Порядок расчета осевого усилия на ротор в промежуточной ступени

С целью упрощения расчет выполняется только по двум главным составляющим осевого усилия: на венце рабочей решетки и на поверхности диска.

1. Первая составляющая осевого усилия, действующая на венец рабочей решетки, Н,

Здесь G - расход пара через ступень, кг/с; С₁, С₂, α₁, α₂ - значения скоростей и углов, определяемые при расчете ступени; Р₁, Р₂ - давления перед и за рабочей решеткой, бар.

2. Вторая составляющая осевого усилия, действующая на поверхность диска, Н,

Здесь - корневой диаметр ступени (внешний диаметр диска), м; - диаметр ротора под диафрагменным уплотнением, м, принимается по прототипу; - давление между диафрагмой и диском, бар.

Давление зависит от Р₁ и соотношения трех расходов: протечки через диафрагменное уплотнение, протечки через корневое уплотнение между диском и диафрагмой и протечки через разгрузочные отверстия диска. Необходимо подчеркнуть, что вследствие больших поверхностей дисков даже незначительная разность давлений создаёт большое осевое усилие. Эта разность давлений может возрасти в процессе эксплуатации при износе гребней уплотнения диафрагмы и увеличении протечки через это уплотнение G_y, а также при отложении солей в рабочих каналах. Разгрузочные отверстия позволяют существенно снизить перепад давлений на поверхность диска по сравнению с перепадом на рабочую решетку и соответственно снизить осевое усилие.

3. Перепад давлений на диске можно представить, как

где - перепад давлений на рабочей решетке, определяемый в расчете ступени; коэффициент k определяется по рис. 20, где:

; ;

- площадь разгрузочных отверстий, м²; d_р = 40 - 50 мм - диаметр; Z_р = 3 -5 шт. – количество отверстий; - площадь корневого зазора между диском и диафрагмой, м²; - площадь зазора в уплотнении диафрагмы, м²;

= 0,2 – 0,4; = 0,3 – 0,5 - коэффициенты расхода корневого зазора и разгрузочных отверстий соответственно; корневой и радиальный зазор в уплотнении диафрагмы соответственно;

4. Суммарное осевое усилие на ротор в пределах одной ступени, Н:

5. Суммарное осевое усилие на ротор всей турбины, Н:

где Z – число ступеней турбины.

Рис 20 ­- График для определения коэффициента k.

Максимальная несущая способность упорного подшипника принимается 30 т (300000 Н). Если суммарное осевое усилие выше, его необходимо снизить уменьшением корневого зазора и зазора в диафрагменном уплотнении, или увеличением диаметра и числа разгрузочных отверстий (максимальный диаметр d_р = 50 мм, а число отверстий Z_р ≤ 5). Если этого окажется недостаточно, следует предусмотреть разгрузочный поршень. В качестве разгрузочного поршня используется выступ на валу в первом отсеке переднего концевого уплотнения турбины. Поскольку давление за поршнем Р_х во много раз меньше, чем перед ним, на поверхность поршня действует разгрузочное усилие, направленное против суммарного осевого усилия. Диаметр разгрузочного поршня d_х определяется из уравнения разгрузочного усилия

,

где , Р₁ – давление перед поршнем (после сопел регулирующей ступени), бар; Р_х – давление за поршнем, бар. Можно принять Р_х = Р_к; d₀₁ – диаметр вала в зоне переднего концевого уплотнения, принимается по прототипу, м; d_х – внешний диаметр поршня (диаметр выступа уплотнения), м.

Отсюда определяется диаметр поршня .

Приложение 5