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

Перепадные ГЭС

Формуляр Гидроагрегат, станционный NoПроверки общей линии вала

агрегата поворотом на 360°

Гидротурбина, заводской №----

Фактический отсчет по индикатору

Монтажная

организация

Рис. VI 1.20. Формуляр проверки общей линии вала агрегата поворотом на 360°

у — индикаторы, показывающие биение вала

200

Рис. VII.21. Этапы такелажных работ при монтаже ротора капсульной гидротурбины Саратовской ГЭС

2 9 )

генераторного вала до нулевого зазора между ними. Для пра­ вильного направления перемещения устанавливаются два штат­ ных болта, которые создают направление своей припасованной частью. Затем устанавливаются остальные штатные болты.

Затягивание болтов производится специальным гидравличе­ ским гайковертом. Усилие затяга контролируется по удлинению болта.

Величина удлинения болта

(VII.6)

где /б — длина болта с учетом половины высоты гайки (620 мм); о — напряжение растяжения в болте (2000 кгс/см2);

2000- 62,0 = 0,59 мм.

— 2,1•106

Таким образом, чтобы болты были хорошо затянуты (до при­ нятого напряжения 2000 кгс/см2) они должны удлиниться на

0,59 мм.

Удлинение болтов измеряется как и при монтаже вертикаль­ ных турбин, с помощью специальных штырей.

После соединения валов проверяются зазоры между лопастями рабочего колеса и камерой турбины, а также между ротором и ста­ тором генератора. В случае их отклонения от допускаемых вели­ чин можно произвести изменения в положении валов во всех четырех подшипниках или в положении сферической части ка­ меры турбины.

После получения удовлетворительных результатов при замере зазоров производят проверку общей линии валов поворотом ро­ тора на 360° (рис. V II.20).

Поворот производят с помощью троса, один конец которого закреплен на корпусе рабочего колеса и дважды вокруг него намотан, другой — протянут через люк в камере турбины и укреп­ лен на кране. Усилие на кране не должно превышать 10— 12 тс.

Опускание ротора турбины (вал — рабочее колесо) в кратер турбины с помощью такелажных приспособлений показано на рис. VI 1.21. Кнехт (узел /) устанавливается на время монтажа вместо двух противолежащих лопастей.

Монтаж трех- и четырехопорных роторов гидротурбин на сегментных подшипниках

В многоопорных роторах (рис. VII.22), представляющих собой статически неопределимые системы, возможно произвольное и слу­ чайное сочетание нагрузок, действующих на отдельные подшип­ ники. Такое положение имело место при монтаже роторов трех­ опорного и четырехопорного капсульных агрегатов.

Ж

При монтаже, однако, необходимо обеспечить распределение реакций в соответствии с расчетной грузоподъемностью каждой опоры, а также распределить нагрузки между отдельными па­ рами сегментов (балансирами) внутри подшипников с последую­ щей проверкой работоспособности этих узлов. В качестве измери­ тельных элементов используются либо штатные балансиры, либо специально изготовленные сухари с центральной выточкой.

В наиболее нагруженных сечениях балансиров наклеиваются полумосты из тензодатчиков с базой 10 мм, сопротивлением 100 Ом, по два полумоста на каждую деталь. В сухарях заднего под­ шипника № 4 используются тензодатчики с длиной базы 5 мм и сопротивлением 75 Ом каждый. Второй полумост предназначен для контроля, а также в качестве запасного.

Места наклейки датчиков и токовыводы защищаются эпоксид­ ной смолой и металлическими пластинками. В качестве регистри-

Рис. V II.22. Схема расположения сил и реакций на агрегатах Саратовской ГЭС: а — агрегат с выходным статором; б — с кон­ сольным рабочим колесом

рующего прибора используется измеритель статических дефор­ маций. Балансиры и сухари, собранные в единую схему с прибо­ ром, предварительно тарируются на прессе, и для каждого строятся тарировочные зависимости.

Методика измерений и обработки результатов монтажа сво­ дится к следующему. При помощи домкратов производится раз­ грузка подшипника; при этом фиксируются в протоколе нулевые показания датчиков. Усилие на один балансир (два сегмента) или сухарь (сегмент) определяется как разность нагрузочных и ну­ левых показаний датчиков, переведенных в тонны согласно тарировочной зависимости. При работе двумя полумостами в расчет принимается их среднее значение. Нагрузка на весь подшипник определяется как геометрическая сумма слагаемых векторов с уче­ том взаимного расположения соответствующих балансиров. Из­ мерение нагрузок начинается на том этапе монтажа, когда роторы турбины и генератора уже соединены и предварительно расцентрованы.

Ниже дается в качестве примера описание работ по распреде­ лению нагрузок в процессе монтажа подшипников капсульных гидроагрегатов с выходным статором и с консольным рабочим колесом Саратовской ГЭС.

203

' Первый замер, произведенный на подшипниках агрегата с вы­ ходным статором, как и следовало ожидать, выявил произволь­ ное распределение реакций: R 3 = 100 тс при расчетном значении 81 тс и Л?4 = 33 тс при расчетном значении 59 тс. Некоторые ба­ лансиры и сухари на этих подшипниках оказываются малонагруженными или вовсе не несут нагрузки. Арифметическая сумма реакций составляет R 3 + R t = 133 тс. Арифметическое суммиро­ вание здесь справедливо, так как силы находятся в одной пло­ скости. Некоторое отклонение равнодействующих от вертикали объясняется угловой погрешностью измерений и геометрического суммирования.

Следующий замер производится после опускания подшипника № 3 на 0,5 мм с целью его разгрузки. Действительно, равно­ действующая R з уменьшилась до 76 тс, а Д4 стала равной 40 тс; их сумма уменьшилась на 17 тс, которые перешли на подшип­ ник № 2.

После ряда изменений высотных положений подшипников по­ лучено

£ /? = R x + R 2 + R 3 + R, = 39 + 83 + 76 + 40 « 240 тс.

Соответствующие этому положению эпюры сил для турбин­ ных подшипников представлены на рис. VI 1.23. Прокрутка ро­ тора на 360° с измерением через каждые 30° показала, что измене­ ния сил на отдельных датчиках невелики, а наибольшее биение вала у подшипника № 3 составляет 0,05 мм. Последняя измерен­ ная перед пуском суммарная реакция на этом подшипнике со­ ставила 78 тс. Эта реакция приходилась на нижние балансиры 3 и 2, поскольку боковые сегменты во время ревизии в соответствии

204

с Техническими требованиями были установлены с зазорами 0,05—0,07 мм.

Измерения усилий на вращающемся агрегате произведены в режимах холостого хода и под нагрузкой 5,5 МВт. На холостом ходу нагрузки на балансиры 3 и 2 подшипника № 3 составили соответственно 55 тс и 19,5 тс, а их равнодействующая равна 73 тс. Измерения производились тем же прибором, что и при про­ крутке ротора в процессе центровки, например, на наиболее на­ груженном балансире 3 они менялись в пределах 53,5—58 тс.

Среднее удельное давление на сегментах этого балансира равно

Некоторое уменьшение реакции R 3 можно объяснить возник­ новением выталкивающей силы воды, которая разгружает под­ шипник. Этой же причиной объясняется уменьшенное значение R з — 69 тс в режиме N = 5,5 МВт.

Установившиеся температуры сегментов при работе на холостом ходу и под нагрузкой сравнительно невелики: 30—32° С на боко­ вых сегментах, 37° С на сегментах балансира 5 и на один градус меньше на менее нагруженных сегментах балансира 2.

Результаты первого замера сил на турбинном подшипнике № 3 агрегата с консольным рабочим колесом в порядке очередности: балансир 2 — 22 тс; 1 — 103 тс; 4 — 82 тс; 5 — 19 тс, а их гео­ метрическая сумма равна R 3 — 200 тс. Величина R 3 сама по себе не выходит за пределы расчетного значения (215 тс), однако под­ шипник № 2 оказался ненагруженным при некоторой перегрузке подшипника № 1, R t = 95 тс. Общая вертикальная нагрузка на опоры от веса ротора составила 300 тс. Как и в случае агрегата с выходным статором, эта нагрузка не равна истинному весу агре­ гата, а только 95% от ее величины за счет того, что схема нагру­ жения балансиров отличается от их тарировочного положения. Характерно, что усилия на боковые сегменты балансиров 2 и 5 в соответствии с их геометрическим расположением меньше суммы сил, приходящихся на нижние сегменты, и равны 41,5 тс или 20,7% от R 3.

Дальнейшие работы велись в направлении разгрузки подшип­ ников № 1 и 3 и нагружения подшипника № 2.

В общей сложности за несколько приемов это было проведено.

205

При этом средние удельные давления на наиболее нагруженных сегментах подшипника № 3 составили 31 кгс/см2. Была отмечена хорошая повторяемость результатов, что послужило контролем правильности замеров и позволило определить относительную по­

отдельные датчики составили сравнительно небольшие величины:

сения смять латунные уплотнительные кольца. Подшипник рабо­ тает без вибраций с температурами на сегментах, не превышаю­ щими 40° С.

Проведенные исследования и их анализ позволили сделать следующие выводы.

1.Метод тензометрического исследования нагрузок в подшип­ никах оправдывает себя и является вполне надежным для цен­ тровки многоопорных роторов горизонтальных гидроагрегатов. При этом относительная погрешность измерений не превышает 2% от суммарных сил при условии достаточно частого определения нулевых показаний датчиков.

2.С помощью указанного метода возможно установить на под­ шипниках горизонтальных турбин нагрузки, близкие к расчет­

206

П Р И Л О Ж Е Н И Е

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГИДРОТУРБИН

Узлы трения механизма поворота направляющих лопаток. Подача смазки в узлы трения механизма поворота направляющих лопаток гидротурбин связана со значительными трудностями. Поэтому в последние годы широко внедряется самосмазывающийся материал для втулок и опорных планок — маслонаполнен­ ный капрон. Его применение позволило отказаться от сложной и не всегда на­ дежной системы централизованной смазки втулок из древпластика или бронзы, что существенно снижает стоимость изготовления и эксплуатации гидротурбин. В настоящее время все выпускаемые ЛМЗ и ХТЗ гидротурбины оснащаются втул­ ками из маслонаполненного капрона.

Установке втулок из капрона на натурных турбинах предшествовал период их испытаний на стенде в лаборатории ЛМЗ при условиях, близких к натурным.

Испытания проводились при полном отсутствии смазки на трущихся поверх­ ностях, с контролем коэффициента трения и износа материала втулок. Масло­ наполненный капрон содержит 50% текстильных капроновых отходов и 50% пер­ вичной капроновой смолы; некоторая доза масла и делает его самосмазывающимся.

Капроновые втулки могут изготавливаться литьем под давлением. Однако получение крупных и особенно толстостенных деталей этим методом весьма затруднено. Поэтому на ЛМЗ принят метод центробежного литья. Преимуще­ ствами этого метода являются: возможность изготовления крупных толстостен­ ных деталей без дополнительной механической обработки; недорогое малогаба­ ритное оборудование; использование сырья в любом виде (гранулы, текстильные отходы и пр.) без сушки и обезжиривания; возможность введения в сырье масла или других веществ, улучшающих антифрикционные свойства материала.

Сущность метода центробежного литья состоит в том, что расплавленное в форме (изложнице) сырье, подвергаясь действию центробежных сил при вра­ щении, заполняет периферийную зону формы и застывает, приобретая нужную конфигурацию и размеры. На заводе оснащен несложным оборудованием участок для изготовления капроновых втулок для гидротурбин. Это оборудование состоит из станка с плавно регулируемым изменением частоты вращения от 0 до 2000 об/мин; охлаждающего устройства с предохранительным кожухом; нагрева­ тельного устройства (термостата) с автоматическим регулированием температуры; ванны для термической обработки отливок и изложницы. При проектировании изложниц учитывается усадка материала 2—3% и технологические припуски. Чистота рабочих поверхностей должна соответствовать у б —у 7 ,

Ж