книги из ГПНТБ / Зайдель Р.Р. Турбодетандеры кислородных установок

СТ)

о

Фиг. 73. Турбодетандер ТДР-8.

той воздуходувкой, ра­

бочее колесо которой насажено на консоли второго свободного

дительно-циркуляционная. Основные детали выполнены из сле­

дующих материалов: колеса из сплава АК6, вал из стали 10

ГЛАВА Vil

СБОРКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

§ 28. ЗАВОДСКАЯ СБОРКА

Сборка производится после проверки и испытания всех де­ талей и узлов, в том числе испытания корпуса на прочность и плотность, разгона и окончательной балансировки колеса.

Основными операциями сборки являются: пришабривание

подшипников к шейкам вала, установка ротора по отношению к корпусу, разметка и растачивание канавок обойм и оконча­

тельная обработка гребней лабиринтового уплотнения, обкатка с помощью электрогенератора.

Пришабривание баббитовой заливки вкладышей подшипни­

ков имеет целью получить чистую цилиндрическую поверхность с диаметром, равным действительному диаметру шейки вала

плюс зазор, необходимый для обеспечения жидкостного трения и спокойной работы машины. Величину зазора для новых кон­ струкций целесообразно определить опытом, путем пробных

обкаток с разными зазорами, начиная с малых: приблизительно в 1/1000 диаметра шейки вала.

Шабрение упорных поверхностей упорного подшипника дол­

жна обеспечить их равномерное прилегание к буртикам вала не менее чем на 80% поверхности.

Для обеспечения чисто жидкостного трения чистота шабро­ ванных поверхностей должна быть высокой: приблизительно

9—10-го класса по ГОСТу 2789-59, что соответствует [11] не ме­

нее четырем пятнам на 1 см2.

Для симметричной нагрузки колеса, а также для предотвра­

щения удара потока о внешние поверхности дисков колеса

взаимоположение ротора по отношению к корпусу должно быть

таким, чтобы ось.расточки корпуса совпала с осью ротора и

чтобы средняя радиальная плоскость колеса совпала с той же плоскостью соплового аппарата.

Радиальные и осевые зазоры между поверхностями ротора и поверхностями неподвижных деталей должны быть доста­

точной величины. Осевые зазоры во избежание аварии должны

быть такими, чтобы при 'возможной в исключительных слу-

чаях выплавки любой из упорных поверхностей упорного под­

шипника касание между сдвинувшимся при этом роторе и не­ подвижными деталями было исключено.

После того как ротор и корпус окончательно выставлены,

выявляется местоположение гребней лабиринтового уплотнения по отношению к уплотнительным обоймам, и по результатам

точного измерения производится разметка и расточка канавок

обойм с таким расчетом, чтобы гребни приходились в середине канавок.

Важной является операция окончательной обработки кромок уплотнительных гребней с целью установления необходимых

щелевых зазоров в лабиринтовых уплотнениях.

При слишком малых зазорах не исключен контакт между вращающимися гребнями и уплотнительными обоймами, в ре­ зультате чего могут наступить: неспокойный ход, удары, искрив­

ление вала, а в некоторых случаях и авария машины. С другой

стороны, слишком большие зазоры обусловливают увеличение утечки и ухудшение к. п.д. особенно в машинах небольшой про­ изводительности. При заостренных кромках гребней (см. § 21) начальные зазоры в зависимости от размеров машины должны

быть не меньше 0,15—0,2 мм. Окончательные размеры зазоров

доводятся при обкатке, и они не должны быть больше рас­ четных.

Окончательно собранный детандер подвергается обкатке без

нагрузки для выявления неисправностей, а также для доводки зазоров (в подшипниках, зубчатых зацеплениях и лабиринтовых

уплотнениях) до необходимой величины. Обкатка производится от электрогенератора (моторный режим) в следующем порядке.

Сначала, для исключения контакта на случай неспокойного хода, обкатка производится при удаленных уплотнительных

обоймах. Первую пробу следует произвести кратковременно,

дав лишь толчек машине. В случае благоприятного результата машина разгоняется до рабочего числа оборотов и немедленно

выключается. После этого производится ревизия и машина под­

вергается длительной обкатке. Затем машина опять ревизуется.

Во время обкаток, как уже упоминалось, зазоры в подшипни­

ках и зубчатых зацеплениях доводятся до необходимой вели­ чины.

этих обкаток доводятся щелевые зазоры в лабиринтовых уплот­

нениях.

§ 29. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ

После сборки и обкатки от электрогенератора следуют стен­ довые испытания. Они имеют целью выявить возможные де­ фекты материалов и изготовления. Равным образом, для новой

конструкции они предназначены для выявления возможных

164

ошибок в конструкции, а также данных машины в отношении

к. п. д., расхода и других данных, которые во время эксплуата­ ции трудно или вообще невозможно выявить, поскольку режим работы турбодетандеров в кислородных установках обычно

ций, поскольку, как это следует из предыдущего, заранее точно рассчитать к. п. д. и расход невозможно. Поэтому лишь стендо­ вые испытания могут подтвердить, насколько удачными явля­

ются выбранные при проектировании основные параметры р;

х, углы сц, р2 и другие величины, влияющие на к. п.д., а также профилировка.

Осуществление стенда для испытания турбодетандера при

расчетных параметрах связано с значительными трудностями.

Главная из них заключается в том, что требуются большие-,ко­

личества сжатого воздуха, а следовательно, мощные компрес­

соры.

Следующая трудность заключается в том, что поступающий

на расширение в турбодетандер воздух должен быть охлажден

до расчетной начальной температуры То (порядка. 110°-?

4-120°абс). Поэтому стенд обычно строится на регенеративном принципе: холод расширенного в турбодетандере воздуха пере­

дается через мощные теплообменники сжатому воздуху, посту­ пающему на расширение.

Другая трудность заключается в том, что подлежащий рас­

ширению воздух, во избежание забивки теплообменника и про­

точной части турбодетандера, должен быть свободным от влаги и углекислоты. Для этого применяется цикл с циркуляцией воздуха: сжатый в компрессоре до давления ро, и охлажденный в теплообменнике до температуры То, воздух поступает в тур­

бодетандер, где расширяется до давления р2 и охлаждается до

температуры Т2. Затем он поступает в теплообменник. Там он

нагревается и вновь поступает на сжатие в компрессор. Свежий,

очищенный от влаги и углекислоты, воздух вводится в цикл

лишь в количестве, равном неизбежным утечкам через конце­ вые уплотнения компрессора, детандера, а также случайные

неплотности трубопроводов и арматуры.

Для съема мощности, развиваемой турбодетандером, жела­

телен быстроходный тормоз гидравлического типа, непосред­ ственно соединенный с ротором турбодетандера.

тандеров воздухом как в «холодных» условиях (когда началь­

ная температура воздуха, поступающего на турбодетандер

значительно ниже 0° С), так и в «теплых» условиях (когда тем­ пература расширяемого воздуха выше 0° С).

165

Основными элементами стенда являются воздушный турбокомпрессор 1 с концевым, охлаждаемым водой, холо­ дильником 16 и регенеративный теплообменник 6 трубчатого

типа.

При испытаниях «холодным» воздухом, когда в системе,

вследствие низких температур, возможно выпадение льда и твер­ дой углекислоты, стенд работает по замкнутому циклу.

обменника от паров воды и углекислоты, содержащихся в ат­

мосферном воздухе. Для компенсации утечки в систему через

дроссельный вентиль 15 подается воздух, очищенный от воды и углекислоты. Как показал опыт, дополнительный воздух дол­

жен подаваться в таком количестве, чтобы обеспечить на вса­ сывании в турбокомпрессоре небольшое избыточное давление

порядка 15—20 мм вод. ст. Этим предотвращается подсасыва­

ние атмосферного воздуха в систему.

Регулировка количества поступающего в турбодетандер воз­

духа производится перепускным вентилем 4, установленным на обводной линии. Все холодные части стенда размещены в ко­

жухе 7 и изолированы шлаковой ватой. Для продувки пре­

дусмотрены вентили 11.

При «теплых» испытаниях турбодетандера циркуляция воз­ духа протекает следующим образом. Атмосферный воздух

сжимается в турбокомпрессоре и через вентиль 12 и регулиро­

вочную заслонку 10 поступает на турбодетандер, при этом вен­

тиль 14 закрыт. Расширенный в турбодетандере воздух воз­

вращается через межтрубное пространство теплообменника во

166

всасывающую линию турбокомпрессора. Количество воздуха,

поступающего на турбодетандер, регулируется как перепуск­ ным вентилем 4, так и выпуском части сжатого воздуха через

вентиль 13 в атмосферу. Температура поступающего в турбо­

детандер воздуха регулируется количеством охлаждающей воды, подаваемой на холодильник турбокомпрессора. Утечка

воздуха из цикла компенсируется воздухом, засасываемым не­

посредственно из атмосферы через воздушный фильтр 3 при открытой заслонке

Для испытания турбодетандеров необходимы точные изме­

рения давления и температуры воздуха на входе и выходе из турбодетандера, а также расхода. Измерение температуры

производится тарированными платиновыми термометрами со­

противления и медноконстантановыми термопарами. Давление измеряется образцовыми пружинами и ртутными манометрами.

Измерение расхода осуществляется тарированными диафраг­ мами.

На фиг. 78 показана примерная схема расстановки измери­ тельных приборов для измерения температуры, давления и количества расширяемого в турбодетандере воздуха.

Обычно при испытаниях турбодетандера температура То воздуха на входе и противодавление р2 поддерживаются по­

стоянными, а режим работы задается давлением на входе ро-

При каждом режиме работы измеряются давления воздуха

на входе и выходе ро и р2 и его температуры То и Т2 в тех же

сечениях, расход G, число оборотов п и крутящий момент тор­

моза Мт кгм. По результатам измерений с помощью zs-диа-

граммы определяют:

действительный h и располагаемый /г0 теплоперепады;

к. п. д. г] = /г/Л0;

167

мощность по теплоперепаду

. . Oh

N = — л. с.

75Л

и мощность по тормозу

Независимое определение мощности позволяет контролиро­

вать точность измерений.

При отсутствии тормоза приходится довольствоваться толь­

ко измерением давления и температуры воздуха. Подчеркнем,

что ввиду небольших теплоперепадов (Ао=8 н- 12 ккал!кг) пе­

репад температур невелик: примерно 30—40°. Это значит, что каждый градус соответствует примерно 3% к.п.д. Отсюда вид­

но, какие высокие требования предъявляются к измерению

температур: для определения к.п.д. с точностью до 1% тем­

пературы должны измеряться с точностью 0,25—0,3°.

Как уже упоминалось (§ 27), значение к.п.д. в основном определяется располагаемым теплоперепадом и мало зависит

от начальной температуры, поэтому в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно испытать турбодетандер в

холодных условиях, т. е. при расчетной начальной температуре,

пользуются испытаниями в «теплых» условиях, т. е. при темпе­

ратуре выше 0°. В этом случае давление на выходе поддержи­ вается равным приблизительно расчетному. Режим задается

температурой и давлением на входе.

После стендовых испытаний турбодетандерный агрегат ре­

визуется, вновь собирается и консервируется антикоррозийной

смазкой. Во время этих операций засверливаются контрольные

шпильки: фиксирующие окончательное положение корпуса тур­ бодетандера, корпуса редуктора, электрогенератора и т. п. Одновременно снимается формуляр зазоров (в подшипниках, зубчатых зацеплениях, лабиринтовых уплотнениях), данные по

дальнейших ревизиях, ремонтах и других мероприятиях, связан­

ных с эксплуатацией машины.

§ 30. МОНТАЖ

Монтаж турбодетандерного агрегата требует определенных навыков, однако не в большей мере, чем монтаж любой быстро­ ходной машины с быстроходным зубчатым редуктором.

Из обычных требований к монтажу особое значение для

турбодетандеров имеют требования предотвращения деформа­

ций корпуса, а также требование высокой чистоты проточной

части,

168