48514

КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН. ПРОТОЧНЫЕ ЧАСТИ ОСЕВЫХ ТУРБОМАШИН

Конспект

Производство и промышленные технологии

Соплами называют направляющие лопатки активных ступеней. Часто фрезерованные сопловые лопатки 3 регулировочной ступени рис. Сопловые лопатки перегородки в таком кольце выполнены штампованными и залиты своими концами в чугунные наружную и внутреннюю обоймы.

Русский

2013-12-11

731 KB

30 чел.

КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

ПРОТОЧНЫЕ ЧАСТИ ОСЕВЫХ ТУРБОМАШИН

ДЕТАЛИ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ ТУРБИН И КОМПРЕССОРОВ

К деталям проточных частей турбин и компрессоров относятся сопла, направляющие и рабочие лопатки, элементы крепления лопаток.

Соплами называют направляющие лопатки активных ступеней. Их изготавливают цельнофрезованными, катаными и штампованными. В первой ступени турбины сопла крепят в корпусе или во вставной сопловой коробке и в промежуточных ступенях — в диафрагмах.

Закрепленные в корпусе или диафрагме сопла образуют сопловое кольцо. Если сопла размещаются на части окружности (парциальный впуск), то они образуют сопловую дугу или сопловой сегмент.

На рис.2.13 показаны цельнофрезёрованные сопла первой ступени паровой турбины. Сопла 1 крепят в корпусе 8 дуговыми буртами 2 и 3, из которых наружный входит в паз, выточенный в корпусе, а внутренний — прижимается к стенке накладкой 4. Накладка имеет опорный поясок 7 и крепится к корпусу болтами 6, что обеспечивает обжатие всех сопл. Во избежание отвинчивания головки всех болтов соединяют связной проволокой 5. Для предотвращения утечек пара стыки пригоняют по краске.

Часто фрезерованные сопловые лопатки 3 регулировочной ступени (рис. 2.14) крепят не непосредственно в корпусе, а в обойме 2, которую заводят в корпус 1 со стороны горизонтального разъема в выточенные для этого пазы. Для предотвращения протечек пара сопла приваривают к обойме и проваривают в стыках.

Сопловые сегменты из фрезерованных сопл имеют чистые каналы заданных размеров, но изготовление их достаточно сложное. Более простыми являются сопловые сегменты и кольца, получаемые литьем или с помощью сварки.

Примером литого соплового аппарата может служить сопловое кольцо с залитыми сопловыми лопатками газовой турбины турбокомпрессора, приведенного на. Сопловые лопатки (перегородки) в таком кольце выполнены штампованными и залиты своими концами в чугунные наружную и внутреннюю обоймы.

Торцевые поверхности каналов литых сопловых аппаратов имеют большую шероховатость, что увеличивает потери от трения. Известные трудности представляет и сохранение заданных размеров канала в литом сегменте.

На рис. 2.15 показан сварной сопловой сегмент, состоящий из обоймы 1, наружной бандажной ленты 2, сопловых лопаток 3 из светлокатаного профиля, внутренней бандажной ленты 4 и диска 5. Концы сопловых лопаток, устанавливаемые в прорезях бандажных лент, выступают из последних на 1,0—1,5 мм; концы лопаток обваривают по профилю. После этого кольцевую решетку приваривают к ободу и диску сегмента. По чистоте и точности размеров сварные сопла близки к наборным фрезерованным, поэтому их широко применяют.

Рассмотренные конструкции сопл характерны для паровых турбин, но используются и в газовых турбинах при умеренной температуре. Однако в отличие от сопл паровых турбин сопла в газовых турбинах крепят не жестко, а подвижно, допуская их свободное расширение. Такое крепление не обходимо с учетом высокой температуры в газовых турбинах и особых условий их работы (быстрый набор мощности и сброс нагрузки). Компенсация тепловых расширений особенно важна в газовых турбинах авиационного типа, имеющих температуру газов, превышающую 900—1000° С. Сопловой аппарат таких турбин набирают из литых, катаных или штампованных лопаток, закрепленных только одним концом, тогда как другой конец может свободно расширяться.

Примером такой конструкции служит сопловой аппарат турбины авиационного двигателя (рис. 2.16), в котором сопловые лопатки 1 и 3 отдельных ступеней крепятся Т-образным хвостом в наружных обоймах 4, а цилиндрическим шипом на другом конце входят в отверстия во внутренних обоймах 2. Внутренняя и наружная обоймы состоят из отдельных сегментов, что обеспечивает им свободное расширение в окружном направлении. Крепление сопловых и направляющих лопаток в подвижных обоймах и сегментах является особенностью газовых турбин.

Сопловые лопатки промежуточных ступеней активных паровых турбин крепят в диафрагмах. Последние разделяются на наборно-сварные, сварные и литые.

Наборно-сварная диафрагма ТВД ГТЗА ТС-2 показана на рис. 2.17. Диафрагма состоит из стального диска 5, сопловых лопаток 7, обоймы, 6, уплотни тельного кольца 10 с нажимными плоскими пружинами 9. Сопловые лопатки цельнофрезерованные, приварены к диску и обойме по всей окружности. Диафрагма имеет горизонтальный разъем. Нижняя ее половина подвешивается в корпусе турбины с помощью сухарей 1, привернутых винтами к диафрагме. Верхняя половина закреплена в крышке корпуса сухарями 2, которые предупреждают ее выпадение при вскрытии корпуса. Обе половины центрируются между собой шпонками 13, которые закреплены в плоскости разъема винтами 14 в нижней половине. Благодаря радиальному зазору между корпусом и диафрагмой последняя может свободно расширяться при нагревании. Шпонки 3 и 5 центрируют диафрагму в поперечной плоскости относительно корпуса, а штифты 4 — в осевом направлении.

Сопловые лопатки заводят в пазы, выточенные в диске и обойме диафрагмы, с горизонтального разъема. Таким же образом заводят уплотнительные кольца лабиринтового уплотнения, которые фиксируют в пазах штифтами 12 и стопорными планками 11.

Сварные и литые диафрагмы отличаются от наборно-сварных способом крепления лопаток. В сварных диафрагмах сопловые лопатки из светлокатаного профиля устанавливают в прорезях бандажных лент и приваривают вместе с лентами к диску и ободу, как показано на рис. 2.15.

Литые диафрагмы применяют при температуре пара до 300° С. Для их отливки используется модифицированный серый чугун марки СЧ48-24 или СЧ52-28. Сопловые лопатки (штампованные или из светлокатаного профиля) устанавливают перед заливкой диафрагмы в форму и прочно соединяют с диском и обоймой после заливки диафрагмы наружными и внутренними кромками. Последние для более прочного соединения имеют специальные вырезы или отверстия.

Направляющие лопатки реактивных турбин, колес Кертиса, а также осевых компрессоров, крепят непосредственно в корпусе или в специальных обоймах. Способы их крепления рассматриваются ниже вместе со способами крепления рабочих лопаток.

Любая турбинная или компрессорная лопатка состоит из трех частей (рис. 2.18, а): корня, или хвостовика, 1, служащего для крепления лопатки в роторе или корпусе, рабочей части 2, омываемой рабочей средой, и вершины 3 в виде шипа, на который надевается бандажная лента, соединяющая лопатки для увеличения их вибрационной жесткости в пакеты по 8—12 лопаток, или в виде утоненной части. В последнем случае лопатки соединяют в пакеты связной проволокой 4 (рис. 2.18, б).

Иногда вершины лопаток выполняют в виде полок, которые после установки лопаток образуют бандажное кольцо (рис. 2.19). Бандажные полки двух-трех соседних лопаток припаивают или сваривают. Рабочую часть лопатки шлифуют или полируют, что повышает ее усталостную прочность и уменьшает потери в каналах.

В зависимости от изготовления лопатки могут быть цельнокатаными (цельнотянутыми), цельнофрезерованншш, полуфрезерованными, литыми, коваными, прессованными и штампованными.

Цельнокатаные лопатки изготавливают из светлых профильных полос, получаемых горячей или холодной прокаткой. Механическая обработка таких лопаток сводится к фрезерованию хвостовой части и вершины. Для образования канала между лопатками устанавливают промежуточное тело (вставку). Цельнокатаными изготавливают направляющие лопатки, а также слабонагруженные рабочие лопатки паровых турбин.

Конструкция и крепление рабочих цельнокатаных лопаток показаны на рис. 2.20.

Цельнофрезерованные лопатки (см-, рис. 2.18) получают фрезерованием цельной или предварительно отштампованной заготовки. Такие лопатки фрезеруют заодно с хвостом, поэтому промежуточные вставки не требуются. В полуфрезерованных лопатках вогнутую поверхность получают путем светлого проката; спинку и хвост — фрезерованием. Цельнофрезерованные и полуфрезерованные лопатки имеют наибольшее применение в судовых турбинах и компрессорах. Существенными их недостатками являются значительная стоимость и большой расход металла. Кроме того, специальные жаропрочные стали, применяемые для изготовления лопаток газовых турбин, трудно обрабатываются резанием. Большую трудность представляет получение фрезеровкой лопаток с внутренним охлаждением, В настоящее время все шире применяют такие методы изготовления лопаток, как ковка в штампах, горячее прессование, прецизионное литье, спекание, комбинированное изготовление с применением сварки.

На рис. 2.21 показана охлаждаемая лопатка газовой турбины, изготовленная методом спекания. При этом порошок из жаропрочного сплава прессуют в специальной форме. Радиальные охлаждающие каналы получают заделкой в форму проволоки из кадмия, которая при термической обработке лопаток в печи испаряется, оставляя чистые отверстия для прохода воздуха.

При комбинированном методе изготовления охлаждаемых лопаток используется приварка к полым рабочим частям цельнофрезерованных хвостовиков.

В турбинах и компрессорах применяют два типа хвостового крепления лопаток — окружное и осевое. При окружном креплении лопатки набирают в специальных пазах, выточенных в корпусе или роторе по окружности. В случае осевого крепления каждую лопатку заводят в свой паз с торца. В основном применяют окружное крепление лопаток, за исключением рабочих лопаток газовых турбин, которые имеют преимущественно осевое крепление. Окружное крепление является более простым в технологическом отношении, но имеет тот недостаток, что для замены лопатки требуется перелопачивание диска. Замена лопатки при осевом креплении не представляет затруднении.

В компрессорах с дисковым ротором рабочие лопатки часто заводят с торца в косой паз, как показано на рис. 2.22. Такое крепление обусловливается малой толщиной диска и большой хордой профиля лопатки.

Конструкция хвостовой части лопатки определяется назначением последней и способом ее крепления. Рабочие лопатки, испытывающие большую нагрузку, требуют более прочного крепления, чем направляющие,

Окружное крепление рабочих лопаток разделяется на погружное, при котором хвост лопатки помещается внутри паза, и верховое, при котором хвост лопатки «Садится верхом» на  гребень диска.

Верховое крепление уменьшает толщину диска, но увеличивает напряжения в хвостовой части лопатки.

Наиболее употребительные конструкции хвостовых частей лопаток погружного 19 и верхового 1013 типов приведены на рис. 2.23.

Для крепления направляющих лопаток турбин и компрессоров используют хвосты 14 и 7. Хвосты 3—5,7—9 предназначены для крепления слабо- и средненагруженных лопаток турбин, а также компрессоров. Хвостовые части типа 1013 характерны для рабочих лопаток паровых и газовых турбин с большой нагрузкой. Для этих лопаток используют также хвост Лаваля 6 и елочный с осевым креплением.

При наборе лопаток большое внимание уделяют плотности прилегания хвостовых частей друг к другу и к диску. Для этого соприкасаемые поверхности пригоняют по краске.

Конструкция сопловых аппаратов турбин. Сопловой аппарат турбины предназначен для подвода рабочего тела к рабочим лопаткам первой ступени. В паровых ТВД сопловой аппарат крепится к сопловой коробке, которую, как правило, разбивают перегородками на камеры. Подвод пара в камеры осуществляется через отдельные сопловые клапаны, расположенные в верхней части коробки. Сопловые коробки соединены сваркой с верхней половиной корпуса в его носовой части. Сопловой аппарат ТСД и ТНД крепится к паровпускной камере.

По конструкции различают сопловые аппараты с индивидуальными фрезерованными соплами, сборные, с залитыми лопатками, литые и сварные.

В главных судовых паровых турбинах обычно применяют сопловые аппараты первого типа. Индивидуальные цельнофрезерованные сопла набираются непосредственно в пазы сопловой коробки либо в сопловые сегменты, которые затем крепятся к ней. Для крепления сопла 1 снабжены в верхней и нижней части дуговыми выступами (фланцами) 2 и 3 (рис. 2.1, а, б).

Сборные сопловые аппараты (рис. 2.1, в) состоят из цельно-фрезерованных сопловых лопаток 1 и двух обойм: наружной 2 и внутренней 3. Каждая лопатка в верхней и нижней частях имеет шип 5 и отверстие под заклепку 4 для крепления в обоймах. Сопловые аппараты с залитыми лопатками (рис. 2.1, г) состоят из лопаток стального проката 1 и тела сегмента 2, полученного путем заливки верхней и нижней частей лопаток чугуном с последующей обработкой. Литые сопловые аппараты (рис. 2.1, д) являются наиболее дешевыми, однако трудность качественной обработки каналов снижает их эффективность. Сварные сегменты отличаются от сборных использованием сварки для соединения между собой составных частей. Четыре последних типа сопловых аппаратов применяются во вспомогательных турбинах.

Рис. 2.1. Сопловые аппараты паровых турбин: а — индивидуальные фрезерованные сопла; б — крепление сопл к корпусу; в — сборный сопловой сегмент; з — сопловой сегмент с залитыми лопатками; д — литой сопловой сегмент

Сопловые лопатки газовых турбин заводятся в наружное и внутреннее кольца соплового аппарата. Наружное кольцо крепится к корпусу газовой турбины, внутреннее — к корпусу подшипника. Для обеспечения тепловых расширений в одном из колец лопатки устанавливают с зазором. Силовая связь между корпусом подшипника и сопловым аппаратом осуществляется шпильками, проходящими между лопатками или внутри них.

Направляющие и рабочие лопатки турбомашин. Направляющие лопатки турбин неподвижно закреплены в корпусе или в диафрагмах (в последнем случае их часто называют сопловыми). Рабочие лопатки крепятся к дискам или барабану.

Рис. 2.2. Типы лопаток турбин: а — активная; б — реактивная

Различают хвост лопатки 1, рабочую часть (перо) 2 и вершину 3 (рис. 2.2). Поперечное сечение лопатки в пределах рабочей части называют профилем лопатки. Хвост служит для крепления лопатки, перо взаимодействует с потоком рабочего тела. Вершину лопатки выполняют в виде шипа для бандажа, в виде полки или утоняют. По характеру рабочего процесса различают активные и реактивные лопатки турбин и компрессоров (центробежных и осевых); по форме — лопатки с постоянным по длине и переменным профилем (закрученные или винтовые); по способу сопряжения друг с другом — лопатки с утолщенным хвостом и лопатки с промежуточными телами; по роду рабочего тела — лопатки паровых турбин, газовых турбин и компрессоров; по температурному режиму — лопатки неохлаждаемые и охлаждаемые; по способу изготовления — лопатки фрезерованные, из холодного профильного проката, штампованные и литые.

Активные рабочие лопатки турбин имеют симметричную форму и образуют каналы примерно постоянной ширины. Реактивные лопатки (направляющие и рабочие) образуют суживающиеся каналы, в которых происходит расширение и ускорение рабочего тела.

Короткие лопатки выполняются с постоянной формой профиля по длине, длинные лопатки для обеспечения плавного входа рабочего тела по всей длине — закрученными. Для уменьшения напряжений растяжения от центробежных сил площадь профиля такой лопатки уменьшают к периферии. Для образования межлопаточных каналов лопатки паровых турбин выполняют с утолщенными хвостами или располагают между хвостами промежуточные тела.

По конструкции (рис. 2.3) различают хвосты погружного типа и хвосты верхового типа (надеваемые сверху). В судовых конструкциях, как правило, применяют погружные хвосты. На рис. 2.3 показаны погружные хвосты: а — Т-образный, б—Т-образный с буртиком, в—зубчиковый, г — елочный и верховые хвосты; д — грибовидный, е — вильчатый.

Рис. 2.3- Типы лопаточных хвостов

Направляющие лопатки паровых турбин обычно имеют Т-образные хвосты, рабочие — Т-образные с буртиком, зубчиковые (высоконагруженные лопатки) и елочные. Эти лопатки через специально разделанный колодец погружают в корпус или ротор и по кольцевым пазам передвигают до нужного места; для лучшей фиксации их внизу иногда подклинивают проволокой.

После установки всех лопаток колодец закрывают замковой лопаткой или замком. Некоторые типы замков показаны на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Типы лопаточных замков: а — Т-образный; б — с боковым вырезом; в — с расклинкой; г — с верховыми грибовидными хвостами

Рабочие лопатки газовых турбин обычно имеют хвосты елочного типа. Чтобы обеспечить возможность теплового расширения, для каждой лопатки предусматривают индивидуальное посадочное место, куда хвост заводится с некоторым зазором в осевом направлении. Фиксируют лопатки с помощью планки, которая после установки лопатки соответствующим образом загибается (см. рис. 2.3, ж).

Лопатки осевых компрессоров имеют «ласточкин хвост» и крепятся в индивидуальных посадочных местах.

В газовых турбинах часто применяют охлаждаемые лопатки; охлаждающей средой обычно является воздух, который подводится от компрессора к диску, а затем к хвостам лопаток. В теле лопаток выполнены каналы для охлаждающего воздуха, выпуск происходит через вершину лопаток, а также через отверстия или щели на ее поверхности. Охлаждение может быть внутренним или наружным.

Ленточные бандажи и связная проволока. Для уменьшения вибрации активные лопатки объединяют в пакеты по 6—12 шт. с помощью ленточного бандажа. Бандаж надевают на шипы, которые затем расклепывают. В реактивных ступенях для этой цели применяют связную проволоку, которая продевается сквозь отверстия в рабочей части лопаток. Иногда в таких ступенях используют ленточный бандаж. Для уменьшения протечек пара бандажи уплотняют (см. рис. 4.1). При отсутствии ленточного бандажа вершины реактивных лопаток утоняют во избежание аварии при задевании. Рабочие лопатки газовых турбин обычно не имеют ленточного бандажа и связной проволоки. Иногда вершины таких лопаток выполняют с полками, которые, смыкаясь, образуют бандаж.

Способы изготовления. Рабочие лопатки судовых паровых турбин в основном изготовляют фрезеровкой с последующим шлифованием и полированием. Слабонагруженные лопатки иногда выполняют цельнотянутыми (из светлокатаных профилей).

Лопатки газовых турбин изготовляют из штампованных или литых заготовок и обрабатывают электрохимическим способом. Затем лопатки шлифуют и полируют. Компрессорные лопатки выполняют из штампованных заготовок, окончательная форма лопаток получается путем механической или электрохимической обработки с последующим шлифованием и полированием. В качестве материала для лопаток компрессоров и паровых турбин применяют нержавеющие стали, для лопаток газовых турбин — сплавы на никелевой и кобальтовой основе.

ДИАФРАГМЫ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СОПЛА

Общие сведения. Основное назначение диафрагмы — отделять одну ступень давления от другой и размещать сопловые лопатки для последовательного расширения пара на ступенях. Любая диафрагма независимо от ее конструкции состоит из полотна, представляющего собой остов диафрагмы, сопловых лопаток, обода и уплотнения, устанавливаемого в месте прохода вала через центральное отверстие диафрагмы.

Чтобы повысить сопротивление формы, полотно диафрагмы выполняют слегка выпуклым у вала в сторону большего давления, что обеспечивает устойчивость ее от прогиба.

Сопла в диафрагме могут располагаться по всей окружности или только в ее части. В первом случае диафрагма будет с полным подводом пара, во втором — с парциальным.

Диафрагмы бывают неразъемные и разъемные. Неразъемная диафрагма представляет собой круглую пластину с отверстием в центре. Разъемная диафрагма состоит из двух полудиафрагм, смыкающихся в плоскости разъема. Верхнюю полудиафрагму устанавливают в крышке турбины, а нижнюю - в нижней половине корпуса. Для надежного стыкования поразъему одна полудиафрагма имеет шпонку, а другая паз для шпонки.

В главных судовых турбинах для удобства разборки и сборки применяют только разъемные диафрагмы (неразъемные иногда используют у вертикальных вспомогательных турбин).

Конструкции диафрагм. По способу изготовления и крепления сопловых лопаток диафрагмы подразделяются на литые, наборные и сварные.

В литой диафрагме (рис. 33, а) сопловые каналы образованы предварительно отштампованными лопатками 2, залитыми одним концом в обод 1, а другим - в тело диафрагмы 3. Для надежного сцепления лопаток с металлом обода и телом диафрагмы в концах лопаток перед формовкой фрезеруют пазы или сверлят отверстия (рис. 33, б), а концы лопаток .лудят.

Литые диафрагмы изготовляют из чугуна и используют при температуре пара до 200-270° С. Сопловые лопатки штампуют из листовой никелевой или хромоникелевой стали.

Наборная кованая диафрагма (рис. 34) представляет собой два полудиска 1 постоянной толщины. На наружной поверхности полудиска имеется кольцевой, выступ 2, на который надевают цельнофрезерованные сопла 3 с прорезями 6 в хвостовой части. После установки на место сопла прикрепляют к выступу 2 заклепками 5.

Для увеличения жесткости сопла скрепляют между собой по наружной окружности полукольцами, которые входят в прорезанную в наружных выступах сопел канавку 4 и скрепляются с каждым соплом штифтом.

                      

В сварной диафрагме, (рис. 35) сопловые лопатки 7 нарезают из цельнотянутых полос и заводят концами в два ленточных бандажа -  наружный 4 и внутренний 3. Наружный бандаж приваривают к ободу 5, а внутренний — к полотну 2 диафрагмы.

В этих диафрагмах возможно применение профильных светлоката-ных лопаток, что уменьшает расход нержавеющей стали, удешевляет стоимость и сокращает производственный цикл.

Наиболее целесообразно применение сварных диафрагм в области высоких температур.

Установка и крепление диафрагм. Для установки диафрагмы в корпусе турбины вытачивают пазы, в которые вставляют ободы диафрагмы. Иногда для этой цели в корпусе устанавливают одну или несколько обойм. Такая конструкция исключает возможность возникновения сил при расширении диафрагм.

При пуске турбины и изменении ее нагрузки диафрагмы, омываемые со всех сторон паром, прогреваются быстрее корпуса турбины или обоймы. Поэтому для обеспечения свободного расширения диафрагмы относительно корпуса или обоймы оставляют зазоры. Величина радиального зазора составляет обычно 0,003—0,004 диаметра диафрагмы, а осевого 0,1—0,3 мм.

У современных турбин часто нижнюю половину диафрагмы подвешивают на горизонтальном разъеме при помощи специальных шпонок или стопорных планок (рис. 36). Верхняя половина диафрагмы лежит на нижней половине. Для подъема верхней половины диафрагмы с крышкой турбины при подъеме последней также предусмотрены стопорные планки или шпонки.

При установке диафрагмы в расточку корпуса или обоймы ее обод смазывают тонким слоем графита, что предотвращает прикипание диафрагмы к корпусу или обойме. Иногда каждую диафрагму устанавливают в пазах корпуса или обоймы на 3—6 радиальных штырях, пол у утоп ленных в металл обода.

§ 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 уплотнения и маслоотбойные кольца. В реактивных турбинах на роторе часто устанавливают еще уравновешивающийся поршень, или думмис.

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 актнвно-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. 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 11 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 °С 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 посадки дисков на различных кольцах и втулках.

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

Барабанные роторы. Барабанные роторы применяют исключительно для реактивных турбин. По конструкции и способу изготовления их 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.

Типичной конструкцией цельнокованого барабанного ротора является ротор турбины фирмы «Вестингауз» (рис. 52, а).

Барабаны роторов большого диаметра для уменьшения веса выполняют полыми. При этом для облегчения расточки барабана и дополнительного уменьшения веса ротора одну или обе шейки отковывают отдельно. Поршень думмиса у роторов этого типа обычно отковывают заодно со съемной шейкой (рис. 52, б).

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 думмисов 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

рость то 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 уплотнении 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. Думмисы 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, 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 уплотиительной 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 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 5 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 эллиптического 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.

Типичная конструкция угольной уплотнительной коробки показана на рис. 13.28, а. Угольные кольца 2, состоящие из трех сегментов, помещаются в чугунных обоймах 3 Г-образной 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 °С 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 1, выточенный заодно с валом. При вращении ротора влажный пар, поступая из уплотнения, конденсируется и 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.

1.3. КОРПУСЫ ТУРБОМАШИН

Назначение и конструкция. Корпусом турбомашины называется ее наружная часть, служащая для крепленая всех неподвижных деталей. Корпус представляет собой полый цилиндр или усеченный конус (иногда с ребрами жесткости), форма которого согласована с формой ротора. Условно корпус разбивают на носовую, среднюю и кормовую части. В носовой части расположен входной патрубок, средняя часть служит для крепления диафрагм или направляющих лопаток, кормовая часть является выходным патрубком. В носовой и кормовой частях находятся уплотнения.

По роду рабочего тела различают корпусы паровых турбин, газовых турбин, компрессоров. По конструкции — корпусы неразъемные, с горизонтальным и с вертикальными разъемами. По изготовлению — литые, сварно-литые, сварные из штампованных элементов.

В паровых турбинах применяют литые и сварно-литые корпусы с горизонтальным разъемом. Иногда предусматривают также технологический вертикальный разъем, который после изготовления корпуса наглухо сбалчивают или заваривают. Верхняя.часть корпуса называется крышкой, нижняя — собственно корпусом.

Крышка и корпус соединены с помощью шпилек. Во избежание пропаривания разъем уплотнен графитовой мастикой.

В носовой части ТВД размещены паровпускная камера, клапанная коробка и сопловая коробка с соплами первой ступени. Во избежание перегрева и коробления корпуса под воздействием свежего пара сопловые коробки изготовляют отдельно из высококачественной стали и приваривают к крышке.

Нижняя половина корпуса со стороны кормы жестко крепится к судовому фундаменту или к корпусу редуктора (рис. 2.6). Для возможности продольного расширения корпуса в процессе прогрева турбины переднюю опору 3 (со стороны носа) выполняют гибкой. Поперечное расширение корпуса со стороны паровпуска обеспечивается установкой горизонтальных шпонок 1 под лапы, вертикальное — установкой шпонки 2 между корпусом и стулом подшипника.

Корпусы газовых турбин выполняют сварно-литыми и сварными. Применяются одно- и двухстенные конструкции.

В отличие от корпусов паровых корпусы газовых турбин для предупреждения коробления от высокой температуры часто выполняют без горизонтального, а иногда и без вертикального разъема. В последнем случае осуществляется осевая сборка и разборка турбины. В авиационных конструкциях широкое распространение получили корпусы газовых турбин,, составленные из кольцевых штампованных элементов с приварными фланцами.

Корпусы осевых и центробежных компрессоров изготовляют литыми, сварно-литыми, сварными. Они могут быть цельными и разъемными (с горизонтальным или несколькими вертикальными разъемами).

Гидравлические испытания. Для обнаружения скрытых дефектов корпусы турбомашин подвергают гидравлическим испытаниям. Их обычно проводят после предварительной и после окончательной обработки. Условия проведения гидравлических испытаний и их порядок оговаривают в чертежах. Обнаруженные при гидравлических испытаниях дефекты устраняют заваркой.

Передачи

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ, ВАЛОПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ ТУРБИН

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

На современных судовых турбинах между турбиной и гребным валом устанавливают передачу, позволяющую сохранить большую частоту вращения, что делает турбину экономичной, компактной и легкой. При этом частота вращения гребного винта остается сравнительно небольшой, соответственно наивыгоднейшим условиям его работы.

Частота вращения современных судовых турбин обычно 3000— 10000 об/мин. Наивыгоднейщая частота вращения гребных винтов торговых судов 70—120 Об/мин.

На турбоходах в настоящее время применяют два типа передач: электрическую и механическую (зубчатую или редуктор).

К достоинствам электрической передачи по сравнению с другими видами относятся реверсивность и, следовательно, отсутствие турбин заднего хода, высокая маневренность и сокращение длины валопровода. Эти факты благоприятно сказываются на экономичности и надежности действия турбины.

Однако электрическая передача имеет ряд недостатков, которые препятствуют широкому внедрению ее на судах: большой удельный вес и габарит; повышенный расход меди и других дефицитных металлов; большие потери энергии; сравнительно низкий к. п. д. (85—94%).

Электропередачу применяют на турбинных судах, когда нужно обеспечить повышенные маневренные качества судна (ледоколы, паромы). Турбоэлектрическую передачу имеет первый в мире атомный ледокол «Ленин».

Зубчатая передача (редуктор) осуществляется посредством ведущих шестерен, вращаемых ротором, и ведомого зубчатого колеса, вращающего валопровод.

В настоящее время зубчатая передача достигла высокой степени совершенства. Она имеет небольшой вес и габариты, высокий к. п. д. (96—98,5%), долговечна в работе. Недостатком передачи является ее нереверсивность, но это окупается простотой устройства и обслуживания, а также удобством передачи мощности от нескольких турбин на общее зубчатое колесо. Эти передачи преобладают на турбинных судах.

Зубчатые передачи бывают двух типов: одинарные (простые) — при передаточных числах менее 20, и двойные — при больших передаточных числах (до 100),

На современных транспортных судах применяют только двойную передачу, так как она позволяет увеличить частоту вращения турбины, уменьшить ее габариты и вес.

Кинематические схемы двухступенчатых зубчатых передач можно подразделить на два основных типа: цепного гнездового. Оба типа в мировой практике имеют одинаковое распространение. В отечественных конструкциях турбоагрегатов приняты редукторы цепного типа.

В двухступенчатых редукторах цепного типа (рис. 70, а) первая и вторая ступени передач расположены цепочкой друг за другом в длину. В редукторах гнездового типа (рис. 70, б) колеса первой ступени размещены в осевом промежутке между зубчатыми венцами главного колеса.

Стремление к уменьшению деформации шестерен первой пары привело к созданию передач с так называемым раздвоением мощности (рис. 71). Здесь каждая из ведущих шестерен 3 первой пары передает мощность не одному, а двум ведомым колесам 4; при этом число ведущих шестерен 2 второй пары, вращающих большое зубчатое колесо 1 также увеличивается до четырех.

Раздвоение мощности в первой паре позволяет довести до нуля усилия на опоры и деформации изгиба в шестернях 3 этой пары, так как реакции обоих колес 4 взаимно уравновешиваются. Таким образом, раздвоение мощности позволяет уменьшить размеры ведущих и ведомых шестерен.

Поскольку в передачах этого типа общую мощность передают большому зубчатому колесу четыре шестерни, вся передача в целом получается компактной. Передачи с раздвоением мощности распространены в судовых установках с турбинами большой мощности.

В настоящее время для ГТЗА большей мощности все чаще применяют двухступенчатые редукторы, имеющие в какой-либо ступени передачу планетарного типа. Такой редуктор имеет вес и габариты на 30% меньше, стоит на 20% меньше и имеет к. п. д. на 0,2—0,5% выше зубчатых передач других типов.

На рис. 72 показаны схемы простейших планетарных передач. Все три передачи состоят из трех основных звеньев — солнечной шестерни 1, эпицикла 4 с внутренним зубчатым сцеплением и водила 2, имеющего оси, на которых вращаются зубчатые шестерни 3 (сателлиты).

По числу опорных подшипников вала зубчатые передачи разделяют на двух- и трехопорные. Последние применяют для сильно нагруженных передач. Поперечные размеры этих передач получаются меньшими, чем у двухопорных, но зато увеличивается их длина (на длину средних опорных подшипников).

Для уменьшения износа и нагревания зубцов, уменьшения шума и для смягчения толчков в места зацепления подают масло под давлением 1,5— 2 кгс/см2 с помощью системы трубок, заканчивающихся форсунками. Масло должно затягиваться вращающимися зубцами в зацепление. Поэтому шестерни турбин со ступенями заднего хода имеют форсунки, как переднего, так и заднего хода.

ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЗУБЧАТОЯ ПЕРЕДАЧИ

В зубчатую передачу (редуктор) входят следующие основные детали: корпус, крышка, ведущие шестерни, ведомые колеса, опорные и упорные подшипники, устройства для смазки и вентиляции. К узлам редуктора иногда относят и валоповоротное устройство, которое в большинстве ТЗА передает вращение через шестерню первой ступени редуктора (с целью уменьшения мощности мотора).

Не рассматривая конструкции редукторов вообще, ограничимся лишь описанием главного редуктора постройки Кировского завода для ГТЗА судов типа «Ленинский комсомол» (рис. 73), представляющего собой двухступенчатую зубчатую передачу цепного типа.

Сварнолитой корпус состоит из нижней, средней и двух верхних частей, поддона, кожухов и торцовых крышек. Конструкция обеспечивает в процессе работы необходимую жесткость и сохранение межцентрового расстояния между шестернями и колесами.

В нижней части 1 корпуса, сваренной из двух стальных отливок под подшипниками и набора стальных листов с ребрами жесткости, размещено главное колесо. Кроме того, в нижней части расположены кормовой 2 и носовой 4 опорные подшипники главного колеса и главный упорный подшипник 5. На нижнюю часть корпуса устанавливают опоры под турбиной высокого и низкого давлений.

В средней части 3 корпуса расположены опорные подшипники зубчатых колес первой и шестерен второй ступеней, вспомогательные упорные подшипники и форсунки для смазки зацепления шестерен и колес. В месте расположения колес первой ступени средняя часть корпуса выполнена в виде арки, под которой помещен главный упорный подшипник.

Средняя и нижняя части корпуса редуктора собраны фланцевым соединением на болтах. Горизонтальный разъем проходит через ось вала главного колеса.

На верхнем горизонтальном фланце средней части под полостями для колес первой ступени установлены две верхние части корпуса; в одной из них 16 находится шестерня первой ступени ТВД, а в другой 9 — шестерня первой ступени ТНД. Верхние части корпуса сварнолитые, усиленные ребрами жесткости. В расточках литых частей расположены опорные подшипники шестерен первой ступени ТВД и ТНД.

Все детали, расположенные в корпусе редуктора, и масляные полости закрывают кожухи: 12 — под шестерней второй ступени ТВД; 3 — над шестерней второй ступени ТНД; 10 — над средней шестерней. Верхние части корпуса редуктора закрывают литые силуминовые кожухи 13 и 7 над шестернями первой ступени ТВД и ТНД.

Для осмотра зубцов передачи, форсунок и других деталей, расположенных в корпусе редуктора, во всех кожухах предусмотрены люки с крышками.

Горизонтальными фланцами кожухи крепятся к фланцам верхней и средней частей корпуса редуктора посредством болтов, шпилек и гаек. На среднем кожухе 10, а также на кожухах над шестернями первой ступени ТВД и ТНД установлены три дефлектора 11 для выхода паров масла из корпуса редуктора. К фланцам верхней части корпуса с кормовой стороны против шестерни первой ступени ТВД присоединен валоповоротный механизм 15 с электродвигателем 14.

С торцевой крышкой главного упорного подшипника соединен корпус передачи к суммирующему счетчику частоты вращения.

Поддон 17 редуктора, выполненный в виде легкой сварной конструкции из листов с ребрами жесткости, соединяется с нижней частью редуктора болтами. В нижней части поддон имеет прямоугольное отверстие 18 для слива масла в цистерну.

Для подвода смазки к подшипникам шестерен и колес в средней и нижней частях корпуса редуктора вварены трубы, выходящие фланцами наружу. К зацеплению масло подводится форсунками 6, установленными в обоймах маслопровода со стороны переднего и заднего ходов. Для регулирования расхода масла через подшипники во вкладышах установлены дроссельные шайбы.

Каждый подшипник редуктора снабжен термометром, маслоконтрольным прибором и штуцером для заливки консервирующего масла при длительных стоянках. Величину проседания шеек вала колеса второй ступени вследствие износа вкладышей измеряют микрометрами.

Зубчатые колеса и шестерни судовых передач имеют скошенные (наклонные) зубцы с эвольвентным профилем, расположенные по винтовой линии. Благодаря этому зубцы получаются большей длины, значительно увеличивается число одновременно сцепляющихся зубцов и достигается непрерывное и плавное вхождение зубцов в зацепление. Для уравновешивания осевого давления рабочую поверхность зубчатых колес и шестерен делают двойной из двух совершенно одинаковых зубчатых венцов, расположенных рядом и имеющих наклонные зубцы, направленные в противоположные стороны.

Механизм движения редуктора ТЗА Кировского завода (рис. 74) состоит из шестерен 20 и 17 первой ступени ТВД и ТНД, зубчатых колес 7 и 18 первой ступени ТВД и ТНД, шестерен 6 и 19 второй ступени ТВД и ТНД, главного зубчатого колеса 5.

Шестерни первой и второй ступеней — цельнокованые из хромоникелевомолибденовой стали — имеют внутреннюю расточку. Зубчатые колеса первой и второй ступеней — составные, болтовой и сварной конструкции, т. е. состоят из пустотелого вала 14 из никелевой стали, ободов 12 из хромоникелевомолибденовой стали и стальных диафрагм (дисков) 13 крепящихся к выступам вала и обода болтами или с помощью сварки. Поковка ободов для повышения твердости закаливают до максимальной твердости, допускающей нарезку зубьев.

Через внутреннюю расточку шестерни второй ступени проходят торсионные валы 4, соединяющие каждую из шестерен с соответствующим колесом первой ступени в один блок. Носовой конец торсионного вала соединен шлицами со звездочкой 8 квлеса-второй ступени, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом 9. Последний болтами соединен с фланцем колеса первой ступени. Кормовой конец торсионного вала соединен шлицами со звездочкой 2, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом 3, который болтами скреплен с фланцем шестерни второй ступени.

Звездочки 2 и 8 удерживаются на торсионном валу от осевого смещения упорным буртом вала и гайками 1 и 10. На носовом конце шестерни первой ступени ТВД имеется фланец 16 для соединения ее с турбиной посредством зубчатой муфты, и на кормовом конце этой шестерни нарезаны зубцы для включения валоповоротного механизма.

Соединение передачи при помощи торсионного вала защищает зубья от ударных нагрузок, вызванных крутильными колебаниями, задеванием винтов о льдины и т. п.

На носовом конце вала колеса первой ступени насажены упорный гребень 15 вспомогательного подшипника, а на носовом конце вала колеса второй ступени — упорный гребень.. 11 главного упорного подшипника и имеется выточка для крепления валика передачи к суммирующему счетчику частоты вращения. На кормовом конце вала колеса расположен фланец для соединения с валопроводом.

На след. рис. изображен двухкорпусный главный турбозубчатый агрегат танкера «Крым». Он включает следующие узлы: ТВД совместно с ТСД 1 ТНД 2, конденсатор 3, редуктор (зубчатую передачу) 4, соединительную муфту 5, главный упорный подшипник 6.

Конденсатор расположен под ТНД и предназначен для конденсации пара и создания разрежения за ТНД. Зубчатая передача служит для снижения частоты вращения при передаче крутящего момента от турбины на гребной винт. Соединительная муфта передает крутящий момент от редуктора к гребному валу. Главный упорный подшипник воспринимает осевое усилие от гребного винта и через фундамент редуктора передает его на корпус судна.

ВАЛОПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО

Валоповоротное устройство служит для проворачивания ГТА на стоянках при проверке исправности его частей, при заливке подшипников маслом, а также при осмотрах и текущих ремонтах. Валоповоротное устройство состоит из электродвигателя и одинарной или двойной червячной передачи. Электродвигатель устройства делают реверсивным для возможности проворачивания турбоагрегата на передний и задний ходы.

Валоповоротное устройство (рис. 75) судовой турбины, установленное на корпусе зубчатой передачи, состоит из двойной червячной передачи, заключенной в корпус 1. Корпус выполнен из силумина, состоит из двух частей, соединенных по горизонтали фланцем.

Передача вращается от электромотора. Вал 7 электромотора через муфту 8 соединен с червяком 2 первой пары. Червяк входит в зацепление с червячным колесом 5, которое насажено и закреплено на валу червяка 4 второй пары. Червяк 4 входит в зацепление с зубчатым колесом 5, которое насажено на двух шпонках 10 на подвижный вал 6, имеющий на торце зубчатую коронку. С валом 6 шарнирно соединен шпиндель 13, на который насажен маховик 12, вращающийся в обойме 11. При вращении маховика 12 шпиндель 13 передвигает вдоль оси подвижный вал 6, включая или выключая его из зацепления с шестерней ротора ТНД, имеющей на торце аналогичную зубчатую коронку.

Для предохранения устройства от самопроизвольного включения и выключения шпиндель 13 в крайних положениях стопорится чекой 14. Для возможности проворачивания валоповоротного устройства вручную вал червяка, выведенный через торцевую крышку 9 наружу, заканчивается квадратом, на который при надобности надевают вороток или трещотку.

Обычно в ГТЗА имеется устройство, которое не позволяет вращать турбины с помощью пара при включенном валоповоротном устройстве.

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ

Для соединения турбинных валов с валом шестерни редуктора, генератора или вспомогательного механизма применяют соединительные муфты, которые по конструкции можно разделить на жесткие, зубчатые, эластичные (пружинные и гидравлические).

Жесткие муфты применяют для соединения вспомогательной турбины с тем или иным вспомогательным механизмом, а также для соединения большого зубчатого колеса редуктора с промежуточным валом валопровода. Иногда жесткие муфты применяют для соединения роторов главных турбин (в турбине с коротким валом) с генератором.

Жесткая муфта состоит из двух фланцев, наглухо стягиваемых призонными болтами. Фланцы отковывают либо вместе с валом, либо отдельно и закрепляют на валу с помощью двух шпонок и торцевой гайки со стопорами. Правильное соединение фланцев обеспечивается цилиндрическими выточками в центральной части фланцев для центрирующих колец.

Зубчатые муфты применяют для соединения роторов турбин с шестернями редуктора, так как допускают некоторый излом осей соединяемых валов и небольшое их перемещение, что возможно у судовых турбин вследствие прогиба фундаментов.

Зубчатая муфта (рис. 76) состоит из друх насаженных на концы соединяемых валов зубчатых звездочек 2 и соединительного барабана 1, во впадины которого входят зубцы звездочек.

Большой интерес представляет зубчатая муфта Кировского завода (рис. 77). Отличительной особенностью этой конструкции являются два зубчатых обода 2 и 4, охватывающих 52 зубцами среднюю зубчатую часть муфты 3. Ободы крепятся призонными болтами к фланцам шестерни редуктора 5 и вала ротора 1. Для точной установки (центровки) ободы имеют центрирующие бурты, которые входят в центрирующие выточки фланцев. Сверху зубчатые ободы закрывают защитный кожух 7, который крепится винтами 6. Разбирать и собирать эту муфту можно без подъема шестерни и ротора.

Эластичные муфты бывают пружинными и гидравлическими.

У пружинных муфт крутящий момент от одного вала к другому осуществляется через пружины, что обеспечивает исключительную эластичность соединения. Благодаря этому быстро погашаются возникающие колебания и совершенно не передается изгибающий момент от одного вала к другому, даже при не вполне правильной линии валов ротора и шестерни.

Пружинная муфта (рис. 78, а) состоит из двух звездочек 1 с большим числом кулачков. Звездочки насажены на концы валов ротора

и шестерни. Между кулачками 5 обеих звездочек помещена волнообразная пружина 4, разрезанная на несколько частей для облегчения сборки. Для удержания пружины в гнездах, а также для защиты от попадания грязи и посторонних предметов муфта закрывается сверху кожухом, обычно составленным из двух частей 2 и 3, соединенных болтами.

Боковые поверхности кулачков имеют криволинейные очертания, поэтому пружина может свободно прогибаться. Благодаря такому устройству при увеличении нагрузки пружина большей длиной опирается на кулачки, что сохраняет постоянное удельное давление на зубья.

На рис. 78, б показана схема работы волнообразной пружины при нормальной нагрузке; на рис. 78, в — при наибольшей расчетной нагрузке; на рис. 78, г — при случайной ударной перегрузке.

Масло для смазки кулачков муфты поступает из соседнего опорного подшипника на кольцевой козырек в торце муфты, затем через сверления в звездочке — в зазор между двумя звездочками и далее отбрасывается под действием центробежной силы к кулачкам, проходит между кулачками и через радиальные отверстия в половинках кожуха выбрасывается на слив.

В комбинированных турбопоршневых установках большое распространение получили гидравлические муфты (рис. 79). На лопастное

колесо 3 муфты, являющееся по существу колесом центробежного насоса, насажен зубчатый обод 2, который сцепляется с шестерней вала турбины отработавшего пара. Колесо 3 имеет подшипник 5 и вращается вокруг промежуточного вала 4.

На вал насажено второе лопастное колесо 1 муфты, являющееся колесом гидравлической турбины.

Масло подается в муфту через центральное отверстие 6 в крышке муфты, которая вращается с колесом 3. При вращении насосное колесо подает масло в турбинное колесо 1 и заставляет его вращаться. Из турбинного колеса масло снова возвращается в насосное.

Выключение и включение муфты производятся посредством выпуска из нее масла и впуска. При муфте, не вполне заполненной маслом, частота вращения турбинного колеса будет меньше частоты вращения насосного колеса. Опорожнение муфты может происходить также через отверстие в лопастном колесе 1.

УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ ТУРБОМАШИН

Упорные подшипники предназначаются для восприятия осевого усилия, действующего на ротор вследствие наличия осевых сил на рабочих лопатках, перепада давлений на дисках и торцевых поверхностях вала ротора. Кроме того, упорные подшипники служат для осевой центровки ротора относительно корпуса турбины.

По конструкции упорные подшипники могут быть подшипниками скольжения и качения. Область их применения такова же, что и опорных подшипников.

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 состоят 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 путем изменения толщины прокладок. Осевое перемещение ротора производится вручную с помощью специального приспособления. Масло подводится по трубкам и через каналы в нижних полуобоймах 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.

Упорные подшипники тяжелых ГТД имеют такую же конструкцию, как подшипники паровых турбин. В ГТД авиационного типа обычно применяют упорные подшипники качения (шариковые), которые воспринимают как радиальные, так и осевые усилия (рис. 2.13).

По сравнению с подшипниками скольжения подшипники качения ГТД имеют меньшую массу и габариты, на смазку и охлаждение расходуется меньше масла. Вместе с тем они более чувствительны к динамическим нагрузкам.

Для определения осевого положения ротора, а также осевого зазора в подшипниках (масляный зазор в упорных подшипниках колеблется в пределах 0,2—0,6 мм) служит микрометр, который ввертывается в микрометрическую втулку, установленную в торцевой крышке корпуса подшипника. Во время работы турбины микрометрическая втулка закрыта крышкой.

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОНДЕНСАТОРА

Конденсационная установка является неотъемлемой частью судового паротурбинного агрегата; она обеспечивает:

  •  конденсацию отработавшего пара в турбинах, сохраняя ценную воду, свободную от солей и механических примесей, для питания котлов;
  •  низкое давление за турбиной, увеличивая таким образом область расширения пара и получая дополнительную мощность;
  •  наименьшее переохлаждение конденсата, возвращая частично тепло в систему питания котлов;
  •  удаление из питательной воды содержащегося в ней воздуха и других газов, которые разрушают стенки котлов и трубопроводов.

Отработавший пар от главной турбины поступает в конденсатор, где охлаждается и переходит в жидкое состояние. Этот процесс называется конденсацией. Из 1 кг пара получается I кг воды (конденсата). Конденсация происходит при температуре, равной температуре парообразования (т. е. температуре кипения воды), и, следовательно, зависит от давления.

Процесс конденсации пара является обратным процессу испарения. Тепло отработавшего пара отбирается охлаждающей водой, поступающей из-за борта судна, которая при этом нагревается.

Отработавший пар имеет объем, во много раз превышающий объем его конденсата. Например, при абсолютном давлении 0,07 ата объем пара в 20000 раз превышает объем конденсата. Поэтому очевидно, что при конденсации пара в замкнутом пространстве должно образоваться разрежение (вакуум).

Водяной пар всегда содержит какое-то количество смешанного с ним воздуха, который не конденсируется, а остается в сосуде и создает некоторое давление. Подключив к конденсатору насос для откачивания конденсата и воздуха, выделяющегося из пара при конденсации, можно непрерывно поддерживать в конденсаторе глубокий вакуум.

Поддержание достаточно глубокого вакуума в кондейсаторе, а также в конце последней ступени расширения пара в турбине является одним из средств повышения мощности Nе, или уменьшения часового расхода пара Dе, или одновременно обеих величин. Это видно из формулы мощности турбины:

где  — разность энтальпий пара при входе в турбину и выходе из нее;

Конечное теплосодержание будет тем меньше, чем ниже давление отработавшего пара. Поэтому в судовых турбинных установках применяют конденсаторы, приспособленные к глубокому вакууму. Давление в конденсаторе турбинной установки обычно составляют рк = 0,04 - 0,06 ата. Дальнейшее его углубление приводит к непомерно большим размерам конденсатора, увеличенной мощности насосов, что экономически нецелесообразно.

В конденсаторах для сохранения тепла конденсата стремятся поддерживать его температуру близкой температуре насыщения (кипения), при соответственном давлении рк. Это дает возможность часть тепла вернуть в котел, что повышает к.п.д. установки.

Разность  между температурой насыщения  при давлении рк паровоздушной смеси, поступающей в конденсатор, и действительной температурой конденсата , называется переохлаждением конденсата: . В современных конденсаторах применяют раздельное удаление из него воздуха и конденсата, поэтому переохлаждение конденсата обычно не превышает 0,3—1 0С.

Следует помнить, что переохлаждение конденсата является прямой потерей тепла, которое бесполезно уносится охлаждающей водой, и, кроме того, чем выше переохлаждение, тем больше содержится в конденсате кислорода (газа, вызывающего коррозию внутренней поверхности котлов). Судовые конденсаторные установки делятся на главные (куда поступает отработавший пар от главной турбины и может поступать также от вспомогательных механизмов) и вспомогательные (куда поступает отработавший пар только от паровых вспомогательных механизмов).

В отдельных случаях во вспомогательном конденсаторе не создается разряжение и поддерживается атмосферное давление. Такой «атмосферный» конденсатор служит только для сохранения конденсата для питания котлов.

Принципиальное устройство поверхностного конденсатора показано на рис. 120. Через выхлопной патрубок турбины, в котором стараются до минимально возможной величины уменьшить противодавление отрабатывающего пара, пар поступает в конденсатор. К его корпусу 3 присоединены трубные доски 2, в которых плотно укреплены конденсаторные трубки 4.

К конденсатору со стороны трубных досок крепят крышки 1 и 5, образующие водяные камеры. Внутри водяной камеры на крышке 1 имеется горизонтальная перегородка, разделяющая камеру на нижнюю (приемную) и верхнюю (отливную). Образующийся в результате конденсации отработавшего пара конденсат стекает вниз в сборник 6.

Внутреннее пространство водяных камер и трубок составляет водяное пространство конденсатора. Внутри этого пространства циркулирует забортная охлаждающая вода, которая проходит из приемной камеры по нижнему пучку трубок в водяную камеру, образованную крышкой 5 конденсатора. Здесь меняется направление движения охлаждающей воды, которая по трубкам верхнего пучка поступает в верхнюю часть — отливную камеру, откуда по трубопроводу удаляется за борт.

Пространство внутри корпуса конденсатора между трубными досками составляет паровое пространство. Суммарная наружная поверхность всех трубок конденсатора между трубными досками составляет поверхность охлаждения конденсатора.

В состав конденсационной установки, кроме конденсатора, входят циркуляционный, конденсатный и воздушный насосы.

Схема конденсационной установки приведена на рис. 121. Отработавший пар после расширения в турбине направляется в конденсатор 9 (показано стрелками). Забортная вода прокачивается через трубки 13 конденсатора циркуляционным насосом 17.

Конденсат откачивается насосом 14 из нижней части конденсатора, затем поступает по трубопроводу 10 в охладители 5 и 6 пароструйных эжекторов первой и второй ступеней и на питание котлов. Воздух отсасывается из конденсатора эжекторами 2 и 3 по трубе (показана на рисунке пунктиром).

Охладители эжекторов (часто называемые холодильниками) представляют собой поверхностные теплообменные аппараты. Конденсат прокачивается конденсатным насосом внутри трубок. В охладителе 5 первой ступени основная масса рабочего пара эжектора 2 превращается в воду. Образовавшийся конденсат по трубопроводу 11 удаляется в конденсатор, а охлажденная паровоздушная смесь отсасывается пароструйным эжектором 3 второй ступени.

В охладителе 6 второй ступени давление смеси повышается немного выше атмосферного, а пар из него конденсируется вместе с рабочим паром эжектора 3 второй ступени. Охлажденный воздух с небольшим содержанием пара удаляется в атмосферу по воздушной трубе 4, а образовавшийся конденсат стекает по трубопроводу 7 в сточную цистерну или в конденсатор. Рабочий пар к эжекторам подводится по трубопроводу 1.

Для уменьшения потерь тепла с охлаждающей водой имеется рециркуляционный трубопровод 12, который соединяет отливную трубу 5 охлаждающей воды с приемной трубой 16. Это позволяет, не меняя количества охлаждающей воды, проходящей через конденсатор, повысить ее температуру до желаемой величины. Такой способ применяют, в частности, на судах типа «София».

Прием забортной воды для охлаждения конденсатора возможен через бортовой 15 или донный 18 кингстон, в зависимости от условий плавания.

Для определения вакуума в конденсаторе пользуются пружинным механическим вакуумметром, конструкция которого аналогична конструкции манометра с латунной трубчатой пружиной. Как уже говорилось выше, шкала вакуумметра градуируется от 0 до 760 мм, так как за нормальное атмосферное давление в физике принято давление ртутного столба высотой 760 мм. Технической атмосфере соответствует давление, равное 1 кгс/см2, или 735,6 мм рт. ст. Поэтому абсолютное давление в конденсаторе выражается в кгс/см2 или ата и может быть определено по формуле

кгс/см2,

где b — барометрическое давление, мм рт. ст.; h — разряжение в конденсаторе, мм рт. ст.

Разряжение в конденсаторе иногда выражается в процентах от барометрического давления:

Зная разряжение в конденсаторе I (%), отнесенное к барометрическому давлению Ь, нетрудно определить абсолютное давление:

 мм рт. ст.

или

 ата

Следовательно, давление в конденсаторе зависит от барометрического давления, что необходимо учитывать при эксплуатации.

ТИПЫ И УСТРОЙСТВО КОНДЕНСАТОРОВ

По способу охлаждения пара конденсаторы разделяют на инжекционные, где охлаждающий пар смешивается с охлаждающей водой, и поверхностные, в которых охлаждающая вода, проходя через трубки, не смешивается с паром. На морских судах применяют исключительно поверхностные конденсаторы.

По направлению потока охлаждающей воды конденсаторы делятся на одно-, двух-, трех-и четырехпроточные. Забортная вода подводится в нижнюю часть конденсатора и с каждым последующим потоком поднимается вверх. Таким образом создаются условия для охлаждения воздуха и в нижней части внутреннего пространства конденсатора. Увеличение числа протоков уменьшает длину конденсатора.

Подавляющее большинство главных и вспомогательных конденсаторов морских транспортных судов являются двухпроточными. Однако в паротурбинных установках средней и большой мощности, при значительном количестве охлаждающей воды, встречаются однопроточные конденсаторы; трех-и четырехпроточные применяют редко для вспомогательных целей.

Широко применяют на судах (типа «Ленинский комсомол», «София») конденсаторы двухпроточные с раздельным, подводом охлаждающей воды (рис. 122).

Через приемные патрубки 2 охлаждающая вода поступает на половину трубок конденсатора, вначале охлаждая пучки 1 первого потока, а затем пучки- 3 второго потока, и выходит через отливной патрубок 4.

По току паровоздушной смеси поверхностные конденсаторы разделяются на конденсаторы с нисходящим, восходящим, боковым и центральным потоками (рис. 123, а, б, в, г). Пути пара показаны стрелками. Пар вначале соприкасается с пучком трубок 4 второго потока, а затем — трубок 2 первого потока. Это сделано для того, чтобы охлаждающая вода в трубках, расположенных на пути пара первыми, была несколько подогретой для избежания резких температурных напряжений и переохлаждения конденсата. Отсос воздуха производится через патрубки 3, а конденсат удаляется через патрубки 1.

В современных судовых ПТУ применяют, как правило, конденсаторы с боковым потоком пара и реже с центральным.

Для уменьшения тепловых потерь от переохлаждения конденсата ПТУ применяют регенеративные конденсаторы, в которых конденсат подогревается за счет контакта пара с конденсатом, стекающим по трубкам, и пар имеет свободный доступ к сборнику конденсата. Благодаря этому переохлаждение конденсата в выходном патрубке конденсата уменьшается до .

Для избегания насыщения конденсата воздухом и попадания конденсата в приемный трубопровод воздушного эжектора расстояние между местом отсоса воздуха и уровнем конденсата должно быть достаточно большим.

Таким образом, в регенеративном конденсаторе переохлажденный конденсат стекает вниз и нагревается до температуры, которую имеет конденсат в сборнике.

Корпус современного конденсатора турбинной установки изготавливают сварным из листовой стали. Для увеличения прочности к корпусу приваривают стальные ребра жесткости.

Внутреннюю поверхность парового пространства корпуса покрывают специальным алюминиевым лаком, предохраняющим его от коррозии . Форма поперечного сечения конденсатора зависит от расположения трубок в пучках. Чаще всего конденсатор имеет овальное или круглое сечение, причем, круглое больше применяют во вспомогательных конденсаторах. Корпус конденсатора испытывают гидравлическим давлением 1,5—2 кгс/см3.

Водяные камеры, крышки, патрубки и детали креплений конденсатора выполняют чугунными литыми либо стальными клепаными или сварными.

Для предохранения от коррозии поверхность водяной камеры, соприкасающуюся с морской водой, покрывают асфальтовым лаком с серебром; применяют также цемент с жидким стеклом. Раздельные перегородки в водяных камерах, отделяющие притоки воды, могут быть плоскими или иметь сложную форму.

Для компенсации неравномерного расширения корпуса и трубных досок, которое может вызвать их деформацию и нарушение плотности соединений конденсаторных трубок, применяют эластичные соединения— компенсаторы (рис. 124). К корпусу конденсатора 2 приварен компенсатор 1, под которым расположена направляющая доска 3.

Трубные доски конденсаторов изготавливают из катаной латуни с повышенным содержанием цинка, морской латуни с содержанием олова до 1,1—1,5%, свинцовой латуни. Толщина трубных досок 25—30 мм, а в очень крупных конденсаторах 35—40 мм.

Соединение водяных камер с трубными досками и корпусом конденсатора показано на рис. 125. С помощью шпилек 5, имеющих заплечики, трубная доска 3 притягивается к фланцу корпуса конденсатора 4. Для уплотнения этого соединения на сурике или белиле устанавливают прокладку 2. Наличие заплечиков у шпилек позволяет снять водяную камеру, не нарушая соединения трубной доски с корпусом конденсатора. Шпильки с заплечиками чередуют с обычными шпильками (через одну — три обычных). Для обеспечения центровки трубных досок с корпусом несколько шпилек калибруют.

Диафрагмы служат для поддержания трубок, чтобы предохранить их от прогиба и вибрации. Кроме того, диафрагмы способствуют равномерному распределению пара по отсекам. Отверстия в диафрагмах соответствуют разбивке их в трубных досках, но осевые линии их смещены, чтобы избежать свободного положения трубок в диафрагме. В противном случае, могут возникнуть колебания низкой частоты с большой амплитудой, что вызовет износ трубок в местах их прохождения через диафрагму.

Диафрагма представляет собой сравнительно тонкий лист латуни, мунц-металла или мягкой нержавеющей стали, крепящийся с помощью угольников или косынок к корпусу конденсатора.

Продольные или распорные связи ставят для подкрепления трубных досок, так как они испытывают большие напряжения от изгиба вследствие разности давлений в водяных камерах и паровом пространстве конденсатора. Связи ставят на расстоянии 400.— 600 мм друг от друга. На рис. 126 показаны способы крепления связей к трубным доскам.

У крупных конденсаторов применяют комбинированные продольные связи, состоящие из дистанционных распорных труб, в оба конца которых ввернуты и вварены хвостовики с резьбой. Гайки в этом случае обычно располагают только со стороны водяных камер. Плотность крепления продольных связей к трубным доскам должна обеспечиваться посредством подмотки на белилах с суриком.

Конденсаторные трубки образуют основную активную поверхность охлаждения. В крупных судовых турбоустановках их может быть до 10000 штук. Стоимость трубок составляет до 10% стоимости турбины вместе с конденсатором.

Одним из основных требований, предъявляемым к трубкам конденсаторов, является их стойкость к коррозии. Поэтому трубки изготавливают из цветных металлов: мельхиора, оловянистой, мышьяковой и алюминиевой латуни, монель-металла и титановых сплавов.

Монель-металл и мельхиор представляют собой медноникелевые сплавы. Наряду с высокой коррозионной стойкостью они обладают повышенной механической прочностью, что позволяет уменьшить стенки трубок до 1,25 мм. Однако стоимость этих сплавов высока.

В современных судовых конденсаторах крепление и уплотнение трубок в трубных досках осуществляют путем развальцовки обоих их концов. Отверстия в трубных досках должны быть выполнены с большой точностью. Для предотвращения подрезки трубок у отверстий в трубных досках до развальцовки должны быть сняты фаски или сделаны закругления.

Для повышения прочности и плотности конца трубок должны выступать из трубных досок на несколько миллиметров. После развальцовки эти выступающие концы отбуртовывают. Реже применяют метод развальцовки трубок «под колокольчик».

Хорошую герметизацию вальцованных соединений конденсаторных трубок с трубными досками достигают с помощью уплотнительных цинково-битумных покрытий (рис. 127, а) или путем гуммирования трубных досок жидким найритом (один из типов синтетического полихлорпренового каучука). В качестве грунта используют лейконат, применяемый для приклеивания резины к металлу.

На рис. 127, б показан способ уплотнения путем приварки трубок к трубным доскам. Перед приваркой около каждого отверстия в трубной доске протачивают желобки, толщина которых должна быть близка толщине стенок трубок.

Конденсаторы снабжены арматурой и контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими контроль за работой парового и водяного пространства. Для защиты трубок и трубных досок от разъедания гальваническими токами в водяных камерах устанавливают цинковые протекторы.

В верхней части водяной камеры и на отливном трубопроводе ставят воздушные краны для удаления воздуха при включении в действие конденсатора; в нижней части или приемном патрубке — спусковые краны или клапаны для осушения водяного пространства конденсатора.

К паровому пространству конденсатора присоединяют трубопроводы отработавшего пара от вспомогательных механизмов. Все трубопроводы снабжены клапанами. На выхлопном патрубке устанавливают гильзы с термометром для измерения температуры отработавшего пара и штуцер для вакуумметра.

Постоянный уровень конденсата в сборнике поддерживают регулятором поплавкового типа. Для наблюдения за уровнем конденсата устанавливают водоуказательные стекла. Кроме того, устанавливают приборы, позволяющие предупредить аварию или нарушение нормального режима турбоустановки: вакуум-реле, отключающее турбину в случае чрезмерного повышения давления в конденсаторе; соленомер, контролирующий качество конденсата; дифференциальный манометр, измеряющий разность давлений в водяных камерах для установления степени загрязнения конденсатных трубок; воздухомер на выпускном патрубке пароструйного насоса; прибор для замера парциального давления воздуха (по разности абсолютного давления в конденсаторе и частичного давления пара в паровоздушной смеси); прибор для замера переохлаждения конденсата; расходомер охлаждающей воды (селекторный контролер, производящий автоматические замеры).

Контрольно-измерительные приборы могут иметь сигнальные устройства и самозаписывающие приспособления.

ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ

Воздушные насосы. Для отсасывания паровоздушной смеси из конденсатора применяют воздушные насосы различных типов: поршневые, водоструйные и пароструйные.

В современных судовых конденсационных установках применяют в основном пароструйные эжекторы, преимуществами которых являются: способность обеспечивать глубокие разрежение в конденсаторе; быстрый пуск, простота обслуживания; компактность; надежность в работе; отсутствие подвижных частей и смазки; небольшая стоимость; бесшумная работа, возможность получения начального вакуума в конденсаторе за короткое время (5—6 мин).

В пароструйном воздушном эжекторе (рис. 129) свежий пар поступает в расширяющееся сопло 2, где приобретает значительную скорость, затем входит

в приемную камеру всасывания 1, соединенную трубопроводом с конденсатором, приемная камера переходит в суживающуюся камеру смешивания — конфузор 3 и далее в диффузор 4. Пар вытекает из сопла с очень большой скоростью (обычно более 1000 м/сек) и увлекает за собой паровоздушную смесь, поступающую из конденсатора к патрубку эжектора. В диффузоре скорость паровоздушной смеси понижается, а давление возрастает, что дает возможность вывести смесь из эжектора.

Сжатая в диффузоре паровоздушная смесь поступает в охладитель 6 эжектора, внутри трубок которого прокачивается охлаждающая вода — конденсат из конденсатора. Рабочий пар, а также часть пара, поступающего вместе с воздухом, конденсируются на поверхности трубок. Образующийся конденсат удаляется через патрубок 7, а воздух с небольшим содержанием пара — через патрубок 5.

Одноступенчатый эжектор может создать вакуум до 650 мм рт. ст. Для получения более глубокого вакуума применяют двух- и трехступенчатый эжекторы. Конденсат, полученный от рабочего пара эжектора, удаляется из первой и второй ступеней через водяной затвор в главный (вспомогательный) конденсатор, а из третьей ступени через конденсационный горшок — в сборник грязных конденсаторов.

Средняя степень сжатия, приходящаяся на одну ступень в двухступенчатом эжекторе, составляет 4,5— 6,5, а в трехступенчатом 2,5-3,5.

Охладители в судовых установках изготавливают поверхностного типа с горизонтально и вертикально расположенными прямыми трубками из оловянистой латуни. Наружный диаметр трубок 14—19 мм. Концы трубок в трубных досках обычно развальцовывают с обеих сторон, иногда только со стороны входа воды, а со стороны выхода имеют сальники с нарезными нажимными втулками. Трубные доски обычно делают плавающего типа и изготовляют из мунцметалла.

Конденсатные насосы. Служат для откачивания конденсата из главного (вспомогательного) конденсатора и подачи его в систему питания котлов применяют конденсатные насосы.

Главный конденсатный насос, как правило, вертикальный, центробежный, одно,- двух- и трехступенчатый с электроприводом, работает с постоянной частотой вращения. Устанавливают по два насоса (рабочий и резервный).

В связи с приемом воды из разреженного пространства конденсатный насос должен иметь надежное уплотнение сальников, для того чтобы воздух не попадал в его приемную камеру. Если учесть, что воздух, проникающий в приемную камеру насоса из атмосферы, мгновенно расширяется до объема, примерно в 1000 раз превышающего его первоначальный объем, очевидно, что самая незначительная неплотность сальников может вызвать срыв работы насоса и переполнение конденсатора.

Производительность конденсатного насоса должна быть достаточной для откачивания конденсата при максимальной мощности турбины, вспомогательных турбогенераторов и турбонасосов, а если предусмотрен отвод пара от них в главный конденсатор, — с учетом неравномерной подачи в условиях качки. В зависимости от тепловой схемы производительность конденсатного насоса составляет 95—125% нормальной производительности котлов.

Циркуляционные насосы. Подачу охлаждающей забортной воды по трубкам конденсатора осуществляют при помощи циркуляционных насосов.

Обычно каждый конденсатор имеет один насос, но для обеспечения надежности и живучести судна и для более высокого к.п.д. установки ставят два циркуляционных насоса.

Как правило, прокачку маслоохладителей забортной водой осуществляют главным циркуляционным насосом, в качестве которого обычно применяют вертикальный центробежный насос с электроприводом или с приводом от вспомогательной турбины с редукторной передачей (турбонасос).

Чаще всего для привода насоса используют двухскоростные электродвигатели с частотой вращения около 300—600 об/мин на первой скорости и 600—700 об/мин — на второй. Обычно двух ступеней скорости достаточно для поддерживания давления в конденсаторе в пределах 0,03—0,05 ата.

По конструкции циркуляционные насосы разделяют на центробежные, осевые (пропеллерные) и диагональные. Для производительности более 5000 т/ч используют центробежные насосы с двумя или большим числом рабочих колес, соединенных на валу параллельно. Напор циркуляционных насосов при двухпроточных конденсаторах составляет обычно 7,5—8,5 м вод. ст., а при однопроточных 4,5— 5 м вод. ст. Диаметр трубопроводов охлаждения в наиболее мощных установках доходит до 1,2 м, в связи с чем для управления задвижками на этих трубопроводах устанавливают специальные электродвигатели.

Пропеллерный насос в качестве циркуляционного применяют на очень крупных турбо-установках, а также на самопроточных конденсаторах, так как его крылатка не оказывает большого сопротивления току воды.

На рис. 131 показана схема самопроточного конденсатора. При переднем ходе судна на установившемся эксплуатационном режиме вода поступает через патрубок 6 и, пройдя через конденсатор 3, удаляется через отливной патрубок 1. Иногда патрубки снабжены козырьками. Для возможности отключения конденсатора на патрубках ставят клинкеты 5. Между патрубками и конденсатором устанавливают тепловые компенсаторы 2.

На малом или заднем ходу судна, а также на стоянках вода поступает на охлаждение конденсатора с помощью циркуляционного насоса 7 по отдельному трубопроводу 8. Чтобы вода не протекала через основной приемный патрубок 6, на нем устанавливают автоматическую невозвратную заслонку 4, которая закрывается при возрастающем давлении, создаваемом циркуляционным насосом 7 в водяной приемной камере конденсатора.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3497. Конспект лекцій. Безпека життєдіяльності 1.01 MB
  В Концепції освіти з напрямку «Безпека життєдіяльності» основною метою є підготовка особи до активної участі в забезпеченні тривалого повноцінного життя в суспільстві, що динамічно змінюється. Основними завданнями освіти з БЖД є: формування ку...
3498. Відповідальність за правопорушення на ринку цінних паперів 165.5 KB
  Відповідальність за правопорушення на ринку цінних паперів. Основою юридичного забезпечення державної влади на ринку цінних паперів є наявність і чітке функціонування механізму примусового виконання державної волі. Такий механізм повинен складатися ...
3499. Инженерная графика как учебная дисциплина 596 KB
  В число дисциплин, составляющих основу инженерного образования, входит "Инженерная графика". Инженерная графика - это условное название учебной дисциплины, включающей в себя основы начертательной геометрии и основы специального вида технического чер...
3500. Джерела з історії давнього сходу 113.5 KB
  Джерела з історії давнього сходу Проблеми джерелознавства історії Давнього Сходу. Законодавчі, діловодні, актові джерела. Царські надписи, історичні хроніки, аннали. Релігійні тексти. Публіцистична, наукова, художня література. Проблеми джерел...
3501. Введение в программирование 18.96 KB
  Введение в программирование В широком смысле под программированием понимают все технические операции, необходимые для создания программы, включая анализ требований и все стадии ее разработки и реализации. В более узком смысле программирование...
3502. Языки программирования 22.84 KB
  Языки программирования Язык программирования – формальная знаковая система, предназначенная для описания алгоритмов в форме, которая удобна для исполнителя (например, ЭВМ, т.е. компьютера). Язык программирования определяет набор лексических, си...
3503. Компиляция в программировании 27.83 KB
  Компиляция Программа, представленная в виде команд языка программирования, называется исходной программой. Она состоит из инструкций, понятных человеку, но не понятных процессору компьютера. Чтобы процессор смог выполнить работу в соответствии с инс...
3504. Стиль программирования 17.72 KB
  Стиль программирования Работая над программой, программист, особенно начинающий, должен хорошо представлять, что программа, которую он разрабатывает, предназначена, с одной стороны, для пользователя, с другой – для самого программиста. Текст пр...
3505. Основы алгоритмизации 69.15 KB
  Основы алгоритмизации На первых этапах создания программы программист должен определить последовательность действий, которые необходимо выполнить, чтобы решить поставленную задачу, т.е. разработать алгоритм. Строго говоря, алгоритм – последоват...