10.7. Вопросы для самопроверки

1. Какие операции включает в себя центровка турбин во время монтажа? В чем отличие центровки турбины в период ремонта?

2. Что такое "коленчатость пары роторов" и излом осей?

3. Как определяется взаимное расположение пары роторов относительно друг друга? Что показывают радиальные замеры и что торцевые?

4. Приведите пример расчета и записи проверки центровки пары роторов.

5. Что достигается центровкой роторов?

а) Взаимное расположение осей роторов.

б) Обеспечение правильности сборки муфт.

в) Необходимое взаимное расположение опор роторов.

6. Для чего необходимо указывать положение скобы при производстве замеров центровки?

7. Приведите пример расчета перемещения подшипников одного ротора для совмещения осей пары роторов с четырехопорной системой опирания.

8. Сколько коэффициентов для перемещения подшипников необходимо рассчитывать для каждой муфты каждого ротора турбины?

9. В чем отличие расчета центровки пары роторов с жесткой муфтой при трехопорной системе опирания?

10. Что понимают под центровкой турбоагрегата в целом?

11. На основании какого комплекса данных принимается решение о необходимости центровки валопровода турбины?

12. Что показывают замеры центровки на "горячей" и "холодной" турбине? На основании какого замера центровки можно принимать решение о перецентровке валопровода?

Глава 11 нормализация тепловых расширений турбин

11.1. Устройство и работа системы тепловых расширений

Система тепловых расширений турбины предназначена для сохранения в допустимых пределах взаимного положения роторных и статорных деталей турбоагрегата, изменяющих свои геометрические размеры по мере прогрева или остывания. Система тепловых расширений должна одновременно обеспечивать:

• свободные тепловые перемещения цилиндров и корпусов подшипников относительно фундамента и друг друга в заданных направлениях;

• надежное крепление цилиндров низкого давления к фундаментным рамам;

• надлежащее прилегание корпусов подшипников к фундаментным рамам;

• соосность проточной части, валопровода и расточек корпусов подшипников в заданных пределах на всех режимах работы;

• осевые зазоры между деталями ротора и статора в заданных пределах.

В одноцилиндровых турбинах малой мощности, имеющих длину не более пяти метров, величина тепловых перемещений незначительна и основная задача элементов системы тепловых расширений — обеспечение совпадения геометрических осей турбины и генератора.

В мощных многоцилиндровых турбинах величина тепловых расширений, изменяющаяся в зависимости от режима работы турбины при переходе из холодного состояния к работе с полной нагрузкой и обратно, достигает значительных значений. Например, тепловое расширение двухцилиндровой турбины АТ-25-1 [99], имеющей общую длину 10 м и температуру в головной части при полной нагрузке 380 °С, составляет около 12 мм, а у турбины К-1200-240, имеющей пять цилиндров и общую длину без генератора более 47 м, величина перемещения переднего корпуса подшипника достигает 49 мм [77].

Конструктивное оформление системы тепловых расширений зависит от мощности турбины и ее размеров. Основные элементы системы тепловых расширений ранее были рассмотрены в разделе 3.1.3. Ниже будет рассмотрена организация систем тепловых расширений в целом у различных турбин.

В одноцилиндровых турбинах малой мощности цилиндр стороной высокого давления обычно опирается на стойку (корпус) переднего подшипника (рис. 11.1, а). Часть низкого давления опирается на фундаментную раму боковыми или задними лапами, отлитыми вместе с выхлопным патрубком. Сочленение корпуса переднего подшипника и цилиндра осуществляется фланцевым соединением 8 (рис. 11.1, б) или при помощи лап и системы шпоночных соединений. Корпус подшипника устанавливается непосредственно на фундаментную раму или на гибкую опору 7.

При монтаже турбоагрегата гибкая опора предварительно отклоняется на половину размера полного теплового расширения в сторону, противоположную направлению расширения турбины. В процессе расширения турбины при пуске гибкая опора проходит вертикальное положение и при стационарном номинальном режиме отклоняется в обратную сторону на такую же величину. В настоящее время такую схему опирания на корпуса подшипников применяет КТЗ.

В случае опирания корпуса подшипника непосредственно на фундаментную раму постоянное взаимное положение корпуса подшипника и цилиндра в осевом направлении (осевое расстояние) обеспечивается поперечными шпонками 1, 4, расположенными на корпусе подшипника под лапами цилиндра. Совпадение осей расточки цилиндра и подшипника обеспечивается вертикальной шпонкой 3, установленной внизу между цилиндром и корпусом подшипника. Во избежание заклинивания при нагреве цилиндра в большинстве конструкций шпоночный паз выполняется на цилиндре, а шпонка крепится винтами к корпусу подшипника, являющемуся более холодной частью, чем цилиндр. От боковых смещений корпус подшипника, установленный на фундаментную раму, удерживается продольными (осевыми) шпонками 2, 5, расположенными на фундаментной раме.

Часть низкого давления удерживается от боковых смещений продольной или вертикальной шпонкой, установленной на выхлопном патрубке. Поперечные шпонки, заложенные между лапами части низкого давления и фундаментной плитой, не допускают смещения лап вдоль оси турбины. Фикспунктом (неподвижной точкой) такой турбины является точка пересечения оси, проведенной через поперечные шпонки части низкого давления, с вертикальной плоскостью симметрии, проходящей через продольные шпонки корпуса подшипника и продольную шпонку (или выступ) части низкого давления.

Изменение размеров турбин и значительное повышение параметров пара практически не отразились ни на организации системы тепловых расширений, ни на конструкции ее основных элементов [7, 8, 10]. На рис. 11.2 представлена схема системы тепловых расширений и опирания цилиндров на фундамент паровой турбины К-800-240 ЛМЗ [7]. Такая схема организации тепловых расширений, с некоторыми уточнениями, типична для большинства современных турбин.

В рассматриваемом случае турбоагрегат состоит из ЦВД, ЦСД и двух ЦНД. Цилиндры высокого и среднего давления опираются на выносные корпуса подшипников. Оба ЦНД имеют встроенные подшипники, причем к корпусу первого из них приварены горизонтальные площадки, на которые установлен своими лапами ЦСД. В последние годы в турбинах большой мощности, например К-1200-240 ЛМЗ, подшипники ЦНД выполняют выносными, независимыми от выхлопного патрубка и устанавливают на собственных фундаментных рамах. Такое изменение конструкции вызвано повышением требований к жесткости опор валопроводов. В вертикальной плоскости, между корпусами подшипников и фундаментными рамами, установлены продольные шпонки 6, вдоль которых может перемещаться турбоагрегат. Для исключения произвольного перемещения турбоагрегата вдоль продольных шпонок под действием вибрации или сил, возникающих при тепловом расширении присоединенных трубопроводов, между лапами ЦНД и фундаментными рамами закладывают поперечные шпонки 7.

Пересечение горизонтальной плоскости фундаментных рам, вертикальной плоскости турбоагрегата и осей поперечных шпонок образует фикспункты — неподвижные в пространстве точки, относительно которых происходит тепловое расширение и перемещение турбоагрегата. Фикспункт может быть расположен в любом месте опирания турбины на фундаментные рамы. Чаще всего его располагают в районе выхлопных патрубков ЦНД. Это позволяет в конденсационных турбинах избежать значительных перемещений конденсатора, масса которого с водой может превышать массу турбины, а в турбинах с противодавлением — деформаций паропроводов большого диаметра. Турбоагрегат, показанный на рис. 11.2, имеет два фикспункта. От первого из них (точка А) ЦНД, ЦСД и ЦВД расширяются и сокращаются вдоль продольных шпонок как единое целое. Второй фикспункт (точка В) фиксирует положение второго ЦНД. Для того чтобы не препятствовать взаимному перемещению ЦНД, корпус подшипника, расположенный между ними, снабжен гибким элементом.

Опирание ЦВД и ЦСД на выносные корпуса подшипников осуществляется при помощи консольных лап цилиндров (рис. 11.3). Сочленение лап цилиндров с корпусами подшипников и передача осевого усилия осуществляются через призматические поперечные шпонки [7,8, 10, 20, 99]. На рис. 11.3 представлена конструкция поперечной шпонки 4, применяемой при сочленении лап цилиндров и корпусов подшипников на турбинах производства ЛМЗ и ТМЗ. Шпонка выполняется с таким вертикальным размером Л, чтобы плоскость разъема турбины совпала с осью ротора. Тепловые зазоры в шпонке составляют 0,04...0,08 мм.

П рижимная скоба 5 препятствует отрыву лапы от плоскости опирания, который может произойти под действием сил от нескомпенсированных тепловых расширений трубопроводов, присоединенных к корпусу турбины, или от реактивного крутящего момента, приложенного к корпусу турбины через сопловые лопатки, диафрагмы и обоймы. При сборке между скобой и лапой оставляют тепловой зазор для свободного перемещения лапы вдоль шпонки.

Совмещение вертикальных плоскостей симметрии корпусов подшипников и цилиндров турбины обеспечивают вертикальные шпонки 3.

На рис. 11.3 показана конструкция вертикального шпоночного соединения: к торцевым поверхностям стульев подшипника крепится поперечная планка 2, в середине которой вваривается шпонка 3; к корпусу турбины, строго в ее вертикальной плоскости, крепится шпоночный паз; шпонка входит в паз с тепловым зазором, поэтому более горячий корпус турбины свободно расширяется вниз относительно корпуса подшипника, установленного на фундаментной раме.

Все корпуса подшипников, а также цилиндров, устанавливаемых непосредственно на фундамент, помещают строго на одной линии с помощью продольных шпонок 10, расположенных под опорными поверхностями цилиндров и корпусов подшипников по оси турбины и привинчиваемых к фундаментным рамам.

В турбинах производства ХТЗ цилиндр опирается на корпус подшипника строго на уровне разъема лапами, выполненными на продолжении фланцев верхней крышки корпуса (рис. 11.4). Лапа 3 корпуса турбины через подгоночную прокладку 6 подвешивается на стул корпуса подшипника, 1 обеспечивая совпадение их горизонтальных плоскостей при любых режимах. Лапа 2 нижней половины корпуса используется, во-первых, для размещения поперечной шпонки 7 и, во-вторых, для монтажа, когда нижняя половина корпуса укладывается на стулья подшипника на технологические прокладки 5. После сборки и закрытия цилиндра весь корпус поднимается с помощью домкратных болтов 4, монтажная прокладка извлекается, и корпус опускается на стулья.

Корпуса подшипников скользят по фундаментным рамам вдоль продольных шпонок только при малых силах трения между поверхностями фундаментных рам и опорными поверхностями корпусов подшипников, а также при отсутствии перекоса в шпонках. В противном случае возникает явление "опрокидывания" корпуса подшипника (рис. 11.5). Например, при снижении мощности турбины, как следствие, уменьшается температура металла ЦВД, цилиндр сокращается и от лапы 1 к шпонке 2 прикладывается осевое усилие F_oc. Под действием осевого усилия корпус может повернуться около точки В с появлением зазора а. При этом будет возникать перекос вкладыша относительно шейки вала и его износ.

Для исключения "опрокидывания" корпуса подшипника его основание выполняют с фланцами 3, за которые он удерживается с помощью прижимных скоб 4, прикрепляемых к фундаментной раме 5. Прижимные скобы устанавливают по отношению к фланцу с тепловым зазором 0,04...0,08 мм, обеспечивающим свободное перемещение корпуса подшипников, но не допускающим его отрыва от фундаментных рам. Поскольку при увеличении температуры корпуса турбины сила F_oc будет приложена в противоположную сторону и тогда зазор может возникать в точке В, корпус подшипника снабжается четырьмя прижимными скобами, расположенными по его сторонам.