Какъв диапазон от размери на лопатките може да се произвежда за компресор на газова турбина?

Какъв диапазон от размери на лопатките може да се произвежда за компресор на газова турбина?

Ако търсите резервни перки или планирате модернизиране на компресора , един от първите въпроси, който задавате на производителя, е прост: какви са максималните и минималните им размери? Отговорът е по-сложен от едно число. Размерът на перките в компресора на газова турбина варира според ступените на компресора, мощностните класове на турбината и типовете приложения. Разбирането на този диапазон от измерения ви помага да водите правилния разговор с доставчика си — и да избегнете несъответстващи спецификации още преди да сте потвърдили поръчката.

В тази статия се използва опитът ни от производството на ковани изделия в Navi Power Technology, за да се представят параметрите на измеренията, които определят размера на перките, типичните диапазони за промишлените газови турбини и какви размери може реалистично да произведе производител на прецизни ковани изделия при индивидуални изисквания за размер на перките.

Защо размерът на перките варира толкова много в рамките на един и същи компресор

Компресорът на газова турбина не използва еднакви по размер лопатки навсякъде. Тъй като компресията протича стъпално през множество ступени — обикновено от 9 до 17 ступени в голяма индустриална турбина — въздушният пръстен се стеснява от входа към изхода. Докато пръстенът се стеснява, всяка следваща ступен използва по-къси лопатки. Размахът на лопатката в първата ступен на компресора на голяма електроцентрала с газова турбина може да е от четири до шест пъти по-дълъг от размаха на лопатката в последната ступен на същата машина.

При големи газови турбини за производство на електроенергия, работещи при степени на налягане от 18:1 до 20:1, разликата в размаха между първата и последната ступен на компресора може да е толкова значителна, че двете лопатки изглеждат почти несвързани — и все пак те трябва да отговарят на еднакво строги размерни допуски, за да се запази аеродинамичната цялост на всяка ступен.

Типични граници на размерите: размах, хорда и отношение на размаха към хордата

Когато купувачите питат за размера на лопатката, обикновено имат предвид едно от трите основни измерения: размах на лопатката (дължината от корена до върха), дължина на хордата (широчината на аерофола от предния ръб до задния ръб) и съотношение на страните (размах, разделен на хорда). Всеки от тези параметри варира значително в зависимост от модела на турбината и позицията на стъпеня.

Това са индикативни диапазони, не твърди граници. Фактическите размери зависят от модела на турбината, спецификациите на OEM дизайна и дали имате работа с оригиналната или модернизираната геометрия на острието. Промишлените проекти на лопатки на газови турбини исторически са използвали съотношения от приблизително 1,6 до 2,1 за средни до големи машини, докато компресорите за изследвания и аеромоторите са демонстрирали съотношения извън този прозорец, понякога приближавайки се до 4:1 при проекти с висок съ

Практическите долни и горни граници на това, което може да произведе ковачът

От гледна точка на производството чрез ковка, диапазонът на размерите на перките е ограничен от две практически ограничения: минималният размер на елемента, който процесът на прецизна ковка може да осигури надеждно в рамките на допустимите отклонения, и максималните размери на матрицата и капацитетът на пресата, които дадена производствена площадка може да побере.

В Navi Power Technology нашата ковачна способност за перки на компресори на газови турбини обхваща диапазон от приблизително 20 mm до повече от 400 mm , а дължината на хордата варира от около 15 mm до 200 mm, в зависимост от профила на перката. Перките в този диапазон могат да се произвеждат с допуски за размерите на аеродинамичния профил от 0,1–1 mm — което е важно, тъй като аеродинамиката на компресорните перки е чувствителна към отклонения в профила. Грешка от 0,5 mm в радиуса на предния ръб е незначителна за голяма перка от първия стадий, но е съществена за малка перка от последния стадий, където самата хорда може да е само 25 mm.

За много малки пера — с размах под 20 мм — коването произвежда полуфабрикат, но допуските за окончателната машинна обработка стават доминиращият фактор за разходите и предизвикателството за точност. Такива размери са по-често срещани в микротурбини или специализирани компресори за научни изследвания, а не в големи индустриални газови турбини.

Индивидуален размер на перото: какви са причините за спецификацията

По-важният въпрос за инженерите по набавки не е какъв е стандартният каталог на продукти — а дали производителят може да произведе конкретно перо с точно указаните в чертежа ви размери. Това различие — между производството в рамките на стандартния асортимент и производството на пера с индивидуален размер — е мястото, където способностите на доставчика имат най-голямо значение.

Работата по пера с индивидуален размер обикновено попада в три сценария:

• Замяна на пера за стар модел турбина когато оригиналният производител вече не доставя детайла и няма наличен размерен чертеж. В този случай самото съществуващо перо или геометрията на турбинния диск служи като входни данни за обратно инженерство.
• Програми за модернизация или подобряване където геометрията на компресорната анулусна част се променя и трябва да се проектират или адаптират нови профили на лопатки, за да съответстват на модифицираната траектория на потока.
• Квалификация от множество източници където оператор иска да квалифицира алтернативен доставчик спрямо размерен стандарт, дефиниран от чертежа на производителя на оригинално оборудване (OEM), което изисква прецизна размерна репликация, а не инженерно тълкуване.

Във всички три случая отправната точка за ангажимент относно персонализирани размери на лопатки е инженерният чертеж или физическият образец на лопатката. Предварителната инженерна поддръжка на Navi Power преди продажбите включва преглед на чертежите и валидиране на спецификациите преди предоставяне на оферта — тъй като един от по-често срещаните рискове при набавянето на персонализирани лопатки е откриването на размерно несъответствие между чертежа и действителната турбинна инсталация едва след пристигането на частите на обекта.

Размерни параметри, извън размаха и хордата

Размахът и хордата са основните размери, но пълната спецификация на размерите на перката за компресор на газова турбина включва няколко допълнителни параметъра, които трябва да се контролират през целия производствен процес:

• Размери на профила в кореновата част — геометрията на прикрепването във формата на „еленово дърво“ или клиновидно съединение трябва точно да съответства на паза в диска на турбината; дори минимално отклонение по размери може да попречи на правилната инсталация или да причини локализирани концентрации на напрежение.
• Разпределение на дебелината на аеродинамичния профил — максималната дебелина и нейното положение по хордата влияят върху стивостта и аеродинамичното натоварване; това обикновено се задава чрез данните за секцията на аеродинамичния профил, а не чрез едно-единствено число „дебелина“.
• Ъгъл на усукване и ъгъл на разположение — перката не е плоска плоча; тя е усукана по размаха, за да се компенсира радиалният градиент на скоростта, и това усукване трябва да се възпроизвежда последователно в цялата производствена партида.
• Тегло и баланс — Балансирането на ротора изисква теглата на лопатките в една сглобка да са уравновесени в рамките на определените допуски, което означава, че контролът на размерите е неразривно свързан с контрола на масата при приложения с високоскоростно въртене.

Лопатка, която има правилни измервания по размах и хорда, но отклонява от профила на корена или от завихрянето на аерофола, не е лопатка с правилни размери — това е размерно несъответствие, което ще предизвика проблеми с монтажа или работните характеристики. Затова подходящият начин при специфициране или валидиране на поръчка за компресорни лопатки е да се анализират всички размерни параметри като цялостна система — а не само основните параметри размах и хорда.

Какво да донесете, когато поискате оценка на обхвата на размерите

Ако оценявате дали доставчикът може да произвежда лопатки за конкретния ви компресор на газова турбина, най-ефективният подход е да споделите директно размерния чертеж или пробна лопатка, вместо да поискате обща информация за производствените му възможности. Производителят, който трябва да определи съвместимостта от първите принципи, в крайна сметка ще поиска същата информация — чертежа, модела на турбината, номера на ступеня и необходимото количество заедно с желания срок за доставка.

За модернизиране на компресора за проекти, при които чертежите могат да са непълни или базирани на измервания от износени части, подробният предпроизводствен инспекционен доклад и доклад за първия артикул, съгласувани с вашите критерии за размерна приеманост, ще бъдат по-полезен резултат от самото изявление за производствени възможности. Уточняването на начина, по който ще проверявате съответствието по размери — чрез координатно измерване, оптично сканиране или преминаваща инспекция в производственото предприятие — трябва да бъде част от разговора за размерите още от началото.

Обобщение

Лопатките на компресора на газови турбини имат широк диапазон от размери: от малки лопатки на последната стъпен с разстояние между краищата под 30 мм в аеродеривативни турбини до големи лопатки на първата стъпен с разстояние над 300 мм в турбини за електроенергийно производство на утилитарно ниво. Дължината на хордата, отношението на височина към ширина, геометрията на корена и завихрянето на профила са също толкова важни като разстоянието между краищата за пълното определяне на размерите. Производителите на прецизно изковани детайли могат да работят в този цял диапазон, при условие че спецификацията, базирана на чертеж, е ясна и че изискванията към допуските по размери са точно дефинирани. За запитвания относно нестандартни размери на лопатки — включително възстановени по обратно инженерство стартиращи лопатки и геометрии за модернизация — инженерният чертеж или физически образец са правилната отправна точка за смислено обсъждане на размерите.

За да обсъдите конкретните размери на вашите компресорни лопатки и да получите оценка за възможността за производство, свържете се с инженерния екип на Navi Power Technology чрез нашия уебсайт на compressorblade.com .