Установка и крепление диафрагмы.

В корпусе турбины (рис. 13.13) вы­тачивают пазы, в которые вставляют ободья диафрагмы.

При пуске турбины и изменении ее нагрузки диафрагмы, омываемые со всех сторон паром, прогреваются быстрее корпуса турбины или обой­мы. Чтобы диафрагма могла сво­бодно расширяться относительно корпуса или обоймы, оставляют за­зоры.

Радиальный зазор составляет обычно 0,003—0,004 диаметра диаф­рагмы, а осевой 0,1—0,3 мм.

Нижнюю половину диафрагмы сво­бодно подвешивают на горизонталь­ном разъеме при помощи шпонок,.стопорных планок. Верхняя полови­на диафрагмы лежит на нижней и подвешена на сухарях или стопорных планках, предотвращающих ее выпа­дание из расточек при подъеме крыш­ки турбины.

Центровка диафрагмы в корпусе обеспечивается парой шпонок, кото­рые устанавливают в вертикальной продольной плоскости статора на каждой диафрагме, или несколькими радиальными и осевыми штифтами, полуутопленными в обод. При уста­новке диафрагмы в расточку кор­пуса или обоймы ее обод смазы-

Рис. 13.13. Стопорные планки на диаф­рагме:

1,3 — соответственно нижняя и верхняя половины диафрагмы; 2 — стопорный винт;

4 — шпонка; 5,6 — соответственно верхняя и нижняя половины корпуса турбины

 

вают тонким слоем графита для предотвращения прикипания диаф­рагмы к корпусу паровой турбины или обойме.

§ 13.4. Рабочие и направляющие лопатки

Общие сведения. Лопатки являют­ся самыми ответственными и вместе с тем напряженными деталями тур­бин. Стоимость изготовления лопа­точного аппарата составляет при­мерно 35% стоимости турбины. По своему назначению лопатки делятся на рабочие (подвижные), закреплен­ные на роторе, и направляющие (неподвижные), закрепленные в кор­пусе.

Лопатка (рис. 13.14) состоит из трех частей: корня или хвоста 1, слу­жащего для закрепления ее в роторе или корпусе; рабочей части 2, омы­ваемой паром; вершины 3.

Вершину лопатки делают в виде шипа (рис. 13.14, а), на который насаживают бандаж, или в виде пол­ки, или утоняют (рис. 13.14, б).

Поперечное сечение лопатки в пре­делах ее рабочей части называется 162

профилем лопатки: он имеет вогну­тую и выпуклую части.

Выпуклая поверхность профиля называется спинкой лопатки. Грань лопатки со стороны входа называется входной кромкой Si, а со стороны выхода — выходной кромкой s? (рис. 13.15).

Как рабочие, так и направляющие лопатки в зависимости от профиля делятся на активные и реактивные. У активных лопаток (рис. 13.15, а) профиль близок к симметричному, т. е. выходной угол ßaj, мало отли­чается от входного р_)д. У реактив­ных лопаток (рис. 13.15, б) профиль несимметричный, выходной угол ß_2j] значительно меньше входного р_1л, благодаря чему между лопатками об­разуется сходящийся канал.

Активные профили имеют значи­тельную толщину, а реактивные от­носительно тонки и по внешнему виду напоминают профиль крыла са­молета.

Для образования промежутков (каналов) между лопатками, по ко­торым проходит пар, служат так на­зываемые вставки (промежуточные тела) или же лопатки выполняют с утолщенными ножками.

Для уменьшения тепловых потерь и напряжений поверхности лопаток изготавливают с высокой степенью точности и полированными. Хвосто­вую часть лопатки выполняют по пре­дельным калибрам. В каждой ступе­ни лопатки являются полностью взаимозаменяемыми.

Изготовление лопаток. По способу изготовления лопатки делятся на цельнокатаные, полуфрезерован- ные, цельнофрезерованные и штам­пованные.

Цельнокатаные (или цельнотяну­тые) лопатки (рис. 13.16) изготавли­вают из прокатанных профильных полос, полученных в результате го­рячей или нескольких холодных про­каток, и применяют при небольших окружных скоростях. Механическая обработка этих лопаток ограничива­ется фрезеровкой хвоста и вершины. Могут быть и другие несложные one-

рации, например, сверление отверс­тия для связной проволоки. Вставки выполняют отдельно.

Цельнофрезерованные лопатки из­готавливают вместе со вставками (с утолщенным хвостом) из горячеката­ной полосовой стали прямоугольного и ромбического сечений и приме­няют при больших окружных скорос­тях. Фрезерованные лопатки обхо­дятся дорого из-за того, что до 85% ценного металла уходит при обра­ботке в стружку.

Полуфрезерованные лопатки изго­тавливают из профильных прокатан­ных полос, толщина которых равна толщине хвостовой части лопаток. Вогнутую сторону профиля получают при помощи светлокатаного проката, а выпуклую (спинку) и хвост лопат­ки фрезеруют. При изготовлении по- луфрезерованных лопаток расход нержавеющей стали по сравнению с изготовлением цельнофрезерованных уменьшается примерно на 50%. Од­новременно резко снижается трудо­емкость изготовления лопаток.

В настоящее время лопатки с утолщенным хвостом стали делать из заготовок, полученных горячей штамповкой. Заготовки таких лопа­ток подвергают незначительной ме­ханической обработке, при которой отход металла составляет примерно 10%. Однако такой метод в основ­ном применяют при массовом изго­товлении лопаток одинаковых про­филей.

Крепление лопаток. Лопатки в роторе крепят различными способа­ми, однако их можно разделить на два основных вида: крепление погру­женного типа, когда хвосты лопа­ток заводят в специальные выточки в ободе диска или барабана; креп­ление верхнего типа, когда хвосты лопаток надевают верхом и закреп­ляют на гребне диска, обод же дис­ка получается облегченным.

Часто встречающаяся форма лопа­точных хвостов первого и второго ти­пов креплений показана на рис. 13.17. К креплению погруженного типа от­носятся хвосты: Г-образный (рис. 6*

Рис. 13.14. Активная (а) и реактивная (б) лопатки турбины

 

13.17, а); Т-образный (рис. 13.17, ё); молотообразный, полученный путем улучшения Т-образного (рис. 13.17, в); Т-образный с подклинкой снизу (рис. 13.17, г); зубчиковые (рис. 13.17, д — ж). К креплению верхнего типа относятся хвосты типа «обрат­ный молот» (рис. 13.17, з).

Г-образные хвосты применяются для направляющих лопаток, моло­тообразные и зубчиковые — для на­правляющих и рабочих лопаток. Т-образные и молотообразные хвосты применяются для слабонагруженных активных лопаток турбин; Т-образ­ные с подклинкой снизу — для сред- ненагруженных активных лопаток; зубчиковые, показанные на рис. 13.17, д, е,— для реактивных и ак­тивных лопаток со средней и по­вышенной нагрузками; зубчиковые и двухвильчатые — для весьма нагру­женных лопаток. Наиболее распрост­раненными типами хвостов в лопат­ках современных турбин являются

Рис. 13.15. Профили лопаток

 

Рис. 13.16. Цельнотянутые лопатки и их крепление на диске

 

типы, показанные на рис. 13.17, в — е.

Для уменьшения вибрации от воздействия струй пара концы актив­ных лопаток 2 (см. рис. 13.16) обычно скрепляют бандажной лентой 6, надеваемой отверстиями на ши­пы 1, которые затем расклепывают. Лопатки имеют Т-образный хвост 4 в диске 5. Между хвостами лопаток набирают вставки 3.

Бандажная лента состоит по ок­ружности из нескольких отрезков, объединяющих 6—12 лопаток, между которыми имеются зазоры (1—2 мм) для теплового расширения. Концы отрезков припаивают к лопаткам.

В реактивных турбинах давление пара по обе стороны лопаток неоди­наково, поэтому часть пара проте­кает через радиальные зазоры между рабочими лопатками и корпусом, а также направляющими лопатками и ротором, не совершая работы. Для уменьшения протечки эти зазоры де­лают небольшими. Однако при этом не исключена возможность заде­вания лопаток за корпус или ротор, например, при неравномерном рас­ширении отдельных частей турбины, короблении и т. п. Чтобы предот­вратить аварию, концы реактивных лопаток обычно заостряют (см. рис. 13. 14, б), вследствие чего при заде­вании о корпус или ротор они легко стачиваются. У таких лопаток лен­точный бандаж не ставят. Их наз­начение выполняет связная проволо­ка, которую пропускают через от­верстия или вырезки в верхних час­тях лопаток и припаивают к лопат­кам серебряным припоем (рис. 13. 18). Между отдельными отрезками проволоки, как и у ленточного банда­жа, устанавливают тепловые зазоры.

У ступеней активных турбин, рабо­тающих со значительной степенью реактивности, а также у некоторых реактивных турбин для уменьшения протечки пара устанавливаются лен­точные бандажи с заостренными ра­диальными или осевыми выступами (усиками), выполняющими роль уп­лотнения (рис. 13.19).

Скрепленная между собой группа лопаток (6—12 шт.) образует так

называемый лопаточный пакет. Па­кеты между собой не связаны и могут свободно колебаться во всех на­правлениях. Для уменьшения ампли­туды колебаний пакетов между со­седними пакетами ставят проволоч­ный мостик (демпфер), представля­ющий собой короткий кусок прово­локи 1 (см. рис. 13.18), припаянный к двум-трем лопаткам одного паке­та и свободно проходящий (с за­зором а) сквозь отверстия двух-трех концевых лопаток соседнего пакета; под действием центробежной силы проволока мостика прижимается к этим отверстиям. Отверстия 2 про­сверлены для облегчения постановки мостика.

Замки. Для возможности ввода лопаточных хвостов погруженного типа в пазы ротора (или корпуса) в последних имеется уширение (ко­лодец). Лопатки и вставки пооче­редно заводят в это уширение и про­гоняют по окружности до надлежа­щего места. После набора всех ло­паток и вставок уширение заделы­вают замками. При больших диамет­рах ротора делают два и даже три замка.

У замка для лопаток с Т-образ­ным хвостом (рис. 13.20, а) ушире­ние в пазе диска сделано посред­ством удаления выступов (показаны на рис. 13.20, а штриховой линией), удерживающих хвосты лопаток. Зам­ковую вставку забивают в уширение между прилегающими лопатками, че­рез отверстие в щеке диска сверлят в замковой вставке отверстие, в которое забивают заклепку. Концы заклепки расклепывают.

У замка для лопаток с Т-образ­ным и молотообразным хвостами (рис. 13.20, б) замковый вырез в диске расширяется книзу. После ус­тановки всех лопаток на дне замко­вого выреза ставят стальной клин /, на вершину которого заколачивают замок 2. При этом клин раздает замок в стороны, и последний при­нимает форму замкового выреза.

У замка двухступенчатого диска (рис. 13.20, в) в средней части обо-

да диска между обоими пазами сде­лан вырез, через который вводят последовательно лопатки обоих ря­дов. Последние (замковые) лопатки 3 крепят двумя планками 4, разжи­маемыми клином 5. Клин крепят к ободу винтом 6.

У реактивных турбин, имеющих ло­патки с хвостами зубчикового типа, часто применяют замок, показанный на рис. 13.20, г. Для этого замка вырез не делают. Лопатки вводят в паз ротора и поворачивают так, чтобы их зубчики входили в соот­ветствующие им впадины паза, про­водят по окружности до надлежаще­го места, прижимают к другой ло­патке ударами молота по оправке. Набранные таким образом лопатки закрепляют замковой вставкой, кото­рая состоит из двух частей 8, раз­гоняемых клином 9. Клин удержи­вается на месте расклинкой высту­па 7 обеих частей замковой встав­ки.

Материал лопаток. Применяемый для изготовления лопаток материал должен обладать высокими механи­ческими качествами; достаточной стойкостью при высокой температуре, соответствующей эксплуатационным режимам турбины; быть способным противостоять коррозии и эрозии '; быть дешевым.

В отечественном турбостроении в качестве материала для лопаток,

¹ Эрозия — механическое воздействие ка-. пелек воды при работе лопаток в области влажного пара.

работающих при температуре до 450 °C, применяют хромистые нержа­веющие стали марок 1X13 и 2X13 с содержанием хрома 12—14%. Эти стали отвечают всем перечислен­ным требованиям. В отожженном состоянии эти стали можно под­вергать холодной прокатке, штам­повке, протяжке и другим видам холодной обработки.

Сталь 1X13 применяют для рабо­чих и направляющих лопаток, бан­дажной ленты и связной проволоки, сталь 2X13 — для лопаток, не под­вергаемых пайке. Вставки, так как они не несут больших нагрузок, из­готавливают из углеродистых сталей марок 15 и 35. Лопатки первых сту­пеней ТВД, работающих при тем­пературе выше 450 °C, изготавли­вают из сталей со значительным со­держанием хрома (10—16%), ни­келя (0,5—38%) и присадками мо­либдена, ванадия, вольфрама, тита­на.

§ 13.5 Роторы и диски

Ротором' называется вращающа­яся часть турбины. Ротор состоит из следующих основных деталей: вала, дисков или барабана с рабочими лопатками,упорного гребня и соеди­нительной муфты. У некоторых кон­струкций турбин на валу ротора ук­репляют втулки наружного уплотне- ния и маслоотбойные кольца. В реак­тивных турбинах на роторе часто устанавливают еще уравновешива­ющийся поршень, или думмис.

^1 Слово «ротор» происходит от латинского слова «roto», что означает «вращаю».

Рис. 13.20. Конструкции замков

Конструктивно роторы разделяют на дисковые, барабанные и смешан­ной конструкции. В активных турби­нах ротор составляют исключительно из дисков. Для реактивных турбин удобнее и дешевле применять бара­банные роторы. Роторы активно-ре­активных турбин обычно состоят из одного или нескольких дисков — ак­тивной части ротора и барабана — реактивной части ротора.

Роторы могут быть жесткими и гибкими. У жесткого ротора рабо­чая частота вращения на 20—30% меньше критической, у гибкого — в 1,5 — 2 раза больше критической. Критической частотой вращения ро­тора называется такая, при которой частота вынужденных колебаний равна частоте собственных колеба­ний. При этом наступает 'резонанс и ротор начинает вибрировать с увели­чивающейся амплитудой колебаний.

Главные судовые турбины должны работать спокойно и надежно при любой частоте вращения, поэтому их роторы всегда изготавливают жест­кими. Роторы турбогенераторов мо­гут быть жесткими или гибкими, так как они работают с переменной и постоянной частотой вращения.

Роторы турбогенераторов, работа­ющих на главный электродвигатель (ГЭД), имеют жесткий ротор, так как частота вращения их перемен­ная. Роторы турбогенераторов элек­тростанций могут иметь гибкий ро­тор, так как они работают с по­стоянной частотой вращения.

В период пуска при повышении частоты вращения и во время оста­новки ротор с гибким валом прохо­дит зону критической частоты вра­щения, на практике при быстром прохождении этой зоны возникает только мгновенная легкая вибрация. Как показывает опыт, турбогенера­торы с гибкими облегченными вала­ми работают вполне надежно.

После изготовления ротор подвер­гается статической и динамической балансировке, при которой опреде­ляется близость частоты вращения ротора к критической.

Дисковые роторы. При диаметре дисков до 1000—1200 мм дисковые роторы выполняют обычно цельноко­ваными. Преимуществами этих рото­ров являются отсутствие соединения дисков с валом, простота обработки, достаточные прочность, жесткость и надежность в эксплуатации. Однако сложность изготовления качествен­ных поковок больших диаметров ог­раничивает размеры цельнокованых роторов. Поэтому при диаметрах бо­лее 1000—1200 мм дисковые роторы целесообразно выполнять составны­ми (из гладкого или слегка сту­пенчатого вала и насаженных на не­го дисков).

Диск (рис. 13.21) является основ­ной частью ротора в передаче крутя­щего момента от рабочих лопаток к валу. Диск состоит из трех основных частей. Часть 1 диска, на которой крепят лопатки, называется ободом; часть 2, которой диск насаживается на вал,— ступицей, средняя часть 3, соединяющая обод и ступицу,— по­лотном. Форма обода зависит от хвостового крепления лопаток, фор­ма ступицы и полотна — от нагрузки диска и главным образом от его ок­ружной скорости. В цельнокованом роторе ступицы всех дисков слива­ются в одну сплошную центральную часть поковки.

На рис. 13.22 показан дисковый цельнокованый ротор турбины ПТГ. Ротор откован из высококачествен­ной легированной стали. Первый диск 1 двухвенечный, остальные че­тыре диска 2 — одновенечные. В вы­точках ободьев дисков установлена лопатка 3 с хвостами зубчикового

типа (см. рис. 13.17, е). Наружные концы лопаток для большей жест­кости скреплены между собой бан­дажной лентой 4. В промежутках между дисками на валу ротора име­ются кольцевые выточки 9, образу­ющие вместе с гребешками диафраг­мы лабиринтовые уплотнения.

С обеих сторон дисков на вал ротора 10 насажены и крепятся винтами гребенчатые втулки 8 на­ружного уплотнения. Недалеко от шеек 6 опорного подшипника имеет­ся кольцевая выточка 7 для масля­ных уплотнений подшипников.

На переднем конце вала ротора установлен гребень И упорного под­шипника; упорный гребень насажен на шпонке 12 и крепится гайкой 13. На этой же стороне рядом с упорным гребнем в отверстие шейки 14 уста­навливается предельный регулятор, выключающий турбину при повыше­нии частоты вращения больше до­пустимого на 15%.

Кормовая часть вала ротора за­канчивается шейкой 5, на который насаживается звездочка муфты.

В судовых турбинах (рис. 13.23) чаще всего применяют непосредст­венную посадку дисков 2 на вал 1, что обеспечивает плотное и прочное крепление дисков. При таком способе для облегчения работы по посадке и съемке дисков валы изготавливают ступенчатыми, причем на каждую ступеньку насаживают один, иногда два диска. Для обеспечения прочной посадки и передачи валу крутящего момента диски насаживают на вал с натягом, который представляет собой разность диаметров шейки вала и от­верстия ступицы диска. Для горячей посадки натяг определяют расчетом, он примерно равен 0,001 диаметра вала.

Хотя натяг и обеспечивает доста­точно надежное соединение диска с валом, все же обязательно ставят одну или две шпонки 3 на случай потери сцепления диска с валом при быстром нагреве или под действием центробежных сил. Перед посадкой диски нагревают до 150—200 °C в масляной ванне или при помощи спе­циальных электротрансформаторов. Перед снятием дисков с вала их нагревают газовыми или керосиновы­ми горелками. После посадки послед­ний диск укрепляют стопорной гай­кой.

Для упрощения изготовления ва­ла, а также для облегчения посад­ки и снятия дисков иногда преиму­щественно для турбин вспомогатель­ных механизмов применяют посадку дисков на различных кольцах и втул­ках.

Рис. 13.22. Цельнокованый дисковый ротор паротурбогенератора 168

В этих конструкциях вал по всей длине или на протяжении нескольких ступеней турбины имеет одинаковый диаметр.

Барабанные роторы. Барабанные роторы по конструкции и способу изготовления подразделяют на цель­нокованые, полые составные и свар­ные.

Цельнокованые роторы применя­ют главным образом для быстроход­ных реактивных турбин небольшого диаметра; обычно их изготавливают со сквозным центральным отверсти­ем.

Барабаны роторов большого диа­метра для уменьшения веса выпол­няют полыми. При этом для облег­чения расточки барабана и допол­нительного уменьшения массы рото­ра одну или обе шейки отковывают отдельно. Поршень думмиса у рото­ров этого типа обычно отковывают заодно со съемной шейкой.

Для облегчения ковки и получе­ния более быстрого прогрева рото­ра, что особенно важно для повы­шения маневренности судовых тур­бин, применяют барабанные роторы, сваренные из отдельных колец или дисков.

§ 13.6 Уплотнения

Общие сведения. В турбинах уста­навливают наружные и внутренние уплотнения.

К наружным (концевым) относят­ся уплотнения в местах выхода вала из корпуса турбины. Назначение их состоит в том, чтобы уменьшить утеч­ки пара из корпуса турбины при дав­лении пара в корпусе выше атмос­ферного или препятствовать проник­новению внутрь корпуса наружного воздуха при давлении меньше атмос­ферного. Уплотнения в местах про­хода вала через диафрагмы и у дум- мисов называются внутренними. Они предназначены для уменьшения утечки пара из среды с большим давлением в среду с меньшим давле­нием.

В судовых паровых турбинах при­меняют лабиринтные металлические и угольные уплотнения; угольные уп­лотнения иногда применяют в качест­ве наружных в турбинах турбопри­водов.

Лабиринтные уплотнения. Сущ­ность лабиринтного уплотнения зак­лючается в пропуске пара через ряд малых кольцевых зазоров 1, за каж­дым из которых следует относительно большая камера 2 (рис. 13.24). При проходе через малый зазор пар под­вергается мятию (дросселируется), т. е. давление 'его уменьшается и пар приобретает некоторую скорость (зазор играет роль сопла). Далее, попадая в камеру за зазором, пар теряет Скорость вследствие вихревых движений.

В результате нескольких расшире­ний пара в зазорах и завихрений в камерах (показаны на рис. 13.24 стрелками) давление пара уменьша­ется до атмосферного, удельный объем значительно возрастает, а ско- ростьто повышается, то уменьшается почти до нуля. Благодаря этому утеч­ка пара через уплотнение становится очень малой. С увеличением числа щелей утечка пара через уплотнения уменьшается. Для более интенсивно­го гашения скорости зазоры в уп- лотнейии выполняют так, чтобы пар, переходя из одного зазора в другой, менял свое направление.

По расположению гребней и по от­ношению их к валу лабиринтные уплотнения подразделяют на ра­диальные, осевые и смешанные. В современных турбинах наружные и внутренние лабиринтные уплотнения выполняют с радиальными зазорами, поскольку такие уплотнения более надежны, их проще ремонтировать, удобнее собирать и разбирать. Дум- мисы выполняют с осевыми и ради­альными зазорами.

Вследствие небольших перепадов давлений пара перед диафрагмой и за ней уплотнения диафрагмы имеют небольшое число лабиринтов.

В зависимости от способа креп­ления уплотнительных гребней уплот­нения диафрагм могут быть жестки­ми и эластичными.

В жестком уплотнении (рис. 13.25, а — в) уплотнительные гребни (но­жи) из мягкой латуни вставлены и зачеканены в канавках, выто­ченных в диафрагме или в сталь­ных полукольцах, которые в свою очередь жестко укреплены в выточке каждой половины диафрагмы. Из-за малых радиальных зазоров в таком уплотнении вращающийся вал может задевать о гребни уплотнения, и мес­та задевания начнут нагреваться. Нагретый металл будет удлиняться,

Рис. 13.24. Принцип действия лабиринтного уплотнения

и вал станет выгибаться в ту сто­рону, на которой произошло заде­вание, в результате чего задевание увеличится и вал выгнется еще боль­ше. При искривлении вала возни­кает недопустимая вибрация, кото­рая может привести к тяжелой ава­рии турбины. Для устранения ука­занного недостатка стали применять эластичные уплотнения.

Эластичное уплотнение (рис. 13. 25, г — д) представляет собой сег­менты, в которых запрессованы или выточены уплотнительные гребни. Сегменты вставляют в выточку каж­дой половины диафрагмы, где их отжимают ленточными пружинами в направлении вала. Так как при за­девании вследствие наличия пружин давление ножей на гребни втулки будет минимальным, небольшое ко­личество выделяющейся теплоты трения неопасно для вала. Правиль­но собранное уплотнение при нажа­тии на него пальцем должно пружи­нить и не заклиниваться.

Совокупность деталей наружного уплотнения называется уплотни­тельной коробкой; она может быть жесткой или эластичной. В совре­менных турбинах применяют только эластичные наружные уплотнения.

В уплотнительной коробке турбины ПТГ ТД-400 (рис. 13.26) сегменты четырех уплотнительных колец 2 вставлены в нижнюю 3 и верхнюю 1 обоймы. Плоскими пружинами 4 сег­менты отжимаются к шейке вала. Выступы пружин вставляют в соот­ветствующие пазы обойм.

Для предотвращения проворачи­вания верхняя обойма прикрепляется к корпусу турбины стопорами. Поло­жение сегментов в нижней обойме фиксируется стопорными планками.

Паровой канал б сообщается с системой укупорки, где автоматичес­ки поддерживается давление 0,1 — 0,12 МПа. Такое устройство обес­печивает постоянное давление за вто­рым уплотнительным кольцом неза­висимо от давления пара в турбине, благодаря чему автоматически пре­дотвращаются засасывание воздуха

 

 

Рис. 13.25. Типы уплотнения диафрагм:

/ — ступицы дисков; 2— диафраг­ма; 3 — уплотнительное полуколь­цо; 4 — уплотнительные ножи; 5 — ленточная пружина

 

в турбину и значительные утечки па­ра. Каналы а соединяются с системой отсоса, имеющей эжектор с атмос­ферным конденсатором. Этот эжек­тор отсасывает пар, проходящий че­рез коробку, поддерживая в камере абсолютное давление около 0,9 МПа, благодаря чему предотвращается вы­ход пара в машинное отделение.

В турбинах некоторых зарубежных фирм («АЕГ», «Броун-Бовери») при­меняют уплотнения жесткого типа (рис. 13.27), уплотнительные гребни 3 которых закреплены в канавках 2, проточенных на шейках вала ротора 1, и таким образом вращаются вмес­те с ротором, а в неподвижных обоймах в корпусе турбины 4 выто­чены пазы прямоугольного сечения. Уплотнительные гребни изготавлива­ют из никеля, нейзильбера или при высокой температуре пара из аусте­нитной стали. На валу гребня крепят, расчеканивая, проволоку эллипти- -ческого сечения. В этих уплотнениях вал не нагревается даже при значи­тельном задевании гребней о не­подвижные обоймы. Замена же де­формированных и износившихся гребней очень проста. Уплотнение та­кого типа широко применяют в газо­вых турбинах и турбонагнетателях дизелей.

Угольные уплотнения. Уплотнения этого типа состоят из ряда (от 3 до 8) колец, изготовленных из прессо­ванного угля с большим содержа­нием графита. Каждое кольцо для удобства сборки в свою очередь сос­тоит из трех-шести сегментов, стяну­тых пружиной. Кольца помещают в чугунных или стальных обоймах, ко­торые вставляют в уплотнительную коробку или непосредственно в кор­пус турбины.

При установке колец стыки припи­ливают один к другому, а сами коль­ца пришабривают по шейке вала так, чтобы радиальный зазор между кольцом и валом был равен 0,001 — 0,002 диаметра шейки. Этот зазор учитывает только различие в тепло­вом расширении угольного кольца и вала ’. Поэтому во время работы турбины зазоры между валом и коль­цами приближаются к нулю. Бла­годаря смазывающим свойствам ко­лец соприкосновение между кольца­ми и валом неопасно, и при пра­вильной сборке кольца работают с ничтожным трением.

' Практически можно считать, что уголь­ные кольца не расширяются, а вал расши­ряется на 0,1% на каждые 100 °C нагрева.

/г Рис. 13.26. Уплотнительная коробка турбины ПТГ ТД-400

 

 

Рис. 13.27. Уплотнение фирмы «Броун-Бовери»

 

Рис. 13.28. Угольное уплотнение: а — уплотнительная коробка; б — угольные кольца

 

 

Типичная конструкция угольной уплотнительной коробки показана на риб. 13.28, а. Угольные кольца 2, состоящие из трех сегментов, поме­щаются в чугунных обоймах 3 Г-об- разной формы, которые вставлены в корпус 1. Снаружи угольные кольца охватываются легкими спиральными пружинами 5. Замки пружин входят в вырезы колец и, упираясь в высту­пы или штифты обойм, не позволяют кольцам вращаться вместе с валом; обоймы в свою очередь стопорятся шпонками в корпусе турбины. Пру­жины 4 поддерживают кольца в та­ком положении, чтобы их центры сов­падали с центром вала; при этом пру­жины разгружают вал от действия веса колец.

Угольные уплотнения компактны и хорошо препятствуют утечке пара, но их можно употреблять, если окруж­ные скорости шеек вала не превы­шают 35—40 м/с. При больших ок­ружных скоростях выделяемую теп­лоту трения невозможно полностью отводить от уплотнительных ко­робок. К недостаткам угольных уп­лотнений относятся их быстрое из­нашивание, частые замены, слож­ность пригонки и сборки, а также невозможность их применения при температуре пара выше 300 °C в свя­зи с явлением обезграфичивания угольных уплотнений. У некоторых турбин шейки вала под кольцами корродируются.

Паромаслоотбойные устройства. Для предотвращения возможности обводнения масла и загрязнения кон­денсата маслом в районе опорных подшипников устанавливают паро- маслоотбойники или дефлекторы. Конструктивно они представляют со­бой такие же уплотнения, как и кон­цевые, с немного измененными фор­мами гребней и способами их раз­мещения.

В паромаслоотбойном устройстве турбин ЛОКЗ (рис. 13.29) пароот- бойником является гребень /, выто­ченный заодно с валом. При враще­нии ротора влажный пар, поступая из уплотнения, конденсируется и

Рис. 13.29. Паромаслоотбойное устрой­ство

 

конденсат протекает по валу. Капель­ки конденсата подходят к гребню, сбрасываются им и уносятся к пери­ферии, не попадая в масло. Масло, вытекая из подшипников и проса­чиваясь через кольцевую щель между щитками 2 и валом, дросселируется. Далее, попадая в большие камеры 3, масло теряет скорость, захватывает­ся уступом вала, отбрасывается к пе­риферии корпуса маслоотбойника и стекает в сливную полость.

§ 13.7 Подшипники

Общие сведения. У паровых турбин имеются опорные и упорный подшип­ники. Опорные подшипники воспри­нимают вес ротора и усилия, дейст­вующие на него при парциальном выпуске пара, а также фиксируют положение ротора в радиальном нап­равлении относительно частей стато­ра.

Обычно в корпусе турбины уста­навливаются два опорных подшипни­ка — передний и задний. Однако име­ются паротурбоприводы, где один опорный подшипник установлен в корпусе турбины (в стуле), а два — в корпусе редуктора. Таким образом ротор турбины и скрепленная с ним шестерня редуктора (см. рис. 16.3) лежат на трех опорных подшипни­ках.

Упорный подшипник предназначен для удержания вращающегося рото­ра в заданном осевом положении 173

относительно корпуса и фиксирова­ния осевых зазоров в проточной части турбины. Он воспринимает также осевое усилие ротора при ра­боте турбины, которое значительно изменяется в зависимости от нагруз­ки и состояния проточной части, начальных и конечных параметров пара.

Часто у турбин турбоприводов зад­ний опорный подшипник конструк­тивно объединен с упорным. Такой подшипник называют опорно-упор­ным.

Опорные подшипники. Подшипни­ки турбин должны работать в ус­ловиях высоких частот вращения шеек и больших удельных нагру­зок ’. Окружная скорость вращения шейки ротора современных турбин достигает 60—80 м/с, а удельная нагрузка доходит до 0,14—0,15 МПа. Подшипники турбин должны иметь большую надежность, • отличаться малым изнашиванием и минимальной потерей энергии на преодоление тре­ния.

Для удовлетворения этих требо­ваний при конструировании подшип­ников используют принцип клинового смазывания (жидкостного трения). Согласно гидродинамической теории смазывания подшипник растачивают до диаметра немного большего, чем диаметр шейки вала. При этом центр вала не совпадает с центром подшипника и, следовательно, между шейкой и вкладышем подшипника образуется дугообразный клиновой зазор.

В спокойном состоянии шейка вала опирается на нижнюю часть вклады­ша подшипника (рис. 13.30, а) и эк­сцентриситет 0 — 0\ между центра­ми вала 2 и подшипника / находит­ся в вертикальном положении. В мо­мент страгивания ротора с места между шейкой вала и вкладышем подшипника имеется металлический

¹ Удельной нагрузкой подшипника назы­вается отношение всей нагрузки, действу­ющей на подшипник, к площади проекции нижнего вкладыша. контакт 4, но уже с началом вра­щения шейка силой трения затяги­вает масло в клиновой зазор 3 и как бы всплывает на слое масла; так обеспечивается жидкостное трение в подшипнике. При этом шейка снача­ла сдвигается влево, затем подни­мается и занимает положение, пока­занное на рис. 13.30, б. При увели­чении частоты вращения центр шейки описывает криволинейную траекто­рию 01 — О'\ — 0, при которой экс­центриситет уменьшается, а толщи­на слоя масла увеличивается.

Для нормального действия турби­ны должны быть обеспечены непре­рывный подвод и отвод масла; ведь оно служит не только для смазыва­ния, но и для охлаждения подшип­ников, т. е. для отвода теплоты, вы­деляющейся при трении шейки вала в подшипнике. Масло подводится к подшипникам вала турбины под из­быточным давлением (форсирован­ное смазывание) 68—83 кПа.

Температура масла, выходящего из подшипников, не должна превы­шать 60—70 °C, так как при даль­нейшем ее повышении вязкость мас­ла понижается и масляная пленка становится минимальной. Кроме то­го, при температуре выше 70 °C на­чинается интенсивное окисление мас­ла и оно быстро стареет. Темпера­тура входящего в подшипник масла должна быть 35—45 °C; при темпера­туре менее 35 °C вязкость масла возрастает до значения, при котором сплошной масляной пленки может не получиться.

Большое значение для работы под­шипников имеют способ и место под­вода масла, которое должно посту­пать в те места подшипника, где давление масла будет наименьшим. Каналы для подвода масла располо­жены обычно в нижних вкладышах в виде сверлений или залитой во вкладыш трубки с выходом к гори­зонтальному разъему.

Отсюда масло растекается вдоль шейки вала в обоих направлениях и затем стекает из подшипника.

Для правильной работы подшип­

ника нижний, вкладыш тщательно растачивают или пришабривают на краску по шейке вала с дугой обхва­та не менее 60° (см. рис. 13.30, а). Между верхним вкладышем и шейкой вала выдерживают масляный зазор 5 (разница в диаметрах расточек вкладыша и шейки вала), который зависит от диаметра вала, частоты его вращения и вязкости масла. Обычно зазор принимают равным 0,015 диаметра шейки, но не более 0,2 мм. Боковой зазор может быть принят составляющим приблизитель­но 0,001 диаметра шейки вала. Как слишком большой, так и слишком малый масляные зазоры могут быть причинами сильной вибрации турби­ны и выхода ее из строя.

У плоскости разъемов вкладышей на небольшом расстоянии от торцов выполняют скосы (холодильники) для более легкого поступления масла к валу и создания масляного клина. У торцов нижнего вкладыша с обеих сторон располагают скосы на длине 10—20 мм глубиной примерно 0,2 мм.