паровые и газовые турбины для электростанций

ацетиленовой горелкой до 100—130 °C и насаживают на вал до упорного буртика, следя за точным совпадением шпоночных пазов в полумуфте и вале. Далее вставляют составные шпонки, состоящие из двух клинообразных частей: сначала закладывают длинную часть 4, а затем — короткую часть 5, закрепляемую с торца винтом. Передача крутящего момента осуществляется за счет сил трения, возникающих между торцами полумуфты, сжимаемыми призонными болтами 7. Повторяемость сборки обеспечивается двумя коническими штифтами 1.

Жесткие муфты просты и надежны в эксплуатации, но требуют очень тщательного изготовления и монтажа.

Полужесткие муфты, иногда называемые полугибкими, по предположению допускают небольшой излом осей соединяемых валов. Пример конструкции полужесткой муфты показан на рис. 11.11. Полумуфты насаживают на концы валов обычным способом, а между ними устанавливают соединительный элемент, имеющий один или несколько волнообразных компенсаторов. Взаимная фиксация полумуфт и соединительного элемента осуществляется коническими штифтами, а передача крутящего момента — за счет сил трения, создаваемых затяжкой призонных болтов.

11.1.2. Статор паровой т рбины

Под статором турбины понимают неподвижные детали ее цилиндров: корпуса со встроенными в них корпусами подшипников (если они не выносные), обоймы для крепления диафрагм и сегментов концевых уплотнений, сами диафрагмы и сегменты уплотнений.

Конструкция корпусов ЦВД зависит от начальных параметров пара и предполагаемых режимов

эксплуатации. Для турбин на умеренные начальные параметры пара корпуса ЦВД выполняют одностенными. В такой конструкции на стенку корпуса действует разность давлений пара в турбине и атмосферного. В большинстве случаев одностенные корпуса используются и для ЦСД.

С повышением начальных параметров пара одностенная конструкция становится нерациональной, так как для обеспечения плотности фланцевое соединение приходится выполнять очень громоздким, а это затрудняет свободное тепловое расширение корпуса вслед за ротором при быстрых изменениях режима работы и увеличивает температурные напряжения во фланцах. В таких случаях корпус ЦВД выполняют двухстенным. В нем на каждую стенку действует только часть разности давлений. Это позволяет выполнить его с тонкими стенками и легкими фланцами. Кроме того, двухстенная конструкция позволяет локализовать во внутреннем корпусе зону высоких температур, а внешний корпус выполнить из более дешевых и технологичных материалов.

На рис. 11.12 показана конструкция од н о - с т е н н о го ко р п у с а ЦВД турбины с давлением пара на входе около 10 МПа.

Корпус состоит из нижней половины 2 и

крышки 3, соединяемых фланцами 7, 9 и шпильками, ввинчиваемыми в нижнюю половину корпуса и проходящими через отверстия 19 в крышке (шпильки на рисунке не показаны). В крышку корпуса и его нижнюю половину вварены по две сопловые коробки 5, к штуцерам которых приварены корпуса 1 и 4 регулирующих клапанов. Пар из корпуса регулирующего клапана поступает в сопловую коробку, проходит через проточную часть турбины справа налево и выходит через два выход-

ных патрубка 20, отлитых заодно с нижней половиной корпуса.

Сопловые коробки 5, приваренные к корпусу, имеют возможность свободно расширяться таким образом, чтобы не возникало, с одной стороны, усилий в сварочном шве, а с другой — опасности задеваний о них вращающихся частей. Для этого служит специальная система шпонок. Две шпонки

10 (см. сечение Г—Г) фиксируют положение сопловых коробок в плоскости А—А, допуская их перемещение только в ней и исключая осевые задевания сопловых коробок о вращающийся рядом диск регулирующей ступени. Шпонка 32, установленная

вшпоночном пазу 6 (см. сечение Б—Б), направляет расширение сопловой коробки вдоль ее оси. Таким образом, сопловая коробка может свободно расширяться от пояска сварки вдоль штуцера, но только

вплоскости ее установки.

Внутренняя поверхность корпуса имеет ряд расточек для установки статорных деталей. Расточки

14 служат для установки обойм, в которых размещаются диафрагмы, расточки 13 — для установки обойм сегментов концевых уплотнений (к торцевым поверхностям 12 крепятся дополнительные обоймы концевых уплотнений). В расточки 15 заводятся сегменты сопл регулирующей ступени.

Патрубок 18 и патрубок 21, расположенный между выходными патрубками 20, а также патрубки 16, 17 и 22 отсосов из уплотнений служат для отвода пара в систему регенеративного подогрева питательной воды.

При монтаже турбины нижняя половина корпуса продолжением своих фланцев — лапами 31

— укладывается на корпуса подшипников (см. ниже) и прицентровывается к ним. Для этого в лапах выполняются шпоночные пазы, а на торцевых поверхностях корпуса — площадки 11 для крепления вертикальных шпонок. После установки нижней половины корпуса укладывают ротор во вкладыши опорных подшипников. Затем опускают крышку. В отверстия 23 во фланце нижней половины перед опусканием крышки устанавливают направляющие колонки, вдоль которых и опускают крышку. Это исключает опасность смятия тонких гребней в диафрагменных и концевых уплотнениях. Для полной повторяемости сборки при капитальных ремонтах в отверстия 26 устанавливают чистые контрольные болты.

Для шпилек или болтов большого диаметра (в корпусах ЦВД он может достигать 200 мм) используется тепловая затяжка, обеспечивающая легкость проведения этой операции и отсутствие надиров на поверхностях контакта. Перед затяжкой шпильку разогревают с помощью карборундового электронагревателя, вставляемого в осевое сверление шпильки, или подачи туда горячего воздуха. Контролируя температуру шпильки, можно

добиться вполне определенного ее теплового удлинения, эквивалентного тем напряжениям растяжения, которые возникнут в шпильке после ее затяжки и сокращения в результате охлаждения.

Прилегание крышки к нижней половине должно быть настолько плотным, чтобы исключить пропаривание разъема. Поэтому разъем тщательно шабрят. Для уменьшения поверхности шабровки как при изготовлении турбины, так и при капитальных ремонтах, в период между которыми может происходить коробление корпуса, во фланцах выполняют обнизку 8 и шабровке подвергают только пояски 28 и 29.

Необходимость гарантированной плотности фланцевого разъема приводит к его большой ширине и массивности, что, как указывалось выше, снижает маневренность турбины. Для того чтобы обеспечить прогрев фланца с такой же скоростью, как и прогрев стенки корпуса, фланцы снабжают обогревом. В частности, для корпуса, показанного на рис. 11.12, его выполняют с помощью подачи горячего пара в короба из листовой стали, приваренные к внешней поверхности фланца (на рисунке не показаны).

Быстрый прогрев фланца в вертикальном направлении может привести к тому, что в холодной шпильке, и без того растянутой силой затяжки фланцев, возникнут дополнительные напряжения. Это может привести к появлению в шпильке пластических деформаций растяжения, и ее рабочая часть удлинится. Тогда при стационарном режиме, когда шпилька прогреется до той же температуры, что и фланец, и расширится, произойдет пропаривание фланцевого разъема. Для того чтобы обеспечить прогрев шпильки в том же темпе, что и прогрев фланца, через отверстие 30 в обнизку подается горячий пар, обтекающий верхнюю часть шпилек. Сбрасывается пар через отверстие 27.

Контроль качества сборки на электростанции после установки турбины и присоединения паропроводов (после изготовления турбина проходит первую контрольную сборку на заводе) выполняется с помощью специальных динамометров, устанавливаемых в отверстия 25 в лапах корпуса.

Перед закрытием цилиндра поверхность фланцевого разъема для лучшей плотности смазывают графитом или специальной мастикой. При длительной работе мастика «схватывает» крышку и нижнюю часть корпуса, что затрудняет легкий подъем крышки во время капитального ремонта после разболчивания фланцевого соединения. Для первоначального отжатия крышки от нижней половины в отверстия 24 (рис. 11.12) крышки ввинчивают отжимные болты.

На рис. 11.13 показана конструкция д ву хс т е н - н о го ко р п у с а ЦВД турбины на сверхкритические параметры пара. Пар к турбине поступает по

11

Зазор0,08–0,12

A

A–A

13

10

12

11

Рис. 11.13. Двухстенный корпус ЦВД турбины Т-250/300-23,5 TМЗ

гибким паропроводам 3 к четырем штуцерам 10 и

из них — в четыре сопловые коробки 9.

Конструкция и способ установки сопловой коробки во внутреннем корпусе показаны на рис. 11.14. Штуцер сопловой коробки цилиндрической формы вваривается в воротники внутреннего корпуса. От сварочного пояска сопловая коробка расширяется вдоль окружных и осевой шпонок, устанавливаемых на корпусе турбины. К сопловой коробке крепятся направляющие шпонки.

После сопл регулирующей ступени, установленных в пазах сопловых коробок, пар проходит проточную часть, расположенную во внутреннем корпусе 11 (вернемся к рис. 11.13). Затем он поворачивается на 180° и движется сначала в межкорпусном пространстве между внутренним 11 и

внешним 12 корпусами, а потом через проточную часть, установленную во внешнем корпусе 12, пар из цилиндра выходит через два патрубка 5. Таким образом, в корпусе реализуется противоточная («петлевая») схема движения пара.

Сборка такого цилиндра осуществляется следующим образом (см. рис. 11.13).

С помощью лап 1 внешний корпус устанавливается на приливы корпусов подшипников и прицентровывается к корпусам подшипников вертикальными шпонками 2, расположенными в вертикальной плоскости симметрии цилиндра. В нижней половине 17 внешнего корпуса выполнены четыре выборки 19, а на фланце нижней половины

18 внутреннего корпуса — лапки 7, с помощью которых он свободно подвешивается во внешнем корпусе. При этом штуцера нижних сопловых коробок 9 свободно надеваются на штуцера 10.

Поскольку и через внутренний, и через внешний корпуса проходит один и тот же ротор, ясно, что внутренний корпус должен быть прицентрован к внешнему, т.е. их оси должны совпадать. Для этого нижняя половина внутреннего корпуса подвешивается в нижней половине внешнего корпуса таким образом, чтобы плоскости разъема этих корпусов совпадали. Для этого и используются опорные лапки 7. В вертикальной плоскости обеих половин внутреннего цилиндра устанавливаются две продольные шпонки 6. Таким образом, подвеска внутреннего корпуса на уровне разъема и продольные шпонки обеспечивают центровку внутреннего корпуса во внешнем.

Если не принять дополнительные меры, то при сохранении центровки внутренний корпус сможет перемещаться во внешнем в меру податливости штуцеров 10. При этом будет возникать опасность их выламывания в месте сварки. Поэтому строго на оси паровпуска между корпусами устанавливают по две (на каждой половине) вертикальные шпонки

8. Пересечение трех плоскостей — горизонтальной плоскости подвески внутреннего корпуса во внешнем, вертикальной плоскости симметрии и поперечной плоскости паровпуска — образует ф и кс - п у н кт — точку 20, от которой происходит свободное расширение внутреннего корпуса во внешнем при сохранении центровки.

Вернемся к сборке цилиндра. После центровки нижней половины внутреннего корпуса во внешнем и нижних половин обойм (не показанных на рисунке) во внешнем корпусе устанавливают ротор турбины и закрывают внутренний цилиндр крышкой 11 (см. рис. 11.13), а обоймы — верхними половинами. Фланцевый разъем затягивается шпильками

15. Затем опускают крышку внешнего корпуса 12 с

пароподводящими трубами 3, которая своими верхними штуцерами 10 входит в отверстия сопловых коробок, и затягивают шпильками 14 фланцевый разъем внешнего корпуса. Патрубок 4 используют для отбора пара. Внешний корпус имеет короба 16

для обогрева фланцев и коллектор 13 для обогрева шпилек.

На рис. 11.15 показана нижняя часть внешнего корпуса с установленным в нем внутренним корпусом. В отличие от конструкции двухстенного корпуса, показанного на рис. 11.13, совпадение вертикальных плоскостей корпусов обеспечивается продольными шпонками, входящими в направляющие пазы 7, и вертикальными шпонками 5.

На рис. 11.16 показаны детали подвески внутреннего корпуса во внешнем в зоне паровпускной части турбины.

На рис. 11.17 показана конструкция паровпуска ЦВД с двухстенным корпусом. На паровпускном штуцере выполнены проточки, на которые надеты разрезные уплотнительные кольца. Сам штуцер приваривается к внешнему корпусу. В расточку сопловой коробки, приваренной к внутреннему корпусу,

снатягом устанавливают закаленную втулку и закрепляют ее специальным стопорным сегментом. За счет разреза и упругости уплотнительные кольца, диаметр которых в свободном состоянии несколько больше внутреннего диаметра втулки, могут сжиматься. В результате они входят во втулку, образуя

сней плотное, но подвижное соединение, не мешающее свободному взаимному вертикальному перемещению внутреннего и внешнего корпусов.

Конструкция корпусов ЦНД определяется большими габаритами, вызванными большими объемными пропусками пара. Большие габаритные размеры делают литую конструкцию ЦНД нерациональной: литой корпус имел бы слишком большую массу. Поэтому корпуса ЦНД турбин выполняют из листовой стали сварными. Хотя перепад давлений на корпус ЦНД невелик, его большие размеры обусловливают действие на него больших сил от атмосферного давления. Поэтому корпус имеет большое число ребер и подкосов, делающих его достаточно жестким.

Для возможности установки ротора корпус ЦНД выполняют с горизонтальным разъемом. Но, как правило, он имеет и несколько технологических вертикальных разъемов: после изготовления отдельных частей корпуса их соединяют по вертикальным разъемам на турбинном заводе и в дальнейшем вскрывают только горизонтальный разъем.

Корпуса ЦНД выполняют двух типов: одностенными и двухстенными.

Пример конструкции одностенного корпуса, часто называемого корпусом с внешней обоймой, показан на рис. 11.18. Корпус состоит из сварной (иногда ее выполняют литой) средней части — о б о й м ы 9, к которой двумя технологическими разъемами присоединены два выходных патрубка 8

с вваренными в них нижними половинами корпусов подшипников. Такие подшипники называются в с т р о е н н ы м и.

Пар в цилиндр поступает через входные патрубки 16. Диафрагмы проточной части установ-

Рис. 11.15. Установка внутреннего корпуса двухстенного цилиндра во внешнем корпусе:

1, 2 — внутренний и внешний корпуса; 3 — опорные

лапки; 4 — окружная боковая шпонка; 5 — верти-

кальная центральная шпонка; 6 — направляющий паз

вертикальной центральной шпонки; 7 — направляю-

щий паз продольной шпонки

лены в расточках 10 обоймы. На крышке корпуса расположены атмосферные клапаны 11, открывающие выход пара из цилиндра при давлении в нем выше атмосферного.

Нижняя часть 4 корпуса подшипника, вваренная в нижнюю часть корпуса цилиндра, закрывается крышкой 6 (после установки ротора и крышки корпуса турбины). Корпус подшипника имеет расточки

5 под вкладыши опорных подшипников, на которые опираются шейки роторов двух соседних цилиндров. Масло для смазки подшипников подается к вкладышам через фланцевое соединение 12 по маслопроводу 7. Слив его из корпуса выполняется из полости 2. В пространстве корпуса подшипника между расточками 5 размещается муфта.

Корпус ЦНД опирается на фундамент с помощью опорного пояса и расширяется по его плоскости от ф и кс п у н кт а — неподвижной точки, образованной пересечением осей продольных шпонок 1

и 14 и поперечных шпонок 15, установленных между опорным поясом и фундаментными рамами. Нижняя часть корпуса подшипника 4 имеет боковые приливы, на которых располагаются попереч-

ные шпонки 13. На них своими пазами устанавливаются лапы соседнего корпуса ЦСД. Совмещение вертикальных плоскостей ЦСД и ЦНД осуществляется с помощью вертикальной шпонки 3.

Рассмотренная конструкция одностенного корпуса ЦНД имеет ряд недостатков. В ней обойма и выходные патрубки представляют собой единое целое, поэтому деформация каждой из частей сказывается на деформации остальных. Атмосферное давление, действующее на большую поверхность выходных патрубков, передается и на обойму. Сама обойма имеет температуру 200—240 °С, а жестко присоединенные к ней патрубки — температуру 20—30 °С. Поскольку осевые и радиальные перемещения этих элементов должны быть согласованы (ведь конструкция представляет собой единое целое), в них возникают дополнительные напряжения и коробления. Под действием веса воды в конденсаторах деформируются выходные части ЦНД, а вместе с ними — и обойма. В свою очередь, при деформации обоймы могут произойти защемления диафрагм и задевания вращающихся деталей о неподвижные.

Поэтому во многих ЦНД используют двухстенный корпус, или корпус с внутренней обоймой (внутренним корпусом). Обойма свободно устанавливается во внешнем корпусе, деформации которого практически не передаются на обойму.

На рис. 11.19 показана конструкция двухстенного корпуса ЦНД. Внешний его корпус сварной. Он состоит из двух выходных и средней частей, соединенных технологическими фланцами. Горизонтальный разъем внешнего корпуса тщательно уплотняется для того, чтобы исключить присосы атмосферного воздуха в конденсатор.

Обойма устанавливается во внешнем корпусе следующим образом. Фланец нижней части обоймы имеет четыре лапки (рис. 11.20), с помощью которых он подвешивается во внешнем кор-

Рис. 11.17. Конструкция паровпускной части двухстенного ЦВД:

1 — паровпускной штуцер, приваренный к внешнему корпусу;

2 — внутренний корпус; 3 — сопловая коробка; 4 — стопорный сегмент; 5 — уплотнительное (поршневое) кольцо; 6 — втулка