19. Какие типы корпусов турбины вы знаете. Из-за чего возникают термические напряжения в корпусах?

Корпус зависит от началь­ных параметров пара и предполагаемых режимов эксплуатации. Для турбин на умеренные начальные параметры пара корпуса ЦВД выполняют одностен-ными. В такой конструкции на стенку корпуса дей­ствует разность давлений пара в турбине и атмо­сферного. В большинстве случаев одностенные корпуса используются и для ЦСД.

С повышением начальных параметров пара одно-стенная конструкция становится нерациональной, так как для обеспечения плотности фланцевое со­единение приходится выполнять очень громоздким, а это затрудняет свободное тепловое расширение корпуса вслед за ротором при быстрых изменениях режима работы и увеличивает температурные напря­жения во фланцах. В таких случаях корпус ЦВД вы­полняют двухстенным. В нем на каждую стенку дей­ствует только часть разности давлений. Это позволя­ет выполнить его с тонкими стенками и легкими фланцами. Кроме того, двухстенная конструкция по­зволяет локализовать во внутреннем корпусе зону высоких температур, а внешний корпус выполнить из более дешевых и технологичных материалов

Трещины термической усталости в корпусе появляются вследствие возникновения в его стенках высоких, повторяющихся от пуска к пуску температурных напряжений, которые в свою очередь являются следствием неравномерного прогрева корпуса по толщине. Этот вид разрушения характерен только для турбин, работающих с частыми и быстрыми пусками и остановками. Во многих случаях постоянной бывает так, что турбина, проработавшая много лет в условиях постоянной нагрузки (с несколькими остановками в году), не имеет никаких повреждений в корпусе, а при переводе ее в режим частых пусков в корпусе обнаруживаются трещины после нескольких сотен пусков.

Трещины появляются в тех зонах турбины, где, во-первых, температуры имеют максимальные значения и, во-вторых, скорость их изменения также максимальна. Такими зонами являются паровпускные части ЦВД (и ЦСД для турбин с промежуточным перегревом), которые содержат в себе элементы с резкими изменениями сечений, резкие переходы и другие концентраторы.

Появление опасных тепловых напряжений, вызывающих трещины, объясняется в основном двумя причинами: недостатками конструктивного характера и неотработанностью пусковых режимов или их нарушением.

19. Для чего нужна система регулирования турбины. Опишите принцип действия схемы непосредственного регулирования турбины. Что такое статическая характеристика регулирования.

Рис. 10.2. Принципиальная схема регулирования частоты вращения турбоагрегата: 1 – валик регулятора частоты вращения; 2 – пружина; 3 – грузики; 4 – муфта; 5 – рычаг; 6 – шарнир; 7 – регулирующий клапан; 8 – маховичок механизма управления; 9 - пружина

Валик регулятора приводится в движение от вала турбины. На нём расположена муфта, которая может перемещаться вдоль него под действием приложенных сил. Грузы регулятора при вращении под действием центробежных сил стремятся разойтись и сдвинуть муфту влево. Фиксированное положение муфты на регуляторном валике будет тогда, когда центробежная сила, развиваемая грузами, уравновесится усилием в пружине растяжения. Если частота вращения увеличивается, то грузы расходятся, если уменьшается, то пружина 2 перемещает муфту вправо. Совокупность муфты, грузов и пружины представляет собой датчик частоты вращения, часто называемый регулятором частоты вращения. К муфте через шарнир присоединен рычаг, поворачивающийся вокруг неподвижного шарнира и тем самым перемещающий клапан, впускающий пар в турбину.

Рассмотрим работу описанной системы регулирования. Предположим, что положение регулятора частоты вращения и клапана турбины отвечает некоторой частоте вращения и мощности турбины. Если, например, нагрузка турбины увеличится, то ротор турбины начнет замедлять свое вращение, центробежная сила грузов уменьшится, муфта сдвинется вправо, вследствие чего клапан турбины откроется, с тем чтобы увеличить мощность турбины в соответствии с её возросшей нагрузкой. Таким образом, турбина автоматически увеличит свою мощность до необходимой, однако её частота вращения не вернется к прежнему значению. при изменении положения клапана изменяется положение муфты регулятора и, следовательно, натяжение пружины 2, которое может уравновесить только центробежная сила грузов при другой, вполне определенной частоте вращения. При максимальной нагрузке турбины клапан полностью откроется, муфта займет крайнее правое положение и частота вращения будет максимальной.

Связь между мощностью турбины Nэ и частотой вращения п называют статической характеристикой системы регулирования. Для её построения нужно отложить по оси абсцисс нагрузку турбины, а по оси ординат – частоту вращения. Эта зависимость изображена на рис. 10.3 сплошной плавной линией.

Как следует из статической характеристики регулирования, при изменении мощности частота вращения не остается постоянной. Она снижается с ростом мощности. При изменении нагрузки от номинальной до нуля (холостой ход) статическая ошибка регулирования составляет nх.х. –nн.н.

Наклон статической характеристики регулирования определяется отношением статической ошибки к номинальной частоте вращения nо, которая называется степенью неравномерности регулирования частоты вращения. ( =0,04-0,05).

Рис. 10.3. Статическая характеристика системы регулирования

Схема регулирования, показанная на рис. 10.2, пригодна лишь для очень маленьких турбин по причинам, которые будут рассмотрены ниже. Реальные системы характеризуются большей сложностью, однако у любой из систем имеется статическая характеристика регулирования.