КРИТИЧНА ЧАСТОТА ОБЕРТАННЯ РОТОРА. Ротори – це елементи циліндру, що обертаються, парових турбін класифікуються за конструктивними та технологічними ознаками

2.4.5 З'ЄДНУВАЛЬНІ МУФТИ

2.4.6 ВАЛОПОВОРОТНІ ПРИСТРОЇ

2.4.1 КОНСТРУКЦІЇ РОТОРІВ

Ротори – це елементи циліндру, що обертаються, парових турбін класифікуються за конструктивними та технологічними ознаками.

За конструктивними ознаками розрізняють ротори: дискові та барабанні.

За технологічними ознаками розрізняють: цільноковані, з насадженими дисками або набірні, зварені, зболчені.

Зазвичай застосовують ротори дискового типу, основні типи яких наведені на рисунку 2.4.1.

В загальному ротор поділяється на наступні елементи: вал; диски; лопатковий апарат; пів муфти. На роторі також можуть розташовуватись пристрої регулювання, захисту та вимірювання.

На рисунку 2.4.1, а зображений цільнокований ротор. Вал 1, диски 2 та пів муфта 3 виконані з єдиної заготовки. Цільнокований ротор виготовляється з заготовки, яка виковується зі зливка циліндричної форми. Поковка повинна бути осесиметричною, тобто вісь ротора повинна співпадати з віссю зливка. Діаметр поковки має обмеження через потужність поковочного обладнання. В центральній частині по осі цільнокованого ротора висвердлюється центральний наскрізний отвір діаметром 100-120 мм для здійснення контролю якості заготовки.

Центральний отвір приводить до зниження міцності ротора. Цільноковані отвори переважно застосовуються для ЧВТ та ЧСТ, де висока температура пари, а окружні швидкості та відцентровані сили, які діють на диски та робочі лопатки, достатньо помірні. Цільнокований ротор жорсткішій ніж вал з насадними дисками(рисунок 2.4.1, в), що дозволяє розташувати на ньому більшу кількість східців. Відсутність насадних деталей підвищує надійність ротора. Окрім того, рівень робочих напружень в таких роторах нижче, ніж в насадних. Ротори високого та середнього тиску виконуються з жароміцних сталей: 20Х3МВФА; 25Х1М1ФША.

Ротор з насадними дисками (рисунок 2.4.1,в) складається з вала 1 та дисків 2, які посаджені на вал з натягом. Для передачі крутного моменту від дисків до валу між ними встановлюються повздовжні шпонки. В роторах з насадними дисками насадними виконуються також і пів муфти. В дисках східців значних діаметрів для запобігання концентрації напружень, які викликані повздовжньою шпонкою з зоні розточки диску, встановлюють бокові шпонки 3. Вал ротора з насадними дисками виконується з заготовки меншого діаметру, ніж цільнокований, що дозволяє отримати заготовку з високою якістю матеріалу та однорідністю механічних властивостей по всьому об’єму, в тому числі і в центральній частині. Тому вали роторів з насадними дисками зазвичай виконують без центрального отвору.

В одноциліндрових турбінах застосовують комбіновані ротори (рисунок 2.4.1, б) , в яких цільнокована частина поєднана з насадними дисками.

Ротори з насадними дисками застосовуються при невисоких температурах (до 300-350 ⁰С), оскільки при більш високих температурах можливе послаблення посадки на валу, яке викликано повзучістю металу дисків та релаксацією контактних напружень на його посадковій розточці.

Недоліки роторів з насадними дисками: складність технологічного складання; східчастість балансування.

Для роботи в зоні низьких тисків застосовують ротори звареного типу. Такий ротор (рисунок 2.4.1, г) складається з кованих дисків, які зварені між собою електрозварюванням. Якість матеріалів в невеликих поковках є вищою, ніж в цільнокованих. Зварені ротори виготовляють без центрального отвору, що знижає максимальне напруження в дисках. Більш низькі напруження дозволяють виконати зварений ротор з більшою кількістю східців.

Рисунок 2.4.1 – Типи роторів: а – цільнокований; б – комбінований; в – з насадними дисками; г – зварений; д – складний зболчений

Рисунок 2.4.1 – Типи роторів: а – цільнокований; б – комбінований; в – з насадними дисками; г – зварений; д – складний зболчений

Недоліки зварених роторів: велика маса та вартість, необхідність застосування мало вуглецевих слабко легованих сталей.

Межа текучості матеріалу зварених роторів σ_0,2 = (5÷6) 10²МПа. Застосування високолегованих сталей з межею текучості σ_0,2 = (7÷8) 10²МПа для роторів низького тиску парових турбін дозволяє конструкція зболченого фланцевого ротора (рисунок 2.4.1, д). Перевагою цієї конструкції є: найбільш навантажені кінцеві диски виконуються без центральної розточки; можливість перевірки якості окремих поковок до їх зболчування; можлива заміна частини ротора при пошкодженнях; можливість застосування стальних лопаток довжиною 1200мм замість титанових.

2.4.2 УМОВИ РОБОТИ РОТОРІВ

Ротор передає крутний момент, який розвивається на лопатках, генератору. Крутний момент викликає напруження валу, але практично не збільшує напруження дисків. Основні напруження в дисках виникають внаслідок відцентрованих сил інерції та нерівномірного розподілу температури по об’єму диску. При помірних температурах диски працюють в умовах пружності, при високих температурах впливає повзучість матеріалу. При різко змінних режимах роботи парової турбіни можливо виникнення термічної втоми.

Повзучість матеріалу роторів парових турбін в основному проявляється під час роботи в стаціонарних режимах.

Причиною появи термічної втоми тріщин в роторах є циклічне деформування матеріалу, яке зумовлене повторними перехідними режимами турбіни. З цих позицій небезпечними зонами роторів є зони, які розташовані біля пазів для кріплення лопаток, поблизу теплових розвантажувальних канавок на поверхні валу, в місцях розташування лабіринтових ущільнень, в зонах переходу від диску до валу та центрального отвору в цільнокованих роторах. В указаних зонах при перехідних режимах турбіни за рахунок температурної дії виникають місцеві напруження та деформації.

В області високих температур при перехідних режимах виникають повторні пластичні деформації, які супроводжуються повзучістю. Чим швидше змінюється режим турбіни, тим вище температурні напруження та більше ймовірність виникнення циклічних пластичних деформацій та поява термічної втоми тріщин.

2.4.3 МІЦНІСТЬ РОБОЧИХ ЛОПАТОК

Робоча лопатка – один з напружених та відповідальних елементів та ротора, та всієї турбіни в цілому. Міцність робочих лопаток в значній мірі характеризується рівень експлуатаційної надійності турбіни.

Робочі лопатки підлягають дії відцентрованої сили від власної маси, маси бандажа, а також маси бандажної та демпферної проволоки. Крім того, лопатки підлягають вигинаю чому зусиллю від дії парового потоку.

При розрахунку на міцність лопатку необхідно розглядати як стержень з постійною або змінною по висоті площею поперечного перерізу. Для східців парової турбіни з відношенням d/l >10 застосовуються лопатки постійної по висоті площею поперечного перерізу. Такі східці характеризуються незначними змінами параметрами потоку пари по висоті. При відношенні d/l ≤10 суттєве значення отримує зміна параметрів потоку пари по радіусу в зазорі між вихідними кромками соплових і робочих решіток.

Робочу лопатку умовно поділяють на профільну та хвостову частину. Профільну частину лопаток розраховують на розтягнення від дії відцентрованих сил та на згинання від дії потоку пари.