2.4.2 Умови роботи роторів

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

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

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

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

2.4.3 Міцність робочих лопаток

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

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

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

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

2.4.4 Критична частота обертання ротора

При визначеній частоті обертання ротора турбін стають нестійкими, починають коливатись з амплітудами, які дають значні прогини. Частота обертання, при якій амплітуда коливань ротора максимальна, називається критичною. Робота турбін при критичній частоті обертання або частоті, яка близька до критичної, проходить при різкому збільшенні вібрації. При цьому можливі зачіплювання ротора за статор турбіни, вихід з ладу підшипників, ущільнень і навіть руйнування ротора.

Критична частота обертання співпадає з власною частотою коливань ротора, що обертається. Явище резонансу наступає при спів падінні частоти обертання ротора та частоти його власних коливань вигинання. Коливання вигинання виникають під дією періодичних збуджуючих сил, які зумовлені неповною урівноваженістю ротора. Критична частота обертання ротора може виникати і при ідеально збалансованому роторі. В такому випадку при критичній частоті обертання має місце динамічна нестійкість ротора, що обертається.

Робоча частота обертання може бути нижче або вище критичної частоти n_1кр^кр. Якщо робоча частота обертання n_р < n_1кр, то ротор називається жорстким. Жорсткі ротори при підвищенні частоти обертання від початкової до робочої не проходять через критичну зону ( зону високих амплітуд ). При n_р > n_1кр ротор називається гнучким, тобто при пуску турбіни він проходить через критичну зону.

Критичні частоти валопроводу паротурбінного агрегату не повинен знаходитись в області частот обертання близько 25, 50, 100 с^-1. Область частоти обертання близько 25 с^-1 відповідає можливому появленню "масляної" вібрації, яка викликає прецесію з частотою 0,5 n_р . Попадання значення n_кр в область робочої частоти обертання (50 с^-1) означає резонанс з робочою частотою. Знаходження n_кр в області подвійної робочої частоти (100 с^-1) небезпечно виникненням резонансу з імпульсами, які викликані нерівно жорсткістю перерізів валопроводу.