12.3. Конструкции роторов паровых турбин
(самостоятельное изучение)
Роторы являются наиболее нагруженными элементами паровой турбины и могут выполняться: а) с насадными дисками (рис. 10.6,а); б) цельноковаными (рис. 10.6,б); в) сварными (рис. 10.6,в). Кроме того, используются комбинированные роторы, в которых диски первых ступеней откованы заодно с валом, а последних ступеней - насадные. Пример исполнения ротора для турбин реактивного типа показан на рис. 10.6,г.
Рис. 10.6. Конструкции роторов паровых турбин
а – с насадными дисками; б – цельнокованый; в – сварной; г – для турбин реактивного типа
Роторы с насадными дисками (рис. 10.6,а) состоят из вала и установленными на него с натягом дисками. Крутящий момент передается от дисков к валу посредством трения, создаваемого контактным давлением от натяга. Для гарантии на ступице диска выполняют продольную (осевую) шпонку, а в ЦНД между дисками устанавливают торцевые шпонки. Эти роторы отличаются простотой технологии изготовления, но могут работать только при умеренных температурах (не выше 300…350оС), так как при высоких температурах из-за релаксации напряжений происходит ослабление посадки диска на вал. В таких роторах можно применять диски с большим диаметром.
Цельнокованые роторы (рис. 10.6,б) применяют в ЦВД и ЦСД современных турбин. В таких роторах диски и вал вытачивают из одной поковки. В центральной части цельнокованого ротора высверливается сквозное отверстие диаметром 100-120 мм для перископической проверки качества заготовки. Сегодня технология изготовления таких роторов позволяет выполнять их заготовки диаметром до 2 м и длиной до 10 м.
Сварные конструкции роторов (рис. 10.6,в) изготавливаются из отдельных поковок с их последующей сваркой кольцевыми швами. После сварки ротор проходит термообработку. Его недостатком является более высокая стоимость изготовления в сравнении с наборными и цельноковаными роторами. Применяются в ЦСД и ЦНД паровых турбин (рис. 10.7).
Рис. 10.7. Сварной ротор двухпоточного ЦНД
Рис. 10.8. Конструкции роторов паровой турбины SST-600 Siemens с реактивным типом лопаточного аппарата
10.4. Конструкции уплотнений паровых турбин
В многоступенчатой турбине используются концевые, периферийные по бандажу рабочей решетки и диафрагменные уплотнения лабиринтового типа. Концевые уплотнения должны обеспечивать минимум утечек пара в области выхода роторов ЦВД и ЦСД из их корпусов. В ЦНД концевые уплотнения предотвращают пропуск атмосферного воздуха в проточную часть, где имеет место разрежение. Основные принципы работы лабиринтовых уплотнений даны ранее, в разделе 7.3. Здесь, на рис. 10.9, представлены конструкции концевых уплотнений.
Рис. 10.9. Фрагменты концевых уплотнений
А) уплотнение с гребнями в статоре; б) уплотнение с гребнями в роторе
Уплотняющие гребни уплотнений 1 могут устанавливаться непосредственно на валу ротора турбины. При этом в канавки вала зачеканивают тонкую ленту толщиной 0,2-0,3 мм. Радиальный зазор в уплотнениях составляет 0,5-0,65 мм. Для предупреждения прогиба вала, который может появиться при задеваниях на поверхности ротора, после каждого сегмента выполняют тепловые (компенсационные) канавки. В уплотнениях ЦВД, расположенных рядом с осевым подшипником, осевой зазор составляет 3,5-3,8 мм, а в уплотнении с противоположной стороны осевой зазор достигает 7 мм. Эта разница связана с относительными тепловыми расширениями ротора (его расширение происходит от фикспукта, находящегося в осевом подшипнике турбины). Конструкции диафрагменных уплотнений отличаются от концевых числом гребней.
На рис. 10.10 показана схема направления потоков пара в концевом уплотнении ЦВД, работающим по принципу "самоуплотнения". После дросселирования в двух сегментах уплотнений пар отводится в соответствующие камеры и далее в сальниковые подогреватели (СП) основного конденсата тепловой схемы турбоустановки. Уплотняющий пар с давлением больше атмосферного (около 0,03-0,05 МПа), поддерживаемым в различных режимах эксплуатации турбоустановки с помощью регулятора уплотнений (РУ), направляется в предпоследнюю камеру концевого уплотнения. Из последней камеры паровоздушная смесь отсасывается эжекторами уплотнений (ЭУ) и утилизируется в его охладителях.
Рис. 10.10. Схема потоков пара в концевом уплотнении ЦВД турбины
На рис. 10.11 показана организация уплотнений трехцилиндровой турбины К-210-12,8 посредством регулятора подачи пара 1. Подвод насыщенного пара в уплотнения ЦНД осуществляется из деаэратора. Отсос паровоздушной среды из крайних (каминных) камер концевых уплотнений производится с помощью эжекторов (ЭУ) в охладители (ОУ) тепловой схемы ТЭС. Поскольку расходы пара через концевые уплотнения в современных турбинах большие, то теплоту утечек используют в системе регенеративного подогрева питательной воды (см. отборы пара из камер концевых уплотнений ЦВД и ЦСД в регенеративные подогреватели).
Рис. 10.11. Организация уплотнений паровой турбины К-210-12,8 ЛМЗ:
1 – регулятор подачи пара на уплотнения; 2 – коллектор уплотняющего пара; 3 – предохранительный клапан; 4 – подача пара в отбор №2; 5 – подача пара в отбор №4; 6 – подача пара в сальниковый подогреватель; 7 – отсос пара из концевых камер уплотнений в охладители ЭУ