8.2. Ущільнення робочих коліс

Для зменшення об'ємних втрат у турбіні, потікання через зазори між ступицею і кришкою турбіни і між ободом і нижнім кільцем напрямного апарату мають бути по-можливості малими. З цією метою у цих місцях передбачаються ущільнення, величина зазорів в яких повинна знаходитися в межах (0,0003÷0,0004)·D₁, що представляє певні труднощі.

Відхилення у цих проміжках визначаються як в замикаючих ланках сумою відхилень у розмірних ланцюгах ступиці і обода, жорстко пов'язаних робочим колесом. Для забезпечення вільних обертів, зазор в ущільненнях має бути більше можливих відхилень

_(8.1)

де, відповідно, δ₁, δ₂ - відхилення діаметру вала і діаметру отвору у підшипнику; δ₃, δ'₃ - биття ступиці і ободу відносно осі валу; δ₄, δ'₄ - відхилення у посадках верхнього і нижнього кілець, що обертаються; δ₅, δ'₅ - відхилення у посадках нерухомих кілець; δ₆, δ'₆ - відхилення у посадках нерухомих кілець відносно осі турбіни; δ₇ - відхилення у посадці вкладиша в корпусі підшипника; δ₈ - відхилення корпусу підшипника відносно осі валу; Δ_мін - мінімальний зазор у підшипнику.

Зменшити суму відхилень у формулі (8.1) можна, якщо ввести вільне центрування верхнього і нижнього зовнішніх кілець ущільнень і корпусу підшипника в процесі складання і, таким чином практично усунути найбільші відхилення δ₆, δ'₆, δ₇ і δ₈, з яких три перших самі представляють суми відхилень і пов'язані з деталями, що центруються по осях лопатей напрямного апарату. Відхилення δ₄ і δ'₄ можна усунути, обробляючи робоче колесо спільно із кільцями або не застосовуючи зйомних кілець. При центруванні зовнішніх кілець ущільнень, їх установлюють так, щоб зазор по колу був однаковим, і закріплюють в цьому положенні болтами і штифтами. Конструкції ущільнень дуже різноманітні (рис. 8.3). У них окрім малих зазорів, з метою зменшення протікань передбачають досить велику довжину щілини або її багатократні розширення, які збільшують загальний опір ущільнення і знижують об'ємні втрати. З іншого боку, при збільшенні поверхні кілець ущільнень, що обертаються, зростаюуть дискові втрати на тертя об воду.

Щілинні ущільнення (рис. 8.3, а) конструктивно прості і є найбільш поширеними. Складаються вони із концентрично розташованих кілець, що обертаються, 1 та нерухомих 3 і виконуються або з гладкими стінками, або з розташованими одна проти іншої усередині щілини канавками. У них потік, багаторазово розширюючись, втрачає швидкість і кінетичну енергію, а поступаючи із розширень в щілини, втрачає енергію на збільшення швидкості. В результаті цього збільшується загальний коефіцієнт опору щілини. Кільця щілинних ущільнень виконують циліндричними і, якщо це потрібно, з фланцями із сталевих листів МСт3.

Рис. 8.3. Ущільнення радіально-осьових робочих коліс:

а – ущільнення обода щілинного типу з канавками; б – ялинкоподібне ущільнення;

в – П-подібне гребінчасте ущільнення

Ялинкоподібні ущільнення (рис. 8.3, б) знаходять широке застосування останнім часом. Вони подібні до ущільнень із канавками, і складаються з нерухомого кільця 5 або 8, і кільця що обертається 6, закріпленого або виточеного безпосередньо на робочому колесі 7. Довжина щілин у цих ущільненнях мала. Опір потоку вони чинять внаслідок багатократних розширень на виході і звужень на вході в коротку щілину, завдяки чому їх загальний коефіцієнт опору близький до коефіцієнта опору ущільнень із канавками. Виконуються кільця ущільнень литими із сталі 20ГСЛ або товстого прокату із сталі МСт3. Недоліком ялинкоподібних ущільнень є їх швидке зношування у воді, що містить тверді абразивні зважені частки.

Гребінчасті ущільнення більш стойки при зношуванні і застосовуються у високонапірних радіально-осьових турбінах. У них можна значно збільшити довжину щілин, і за рахунок цього підвищити опір протіканням, але внаслідок збільшення поверхні, дискові втрати тут виявляються більшими, ніж у інших типах ущільнень. Число гребенів призначають від двох до чотирьох. Останнім часом знаходять застосування ущільнення з двома гребенями (рис. 8.3, в). Нерухомі кільця 13 і кільця, що обертаються 12 мають П-подібну форму. Їх відливають із сталі 20ГСЛ. Там, де турбіни працюють у воді, що містить велику кількість твердих зважених часток із великими фракціями (більше 0,1 мм), кільця виконують із сталі 10Х18НЗГ3Д2Л або 15Г2ВЛ.

П-подібні кільця 12 ущільнень установлюють на ступиці 17 і ободі 16 по можливості ближче до центру на однакових діаметрах, що дозволяє урівноважити тиск на зовнішній частині поверхні ступиці протилежно спрямованим тиском на ободі, і тим самим зменшити осьову силу. Іноді використовують також ялинкоподібні ущільнення. Нерухомі кільця 13 установлюють на кришці 19 турбіни і камері 14 робочого колеса. Зміцнюють кільця болтами 18, гвинтами 15 і штифтами. На установочних поверхнях кілець виконують радіально спрямовані канавки 11, розвантажуючі кільця від тиску проникаючої під них води. Гребені ущільнень іноді виконують з нарізкою на одному із зв'язаних кілець, що зберігає їх від заїдання при випадковому торканні. Над гребенями ущільнень обов'язково залишають зазор 15÷20 мм, необхідний при різкому гальмуванні, пуску після тривалої зупинки і ремонті підшипників та п'яти агрегату, коли ротор, а отже, і робоче колесо піднімаються на гальмах генератора приблизно на 10 мм.

Ущільнення встановлюють і на робочому колесі діагональної турбіни з метою зменшення навантаження на корпус згори. З цією ж метою із простору над робочим колесом воду відводять спеціальними трубопроводами у нижній б'єф.