Лекция №10. Обеспечение надежности основных элементов паровых турбин. Выбор конструкции роторов

10.1. Расчет осевых усилий и способы их компенсации

Осевое усилие, действующее на ротор, определяется суммированием усилий, формирующихся в пределах каждой ступени на рабочих лопатках, на кольцевой части полотна диска, в ступеньках ротора между диаметрами соседних диафрагменных уплотнений, а также на выступах уплотнений (рис. 10.1).

Рис. 10.1. К расчету осевого усилия, формируемого в турбинной ступени

Первая составляющая осевого усилия (см. раздел 5.1)

(10.1)

определяется разностью осевых проекции скоростей (при М_1t0,7 близка к нулю) и разностью давлений р=р₁-р₂, которая зависит от степени реактивности ступени (чем выше , тем больше р).

Вторая составляющая на кольцевой части полотна диска, расположенной между корневым диаметром d_кор и диаметром ротора под диафрагменным уплотнением d₂ (рис.10.1)

(10.2)

где давление р₁¹ между диафрагмой и диском зависит от соотношения диафрагменной протечки G_у^д, корневой протечки G_к и протечки через разгрузочные отверстия G_отв (рис. 10.1). Разгрузочные отверстия в диске позволяют снизить разность давлений на его полотно в сравнении с перепадом давлений на рабочие лопатки и уменьшить осевую нагрузку.

Третья составляющая осевого усилия формируется на ступеньке ротора (рис. 10.1)

, (10.3)

а четвертая (на выступах уплотнений)

. (10.4)

Восприятие осевых усилий в турбине осуществляется осевым подшипником, который устанавливается в области ЦВД и зачастую выполняется в комбинации с радиальным подшипником РВД (комбинированный радиально-осевой подшипник). В многоцилиндровых турбинах стараются уравновесить осевые усилия. Для этого, например, направления потоков пара в ЦВД и ЦСД выполняют во взаимно противоположные стороны (рис. 10.2), а ЦНД выполняется двухпоточным и, следовательно, разгруженным от осевых нагрузок.

Рис. 10.2. Схема разгрузки осевого подшипника

Схема разгрузки, показанная на рис. 10.2, возможна для использования в турбинах без промежуточного перегрева пара. Для турбин с промежуточным перегревом ее использовать нельзя из-за особенностей переходных режимов (из-за большой инерционности парового объема паропроводов промперегрева). Поэтому в мощных турбинах применяется исполнение ЦВД с петлевой схемой движения водяного пара (рис. 10.3), а иногда и двухпоточный ЦСД. Для уменьшения осевого усилия в некоторых турбинах используют конструкцию разгрузочного поршня. Обычно его функции выполняет первый отсек концевого уплотнения цилиндра паровой турбины с увеличенным в этом месте диаметром ротора.

Рис. 10.3. Конструкция ЦВД с петлевой схемой движения водяного пара (половина вида)