книги из ГПНТБ / Плаксионов Н.П. Судовые турбинные установки учебник

Для установки замка с расклинкой конструкции Ленинградского металлического завда (ЛМЗ) (рис. 48, б) замковые лопатки 1 и 2 из­ готавливают с выступами, заходящими внизу под хвосты соседних лопаток, и разгоняют медной или из мягкой стали замковой вставкой 3, которая, в свою очередь, раздается стальным клином 4, установ­ ленным на стальную подкладку 5.

У замка для лопаток с Т-образным и молотообразным хвостами (рис. 48, б) замковый вырез в диске расширяется книзу, что предо­ храняет замок от выпадания. После установки всех лопаток на дне замкового выреза устанавливают стальной клнн 1, на вершину кото­ рого заколачивают замок 2. При этом клин раздает замок в стороны

ипоследний принимает форму замкового выреза.

Узамка двухступенчатого диска (рис. 48, г) в средней части обода диска между обоими пазами сделан вырез, через который вводят по­

кободу винтом 4.

Уреактивных турбин, имеющих лопатки с хвостами зубчикового типа, часто применяют замок, изображенный на рис. 48, д. Для этого замка замковый вырез не делают. Лопатки вводят в паз ротора и пово­ рачивают так, чтобы их зубчики входили в соответствующие впадины

паза, проводят по окружности до надлежащего места и прижимают к другой лопатке ударами молотка по оправке. Набранные таким обра­

товления лопаток, должен обладать высокими механическими качест­ вами, достаточной стойкостью при высокой температуре,соответствующей эксплуатационным режимам турбины; быть способным противо­ стоять коррозии (химическому разъеданию) и эрозии (механическому воздействию капелек воды при работе лопаток в области влажного пара); быть по возможности дешевым.

В отечественном турбостроении в качестве материала для лопаток, работающих при температуре до 450° С, применяют хромистые нержа­ веющие стали марок 1X13 и 2X13 с содержанием 12—14% хрома. Эти стали отвечают всем перечисленным требованиям. В отожженном виде эти стали можно подвергать холодной прокатке, штамповке, протяж­

нагрузок, изготовляют из углеродистых сталей марок 15 и 35. Лопатки первых ступеней ТВД, работающих при температуре выше

450° С, изготавливают из сталей со значительным содержанием хрома (10—16%), никеля (0,5—38%) и присадками молибдена, ванадия, воль­ фрама, титана.

60

§ 18. РОТОРЫ И ДИСКИ

Общие сведения. Ротором (от латинского слова гоtore — вращать) называется вращающаяся часть турбины.

Ротор состоит из следующих основных деталей: вала, дисков или барабана с рабочими лопатками, упорного гребня й соединительной муфты.

У некоторых конструкций турбин на валу ротора укрепляют втулки наружного уплотнения и маслоотбойные кольца. В реактив­ ных турбинах на роторе часто устраивают еще уравновешивающийся поршень или думмис.

Конструктивно роторы разделяют на дисковые, барабанные и сме­ шанной конструкции.

В активных турбинах ротор составляют исключительно из дисков. Для реактивных турбин удобнее и дешевле применять барабанные ро­ торы.

Роторы могут быть жесткими и гибкими. У жесткого ротора рабо­ чая частота вращения меньше критической; у гибкого — больше кри­ тического.

Критической частотой вращения ротора называется такая, при которой частота вынужденных колебаний равна частоте собственных колебаний. При этом наступает резонанс и ротор начинает вибриро­ вать с увеличивающейся амплитудой колебаний.

Главные судовые турбины должны работать спокойно и надежно при любой частоте вращения, поэтому роторы турбины всегда делают жесткими.

Роторы турбогенераторов могут быть либо жесткими, либо гибкими, так как они работают как с переменной, так и с постоянной частотой вращения.

В период пуска при развитии скорости и в период остановки ротор с гибким валом проходит зону критической частоты вращения, но на практике при быстром прохождении этой зоны получается только мгно­

20—30% ниже критической, а гибкие — при частоте вращения в 1,5— 2 раза больше критической.

Дисковые роторы. При диаметре дисков до 1200 мм дисковые ро­ торы выполняют обычно цельноковаными. Преимуществами этих ро­ торов являются отсутствие соединения дисков с валом, простота обра­ ботки, достаточные прочность, жесткость и надежность в эксплуата­ ции. Однако трудность получения качественных поковок больших диаметров ограничивает размеры цельнокованых роторов. Поэтому при диаметрах более 1200 мм дисковые роторы целесообразно выполнять составными (из гладкого или слегка ступенчатого вала и насаженных на него дисков).

Диски (рис. 49) являются основной частью ротора в передаче кру­ тящего момента от рабочих лопаток к валу. Они состоят из трех ос­ новных частей. Часть / диска, на которой крепят лопатки, называет-

61

ся ободом; часть 2, которой диск насаживается на вал, — ступицей, средняя часть 3, соединяющая обод и ступицу, — полотном.

Форма обода'зависит от хвостового крепления лопаток; форма сту­ пицы и полотна — от нагрузки' диска и, главным образом, от его ок­ ружной скорости. В цельнокованых роторах ступицы всех дисков сли­

без вскрытия турбины. В крайних дисках проточены пазы 3 для разме­ щения груза при динамической балансировке. В районе уплотнения проточены канавки 4 для лабиринтов уплотнений.

ßoä<ußnti

Рис. 50. Цельнокованый ротор

Кормовая часть вала заканчивается конусом, на который насажена зубчатая звездочка полумуфты для соединения с полумуфтой шестерни редуктора. Ротор внутри полый, отверстие служит для металлурги­ ческого контроля и небольшого облегчения веса.

В судовых турбинах чаще всего применяют непосредственную по­ садку дисков на вал составных роторов (рис. 51), что обеспечивает плотное и прочное крепление дисков. При таком способе для облегче-

62

ния работ по посадке и съемке дисков валы делают ступенчатыми, при­ чем на каждую ступеньку насаживают один, иногда два диска. Для обеспечения прочной посадки и передачи валу крутящего момента диски насаживают на вал с натягом. Натяг, т. е. разность диаметров шейки вала и отверстия ступицы диска, для горячей посадки опреде­ ляют расчетом (примерно равен 0,001 диаметра вала).

Хотя натяг и обеспечивает достаточную силу сцепления диска с валом, все же обязательно ставят одну или две шпонки на случай отделения диска от вала при быстром нагреве или под действием цен-

Рис. 51. Составной ротор

тробежных сил. Перед посадкой диски нагревают до 150—200° С в мас­ ляной ванне или при помощи специальных электротрансформаторов. Перед снятием дисков с вала их нагревают газовыми или керосиновы­ ми горелками. После посадки последний диск укрепляют стопорной гайкой.

Для упрощения изготовления вала, а также для облегчения посад­ ки и снятия дисков иногда (преимущественно для турбин вспомогатель­ ных механизмов) применяют посадку дисков на различных кольцах и втулках. В этих конструкциях вал по всей длине или на протяжении нескольких ступеней турбины делают равного диаметра, без ступеней.

Барабанные роторы. Барабанные роторы применяют исключительно для реактивных турбин. По конструкции и способу изготовления их подразделяют на цельнокованые, полые составные и сварные.

Цельнокованые роторы применяют главным образом для быстро­ ходных реактивных турбин небольшого диаметра; обычно их изготав­ ливают со сквозным центральным отверстием.

Типичной конструкцией цельнокованого барабанного ротора яв­ ляется ротор турбины фирмы «Вестингауз» (рис. 52, а).

Барабаны роторов большого диаметра для уменьшения веса выпол­ няют полыми. При этом для облегчения расточки барабана и дополни­ тельного уменьшения веса ротора одну или обе шейки отковывают от­ дельно. Поршень думмиса у роторов этого типа обычно отковывают заодно со съемной шейкой (рис. 52, б).

63

0)

Нос

У Корма

ЧУ

Для облегчения ковки и получения более быстрого прогрева ротора, что особенно важно для повышения маневренности судовых турбин, применяют барабанные роторы, сваренные из отдельных колец или дисков.

§ 19. УПЛОТНЕНИЯ

Общие сведения. В паровых турбинах устраивают на­ ружные и внутренние уплотнения.

К наружным (концевым) относятся уплотнения в местах выхода вала из корпуса турбины. Назначение их состоит в том, чтобы умень­ шить утечки пара из корпуса турбины (при давлении пара в корпусе выше атмосферного) или препятствовать проникновению внутрь корпу­ са наружного воздуха (при давлении меньше атмосферного).

Уплотнения в местах прохода вала через диафрагмы и у думмисов называются внутренними. Их назначением является уменьшение утеч­ ки пара из среды с большим давлением в среду с меньшим давлением.

В современных судовых паровых турбинах применяют лабиринто­ вые металлические и графитно-'угольные уплотнения (последние в ос­ новном в турбинах вспомогательных механизмов).

Уплотнения диафрагм и думмисов делают всегда лабиринтовыми.

64

Лабиринтовые уплотнения. Сущность лабиринтового уплотнения заключается в пропуске пара через ряд малых кольцевых зазоров, за каждым из которых следует относительно большая камера (рис. 53). При проходе через малый зазор пар подвергается мятию (дросселиру­ ется), т. е. теряет часть давления и приобретает некоторую скорость (зазор играет роль сопла). Далее, попадая в камеру за зазором^пар теряет скорость вследствие вих­

свое направление.

По расположению гребней и по отношению их к валу лабиринтовые уплотнения подразделяются на радиальные, осевые и смешанные. В современных турбинах наружные и внутренние лабиринтовые уплот­ нения делают преимущественно с радиальными зазорами, так как та-

Рис. 54. Уплотнения диафрагм

кие уплотнения более надежны, их проще ремонтировать, удобнее собирать и разбирать. Думмисы делают как с осевыми, так и с ради­ альными зазорами.

Вследствие небольших перепадов давления пара перед диафрагмой

Вследствие малых радиальных зазоров в таком уплотнении вращаю­

не заклиниваться. Совокупность деталей наружного уплотнения называется уплотни-

тельной коробкой, которая также может быть жесткой или эластичной. В уплотнительных коробках устраивают паровые камеры, сообщаю­ щиеся обычно с общей системой укупорки, где с помощью уравнитель­ ного бачка или коллектора поддерживают давление 1,1—1,2 ата. Та­ кое устройство обеспечивает постоянное давление в паровой камере не­

На рис. 55 показано устройство наружного носового уплотнения ТНД (жесткого типа) судов типа «Сергей Боткин». Уплотнение состоит из двух разъемных обойм 1 и 2, установленных в корпус турбины. В обоймы зачеканены, а затем проточены уплотнительные гребни (ла­ биринтовые ножи). На валу проточены канавки 6 прямоугольного се­ чения; гребни выполняют двух различных высот в соответствии с глу­ биной канавок. Радиальный зазор между гребнями и щеткой вала ра­ вен 0,2 мм.

66

ными на валу. Обоймы и державка заведены в расточку корпуса 9 и крышки 3 турбины. Пройдя через три кольца, пар попадает в паро­ вую камеру 4, соединенную с уравнительным бачком системы уплот­ нения. После четвертого внутреннего кольца пар из камеры 5 отсасы­ вается в безвакуумный холодильник системы отсоса пара. Наружное кольцо 7 препятствует чрезмерному проникновению атмосферного воз­ духа в систему отсоса.

стирается с ничтожным выделением тепла, не портят вала. От сильного задевания уплотнение предохранено постановкой ленточных пружин 6.

В этих уплотнениях вал не будет нагреваться даже при значитель­ ном задевании гребней о неподвижные обоймы. Замена же деформиро­ ванных и износившихся гребней очень проста.

Уплотнения такого типа широко применяют и в газовых турбинах.

угля. Каждое кольцо для удобства сборки, в свою очередь, состоит из 3—6 сегментов, стянутых пружиной. Кольца помещают в чугунных или стальных обоймах, которые вставляют в уплотнительную коробку или непосредственно в корпус турбины.

При установке колец стыки сегментов припиливают друг к другу, а сами кольца пришабривают по шейке вала так, чтобы радиальный зазор между кольцом и валом был равен 0,001—0,002 диаметра шейки. Этот зазор учитывает только различие в температурном расширении угольного кольца и вала1 . Поэтому во время работы турбины зазоры между валом и кольцами приближаются к нулю. Благодаря смазы­ вающим свойствам материала колец соприкосновение между кольцами и валом неопасно и при правильной сборке кольца работают с нич­ тожным трением.

Типичная конструкция угольной уплотнительной коробки показана на рис. 58, а. Угольные кольца 2, состоящие из трех сегментов, поме­ щаются в чугунных обоймах 3 Г-образной формы, которые вставлены

1 Практически можно считать, что угольные кольца не расширяются, а вал расширяется на 0,1% на каждые 100° С нагрева.

68

в корпус /. Снаружи угольные-кольца охватывают легкие спиральные пружины 5. Замки пружин входят в вырезы колец, и, упираясь в соот­ ветствующие выступы или штифты обойм, не позволяют кольцам вра­ щаться вместе с валом; обоймы, в свою очередь, стопорят шпонки в корпусе турбины.

Пружины 4 поддерживают кольца в таком положении, чтобы их центры совпадали с центром вала; при этом пружины разгружают вал от веса колец. Угольные кольца показаны на рис. 58, б.

m ощжности

Рис. 58. Угольное уплотнение

Угольные уплотнения компактны и хорошо препятствуют утечке пара. Но их можно употреблять при окружных скоростях шеек вала не выше 35—40 м/сек, так как при больших скоростях выделяемую теплоту трения невозможно полностью отводить от уплотнительных коробок.

К числу недостатков угольных уплотнений относятся также слож­ ность слесарных работ по пригонке и сборке колец, быстрый износ колец и их замена, а также невозможность их применения при темпе­ ратуре пара выше 300° С (в связи с явлением обесграфичивания). По­ этому угольные уплотнения распространены главным образом у вспо­ могательных турбин.

В главных турбинах иногда применяют комбинированные лабиринтоугольные уплотнительные коробки, в которых основное уплотне­ ние — лабиринтовое, а на наружном конце коробки помещено от од­ ного до четырех угольных колец.

Паромаслоотбойные устройства. При работе паровых турбин пар может выбиваться из уплотнений в атмосферу (в результате износа уплотнительных гребней или невнимания персонала к регулировке отсоса пара от уплотнений). Это опасно тем, что выбивающиеся струи пара попадают в район опорных подшипников и обводняют масло. С другой стороны, масло, вытекая из подшипников, может по валу попасть в уплотнения и конденсат.

69