2.5. Расчет критической частоты вращения вала

При проектировании паровой турбины необходимо определить критическую частоту вращения вала и сравнить ее с рабочей частотой вращения. Работа турбины на критической частоте вращения или близких к ней частотах недопустима, так как при этом наблюдается резкое усиление вибрации турбины, возможны задевания деталей ротора за статорные элементы, выход из строя подшипников, уплотнений и даже разрушение вала.

Данный расчет критической частоты вращения вала произведен по методу инженера В.В. Звягинцева.

Для многоступенчатого ротора с дисками на двух опорах им рекомендована следующая формула:

,

где d - максимальный диаметр вала, мм; l - расстояние между опорами, м; G – вес ротора, Н.

Вес ротора определяется по известной формуле:

G = ρ∙V∙g,

где ρ – плотность материала ротора, кг / м³; V – объём ротора, м³; g – ускорение свободного падения, м / с ².

С помощью пакета AutoCAD определяем объём ротора (Приложение 1) :

V = 0,837 м³.

Принимаем материал, из которого изготовлен ротор: сталь 34ХМ. Определяем плотность данного материала:

ρ = 7820 кг / м³;

Определяем вес ротора:

G = 7820∙0,837∙9,81= 64207,03 H.

Первая критическая частота вращения ротора:

Поскольку рабочая частота вращения ниже критической, вал – жёсткий. Для жёстких валов требуется сопоставить рабочую частоту вращения с первой критической частотой. Обычно требуется, чтобы: .

Имеем: 1,25∙3000 = 3750 < 5621,14

Краткое описание спроектированной турбины

Спроектированная турбина по конструкции аналогична турбине Р-102/107-12,8/1,5-2 ТМЗ.

Турбина имеет номинальную мощностью 110 МВт, спроектирована на начальные параметры 13,00 МПа и 545 °С, с противодавление 1,5 МПа и частоту вращения 50 Гц. Она предназначена для установки на крупных промышленных отопительных ТЭЦ.

Пар подводится от стопорного клапана по четырём паропроводам к регулирующим клапанам, установленным непосредственно на корпусе турбины. Регулирующие клапаны подают пар к трём сопловым коробкам, вваренным во внутренний корпус турбины, откуда пар поступает в одновенечную регулирующую ступень. Далее пар расширяется в пяти нерегулируемых ступенях, делает поворот на 180°, проходит в межкорпусном пространстве и затем расширяется в пяти ступенях, после чего направляется потребителю.

Ротор опирается на два опорных подшипника, расположенных в корпусах, установленных на фундаменте. Вкладыш заднего подшипника – комбинированный, его расточка служит для размещения шейки вала, а торцевые поверхности – для упорных колодок. Вал турбины имеет два упорных гребня. Размеры концевых уплотнений выбраны так, чтобы обеспечить малое осевое усилие на упорный подшипник на номинальном режиме работы.

Корпус турбины выполнен двойным; центровка внутреннего корпуса по отношению к наружному осуществляется подвеской внутреннего корпуса во внешнем на уровне горизонтального разъёма и установкой четырёх продольных шпонок.

Диафрагмы первых пяти ступеней установлены во внутреннем корпусе, а остальные – в обоймах, расположенных во внешнем корпусе. Отборы пара на регенерацию производятся из межкорпусного и межобойменных пространств, образованных гребнями трех обойм.

Корпус турбины опирается на корпуса подшипников с помощью лап, являющихся продолжениями фланцев нижней половины корпуса. Лапы опираются на горизонтальные площадки, приваренные к корпусам подшипников на уровне горизонтального разъёма. Между лапами и площадками имеются поперечные шпонки, препятствующие взаимному смещению корпусов турбины и подшипников в продольном направлении, но не препятствующие их взаимному смещению в поперечном направлении. Совмещение вертикальных плоскостей турбины и подшипников организовано с помощью вертикальных шпонок. В корпусе переднего подшипника размещены главный масляный насос и элементы системы регулирования и защиты, а в корпусе заднего подшипника – полужесткая муфта.