3.6. Камери робочих коліс осьових гідротурбін
Камера робочого колеса в осьових поворотнолопатевих і пропелерних гідротурбінах служить для підведення і формування потоку в області робочого колеса. Із камери потік надходить у відсмоктувальну трубу, горловина якої знаходиться у її межах. У вітчизняному гідротурбобудуванні форма проточної частини камери робочого колеса нормалізована для усіх типів гідротурбін. Основними якостями, що відповідають вимогам, що пред'являються до камер робочого колеса, є їх кавітаційна і ерозійна стійкість; малі зазори між лопаттю і камерою; стійкість форми при роботі.
Найбільш вдалим кріпленням, є досить масивні, установлені без попереднього натягу розпірки, надійно приварені до арматури первинного бетону і ребер відокремленого сектора, що однаково добре сприймають розтяг і стиснення. У останніх конструкціях камер робочих коліс висувний відокремлений сектор замінений висувним відокремленим малим люком, до якого залишений прохід. Знявши цей люк, можна оглянути лопать, і відновлювати її кромку при зносі. Камера робочого колеса з'єднується із лицюванням відсмоктувальної труби сполучним поясом, що представляє також зварну конструкцію. До камери такий пояс приварюється або устик, або з нахльостом подвійним швом, або за допомогою накладки. Також за допомогою накладки цей пояс приварюється до облицювання відсмоктувальної труби. Крім того він посилюється ребрами.
Нерідко спостерігалися випадки руйнування з’єднувальних поясів, викликані їх недостатньою міцністю. Причиною цього являлися: власна частота коливань пояса і його кріплень, близька до часоти пульсації тиску викликаних вихорами що сходять із робочого колеса, і наявність залишкової напруги, неминучої при стиковому зварюванні пояса без накладок. Застосування накладок і ребер, що посилюють жорсткість поясу і посилилюють зварні з'єднання, хороший зв'язок із бетоном значно збільшили його міцність. Облицювання відсмоктувальної труби виконують із листової вальцьованої сталі МСт3 завтовшки 10÷12 мм. Вона заливається первинним бетоном і при армуванні відсмоктувальної труби служить одночасно опалубкою. Як правило, облицьовувався тільки вхідний конус, стінки якого, таким чином, зберігаються від розмотування потоком. Для кращого зв'язку із бетоном до облицювання приварюють анкери.
Аналогічно виконуються посилені ребрами, установлені у вторинному бетоні облицювання шахти турбіни і ніші серводвигунів.
Тема 4. Статори гідротурбін
4.1. Статори гідротурбін
Конструкція статора залежить від конструкції спіральної камери, системи і типу турбіни. Статори реактивних турбін можна розділити на статори бетонних спіральних камер; зварних металевих камер; литих і зварнолитих спіральних камер; горизонтальних гідротурбін.
На рис. 4.1, а показано статор з одним верхнім поясом 1, до якого колони 2 прикріплені болтами. Нижні кінці колон за допомогою клинів 3 установлені на первинному бетоні і притягнуті до нього фундаментними болтами 4. Пояс 1 складається із окремих секторів, скріплених болтами і зафіксованих штифтами, установленими в його фланцях. Число роз'ємів (секторів) визначається так само, як в усіх великогабаритних деталях гідротурбін, умовами виробництва і транспортування. Пояс і фланці колон статора механічно обробляються.
Рис.4.1. Статори спіральних камер:
а – з верхнім поясом; б – з двома поясами;
в – зовнішній вигляд статора із двома поясами для бетонних камер
Статор з двома поясами (рис. 4.1, в) застосовується як у бетонних, так і в металевих спіральних камерах. На рис. 4.1, б показаний переріз поясів статора: верхнього 7 і нижнього 8, сполучення їх з колонами 9 і облицюваннями стелі 10 і конуса 11. Сектори поясів скріплюються болтами і штифтами, а їх число визначається так само як у статорі з одним поясом.
Статор з двома поясами, що використовується у металевих спіральних камерах з круглими перерізами (рис. 4.2, а), відрізняється від статора, бетонних камерах, тільки формою верхнього 1 і нижнього 2 поясів і виконується з постійним або змінним по колу кутом нахилу козирків. Переріз статора із прийнятим у практиці постійним кутом γ=55° і його сполучення із ланкою спіралі показане на рис. 4.2, а і б. Конструктивно статор з двома поясами виконується так само, як статор з прямими козирками.
Недоліком статора з постійним кутом нахилу є те, що при сполученні із ланками спіральної камери 3 прямі кромки мають бути поєднані із круговою кромкою козирка статора 4. Цього досягають, згинаючи кромки ланок при складанні. Така операція вимагає великих витрат праці і часу. Іншим недоліком є те, що при постійному куті γ і висоті козирка h до сполучення круглого меридіанного перерізу ланки із конічню поверхнею козирка без перелому (гладке сполучення) можливе тільки при одному значенні радіусу ланки r0.
Рис. 4.2. Перерізи спіральних камер і їх спряження:
а – з постійним кутом нахилу козирків і пружною прокладкою; б – із статором з конічним переходом, ребрами і частково видаленою прокладкою; в – із змінним кутом нахилу козирків
Статор зі змінним по периметру поясів кутом нахилу козирків γ знайшов застосування в сучасних конструкціях гідротурбін. Зовнішній вигляд такого статора показаний на рис. 4.1, в, а переріз пояса і його сполучення із ланками - на рис. 4.2, в. Обтічна поверхня 10 поясів формується поверхнями зварених ланок, що зберігають прямолінійні твірні, тому козирки 8, що є їх частиною, що виступає над плитою 9, мають у плані форму багатокутника(див. рис. 4.1, в).
На необробленій поверхні 9 поясів встановлюють проміжне механічно оброблене кільце 6, до якого шпильками 7 кріпиться фланець кришки турбіни або верхнього кільця напрямного апарату. Після установки торцевих зазорів у напрямному апараті при складанні, кільце 6 приварюють до буртиків 12. Окремі частини статора, кожна з яких є секторами верхнього і нижнього поясів, сполучені привареними до них колонами 11, приганяють по стиках і заздалегідь збирають на прихватах. Остаточне складання і зварювання статора виконується під час монтажу.
Статори з одним або двома поясами виконують литими із окремих секцій із сталі 30Л або 20ГСЛ з механічною обробкою стиків і наступною обробкою поясів у зібраному вигляді; зварно-литими, тобто із окремих відлитих з тієї ж сталі колон і секторів поясів, зварених электрошлаковим або дуговим зварюванням у сектори статора і механічно оброблених також, як попередні; зварно-штампованными із листової сталі МСт3, для чого штамповані заготовки спочатку зварюють у сектори поясів і колони і, якщо це потрібно, механічно обробляють в зібраному виді.