Устройство и функции лопатки газовой турбины
Лопатка турбины – это металлическая пластина, предназначенная для работы с потоками расширенного газа в турбинной установке.
- Рабочие лопатки устанавливаются на вал и используются для придания вращения генератору
- Направляющие лопатки являются составной частью статора (неподвижного корпуса турбины). Они служат для направления потока газа под необходимым углом, что способствует повышению КПД установки
Входящий воздух попадает в компрессор, сжимается и подается в камеру сгорания, где смешивается с природным газом и расширяется.
Продукты горения отправляются на лопатки статора, которые частично преобразуют энергию потока и направляют его на рабочие пластины.
Под давлением расширенного горячего газа лопатки вращают вал, соединенный с энергогенератором, и начинается процесс выработки электричества.
Рабочие лопасти крепятся к ротору с помощью дисков. Один диск с пластинами составляет ступень турбины.
В установке может быть самое разное количество ступеней, это зависит от условий работы и необходимой мощности. На них предусматриваются пластины разной длины для повышения КПД агрегата.
- Перо – изогнутая пластина, непосредственно контактирующая с горячим газом. Как правило, ее длина в 4 раза больше ширины
- Полка – концевой участок пера, расположенный перпендикулярно ему. Является необязательной деталью, однако достаточно часто используется для защиты хвостовика и диска от воздействия горячего газа, позволяет снизить толщину обода диска
- Хвостовик – замковый фрагмент, с помощью которого лопатка вставляется в паз диска
Расстояние между двумя лопатками называется каналом. Через него и проходит газ. Полки соприкасаются между собой или устанавливаются на расстоянии до 0,2 мм и образуют корпус канала. В сборе они создают замкнутое кольцо вокруг диска.
Хвостовик лопатки турбины
Хвостовик лопатки турбины является ее самым нагруженным элементом. Для защиты от фреттинг-коррозии и повреждений вследствие высоких нагрузок используют специальное антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1001, которое дополнительно облегчает монтаж и демонтаж соединения. Материал работает при температуре до +440 °C.
Замковый элемент состоит из тела с зубьями, на которые распределяется нагрузка. Он вставляется в пазы диска, расположенные параллельно оси вращения ротора.
Виды хвостовиков
Выбор хвостовика лопатки зависит от ее длины и испытываемой нагрузки.
На концах коротких пластин с небольшой центробежной силой устанавливают Т-образные элементы. Они имеют одну пару зубцов и для установки требуют разгиба дисковой щеки. Необходимость замены одной лопатки влечет за собой демонтаж всей конструкции.
Наиболее удобными для разборки являются вильчатые хвостовики, которые вставляются в паз подобно вилке и закрепляются сверху с помощью замков.
Самые распространенные и надежные хвостовики – елочные. Несколько пар зубьев, которые могут выдержать центробежную нагрузку в несколько тонн, опираются на выступы паза. Проектирование таких деталей требует высокой точности, так как из-за неравномерного распределения нагрузки возможно появление усталостных трещин.
Производство лопаток турбин
Лопатки функционируют в очень жестких условиях, особенно критичны высокие температуры. Поэтому их изготавливают их жаропрочных нержавеющих сталей и сплавов. Наиболее распространенным материалом является никель, дополнительно вводятся вольфрам, алюминий, рутений, тантал.
Этапы производства лопаток:
- Литье с помощью специальной формы
- Механическая обработка, токарно-фрезерные работы
- Шлифовка