Цель работы: Изучение конструкции и взаимодействия элементов судовых паровых турбин, изображенных на чертежах

Практическая работа № 1

Тема: Изучение конструкции судовой паровой турбины и зарисовка основных узлов деталей

Цель работы: Изучение конструкции и взаимодействия элементов судовых паровых турбин, изображенных на чертежах

Вспомогательный турбогенератор ТД-600. Турбогенератор со­стоит из турбины, конденсационной установки и электрогенера­тора переменного тока мощностью 600 кВт.

На рис. 2.36 представлен продольный разрез турбины, проточ­ная часть которой состоит из двух венечной регулировочной сту­пени и шести активных ступеней давления. Первые две ступени выполнены с парциальным впуском, который при начальном дав­лении р₀ = 4, 05 МПа неизбежен даже при сравнительно высокой частоте вращения ротора. Все реактивные ступени снабжены ра­диальными уплотнениями между бандажом и выступом диафрагмы.

Концевые уплотнения и уплотнения диафрагм — лабиринто­вые, с разрезными уплотнительными кольцами. Ротор цельнокова­ный, без контрольного сверления, соединен с шестерней редуктора через эластичную муфту. Стулья турбины отлиты заодно с корпу­сом, передний стул соединен с фундаментной рамой гибкой опорой.

Турбогенератор ТД-600 имеет собственную конденсационную установку, состоящую из конденсатора, двухступенчатого эжек­тора, циркуляционного и конденсатного электронасосов.

УПЛОТНЕНИЯ ТУРБОМАШИН

Назначение и принцип действия. Во избежание протекания ра­бочего тела между валом и корпусом турбины и подсоса воздуха в корпус (если давление в нем ниже атмосферного) в местах про­хода вала через корпус ставят уплотнения, которые называют концевыми (наружными). Для уменьшения протекания рабочего тела между валом, промежуточными й разделяющими диафраг­мами ставят уплотнения, которые называют диафрагменными или внутренними; к ним относятся также уплотнения думиссов. Бан­дажные уплотнения служат для уменьшения протекания пара ме­жду корпусом турбины и рабочим венцом.

Обычно уплотнения состоят из чередующихся кольцевых ще­лей и камер (рис. 2.14). Пар, поступивший в уплотнение, при про­ходе через первую щель теряет часть давления и приобретает ско­рость. В камере за первой щелью скорость полностью теряется, энтальпия пара повышается до исходного значения. Это же проис­ходит в последующих лабиринтах. Расход пара через лабиринто­вое уплотнение определяется перепадом давлений, который при­ходится на одну щель, а он составляет лишь небольшую долю об­щего перепада давлений. Это и обеспечивает небольшую утечку.

Классификация. По месту расположения уплотнения турбин и турбокомпрессоров делятся на концевые, диафрагменные и бан­дажные. По принципу действия различают уплотнения лабиринто­вые, контактные (угольные) и лабиринтово-контактные. По прин­ципу расположения зазоров уплотнения делят на осевые, радиаль­ные и радиально-осевые. По роду рабочего тела различают уплот­нения паровых турбин, газовых турбин и компрессоров.

Конструкция.' На рис. 2.14 изображена конструкция некоторых уплотнений. В главных судовых турбинах применяют лабиринто­вые уплотнения, в турбинах вспомогательных механизмов — уголь­ные.

Обычно уплотнения состоят из отдельных сегментов с выточен­ными гребнями или зачеканенными ножами. Сегменты удержи­ваются в правильном положении плоскими пружинами. Стыки об­работаны шабрением, зазоры между стыками в нагретом состоянии выбираются. Пружины обеспечивают податливость сегментов при задевании.

В отечественных”судовых турбинах нашли применение гребен­чатые, реже елочные лабиринтовые уплотнения с односторонними и двухсторонними елочными профилями. Елочные уплотнения от­личаются компактностью, но сложны в изготовлении.

Для вспомогательных турбин часто применяют угольные уплот­нения, состоящие из нескольких графитовых колец, укрепленных в специальных обоймах. Недостатки угольных уплотнений — слож­ность конструкции, непригодность в условиях высоких окружных скоростей и высоких температур, необходимость периодических переборок для осмотра и замены колец.

Иногда используют лабиринтово-угольные уплотнения, где основное уплотнение — лабиринтовое.

Для газовых турбин и компрессоров применяют лабиринтовые уплотнения такого же типа, как для паровых турбин. Иногда для уменьшения протечек используют специальные керамические коль­цевые вставки в корпусе. Ножи во время работы притираются к кольцу с минимальным зазором. Уплотнения в связи с малым перепадом давления перед диафрагмой и за нею имеют небольшое количество лабиринтов. Сегменты лабиринтовых уплотнений вы­тачивают из нейзильбера или специальной бронзы, которые при задевании легко истираются при очень незначительном нагреве деталей. Ножи изготовляют из латуни или нейзильбера, а для ра­боты при повышенных температурах — из никеля.

РОТОРЫ ТУРБОМАШИН

Назначение и конструкция. Ротором называют вращающуюся часть турбомашины с закрепленными на ней рабочими лопатками. В процессе взаимодействия потока с рабочими лопатками энергия от потока передается лопаткам (в турбинах), или наоборот (в ком­прессорах).

Ротор состоит из вала с дисками или барабана с полуосями, рабочих лопаток, упорного гребня, элементов наружных уплотне­ний и полумуфты (рис. 2.5). По назначению различают роторы ак­тивных турбин, реактивных турбин, компрессоров (центробежных и осевых); по конструкции — роторы дисковые, барабанные и сме­шанные (рис. 2.5); по тепловому режиму — неохлаждаемые и ох­лаждаемые; по частоте вращения — жесткие и гибкие; по способу изготовления — цельнокованые, сварные, с насадными дисками и наборные.

Влияние типа проточной части на конструкцию. В реактивных турбинах имеет место разность давлений по обе стороны рабочих лопаток. Для уменьшения осевых усилий в этом случае обычно применяют ротор барабанного типа.

В активных турбинах используют легкие и прочные роторы дискового типа, недостаток которых — пониженная жесткость.

В процессе эксплуатации на лопатках могут появиться отло­жения, что приводит к уменьшению проходного сечения каналов, а следовательно, к возрастанию давления перед лопатками. Чтобы предотвратить возрастание осевых усилий на диски, в них сверлят разгрузочные отверстия.

Способы передачи крутящего момента от диска к валу. Роторы судовых паровых турбин обычно цельнокованые. В проточной ча­сти низкого давления иногда применяют роторы с насадными дис­ками, на случай потери натяга при быстром прогреве предусмот­рены шпонки. Чтобы избежать ослабления вала, шпонки распола­гают вдоль вала не в одну линию, а под углом 120° относительно друг друга по окружности.

Рабочие колеса центробежных компрессоров насаживаются на вал со шпонкой либо крепятся к фланцу вала призонными шпиль­ками.

Роторы осевых компрессоров обычно имеют большое число сту­пеней и часто выполняются смешанного типа, в котором сочетаются преимущества барабанного и дискового роторов „

Роторы газовых турбин имеют малое число ступеней и обычно выполняются составными — разъемными и неразъемными (прессовая посадка секций и их фиксация радиальными штифтами). Диски первых сту­пеней охлаждаются воздухом.

Рис. 2.5. Типы роторов: а — с насадными дисками; б — цельнокованый ба­рабанный; в — цельнокованый дисковый

ОПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ ТУРБОМАШИН

Назначение и принцип действия. Ротор расположен и вращается в опорных подшипниках, которые воспринимают его вес и доба­вочные силы, возникающие при частичном впуске пара, а также при качке. Опорные подшипники обеспечивают центровку ротора относительно корпуса турбины, т. е. равномерность радиальных зазоров по окружности в уплотнениях, а также между другими деталями ротора и корпуса.

К опорным подшипникам судовых турбин предъявляются сле­дующие требования: надежность на всех режимах переднего и зад­него хода, малый износ и минимальные потери на трение. Кон­струкция подшипников должна обеспечивать простоту изготовле­ния, удобство разборки и сборки, удобство обслуживания.

Конструкция. По способу установки вкладышей различают жесткие и самоустанавливающиеся подшипники, по типу трения — подшипники скольжения и качения.

Подшипники качения применяют для газовых турбин, ком­прессоров, вспомогательных паровых турбин ввиду значительно меньших потерь на трение, простоты ухода и замены. В главных судовых турбоагрегатах с учетом конструктивных особенностей и условий эксплуатации используют подшипники скольжения.

Подшипники располагают в стульях турбины, которые прини­мают на себя все силы, приложенные к подшипнику, и передают их судовому фундаменту. Вкладыши жестких подшипников имеют цилиндрическую наружную поверхность и неподвижны; они при­меняются при сравнительно коротких роторах. В случае прогиба вала увеличивается давление шейки на концевые участки вклады­шей, которые быстро изнашиваются.

Этого недостатка лишены самоустанавливающиеся подшипники. Их вкладыши имеют сферическую опорную поверхность и могут поворачиваться в вертикальной плоскости (рис. 2.9). В вырезы вкла­дышей вставлены сухари, которые крепятся к вкладышу винтами впотай и штифтами. Между сухарями и вкладышем установлена прокладка, с помощью которой осуществляется центровка ротора. Сферическая поверхность сухарей опирается на сферу полуобоймы, прикрепленной винтами к цилиндрическому ложу стула. Верхний сухарь сферической поверхностью опирается на сферу в крышке подшипника. Верхняя и нижняя половины вкладыша соединены болтами, вкладыши от проворачивания удерживаются штифтами.

Масло для смазки и охлаждения подводится непрерывно под давлением 0, 06—0, 2 МПа через специальные каналы, расположен­ные в нижней половине подшипника ^гвблизи горизонтального разъема. Температура масла на входе в подшипник 40-45 °С, на выходе ~ 65 °С. ВЦподшипнике предусмотрены специальные от­верстия для термометров.

Подшипники имеют маслоотбойные кольца лабиринтного типа, состоящие из двух половин; просочившееся масло стекает по спе­циальным каналам. Предусмотрено отверстие для штатного микро­метра для замера просадки ротора.

Вкладыши изнутри залиты баббитом толщиной 1—4 мм, чрез­мерный износ или выплавка баббита приводят к поломке турбин.

УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ ТУРБОМАШИН

Назначение и принцип действия. Упорные подшипники судовых, паровых, газовых турбин и компрессоров служат для восприятия осевого усилия и для фиксации вала в осевом направлении. Осевые усилия изменяются по величине и направлению с изменением ре­жима работы турбины и направления движения судна. Нагрузка на упорные подшипники в современных судовых турбинах может достигать свыше 100 кН.

Упорный подшипник состоит из гребня, откованного вместе с ротором, или съемного, упорных подушек, расположенных по обе стороны гребня и опирающихся на неподвижную опору так, что они могут наклоняться под некоторым углом к плоскости гребня. В современных турбинах применяют только одногребенчатые упор­ные подшипники.

В состоянии покоя рабочая плоскость подушки расположена параллельно плоскости гребня (рис. 2.10). При пуске турбины гребень силой трения затягивает масло в зазор между подушкой и гребнем, причем подушка имеет скос, который облегчает подса­сывание масла в начальный период. По мере увеличения частоты

вращения ротора под действием осе­вой и гидродинамических сил по­душка поворачивается, образуя мас­ляный клин. Масло к сегментам подается через отверстия, располо­женные в нижней половине обоймы. Подшипник имеет от 8 до 12 сегмен­тов.

Классификация. По конструкции различают следующие виды упорных подшипников:

— жесткие, у которых упорная обойма установлена жестко в кор­пусе;

— самоустанавливающиеся со сфе­рическими обоймами, которые имеют возможность поворота вслед за греб­нем;

— самоустанавливающиеся с урав­нительным устройством для вырав­нивания давления на сегментах;

— опорно-упорные комбинированные.

Конструкция. Жесткий упорный подшипник (рис. 2.11) состоит из кованого гребня, жестко насаженного на вал ротора на шпонке и застопоренного гайкой. С обеих сторон гребня расположено по восемь бронзовых упорных подушек, залитых слоем баббита. По­душки упираются в стальные каленые пальцы, плотно вставленные в гнезда стальных обойм. В гнездо подушки палец входит с зазором, вследствие чего подушка может слегка поворачиваться на сфери­ческой поверхности пальца.

Каждая обойма выполнена из двух половин, причем нижняя по­мещается в ложе стула, а верхняя в крышке подшипника. Для уста­новки и крепления крышки служат шпонки и шпильки. Для вы­хода воздуха при плотной постановке пальца, а также для выкола­чивания пальца при разборке имеются специальные отверстия.

Регулирование осевого зазора в подшипнике, а следовательно, и осевых зазоров в проточной части турбины осуществляется пу-тем изменения толщины прокладок. Осевое перемещение ротора производится вручную с помощью специальнопГприспособления.

Масло подводится по трубкам и через каналы в нижних полу- обоймах поступает в кольцевые зазоры между валом и обоймами. Далее под действием сил трения о гребень, а также развивающихся центробежных сил масло проходит через клиновые зазоры между гребнем и подушками и стекает в сливную камеру стула турбины.

Гребенчатые уплотнения препятствуют свободному протеканию масла наружу.

Вокруг гребня подшипника с зазором 1 мм установлен состоя­щий из двух половин кольцевой маслоотбойник, чтобы масло не увлекалось гребнем во вращательное движение и не вспенивалось. Обтекатель препятствует попаданию масла на вращающийся конец вала ротора и также предохраняет масло от вспенивания. Для слива масла и осушения подшипника предусмотрено специальное отвер­стие.

Самоустанавливающийся упорный подшипник (рис. 2.12) с урав­нительным устройством имеет примерно такое же назначение. От­личие его заключается в том, что гребень через масляный клин передает давление на упорные подушки, которые, опираясь на на­жимные подушки, передают его на уравнительные (балансирные) подушки, а эти подушки через обоймы — на корпус турбины.

Подвод масла осуществляется от центра к периферии, отдельно для переднего и заднего хода. Выход масла на слив сверху также раздельный.

Достоинство такого упорного подшипника заключается в том, что при прогибах вала ротора давление на упорные подушки про­должает распределяться равномерно, благодаря чему исключается повреждение трущихся поверхностей подушек и гребня. Это до­стигается тем, что более нагруженная подушка несколько утоп­лена и с помощью нажимных и уравнительных подушек прижимает к гребню соседние упорные подушки.