Практична робота № 6

Тема роботи: Розрахунок ущільнення фланців корпуса турбіни Мета роботи: Вивчити технологічний процес і навчитися робити розрахунки ущільнення фланців корпуса турбіни. Завдання: Вивчити розділ 1 практичної роботи (Основні положення). Намалювати ескіз і виконати розрахунки для свого варіанта. Скласти звіт та захистити практичну роботу, відповідаючи на запитання і пояснюючи свої розрахунки та технічні умови.

Загальні вказівки щодо виконання практичної роботи

Практична робота виконується студентом з метою закріплення теоретичних знань, які були отримані ним на лекціях та на самостійних заняттях.

Перед початком виконання роботи студент повинен:

– вміти розшифровувати літерні та цифрові позначення, які приведені в роботі;

– знати принципи роботи і особливості функціонування пристроїв (механізмів), описаних в роботі;

– вміти формулювати технічно-інженерні висновки.

Перед виконанням практичної роботи студент повинен самостійно здійснити підготовку, в процесі якої ретельно вивчити відповідний розділ конспекту лекцій та рекомендованої літератури При цьому слід:

– вивчити конструкцію, призначення та область застосування пристроїв (механізмів), що розраховуються;

– ознайомитися з описом структурної чи принципової схеми пристроїв (механізмів);

– відповісти на типові контрольні запитання.

Якщо з поважної причини студент не зміг вчасно виконати практичну роботу, то він повинен це зробити у додатковий час, який визначається викладачем.

По закінченні практичної роботи студент оформляє звіт у рукописному виді у зошиті або у електронному вигляді з наступним роздрукуванням на аркушах паперу формату А4. Звіт повинен містити у повному обсязі матеріали та необхідні розрахунки, які визначено у вимогах до практичної роботи. Всі необхідні рисунки та схеми повинні мати достатню глибину розкриття. Умовно-графічні позначення елементів повинні відповідати вимогам Держстандартів та супроводжуватися коротким описом принципу роботи.

В кінці звіту студент приводить технічно-інженерні висновки, які містять критичний аналіз виконаної роботи.

Захист звіту про практичну роботу здійснюється шляхом усної співбесіди викладача і студента за тематикою роботи, що захищається. При незадовільному захисті студент повторно захищає його у додатковий час. Дату і час повторного захисту визначає викладач.

1 Основні положення

1.1 Корпуси циліндрів турбіни високого та середнього тиску внаслідок дії на них високого тиску та температури деформуються. Після зупину турбіни та її ремонту між фланцями верхньої та нижньої частини корпуса утворюється зазор δ₀, спричинений їхньою деформацією (рис. 1).

1.2 Кришки корпусів циліндрів турбіни з’єднують механічним способом, а також за допомогою температурних деформацій, що виникають в різьбовому з’єднанні в порядку, зазначеному нижче.

1.3 З’єднувальні деталі розконсервовують для чого вилучають захисне змащування бензином або розчинником. Перевіряють стан різьби, видаляють заусениці, пошкоджені ділянки різьби зачищають, саму різьбу змащують за допомогою графітної пасти (машинне масло з додаванням 20% графіту) і перевіряють згвинчуваність всього різьбового з’єднання. Для створення необхідної герметичності з’єднувані поверхні притирають або шабрують.

1.4 Експериментально з’ясовано, що шпильками та гайками можна щільно стягнути деформовані фланці корпусу турбіни без шабрування, якщо на довжині L₀ найбільший зазор, який утворюється між ними не перевищує:

(1)

де А= 310^-5 d/(bh³), 1/мм³;

d - номінальний діаметр шпильки, мм;

b - ширина фланця, мм;

h - висота фланця, мм.

Значення величин b,h для деяких типів турбін наведені в таблиці 1.

Рисунок 1- Ескіз деформованих частин корпуса турбіни: а) – верхня частина з фланцем товщиною h; б) – нижня частина; 1-9 – осі шпильок.

Таблиця 1. Характеристики фланців та різьбових з’єднань турбін

Тип турбіни	циліндр	b, мм	h, мм	d, мм	А1012, 1/мм3;
К-200-130	ЦВТ ЦСТ	400 400	385 225	160 100	0,21 0,66
К-300-23,5 ЛМЗ	ЦВТ ЦСТ	360 280	370 300	140 120	0,23 0,48
К-800-23,5-3	ЦВТ ЦСТ	370 240	410 385	140 100	0,16 0,22
Т-100-130	ЦВТ	300	360	120	0,26

1.5 Фланці корпусів циліндрів турбіни з’єднуються за допомогою шпильок (рис. 2). При збиранні шпильки загвинчують у корпус, на них встановлюють проміжні деталі та шайби, після чого на шпильки нагвинчують ковпачкові гайки. Для того, щоб шпилька не проверталась під час нагвинчування гайки, в з’єднанні між шпилькою та корпусом має бути натяг, а між шпилькою та гайкою – зазор. Відхилення від перпендикулярності осі шпильки контролюють за допомогою кутника та щупа.

а)	б)
Рисунок 2: а) - конструкція фланцевих з’єднань за допомогою шпильок; б) - послідовність затягування шпильок по довжині фланців корпуса турбіни

Висоту загвинченої шпильки контролюють шаблоном. Загвинчують шпильки спеціальними ключами (рис. 3).

Рисунок 3 – Конструкція ключа для загвинчування шпильок.

1.6 Ковпачкові гайки, нагвинчені на шпильках при їх затягуванні мають випрямити деформовані фланці корпусу турбіни та стиснути їх з таким зусиллям, щоб забезпечити необхідну щільність фланцевого з’єднання корпусу турбіни впродовж наступного міжремонтного періоду. При цьому шпильки будуть дуже напружені, а величина напруження в шпильках може становити до 300 МПа.

1.7 Шпильки затягують ковпачковими гайками в чотири підходи, поступово збільшуючи силу затягування до номінальної: перший обхід – 0,2 σ_0, другий обхід – 0,5 σ_0, третій обхід – 0,7 σ_0, четвертий обхід – 1,0 σ_0. Крім того, затягування потрібно виконувати у послідовності, вказаній на рис. 2 б. Для забезпечення однакового загвинчування всіх шпильок по площині фланців, використовують динамометричні ключі.

1.8 Простим механічним затягуванням гайки на шпильці досягти необхідного зусилля дуже важко, та економічно недоцільно, до того ж при цьому за рахунок радіальних деформацій шпильки початкове напруження в ній може додатково зрости на 80%. Крім того, взагалі неможливо вручну створити необхідний крутний момент для затягування шпильок діаметром більшим від 80 мм. Застосування ударів при затягуванні категорично заборонено, бо призводить до великих контактних напружень та утворенню спайок і задирів на поверхні різьби, що може створити ще більші напруження при скручуванні. В цьому випадку напруження можуть перевищити межу допустимих пружних деформацій, що в сою чергу призведе до появи текучості сталі, причому шпильки втратять свою міцність, а фланцеве з’єднання - необхідну щільність.

1.9 Щоб зменшити напруження в шпильці, яке виникає від скручування, фланцеві з’єднання ущільнюють методом витягування шпильки гідравлічним пресом до того, як на них будуть накручені гайки, або методом нагрівання шпильки, внаслідок чого вона подовжиться. При цьому гайку можна легко провертати на різьбі не скручуючи шпильку. Після поступового охолодження та відповідного скорочення шпилька міцно стискує фланці.

1.10 Ущільнюють фланці корпусу турбіни методом нагрівання шпильок в послідовності, описаній нижче.

1.11 Після натирання різьби шпильки, різьби гайки та контактної поверхні фланців графітом або дісульфідмолібденовим мастилом гайку накручують і проводять її попереднє затягування з моментом сили 1000 Н·м; за рекомендацією ХТГЗ затяжку різьби М100 роблять ключем з важелем 2м зусиллям двох чоловіків.

1.12 Визначають дугу повороту гайки до моменту повного зникнення зазору між фланцями за формулою:

М* = Dδ/S, мм (2)

де D - діаметр гайки, мм;

S - крок різьби, мм.

1.13 Розраховують дугу повороту гайки для подальшого надійного стиснення і ущільнення фланців:

М₀= D(l+4d)σ₀/(SE), мм (3)

де l - довжина частини шпильки, що витягується, мм (її можна визначити як подвійну товщину фланців, l =2h);

d - зовнішній діаметр різьби, мм;

Е = (2,1...2,2)·10⁵, МПа - модуль пружності високолегованих сталей;

σ₀ = 300 МПа - припустиме напруження шпильки.

1.14 Визначають повну (сумарну) дугу повороту гайки за формулою:

М=М*+αМ₀, мм (4)

де α – безрозмірний коефіцієнт, який дорівнює α= 0,3 для турбін ЛМЗ і ХТГЗ, та дорівнює α= 0,12 для турбін ТМЗ.

1.15 Положення ковпачкової гайки, досягнуте при її попередньому затягуванні фіксують вертикальною рискою, яку наносять крейдою на її циліндричну поверхню та продовжують далі на горизонтальну поверхню фланця 1 (рис.4).

На відстані розрахункової дуги повороту гайки М, в напрямку проти закручування гайки, наносять другу вертикальну риску 2.

а)	б)
Рисунок 4 – а) розмічання гайки по довжині дуги повороту М при затягуванні шпильки; б) затягування гайки за допомогою ключа із спеціальним транспортиром без розмічання гайки.

Рисунок 5 – Нагрівання шпильок за допомогою електропідігрівника: 1-на-грівний елемент; 2-ізоляційні втулки; 3-контактні пластини; 4-трансформа-тор; 5-термопара

1.16 Через отвір в ковпачковій гайці до отвору в шпильці встановлюють пристосування для нагрівання (рис. 5); швидкість нагрівання витримують не більше 10 °С за годину, а загальну температуру нагрівання встановлюють не більше 350 °С. Нагрівання шпильки проводять впродовж 5-6 год. Гайку поступово провертають по мірі того, як нагрівається і подовжується шпилька без застосування додаткового важеля і нанесення ударів, до такого її стану, коли риска 2 на гайці суміститися з горизонтальною рискою 1 на поверхні фланця. 1.17 Після охолодження шпильки виміряють її фактичну довжину lф, встановлюючи прилад в центральний отвір шпильки. Отриману довжину порівнюють з її початковою довжиною l0, і визначають фактичне подовження шпильки за формулою: Δlф = lф - l0, мм (5) 1.18 Наступним кроком визначають фактичне напруження, яке виникло в шпильці при її подовженні: , МПа (6)

де l - довжина витягнутої частини шпильки, мм;

d - найменший діаметр шпильки, мм;

k= 0,5÷0,7 - коефіцієнт, який враховує витягування

шпильки в частині різьби.

Якщо визначене напруження відрізняється від допустимого σ₀=300 МПа більше ніж на 40 МПа, то проводять повторне нагрівання шпильки, та провертають гайку на деяку дугу М**, причому при σ>σ₀, гайку відкручують на величину цієї дуги М** (випадок надмірного напруження), а при σ<σ₀ гайку накручують на величину цієї дугу (випадок недостатнього напруження). Таким чином створюють необхідну щільність фланцевого з’єднання.

1.19 Довжину дуги повторного повороту гайки при повторному нагріванні визначають за допомогою формули: , мм (7)

де k'- коефіцієнт, який приймають рівним 1 при умові σ<σ₀ та при додатковому затягуванні гайки і k' = 0,5 при умові σ>σ₀ та при послабленні гайки.

Послідовність затягування шпильок по довжині фланців корпусу турбіни вказана на рис. 2, б.

Затягування шпильок для відповідної турбіни (згідно з умовами варіанту) необхідно порівняти з табличними характеристиками [1, с. 89-94].