный паз (38) в другой поверхности из числа горизонтальных соединительных поверхностей на противоположном конце паза, второе сопло из множества сопел в половине держателя на противоположном конце паза, проходящего по окружности через другую соединительную поверхность, и имеющего выемку (34), выполненную в его основании, и проходящую внутрь противоположной соединительной поверхности, и вторую шпонку (38) во втором шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя, и зацепляющую выемку второго сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе держателя.

11. Устройство по п.10, содержащее второй элемент (32), контактирующий со вторым соплом, чтобы смещать второе сопло в направлении радиально внутрь.

12. Устройство по п.11, в котором второй радиально смещающий элемент содержит второй штифт (32), и паз половины держателя содержит проходящее по окружности углубление вдоль внешней поверхности паза половины держателя для вмещения в себе второго штифта и смещения второго сопла радиально внутрь.

13. Устройство фиксирования сопла для турбины, содержащее по существу полуцилиндрическую половину (15) держателя сопла, проходящую по оси турбины, и имеющую дугообразный открытый радиально внутрь паз (27) в виде соединения «ласточкин хвост», оканчивающийся на противоположных концах соответствующих соединительных поверхностей, множество сопел (12) для турбины, при этом каждое сопло содержит аэродинамическую поверхность (17) и внешнее основание (20), имеющее форму в виде соединения «ласточкин хвост», по существу соответствующую форме в виде соединения «ласточкин хвост» паза, и вмещаемое в пазе, имеющем форму в виде соединения «ласточкин хвост», шпоночный паз (38) в одной из горизонтальных соединительных поверхностей на одном конце паза, причем одно из сопел в пазе половины держателя на одной горизонтальной соединительной поверхности имеет выемку, выполненную в основании внутрь одной соединительной поверхности, и шпонку (40) в шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку одного сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе половины держателя, штифт (32), зацепляющий одно сопло, чтобы смещать одно сопло в направлении радиально внутрь, и проходящий между шпонкой и обращенной радиально внутрь поверхностью вдоль основания паза.

14. Устройство по п.13, содержащее средство (41) для прикрепления шпонки к половине держателя на соединительной поверхности.

15. Устройство по п.13, в котором шпонка и половина держателя нагартованы друг к другу на соединительной поверхности.

16. Устройство по п.13, в котором шпонка и половина держателя скреплены друг с другом винтами (44), которые проходят через шпонку и в половину держателя.

17. Устройство по п.13, содержащее второй шпоночный паз (38) в другой поверхности из числа соединительных поверхностей на противоположном конце паза, второе сопло из множества сопел в половине держателя на противоположном конце паза, проходящего по окружности через другую соединительную поверхность и имеющего выемку (34), выполненную в его основании, проходящем внутрь противоположной соединительной поверхности, и вторую шпонку во втором шпоночном пазе, прикрепленную к половине держателя и зацепляющую выемку (34) второго сопла, чтобы фиксировать сопла в пазе держателя, и штифт (32), контактирующий со вторым соплом, чтобы смещать второе сопло в направлении радиально внутрь, и проходящий между второй шпонкой и проходящей радиально внутрь поверхностью паза.

РИСУНКИ