Teplovi_dviguni / 02 Осьовi зусилля в паровiй турбiнi

Осьові зусилля в паровій турбіні

Принципові схеми конструкцій проточної частини турбін.

Схема конусної частини ротора реактивної турбіни.

а) Осьові зусилля в реактивній турбіні:

Осьове зусилля в реактивній турбіні складається з наступних складових:

• осьове зусилля на уступи ротора ;

• осьове зусилля на конусну частину барабана ;

• осьове зусилля від різниці кількості руху пари .

Осьове зусилля на уступи ротора визначається з рівняння:

, Н (1)

де і - діаметри барабану ротора до і після уступу;

- тиск пари в камері уступу;

- кількість уступів на барабані ротора;

- діаметри валу біля передніх і задніх кінцевих ущільнень;

- атмосферний тиск.

Осьовий тиск на конусну частину барабану знаходять за рівнянням:

, Н (2)

де - діаметри барабану по довжині на ділянках конусної частини в площинах, які проходять відповідно через вхідні кромки направлених і робочих лопаток;

- тиск пари відповідно перед направленими і робочими лопатками;

- кількість ступенів турбіни.

Осьове зусилля на робочі лопатки всіх ступенів турбіни від різниці тисків підраховується за рівнянням:

, Н (3)

де - діаметри по вершинам лопаток і їх основи;

- тиск пари перед і за робочими лопатками ступенів.

Осьове зусилля на ротор від різниці кількості руху пари визначають за рівнянням:

, Н (4)

де - витрата пари через лопатки ступенів, кг/с;

- проекції абсолютних швидкостей пари в ступені на вісь турбіни.

Загальне осьове зусилля на ротор турбіни визначають як алгебраїчну суму членів:

При підрахунках осьового зусилля потрібно розрізняти знаки направлення дії сили:

Направлення по ходу пари приймається за позитивне, а протилежне - за негативне.

Осьове зусилля , яке діе на ротор, в основному зрівноважується розвантажувальним поршнем (уступом ротора збільшеного діаметру) і частково сприймається упорним підшипником. Упорний підшипник, крім сприймання осьового зусилля, фіксує ротор турбіни в осьовом напрямку.

Умоваю осьової рівноваги ротора висловлюється рівнянням:

, Н

де - робоча поверхня упорного підшипника, см²;

- питомий тиск на підшипниках, Н/см².

Величина приймається: в підшипниках сегментного типу - до 150-200 Н/см², а в підшипниках гребінчатого типу - не вище 50-80 Н/см².

б) Осьове зусилля в активній турбіні.

Осьове зусилля в активній турбіні можна визначити по формулі, аналогічній рівнянню:

, Н

де - осьове зусилля на уступи ротора, яке визначається по формулі (1);

- осьове зусилля на кільцеву поверхню дисків всіх ступенів від перепадів тисків за рахунок реакції, яке визначається по формулі (3) ( приймають по діаметрам ступіц дисків);

- осьове зусилля від різниці кількості руху, підраховується по формулі (4)

Треба відзначити, що формула (3) являється приблизною, так як при відсутності розвантажувальних отворів в дисках дійсні осьові зусилля на кожний диск будуть більші, ніж що підраховуються по формулі (3). В залежності від величини зазорів ущільнень діафрагм і зазорів між діафрагмами ободами дисків дійсні осьові зусилля можуть бути вище на 10-20%, а іноді і більше, чим визначені по формулі (3). Навпаки, при наявності розвантажувальних отворів в дисках дійсні осьові зусилля будуть нижчі, чим підраховуються по формулі. В залежності від величини поверхні розвантажувальних отворів, зазорів в ущільненнях діафрагм і осьових зазорів між діафрагмами і ободами дисків розвантажування осьового зусилля на кожний диск може досягати 50-80% по порівнянню з зусиллями, які визначені по рівнянню (3).

Визначення дійсних перепадів зусиль на диски з врахуванням впливу перетікання пари через осьові зазори між діафрагмами і дисками, а також через розвантажувальні отвори в дисках викликає великі труднощі із за відсутності надійних даних про коефіцієнти витрати.

Із за недосконалості розрахунків осьового зусилля, технологічних помилок при виготовлені соплових і робочих лопаток, зміни радіальних і осьових зазорів в проточній частині, ущільнення діафрагм і кінців валу, осьове зусилля на упорний підшипник може значно перевищувати розрахункову величину. Осьове зусилля на ротор залежить також і від режимів роботи турбіни. В практиці експлуатації турбін було немало випадків виплавлення упорних підшипників і пов’язаних з цим тяжких аварій.

В останні роки знайдений експериментальний метод вимірювання осьового зусилля на працюючій турбіні за допомогою термопар. В результаті цих випробувань М.А.Трубилов запропонував спосіб контролю за роботою упорних підшипників по температурі білого металу на робочих колодках. Цей спосіб виявився ефективним і широко впроваджується в практику контролю за роботою турбін.