Для изготовления сболченных роторов на турбинных заводах не требует­ся дополнительных площадей, дорогостоящего специализированного сварочно­го оборудования и печей для термообработки. Появляется возможность парал­лельного изготовления частей ротора (включая окончательную механическую обработку) до их сбалчивания, что уменьшает потребность в крупном высоко­точном станочном оборудовании. Сболченные роторы менее трудоемки, чем сварные, себестоимость их изготовления ниже. Стоимость заготовок сболчен­ных роторов, поставляемых металлургическим заводом для одной турбины К- 1200-240, значительно ниже стоимости заготовок сварных роторов для той же турбины, а трудоемкость изготовления сболченных роторов на турбинном за­воде на 26 тыс. нормочасов меньше, чем сварных. У сборочных роторов особые требования предъявляются к болтовому соединению ротора (необходимо со­хранять затяжку шпильки в течение всего срока службы турбины).

В ЦНД болтовые соединения работают при температуре ниже 350 °С. Материал болтов (например, сталь марки 25ХМФ) при этой температуре не подвержен деформации ползучести (фактор времени после первоначальной за­тяжки не играет роли). Влияние возможности смятия резьбы или контактных поверхностей гаек может быть исключено при опрессовке болтов. Поэтому до сборки ротора болты нагружают совместно с гайками на специальном приспо­соблении усилием, примерно в 1,2-1,3 раза превышающим усилие начальной затяжки. Только после проведения таких операций болты используют для сбор­ки роторов. Конструкция болтового соединения ротора обеспечивает хорошие условия для осуществления контроля затяжки шпилек при замере их удлинения и после проведения разгоночных операций на высокооборотном балансировоч­ном станке.

2. Детали и элементы роторов

Основными деталями ротора являются валы, диски и рабочие лопатки. Диски с насаженными на них лопатками называют также и рабочими колесами. Посадка дисков на вал осуществляется с натягом, обеспечивающим постоян­ную плотность соединений без возможности ослабления как в рабочих услови­ях от действия центробежных сил массы диска, так и при пусках турбины, из-за

259

различия температур диска и вала в процессе прогревания. Необходимая вели­чина натяга определяется расчетом.

Ориентировочная величина натяга составляет 0,001 часть диаметра вала. Разность между максимальным и минимальным натягами обычно равна 0,05­

0. 08 мм, что обеспечивается обработкой посадочных мест диска и вала в преде­лах 6-го квалитета точности. Посадка дисков с натягом не исключает необхо­димости применения осевых шпонок (одной или двух на каждый диск), кото­рые обеспечивают передачу крутящего момента от диска к валу.

Чтобы не ослаблять осевыми шпоночными канавками ступицу 1 (рис. 94) особо напряженных дисков, вместо обычного осевого шпоночного соединения применяют радиальные шпонки 2, устанавливаемые в пазах на торце ступицы. В этой конструкции крутящий момент будет передаваться через две радиаль­ные шпонки на специальную малонагруженную втулку 3, связанную с валом осевой шпонкой 4.

В конструкциях роторов судовых турбин применяют так называемые пальцевые втулки. Втулка своим наружным диаметром точно, но без натяга пригоняется к диску и соединяется с ним при помощи ряда радиальных штиф­тов. Диск вместе с втулкой насаживается на вал с обычным натягом и удержи­вается от проворачивания осевыми шпонками, установленными в пазы, выпол­ненные в валу и пальцевой втулке. Если под действием температуры или центробежных сил диаметр отверстия в диске станет больше диаметра пальце­вой втулки, то соосность диска и втулки (а следовательно, и вала) все же сохра­нится из-за наличия радиальных штифтов. В то же время посадка втулки на ва­лу не может ослабеть, так как напряжения во втулке под действием ее центробежной силы незначительны, а температура втулки почти не отличается от температуры вала. Данная конструкция особенно уместна в сильно нагру­женных дисках, а также в первых ступенях высокого давления судовых турбин, где время прогрева турбины обычно очень мало.

Детали собранного ротора должны быть надежно закреплены для проти­водействия усилиям проходящего пара, стремящегося сдвинуть их вдоль вала. Вместе с этим детали ротора должны иметь возможность свободного теплового расширения, что обеспечивается наличием гарантированных тепловых зазоров.

260

Рис. 94. Конструкция соединения частей ротора:

1 — ступица; 2 - шпонка радиальная; 3 - втулка; 4 шпонка осевая

Кроме рассмотренных элементов, на роторе размещены опорные шейки, сопрягаемые в процессе работы со вкладышами подшипников, цилиндрические и конические поверхности, сопрягаемые с деталями муфт, элементы уплотне­ний, фланцевые элементы муфт, шпоночные пазы и др.

О требуемой точности, шероховатости наружных цилиндрических торце­вых и других поверхностей и их взаимного расположения дает представление конструкция РВД паровой турбины мощностью 800 МВт (рис. 95). Длина и диаметр наибольшего диска приведены на упомянутом рисунке.

Для улучшения эксплуатационных условий при обработке роторов, кроме указанных, должен выполняться еще ряд технических требований. Допуск на взаимное расположение опорных поверхностей шпоночных пазов, размещае­мых по окружности посадочных поверхностей под полумуфты, в целях обеспе­чения собираемости должен быть повышен до + 2", а по непараллельное™ опорных поверхностей к плоскостям, проходящим через ось посадочной по­верхности, до 0,01 мм на длине 500 мм. «Спаривание» роторов, фланцы муфт которых выполнены непосредственно в теле ротора, может быть обеспечено соблюдением допусков на диаметр меж осевых расстояний в пределах 0,01 мм, а по угловому расположению — до 2,0". При этом общая погрешность располо­жения отверстий от номинального положения не должна превышать ± 0,0075 мм. Допуск на биение и неперпендикулярность торцовой поверхности фланцев муфт относительно опорных шеек задают в пределах 0,005 мм на ширине коль­цевой части торца.

261

ю

<3\

ю

№110.05

т±т.

9146*01 ?В78*0.1 _

7ЛВ710,05

Рис. 95. Размерная и точностная характеристика ротора мощной паровой турбины

07ОО'А

Центральная часть ротора чаще всего представляет сквозную полость. Встречаются и иные конструкции. В табл. 19 приведены конструкции полостей и даны их характеристики. Одно из назначений полости - выявление и устране­ние пороков.

Таблица 19

Характеристика полостей роторов

Эскиз

Характеристика

\\

Гладкое сквозное отверстие, обра- зованное в цельном роторе. Пара- метр шероховатости поверхности - Кг = 20 мкм, допуск на цилиндри- ческую поверхность - 0,1-0,2 мм. Преимущественно применяется в конструкциях роторов паровых тур- бин

Ступенчатые отверстия с обеих сторон. Параметр шероховатости поверхности - Кг = 20 мкм, допуск на цилиндрические поверхности —

0. 1-0.2 мм, несоосность полостей между собой - до 0,25 мм, кривизна оси относительно опорных шеек - до 0,2 мм. Преимущественно при- меняется в роторах мощных паро- вых турбин

тг

Ступенчатое отверстие с фасонным переходом от большего к меньшему. Параметр шероховатости Кг = 2,5 мкм, допуск на цилиндрические по- верхности полости большого диа- метра к опорным шейкам - 0,05-0,1 мм. Преимущественно применяется в конструкциях роторов компрессо- ров ГТУ

Полость с одной стороны имеет за- крытую форму. Параметр шерохова- тости поверхности от Кг = = 20 мкм до Кг = 2,5 мкм, допуск на цилин- дрические поверхности - до 0,15 мм. Преимущественно применяется в конструкциях роторов ГТУ

263