RU2375588C1

RU2375588C1 - Turbomachine rotor

Info

Publication number: RU2375588C1
Application number: RU2008125879/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Авдеев (RU); Александр Александрович Авдеев; Александр Степанович Лисянский (RU); Александр Степанович Лисянский; Сергей Александрович Тихомиров (RU); Сергей Александрович Тихомиров; Владимир Семенович Дуб (RU); Владимир Семенович Дуб; Олег Игоревич Назаров (RU); Олег Игоревич Назаров; Юрий Поликарпович Томков (RU); Юрий Поликарпович Томков; Виталий Викторович Недавний (RU); Виталий Викторович Недавний
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to turbine production and can be used in designing and fabricating build-up shafts of drum type for steam turbines. Turbomachine rotor comprises drum-type shaft and shanks fitted along one axis. Every shank is pinned to the shaft, pin inner ends being screwed into shaft end face seats, while pin outer ends have nuts screwed thereon to interact with the flange thrust surfaces and pin central parts being fitted into shank flange cylindrical holes. Shaft end face has axial mounting ledge mating mounting recess made on shank flange. Pin outer end faces have conical threaded seats. Central conical part of every pin features smaller cone diametre on the nut side and is fitted in compensating sleeve. The latter features inner conical surface mating aforesaid pin central conical part and outer cylindrical surface that, in its turn, mates shaft end face and flange hole surfaces.

EFFECT: higher reliability of rotor.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании и изготовлении составных валов барабанной конструкции для паровых турбин.The invention relates to the field of turbine construction and can be used in the design and manufacture of composite shafts of a drum structure for steam turbines.

Известен ротор турбомашины, содержащий валы, расположенные по одной оси и скрепленные между собой посредством шпилек, средние участки которых установлены в цилиндрических отверстиях фланцев валов, а на наружные концы шпилек навинчены гайки, взаимодействующие с соответствующими опорными поверхностями фланцев, причем средние участки шпилек выполнены коническими и установлены в компенсирующих втулках, каждая из которых выполнена с внутренней конической поверхностью, сопряженной с конической поверхностью среднего участка шпильки, и наружной цилиндрической поверхностью, сопряженной с поверхностями отверстий фланцев (SU 1833485 A3, М. кл. F16В 5/02. 07.08.1993).Known rotor of a turbomachine, containing shafts located on the same axis and fastened together by pins, the middle sections of which are installed in the cylindrical holes of the flanges of the shafts, and nuts are screwed onto the outer ends of the pins, interacting with the corresponding supporting surfaces of the flanges, the middle sections of the pins made of conical and installed in compensating sleeves, each of which is made with an inner conical surface mating with the conical surface of the middle section of the stud, and uzhnoy cylindrical surface mating with the surfaces of flange openings (SU 1833485 A3, M. Cl. F16V 5/02. 07.08.1993).

Известное техническое решение используется для крепления между собой цельнокованых валов, которые имеют повышенную металлоемкость и низкую безопасную скорость прогрева в пусковых режимах турбомашины.A well-known technical solution is used for fastening together forged shafts, which have increased metal consumption and low safe heating rate in the starting conditions of a turbomachine.

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных технических решений (прототипом) является ротор турбомашины, содержащий барабанный вал и хвостовики, расположенные по одной оси, причем каждый хвостовик прикреплен к валу посредством шпилек, внутренние концы которых ввинчены в торцевые гнезда вала, средние участки шпилек установлены в цилиндрических отверстиях фланца хвостовика, а на наружные концы шпилек навинчены гайки, взаимодействующие с опорными поверхностями фланца (RU 2324056 С2, М. кл. F01D 5/06/ 10/05/2008).The closest technical solution of the known technical solutions (prototype) to the present invention is a turbomachine rotor comprising a drum shaft and shanks located on one axis, each shank attached to the shaft by means of studs, the inner ends of which are screwed into the shaft end seats, the middle sections of the studs are installed in the cylindrical holes of the shank flange, and nuts are screwed onto the outer ends of the studs, interacting with the supporting surfaces of the flange (RU 2324056 C2, M. cl. F01D 5/06 / 10/05/2008).

Большой диаметр барабанного вала обеспечивает повышенную жесткость ротора против поперечных колебаний, а умеренная толщина барабана способствует повышенной безопасной скорости прогрева вала и, соответственно, повышению маневренных характеристик агрегата. Барабанные валы имеют меньшую массу по сравнению с цельноковаными или сварными валами.The large diameter of the drum shaft provides increased rotor stiffness against lateral vibrations, and the moderate thickness of the drum contributes to an increased safe speed of the shaft heating and, accordingly, to increase the maneuverability of the unit. Drum shafts are lighter than solid forged or welded shafts.

Однако прототип имеет недостаток, так как в нем между валом и хвостовиком допускаются радиальные зазоры, которые не позволяют обеспечить уровень затяжки шпилек, достаточный для безаварийной их работы в условиях переменной пульсирующей нагрузки, неизбежной при вращении ротора.However, the prototype has a drawback, since radial clearances are allowed between the shaft and the shank in it, which do not allow ensuring the level of tightening of the studs sufficient for their trouble-free operation under conditions of a variable pulsating load, which is inevitable when the rotor rotates.

Таким образом, недостатком прототипа является пониженная эксплуатационная надежность ротора турбомашины.Thus, the disadvantage of the prototype is the reduced operational reliability of the rotor of the turbomachine.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности ротора турбомашины.An object of the invention is to increase the operational reliability of the rotor of a turbomachine.

Техническая задача решается в роторе турбомашины, содержащем барабанный вал и хвостовики, расположенные по одной оси, причем каждый хвостовик прикреплен к валу посредством шпилек, внутренние концы которых ввинчены в торцевые гнезда вала, средние участки шпилек установлены в цилиндрических отверстиях фланца хвостовика, а на наружные концы шпилек навинчены гайки, взаимодействующие с опорными поверхностями фланца, при этом торец вала имеет осевой установочный выступ, сочлененный с установочной впадиной, выполненной на фланце хвостовика, в торцах наружных концов шпилек выполнены конические резьбовые гнезда, а средний участок каждой шпильки выполнен коническим с меньшим диаметром конуса со стороны гайки и установлен в компенсирующей втулке, которая выполнена с внутренней конической поверхностью, сопряженной с коническим средним участком шпильки, и наружной цилиндрической поверхностью, сопряженной с цилиндрическими поверхностями торцевого гнезда вала и отверстия фланца.The technical problem is solved in the rotor of the turbomachine, containing a drum shaft and shanks located on the same axis, each shank attached to the shaft by means of pins, the inner ends of which are screwed into the shaft end sockets, the middle sections of the pins are installed in the cylindrical holes of the shank flange, and on the outer ends the nuts are screwed onto the studs, interacting with the supporting surfaces of the flange, while the shaft end has an axial mounting protrusion articulated with a mounting cavity made on the shank flange, at the ends of the outer ends of the studs, conical threaded sockets are made, and the middle section of each stud is made conical with a smaller cone diameter on the nut side and installed in a compensating sleeve that is made with an inner conical surface mating with the conical middle section of the stud and an outer cylindrical surface mating with cylindrical surfaces of the shaft end housing and flange holes.

Кроме того, компенсирующие втулки выполнены с наружными буртами, установленными между гайками и опорными поверхностями фланца.In addition, the compensating bushings are made with external collars installed between the nuts and the supporting surfaces of the flange.

Наличие в торце вала осевого установочного выступа, сочлененного по тугой посадке с установочной впадиной, выполненной на фланце по оси хвостовика, надежно центрует хвостовик к валу, что исключает смещение их осей.The presence in the shaft end of the axial installation protrusion, articulated in a tight fit with the installation cavity, made on the flange along the axis of the shank, reliably centers the shank to the shaft, which eliminates the displacement of their axes.

Однако этого недостаточно для надежной эксплуатации ротора турбомашины, так как даже значительный натяг в соединении „выступ-впадина" не может гарантированно предотвратить излом осей вала и хвостовика из-за ограниченной высоты выступа. Отсутствие излома осей целиком зависит от перпендикулярности торцевых плоскостей соединяемых деталей к их осям и от качества затяжки шпилек и гаек. Поэтому в торцах наружных концов шпилек выполнены конические резьбовые гнезда. Это позволяет после предварительной закрутки шпилек и гаек производить их окончательную закрутку с использованием гидродомкрата. После окончательного завинчивания гаек шпильки стягивают вал и хвостовик с усилием, гарантирующим длительную безаварийную работу вала при наличии пульсирующей нагрузки, вызванной изгибающим моментом от массы ротора.However, this is not sufficient for reliable operation of the rotor of the turbomachine, since even a significant interference in the “protrusion-hollow” connection cannot guarantee the prevention of kinks of the shaft and shank axes due to the limited height of the protrusion. The absence of kinks of the axes entirely depends on the perpendicularity of the end planes of the connected parts axes and the quality of the tightening of the studs and nuts. Therefore, at the ends of the outer ends of the studs, conical threaded sockets are made. This allows after preliminary twisting of the studs and nuts to produce them about After tightening the nuts, the studs tighten the shaft and shank with a force that ensures long trouble-free operation of the shaft in the presence of a pulsating load caused by bending moment from the mass of the rotor.

Для надежной и долговечной работы составного ротора турбомашины недостаточно исключить смещение или излом осей вала и хвостовика, необходимо также обеспечить равномерность распределения нагрузки по шпилькам и одновременность включения их в работу „на срез" при передаче крутящего момента от вала к хвостовику и наоборот. Для этого средний участок каждой шпильки выполнен коническим с меньшим диаметром конуса со стороны гайки и установлен в компенсирующей втулке, которая выполнена с внутренней конической поверхностью, сопряженной с конической поверхностью среднего участка шпильки, и наружной цилиндрической поверхностью, сопряженной с цилиндрическими поверхностями торцевого гнезда вала и отверстия фланца.For reliable and long-term operation of the composite rotor of the turbomachine, it is not enough to exclude the displacement or kink of the shaft and shaft axes, it is also necessary to ensure uniform distribution of the load across the studs and their simultaneous inclusion in the “shear” operation when transmitting torque from the shaft to the shaft and vice versa. the section of each stud is made conical with a smaller cone diameter on the nut side and is installed in a compensating sleeve, which is made with an internal conical surface mating with the con cal surface of the middle portion of the stud, and the outer cylindrical surface conjugate with the cylindrical surface of the end flange and the shaft socket openings.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид ротора турбомашины; на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1; на фиг.3 - выносной элемент Б на фиг.2; на фиг.4 представлена компенсирующая втулка в изометрии.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the rotor of a turbomachine; figure 2 - remote element A in figure 1; figure 3 - remote element B in figure 2; figure 4 presents the compensating sleeve in isometry.

Ротор турбомашины содержит барабанный вал 1 и хвостовики 2, расположенные по одной оси 3. Каждый хвостовик 2 прикреплен к валу 1 посредством шпилек, внутренние концы 4 которых ввинчены в торцевые гнезда 5 вала 1, средние участки 6 шпилек установлены в цилиндрических отверстиях 7 фланца 8 хвостовика 2, а на наружные концы 9 шпилек навинчены гайки 10, взаимодействующие с опорными поверхностями 11 фланца 8.The turbomachine rotor contains a drum shaft 1 and shanks 2 located on one axis 3. Each shank 2 is attached to the shaft 1 by means of pins, the inner ends of which 4 are screwed into the end sockets 5 of the shaft 1, the middle sections of 6 pins are installed in the cylindrical holes 7 of the shank flange 8 2, and nuts 10 are screwed onto the outer ends of the 9 studs, interacting with the supporting surfaces 11 of the flange 8.

Торец вала 1 имеет осевой установочный выступ 12, сочлененный с установочной впадиной 13, выполненной на фланце 8 хвостовика 2. В торцах наружных концов 9 шпилек выполнены конические резьбовые гнезда 14 под наконечник гидродомкрата (не показан).The end face of the shaft 1 has an axial mounting protrusion 12, articulated with the mounting cavity 13, made on the flange 8 of the shank 2. At the ends of the outer ends 9 of the studs are made conical threaded sockets 14 under the tip of the hydraulic jack (not shown).

Средний участок 6 каждой шпильки выполнен коническим с меньшим диаметром конуса со стороны гайки 10 и установлен в компенсирующей втулке 15. Втулка 15 выполнена с внутренней конической поверхностью 16, сопряженной с конической поверхностью 17 среднего участка 6 шпильки, и наружной цилиндрической поверхностью 18, сопряженной с цилиндрическими поверхностями 19 и 20 торцевого гнезда 5 вала 1 и отверстия 7 фланца 8, соответственно.The middle section 6 of each stud is made conical with a smaller cone diameter on the side of the nut 10 and is installed in the compensating sleeve 15. The sleeve 15 is made with an inner conical surface 16, conjugated with a conical surface 17 of the middle section 6 of the stud, and an outer cylindrical surface 18, conjugated with cylindrical the surfaces 19 and 20 of the end socket 5 of the shaft 1 and the holes 7 of the flange 8, respectively.

Втулки 15 выполнены с прорезями 21 и имеют наружные бурты 22, установленные между гайками 10 и опорными поверхностями 11 фланца 8. Бурты выполнены с резьбовыми отверстиями 23 под отжимные болты (не показаны), которыми можно будет воспользоваться при демонтаже втулок 15. В каждой шпильке имеется канал 24 для периодического контроля ее удлинения и, соответственно, степени ее затяжки.The bushings 15 are made with slots 21 and have outer collars 22 installed between the nuts 10 and the supporting surfaces 11 of the flange 8. The collars are made with threaded holes 23 for the release bolts (not shown), which can be used when dismantling the bushings 15. Each stud has channel 24 for periodically monitoring its elongation and, accordingly, the degree of its tightening.

При сборке ротора выступ 12 в торце вала 1, сочлененный по тугой посадке с установочной впадиной 13 на фланце 8, надежно центрует хвостовик 2 к валу 1.When assembling the rotor, the protrusion 12 in the end of the shaft 1, articulated in a tight fit with the mounting cavity 13 on the flange 8, reliably centers the shank 2 to the shaft 1.

Далее проводят беззазорную установку шпилек. Для этого до сборки ротора каждую пару из шпильки и втулки 15 подвергают взаимной подгонке по коническим поверхностям 16 и 17. Для достижения одинаковости диаметров и абсолютной соосности совместно обрабатывают цилиндрические поверхности 19 и 20 гнезд 5 и отверстий 7 фланца 8, соответственно. По фактическим диаметрам этих отверстий выполняются наружные цилиндрические поверхности 18 компенсирующих втулок 15.Next, a clearance-free installation of studs is carried out. To do this, before assembling the rotor, each pair of studs and bushings 15 is subjected to mutual adjustment along the conical surfaces 16 and 17. To achieve the same diameters and absolute alignment, the cylindrical surfaces 19 and 20 of the sockets 5 and holes 7 of the flange 8 are processed together, respectively. According to the actual diameters of these holes, the outer cylindrical surfaces 18 of the compensating sleeves 15 are made.

При сборке ротора сначала шпильки завинчивают до упора в гнезда 5 вала 1. Затем на шпильки надвигают втулки 15 так, чтобы по поверхностям 16 и 17 образовался небольшой натяг. Прорези 21 облегчают перемещение втулок 15. Далее закручивают гайки 10, которые прижимают бурты 22 втулок 15 к опорным поверхностям 11 фланца 8 и фиксируют положения втулок 15 на шпильках.When assembling the rotor, the studs are first screwed completely into the sockets 5 of the shaft 1. Then, the sleeves 15 are pushed onto the studs so that a slight interference is formed on surfaces 16 and 17. The slots 21 facilitate the movement of the sleeves 15. Next, tighten the nuts 10, which press the collars 22 of the sleeves 15 against the supporting surfaces 11 of the flange 8 and fix the position of the sleeves 15 on the studs.

Далее в гнездо 14 наружного конца 9 каждой шпильки ввинчивают наконечник гидродомкрата, при помощи которого шпильку растягивают на заданную величину, а затем при растянутой шпильке гайку 10 затягивают до упора умеренным крутящим моментом, после чего снимают нагрузку гидродомкрата. Периодический контроль удлинения шпильки и, соответственно, степени ее затяжки контролируются прибором через канал 24.Next, a jack jack is screwed into the socket 14 of the outer end 9 of each stud, with which the stud is stretched by a predetermined amount, and then, when the stud is stretched, the nut 10 is tightened against the stop with moderate torque, after which the load of the jack is removed. Periodic monitoring of the extension of the stud and, accordingly, the degree of tightening are controlled by the device through channel 24.

После окончательного завинчивания гаек 10 шпильки стягивают вал 1 и хвостовик 2 с усилием, предотвращающим излом осей сопрягаемых частей ротора при его работе. При этом исключается смещение осей вала 1 и хвостовика 2, так как при вращении ротора натяг в установочной паре «выступ 12-впадина 13» увеличивается потому, что более тяжелый вал 1, нагруженный собственной центробежной силой и центробежной силой рабочих лопаток, частично сдерживается от радиальной деформации впадиной 13 хвостовика 2. Температурным расширениям также в большей мере подвержен вал 1. При этом беззазорная установка шпилек обеспечивает равномерность распределения нагрузки по шпилькам и одновременность включения в работу „на срез" практически всех шпилек при передаче крутящего момента от вала 1 к хвостовику 2 и наоборот.After the final screwing of the nuts 10, the studs tighten the shaft 1 and the shank 2 with a force that prevents the axes of the mating parts of the rotor from breaking during its operation. This eliminates the displacement of the axes of the shaft 1 and the shank 2, since when the rotor rotates the interference in the installation pair “protrusion 12-cavity 13” increases because the heavier shaft 1, loaded with its own centrifugal force and centrifugal force of the working blades, is partially restrained from the radial deformation of the root 13 of the shank 2. The shaft 1 is also more exposed to thermal expansion. Moreover, the clearance-free installation of the studs ensures uniform load distribution among the studs and the simultaneous inclusion of "practically all the studs when transmitting torque from the shaft 1 to the shank 2 and vice versa.

Claims

1. A turbomachine rotor comprising a drum shaft and shanks arranged on the same axis, each shank being attached to the shaft by means of studs, the inner ends of which are screwed into the shaft end seats, the middle sections of the studs are installed in the cylindrical holes of the shank flange, and screwed onto the outer ends of the studs nuts interacting with the supporting surfaces of the flange, characterized in that the shaft end has an axial mounting protrusion articulated with a mounting cavity made on the shank flange, at the ends conical threaded sockets are made at the ends of the studs, and the middle section of each stud is made conical with a smaller cone diameter on the nut side and is mounted in a compensating sleeve that is made with an inner conical surface mating with the conical surface of the middle section of the stud and an outer cylindrical surface mating with the cylindrical surfaces of the shaft end socket and the flange holes.

2. The rotor according to claim 1, characterized in that the compensating bushings are made with external collars installed between the nuts and the supporting surfaces of the flange.