Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОМАШИНА С НЕСКОЛЬКИМИ СТУПЕНЯМИ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛОПАТОК И СПОСОБ ЧАСТИЧНОГО ДЕМОНТАЖА УКАЗАННОЙ ТУРБОМАШИНЫ

Настоящее изобретение относится к области энергетики, в частности, к турбомашине с несколькими ступенями направляющих лопаток, а также к способу частичного демонтажа указанной турбомашины.

Из US 2012/0134788 A1 (опубл. 31/05/2012) известна турбомашина с, по меньшей мере, одним кольцеобразным держателем направляющих лопаток, который состоит, по меньшей мере, из нижней части и соединённой с ней с возможностью разъёма верхней части, и с, по меньшей мере, тремя удерживаемыми на внутренней периферии, по меньшей мере, одного держателя направляющих лопаток ступенями направляющих лопаток, которые в направлении потока располагаются аксиально друг за другом и имеют, соответственно, множество, в основном, радиально расположенных направляющих лопаток, причём каждая направляющая лопатка содержит лопасть направляющей лопатки, которая располагается между хвостовой частью и концевой частью, причём каждая хвостовая часть с геометрическим замыканием удерживается непосредственно на держателе направляющих лопаток и, таким образом, предотвращается смещение в радиальном и аксиальном направлении, по меньшей мере, некоторые хвостовые части направляющих лопаток каждой ступени направляющих лопаток посредством, по меньшей мере, одного дополнительного предохранительного элемента зафиксированы от смещения в направлении периферии, хвостовые части смежно расположенных направляющих лопаток аксиально смежных ступеней направляющих лопаток, соответственно, с геометрическим замыканием входят в зацепление друг в друга и частично перекрывают друг друга, и между хвостовыми частями каждой ступени направляющих лопаток и внутренней стороной держателя направляющих лопаток остаётся, соответственно, в основном, кольцеобразное промежуточное пространство, которое доступно для обслуживающего персонала в режиме технического обслуживания, при котором нижняя часть и верхняя часть держателя направляющих лопаток отделены друг от друга.

Из указанного документа также известен способ частичного демонтажа турбомашины, причём турбомашина имеет, по меньшей мере, один держатель направляющих лопаток, который состоит, по меньшей мере, из верхней части и нижней части, и, по меньшей мере, три удерживаемых на внутренней периферии держателя направляющих лопаток, кольцеобразных ступеней направляющих лопаток, которые в направлении потока располагаются аксиально друг за другом, турбомашины у которой верхнюю часть держателя направляющих лопаток удаляют и направляющие лопатки отдельной ступени направляющих лопаток демонтируют с держателя направляющих лопаток.

Недостатком этого известного технического решения является большая трудоемкость частичного демонтажа турбомашины.

Фиг. 1 и 2 демонстрируют, к примеру, конструкцию фрагмента турбомашины 1 компании Сименс АГ с кольцеобразно осуществлённым держателем направляющих лопаток, который по центру разделён на верхнюю часть и нижнюю часть, причём на фиг. 1 представлена нижняя часть 3 в разрезе без рабочего колеса. На внутренней периферии держателя 2 направляющих лопаток в данном случае удерживаются, в целом, четыре ступени 4а – 4d направляющих лопаток, которые в направлении потока располагаются аксиально друг за другом. При этом ступень 4а направляющих лопаток образует с краю слева на фиг. 1 первую ступень, а ступень 4d направляющих лопаток с краю справа на фиг. 1 четвёртую ступень. Каждая ступень 4а – 4d направляющих лопаток имеет большое количество, в основном, радиально расположенных направляющих лопаток 5, лопасти 6 которых располагаются между кольцеобразно расположенными хвостовыми частями 7 и кольцеобразно расположенными концевыми частями 8. Хвостовые части 7 обхватывают, соответственно, выступающие в аксиальном направлении первые удерживающие выступы 9а, которые входят в зацепление в образованные на держателе 2 направляющих лопаток кольцевые пазы 10а, и предохраняют направляющие лопатки 5 в радиальном направлении. Точнее говоря, хвостовые части 7 направляющих лопаток 5 первых трёх ступеней 4а, 4b и 4с направляющих лопаток снабжены, соответственно, с одной стороны, первыми удерживающими выступами 9, посредством которых осуществляется односторонняя опора хвостовых частей 7 на держателе 2 направляющих лопаток. На хвостовых частях 7 направляющих лопаток 5 четвёртой ступени 4d направляющих лопаток, напротив, с обеих сторон образованы первые удерживающие выступы 9а, так что эти хвостовые части 7 с обеих сторон опираются на держатель 2 направляющих лопаток и зафиксированы на нём. Далее хвостовые части 7 содержат, соответственно, выступающие в радиальном направлении вторые удерживающие выступы 9b, которые входят в зацепление в образованные на держателе 2 направляющих лопаток кольцевые пазы 10b, и предохраняют направляющие лопатки 5 в аксиальном направлении, причём вторые удерживающие выступы 9b в данном случае расположены, соответственно, непосредственно смежно с первыми удерживающими выступами 9а. Для предотвращения перемещения хвостовых частей 7 относительно держателя 2 направляющих лопаток в направлении периферии, предохранительные элементы 11 предусмотрены далее в форме предохранительных штифтов, расположенных в отверстиях, которые проходят радиально как через первый удерживающий выступ 9а, так и через держатель 2 направляющих лопаток. Обращённые друг к другу аксиальные концевые зоны хвостовых частей направляющих лопаток смежных ступеней направляющих лопаток снабжены, соответственно, аксиально выступающими перекрывающимися выступами 13, которые перекрывают друг друга таким образом, что хвостовые части 7 первой ступени 4а направляющих лопаток непосредственно опираются на хвостовые части второй ступени 4b направляющих лопаток, хвостовые части 7 второй ступени 4b направляющих лопаток на хвостовые части третьей ступени 4с направляющих лопаток и хвостовые части 7 третьей ступени 4с направляющих лопаток на хвостовые части четвёртой ступени 4d направляющих лопаток. Соответственно, хвостовые части 7 направляющих лопаток 5 с первой до третьей ступеней 4а – 4с направляющих лопаток удерживаются, соответственно, на держателе 2 направляющих лопаток, с одной стороны, и на, по меньшей мере, одной хвостовой части 7 направляющей лопатки 5 смежно расположенной ступени направляющих лопаток, с другой стороны.

Вышеописанные конструкции, отличающиеся, в частности, тем, что направляющие лопатки 5 удерживаются непосредственно на держателе 2 направляющих лопаток, а также, непосредственно друг на друге и, что лишь хвостовые части 7 определяют радиально внешнюю стенку пути потока. Соответственно, данная конструкция не предполагает наличия дополнительных промежуточных колец или нечто подобного, вследствие чего получается очень простая и недорогая конструкция. На основании вышеописанного варианта осуществления и расположения держателя 2 направляющих лопаток и ступеней 4а – 4d направляющих лопаток эти ступени 4а – 4d направляющих лопаток должны быть смонтированы при монтаже турбомашины 1, разумеется, друг за другом в определённой последовательности, начиная с направляющих лопаток 5 четвёртой ступени 4d направляющих лопаток, которые прочно соединяются с держателем 2 направляющих лопаток. Лишь после полного монтажа четвёртой ступени 4d направляющих лопаток, можно начинать сборку направляющих лопаток 5 третьей ступени 4с направляющих лопаток, а вслед за этим можно закончить монтаж направляющих лопаток второй ступени 4b направляющих лопаток, а затем первой ступени 4а направляющих лопаток. При демонтаже турбомашины 1 ступени 4а – 4d направляющих лопаток должны быть демонтированы друг за другом в обратном порядке, начиная с направляющих лопаток 5 первой ступени 4а направляющих лопаток. Если в рамках работ по техническому обслуживанию или ремонту должно быть, к примеру, лишь проверено техническое состояние направляющих лопаток 5 ступеней 4b, 4с и/или 4d направляющих лопаток, то это сопровождается очень большими затратами, так как должны быть демонтированы, по меньшей мере, также и направляющие лопатки 5 первой ступени 4а направляющих лопаток, несмотря на то, что они совсем не являются объектом работ по техническому обслуживанию или ремонту.

Исходя из данного уровня техники, задача предложенного на рассмотрение изобретения состоит в создании турбомашины альтернативной конструкции, а также улучшенного способа частичного демонтажа такой турбомашины, который может быть осуществлён проще, быстрее и экономичнее.

Для решения данной задачи предложенное на рассмотрение изобретение предлагает турбомашину ранее указанного типа, характеризующуюся тем, что, по меньшей мере, некоторые из предохранительных элементов недоступны с внешней стороны держателя направляющих лопаток и позиционированы таким образом, что в режиме технического обслуживания они могут быть доступны для обслуживающего персонала через промежуточное пространство, а также могут быть смонтированы и демонтированы. Это имеет существенное преимущество в том, что в отношении монтажа и/или демонтажа направляющих лопаток отдельных ступеней направляющих лопаток не следует соблюдать никакой определённой последовательности, так как предохранительные элементы всегда свободны к доступу, вследствие чего, в частности, работы по техническому обслуживанию и/или ремонту могут быть осуществлены проще, быстрее и с небольшими затратами.

Геометрическое замыкание между хвостовыми частями и держателем направляющих лопаток осуществляется в предпочтительном варианте посредством радиально и/или аксиально выступающих от хвостовых частей выступов, которые входят в зацепление в соответствующие периферийные пазы держателя направляющих лопаток. Таким образом, добиваются простой конструкции.

Выступы образованы в предпочтительном варианте в аксиальных концевых зонах хвостовых частей, благодаря чему выявляется стабильная конструкция.

В соответствии с вариантом осуществления предложенного на рассмотрение изобретения, по меньшей мере, хвостовые части направляющих лопаток первой или последней ступени направляющих лопаток имеют, соответственно, два расположенных с аксиальным зазором относительно друг друга выступа, которые с геометрическим замыканием входят в зацепление в соответствующие периферийные пазы держателя направляющих лопаток и предохраняют хвостовые части от смещения в радиальном направлении.

В предпочтительном варианте выполнения предохранительные элементы, в частности все предохранительные элементы, образованы посредством предохранительных штифтов, которые помещены, с одной стороны, в образованное на хвостовой части углубление, а, с другой стороны, в образованное на держателе направляющих лопаток углубление, причём в предпочтительном варианте, по меньшей мере, одно из углублений образовано посредством цилиндрического отверстия. Таким образом, добиваются очень простой конструкции.

В предпочтительном варианте аксиальная компонента направляющего вектора главного направления расположения каждого предохранительного элемента внутри плоскости, которая проходит радиально через предохранительный элемент, больше, чем радиальная компонента. Таким образом, обеспечивается особенно хорошая доступность предохранительных элементов, так что их монтаж и демонтаж может быть осуществлён достаточно просто. Предпочтительным является то, что аксиальная компонента от двух до четырёх раз больше, чем радиальная компонента.

Для решения вышеуказанной задачи настоящее изобретение предусматривает способ частичного демонтажа турбомашины ранее указанного типа, характеризуется тем, что ступень направляющих лопаток, направляющие лопатки которой демонтируют, выбирают вне зависимости от ее положения по оси турбомашины.

Иными словами, способ в соответствии с изобретением, отличается от вышеописанного уровня техники тем, что при демонтаже направляющих лопаток в отношении ступней направляющих лопаток не следует соблюдать никакой определённой последовательности. Соответственно, работы по техническому обслуживанию и ремонту на отдельных направляющих лопатках или ступенях направляющих лопаток могут быть существенно упрощены или укорочены, что может быть сопряжено с большой экономией средств.

В соответствии с вариантом осуществления предложенного на рассмотрение изобретения под отдельной ступенью направляющих лопаток, направляющие лопатки которой демонтируются, понимается ступень направляющих лопаток, которая расположена между самыми внешними ступенями направляющих лопаток.

В предпочтительном варианте перед демонтажем ступени направляющих лопаток монтируется опорное устройство, которое удерживает, по меньшей мере, одну из смежно расположенных ступеней направляющих лопаток во время осуществления способа в определённом положении. Соответственно, предотвращается возможность изменения положения данной смежно расположенной ступени направляющих лопаток во время процесса демонтажа демонтируемой ступени направляющих лопаток, что облегчает как процесс демонтажа, так и процесс повторного монтажа.

В предпочтительном варианте опорное устройство свинчивается или соединяется штифтами с, по меньшей мере, одной смежно расположенной ступенью направляющих лопаток, которая должна удерживаться в определённом положении, в частности, с, по меньшей мере, одной концевой частью одной их своих направляющих лопаток, для обеспечения надёжного позиционирования.

Другие признаки и преимущества предложенного на рассмотрение изобретения становятся понятны на основании последующего описания турбомашины в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - схематичный вид поперечного сечения фрагмента известной турбомашины при снятой верхней части держателя направляющих лопаток и снятом рабочем колесе;

фиг. 2 - увеличенный вид обозначенного на фиг. 1 ссылочной позицией II участка, который демонстрирует известное расположение предохранительного элемента;

фиг. 3 - схематичный вид поперечного сечения фрагмента турбомашины в соответствии с вариантом осуществления предложенного на рассмотрение изобретения при снятой верхней части держателя направляющих лопаток и снятом рабочем колесе;

фиг. 4 - увеличенный вид обозначенного на фиг. 3 ссылочной позицией IV участка, который демонстрирует расположение предохранительного элемента; и

фиг. 5 - схематичный вид поперечного сечения представленной на фиг. 3 турбомашины, на которой закреплено опорное устройство.

Фиг. 3 демонстрирует вид в разрезе фрагмента турбомашины 1 в соответствии с вариантом осуществления предложенного на рассмотрение изобретения при снятой верхней части держателя 2 направляющих лопаток и уже демонтированном рабочем колесе. Конструкция представленной на фиг. 3 турбомашины 1 в значительной степени соответствует конструкции представленной на фиг. 1 и уже описанной ранее турбомашины 1, вследствие чего одинаковые или аналогичные конструктивные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями и далее повторно не описываются.

Существенное различие между представленными на фиг. 1 и 3 турбомашинами 1 состоит в том, что предохранительные элементы 11 в представленной на фиг. 3 турбомашине 1 в соответствии с изобретением позиционированы таким образом, что они после удаления верхней части держателя 2 направляющих лопаток легко доступны через имеющиеся между хвостовыми частями 7 и держателем 2 направляющих лопаток промежуточные пространства 14 и, соответственно, могут быть легко демонтированы и снова смонтированы. Другими словами, предохранительные элементы 11, которые образуются в данном случае посредством предохранительных штифтов, в представленном варианте осуществления помещаются, соответственно, с одной стороны, в образованное на хвостовой части 7, а, с другой стороны, в образованное на держателе 2 направляющих лопаток, углубления 15, которые в данном случае осуществлены в виде соосных друг другу отверстий. Эти отверстия, как представлено, в частности, на фиг. 4, ориентированы таким образом, что аксиальная компонента a направляющего вектора 16 главного направления расположения каждого предохранительного элемента 11 внутри плоскости, которая проходит радиально через предохранительный элемент 11, больше чем радиальная компонента r. В данном случае аксиальная компонента a примерно в три раза больше, чем радиальная компонента r. Благодаря такой ориентации предохранительных элементов 11, в основном, в аксиальном направлении, к примеру, направляющие лопатки 5 четвёртой ступени 4d направляющих лопаток могут быть демонтированы без необходимости предварительного демонтажа предыдущих ступеней 4a – 4с направляющих лопаток, как схематично представлено на основании фиг. 5. Для этого на первом этапе верхняя часть держателя 2 направляющих лопаток, а также рабочее колесо удаляются, так что предусмотренные в нижней части 3 направляющие лопатки 5 освобождаются. На следующем этапе в предпочтительном варианте, по меньшей мере, на третьей ступени 4с направляющих лопаток, в предпочтительном варианте на первых трёх ступенях 4а – 4с направляющих лопаток, закрепляется опорное устройство 17, которое обхватывает соответствующие концевые части 8 направляющих лопаток 5 первых трёх ступеней 4а – 4с направляющих лопаток, см. фиг. 5. В предложенном на рассмотрение примере опорное устройство 17 имеет опорные элементы 18 в форме кольцевого сегмента, которые выступают радиально вовне от базового элемента 19 и, соответственно, принимают в пространство между собой концевые части 8 ступени 4а, 4b или 4с направляющих лопаток. Опорные элементы 18 могут быть механически соединены или скреплены с концевыми частями 8, к примеру, с использованием соответствующих винтов или штифтов, даже если это не является необходимым условием. На следующем этапе предохранительные элементы 11 расположенной выше всех направляющей лопатки 5 четвёртой ступени 4d направляющих лопаток могут быть отпущены, вследствие чего соответствующие направляющие лопатки 5 могут быть демонтированы. Для этого удерживающие выступы 9а и 9b хвостовой части направляющих лопаток 5 перемещаются в направлении периферии и, таким образом, выводятся из зацепления с соответствующими кольцевыми пазами 10а и 10b. Опорное устройство 17 обеспечивает во время демонтажа направляющих лопаток 5 четвёртой ступни 4d направляющих лопаток то обстоятельство, что позиционирование направляющих лопаток 5 соседней ступни 4с направляющих лопаток, несмотря на обстоятельства, сохраняется таким, что зацепление между перекрывающимися выступами 13 размыкается. Таким образом, обеспечивается беспроблемный демонтаж и повторный монтаж направляющих лопаток 5 четвёртой ступени 4d направляющих лопаток.

Следует учесть, что аналогичным образом могут быть также отдельно демонтированы и снова смонтированы направляющие лопатки 5 других ступеней 4а – 4с направляющих лопаток, без необходимости демонтажа для этого соседних ступеней направляющих лопаток.

Несмотря на то что изобретение было детально проиллюстрировано и описано посредством предпочтительных примеров осуществления, изобретение не ограничено выявленными примерами и специалистом могут быть сформулированы другие варианты осуществления в пределах объёма правовой защиты.