книги из ГПНТБ / Стеклов, М. Л. Горизонтальные гидравлические турбины. Конструкция и расчет

частей таким образом, что верхняя ее часть, равная одной чет­

ГЭС (Ингурский каскад) бетонируется половина камеры до гори­ зонтального разъема (рис. IV. 12). Такая конструкция более удобна для монтажа и демонтажа, позволяет укрупнять монтаж­ ные блоки: рабочее колесо, например, можно опускать с уже установленными лопастями и испытанными на монтажной пло­

щадке уплотнениями лопастей. Жесткость небетонируемой части камеры должна быть в этом случае резко увеличена. Так, ребра жесткости съемной части камеры турбины Саратовской и Перепадных ГЭС выполнены таврового сечения и большей высоты, чем

вчастях, заложенных в бетон (рис. IV.13). Все стыки уплотняются или тканевыми

прокладками, устанавливаемыми на сурике,

выполнение цилиндрической части между тором промежуточного пояса и шаровым поясом камеры значительно улучшает гидравли­ ческие качества проточного тракта.

Шаровой пояс камеры турбины на участках в зоне оси пово­ рота лопастей подвергается сильному воздействию кавитации. Поэтому этот пояс за исключением ребер жесткости выполняется из нержавеющей стали.

Камера турбины плотно соединена болтовым креплением с од­ ной стороны с направляющим аппаратом, а с другой — с забето­ нированным фундаментным кольцом. Такую конструкцию почти невозможно разобрать, если не предусмотреть специальные устрой­ ства. К ним относятся, например, специальные кольцевые ком­ пенсаторы, после демонтажа которых части камеры свободно снимаются. Часто одну пару кольцевых фланцев делают кони­ ческой, позволяющей после освобождения фланцев от болтов снять часть камеры.

На коническом поясе обычно предусматривается герметический люк, позволяющий после опорожнения камеры проникнуть к рабо­ чему колесу без разборки всей камеры.

90

Перед бетонированием нижняя часть камеры растягивается талрепами и домкратами, центруется клиньями и крепится фундаментными болтами к основному бетону ГЭС.

16. ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ КАПСУЛЫ

Головная часть капсулы расположена в начале обтекания агрегата потоком и соединяется со статором генератора болтовым

креплением.

Со стороны головной части кап­ сулы открыт доступ к генератору. В ней размещаются пята и контрпята, подшипник и другие узлы, отно­ сящиеся к генератору. В зависи­ мости от компоновки агрегата в го­ ловной части капсулы могут также

где охлаждение генератора воздуш­ ное, располагаются вентилятор, воз­ духоохладители, а на торце вала — маслоприемник турбины; в головной части капсулы другого горизонталь­

головная часть капсулы состоит из частей, то разъемы обычно рас­ полагаются в горизонтальной плоскости. Эти разъемы могут быть фланцевыми с болтовым соединением или без фланцев и тогда они свариваются при монтаже; для обработки и сварки предусматриваются несколько технологических проушин, исполь­ зуемых также при монтажной сборке.

В случае установки на агрегате генератора с воздушным охла­ ждением в головной части капсулы предусматриваются специаль­

92

ные каналы, направляющие потоки нагретого воздуха от генера­ тора. В случае водяного охлаждения генератора в головной части капсулы предусмотрена только мощная плита, на которой установлен подшипник и рифленое перекрытие на удобной высоте (рис. IV. 14). В рифленом перекрытии имеется люк, позволяющий по лестнице спуститься для осмотра и ремонта генератора.

Верхняя колонна головной части капсулы, закрепляемая вверху в закладной раме, имеет обтекаемый профиль и служит для прохода персонала, а также для проводки различных комму­ никаций: трубопроводов системы регулирования, трубопроводов, подводящих смазку к подшипнику и к подпятнику, шинопроводов и

Рис. IV. 15. Установка растяжек: а — на турбине Череповецкой ГЭС; б — на турбине Киевской ГЭС

в случае наличия маслоприемника или масловодоприемника— тру­ бопроводов для подачи масла и воды в них.

Нижняя колонна выполняется с таким же профилем, как и верхняя, или меньших размеров и не имеет внизу выхода. Трубы для слива масла из подшипника и подпятника, для слива охла­ ждающей воды и дренажная труба после выхода из этой колонны закладываются в бетон и проводятся в шахту турбины к насосам, бакам и дренажным приямкам. Верхняя и нижняя колонны вы­ полняются отъемными от головной части капсулы.

На агрегатах некоторых ГЭС головная часть капсулы выпол­ нена только с одной верхней колонной. Для проводки труб вниз

93

труб слива и дренажа, а также передвижение персонала осу­ ществляется через проход в этом бычке. В этих агрегатах вместо верхней колонны установлен для тех же целей специальный наклонный овальный ход 17 (см. рис. III.8), размещенный в потоке. С помощью достаточного числа ребер жесткости обеспечена его

прочность.

Почти на всех горизонтальных капсульных турбинах в СССР

и за рубежом вокруг капсулы установлены 6— 12 растяжек, пред­ ставляющих собой талрепы, закрепленные одним концом в кап­ суле, а другим в бетоне (рис. IV. 15). Эти растяжки монтируются с большим натяжением: например, на Череповецкой ГЭС

от поперечных колебаний и вибраций. Однако исследования пока­ зали, что при достаточно жесткой конструкции статорных частей (отечественные агрегаты) растяжки не нужны. Поэтому на агре­ гатах Перепадных ГЭС растяжки заменены двумя распорами, установленными только по горизонтали (рис. IV. 16).

На ЛМЗ проведены подробные расчеты головной части кап­ сулы на прочность. Они показали, что ее прочность зависит от напряжений в оболочке, заключенной между ребрами жесткости. Поэтому с достаточной точностью эту часть оболочки рассчиты­ вают как прямоугольную пластину с жестко закрепленным кон­ туром под действием равномерно распределенной по поверхности пластины нагрузки (рис. IV. 17).

В работе [9 ] показано, что в случае условного деления обо­ лочки на пластины с одинаковыми сторонами (при проектирова­ нии следует стремиться именно к такому распределению ребер жесткости на поверхности капсулы), закрепленные по периметру, напряжения в направлении осей X и У одинаковы

т .

94

Г Л А В А V

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ РАБОЧИХ МЕХАНИЗМОВ КАПСУЛЬНЫХ ГИДРОТУРБИН

17. НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ

Направляющий аппарат гидротурбины служит для создания и изменения циркуляции (закрутки) потока, поступающего на рабочее колесо; для регулирования расхода воды, а следовательно, мощности и скорости вращения агрегата; для прекращения рас­ хода воды через турбину и ее остановки; для защиты агрегата от разгона. Изменение расхода воды через турбину достигается поворотом системы направляющих лопаток, расположенных рав­ номерно по окружности. Поворотом лопаток на открытие или закрытие осуществляется также пуск и остановка турбины.

Вгоризонтальных гидротурбинах применяются два типа направляющих аппаратов: радиальный и конический. Они разли­ чаются расположением направляющих лопаток и конструкцией наружного и внутреннего колец.

Врадиальных и конических направляющих аппаратах перо

лопатки имеет пространственную винтообразную форму с профи­ лем поперечного сечения, постепенно возрастающим по длине по мере приближения к наружному торцу. Эксцентриситет про­ филя лопатки выбирается таким, что при закрытом положении направляющих лопаток гидравлический момент равен нулю, либо действует на закрытие. Величина открытия направляющего аппа­ рата определяется углом поворота лопаток. Количество лопаток в радиальных и конических направляющих аппаратах может быть 12—24. Для каждой турбины количество лопаток опреде­ ляется по результатам энергетических испытаний и по условиям прочности с учетом технологической возможности изготовления.

Торцы лопаток и сопряженные места колец выполняются по сфере; зазоры между ними принимаются минимально возмож­ ными (1—5 мм в зависимости от резмеров гидротурбины). Обычно торцы лопаток уплотняются резиновыми профильными шнурами. Места касания лопаток друг с другом уплотняются такими же шнурами только на крупных турбинах.

Радиальный направляющий аппарат (рис. V.1). Он применяется в прямоточных и полупрямоточных турбинах и состоит из двух колец — наружного и внутреннего, системы направляющих

96

Лопаток, количество которых определяется при конструирова­ нии, регулирующего кольца и поворотного механизма.

Наружное и внутреннее кольца выполняются разъмными и изготовляются литыми или сварными из углеродистой стали. Для удобства сборки оба кольца имеют разъем в горизонтальной плоскости. Наружное кольцо не бетонируется, и направляющий аппарат при надобности может быть полностью демонтирован. В плоскости поперечного сечения колец направляющего аппарата лопатки располагаются радиально.

Цапфы лопаток помещаются в подшипниках с вкладышами из древпластика, установленными во внутреннем и наружном коль­ цах. Внутренние цапфы лопаток направляются во втулках внутрен­ него кольца. Наружные цапфы направляются во втулках наруж­ ного кольца. В этих подшипниках лопатки могут поворачиваться

впределах 0—75°, благодаря чему изменяется величина открытия направляющего аппарата. Подшипник смазывается водой непо­ средственно из потока. Цапфы лопаток в наружных подшипниках имеют разиновые манжетные уплотнения. Протечки воды через уплотнения собираются в трубчатый коллектор, из которого они отводятся в сливной колодец шахты турбины. От осевого переме­ щения лопатка удерживается наружным подшипником, в торец которого с одной стороны упирается ее буртик, с другой — рычаг, надеваемый на наружный конец цапфы. Рычаг с закрепленными на нем двумя накладками фиксируется клиновой цилиндрической шпонкой и удерживается крышкой и болтом. Серьги, соединенные

срычагом при помощи накладок, совершают пространственное движение, так как поворот регулирующего кольца и лопаток осуществляется в различных плоскостях. Поэтому шарниры, соединяющие серьги с регулирующим кольцом и рычагами, выполняются шаровыми.

Серьги, связывающие регулирующее кольцо с рычагами, вы­ полняются как талрепы, которые позволяют компенсировать неточности изготовления отдельных звеньев поворотного меха­ низма и регулировать положение направляющих лопаток в со­ стоянии их полного закрытия.

Накладки скрепляются с рычагом срезным пальцем, который

вслучае попадания между лопатками постороннего твердого тела во время закрытия направляющего аппарата срезается, благодаря чему предотвращается поломка этой лопатки и ее механизма поворота, а остальные направляющие лопатки могут закрыться. На наружных накладках установлены конечные выключатели, подающие сигнал при срезе пальцев.

Поворот лопаток осуществляется с помощью регулирующего кольца, которое приводится в движение двумя сервомоторами, вертикально установленными в шахте турбины. Регулирующее кольцо выполняется сварным или литым из углеродистой стали,

сразъемом по вертикали или без разъема. Оно направляется опорой, которая выполняется обычно как одно целое с наружным

98

или промежуточным кольцами направляющего аппарата. В местах касания регулирующего кольца с опорой закреплены по шесть или восемь планок из антифрикционного металла или капрона. Смазка всех шарниров поворотного механизма и трущихся поверх­ ностей регулирующего кольца при изготовлении опорных планок и втулок из антифрикционного металла производится автомати­ чески из резервуара центральной смазочной станции. При изгото­

Конический направляющий аппарат. Основным отличием кони­ ческого направляющего аппарата от радиального является на­ клонное расположение лопаток. Угол наклона лопаток к гори­ зонтальной оси агрегата составляет 60° или 65°. При угле на­ клона 65° несколько сокращается общая длина направляющего

к оси турбины увеличивается проходное сечение в зоне направляю­ щего аппарата и несколько улучшаются энергетические качества турбины.

На ЛМЗ угол наклона лопаток конического направляющего аппарата принят равным 60°. Следует отметить, что в выборе этого угла сыграла роль унификация с аналогичными направляющими аппаратами диагональных турбин, где он конструктивно более уместен.

Оси лопаток конического направляющего аппарата располо­ жены на образующих поверхности конуса с вершиной на продоль­ ной оси агрегата. В зависимости от размеров турбины кониче­ ские направляющие аппараты выполняются с наружным регули­ рованием или с внутренним. При наружном регулировании вся система управления лопатками, в том числе рычаги, серьги и регу­ лирующее кольцо, расположены на поверхности наружного кольца направляющего аппарата. При внутреннем регулирова­ нии вся система управления лопатками расположена внутри капсулы.

Направляющий аппарат с внутренним регулированием целе­ сообразно применять в капсульных турбинах при диаметре рабо­ чего колеса 7 м и более. По сравнению с агрегатами других типов в капсульных агрегатах инерционные массы ротора гене­ ратора значительно меньше. Поэтому большие протечки через направляющий аппарат при остановленном агрегате могут вызвать движение ротора. В связи с этим все соприкасающиеся поверх­ ности лопаток должны быть надежно уплотнены. Это достигается установкой специальных профилированных резиновых шнуров на поверхности контакта. В тех случаях, когда такие шнуры не могут быть установлены, выходные кромки лопаток в закрытом положении направляющего аппарата тщательно подгоняются к поверхностям контакта входных кромок. Торцы лопаток подго­