РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ РОТОРОВ ТУРБИН

Глава VII. Общие сведения о роторах турбин

Ротором называется вращающаяся часть турбины, несущая на себе рабочий лопаточный аппарат, с помощью которого осу­ществляется преобразование кинетической и потенциальной энергии рабочей среды (пара, газа) в механическую работу пу­тем вращения турбиной подсоединенного к ней ротора генера­тора или любой другой рабочей машины.

Ротор является наиболее ответственной частью турбины. В условиях эксплуатации турбины ротор подвергается действию центробежных сил, крутящего и изгибающего моментов, растя­гивающих осевых сил и нагрузки от собственного веса. Лопатки и диски ротора при действии на них возмущающих сил как от рабочей среды (пара, газа), а также и по другим причинам, ра­ботают в условиях вибрации со знакопеременными напряжения­ми. По своей конструкции роторы разделяются на дисковые, цельнокованые, барабанные и комбинированные.

Дисковый ротор [рис. 4 (передний план) и рис. 120] пред­ставляет собой вал с насаженными на него облопаченными дис­ками. Применяют такие роторы в области умеренных темпера­тур и давлений пара.

У цельнокованых роторов вал откован заодно с дисками (рис. 5). Они применяются для мощных турбин высокого давле­ния. При температурах пара 500° С и выше отсутствие по­садок дисков является основным преимуществом таких ро­торов.

Барабанйым ротором называется барабан (рис. 6, а), отко­ванный заодно с валом, в пазы которого вставляются рабочие лопатки. Такие роторы делают составными, что обеспечивает возможность их облегчения путем растачивания бочкообразной плоскости в барабане. Отдельные части ротора соединяются го­рячей посадкой и скрепляются между собой при помощи болтов (рис. 7).

В газовых турбинах применяются преимущественно роторы барабанного типа. Барабанная часть ротора может иметь еще и насадные диски. В таком случае роторы называются комбиниро­ванными.

59

Рис. 4. Роторы турбины. На переднем плане дисковый ротор

Рис. 5. Цельнокованый ротор в процессе чистовой обработки

На рис. 6, в представлен сварной ротор турбины типа ПВК150 низкого давления. По сравнению со сборными ротора­ми дискового или барабанного типа, сварной ротор обладает

в) -

Рис. о. Конструкции соединений частей роторов: а — болтами; б — торцовыми радиальными шпонками; в — сваркой

Рис. 7. Ротор мощной газовой турбины

рядом значительных технологических преимуществ: упрощаются поковки, сокращается цикл механической обработки. Изготовле­ние сварных роторов требует весьма высокого уровня сварочной техники. С точки зрения технологичности роторы турбин доста­точно хорошо отработаны.

Основными деталями ротора являются валы, диски и рабо­чие лопатки. Диски с насаженными на них лопатками называют

61

также и рабочими колесами. Посадка дисков на вал осуществ­ляется с натягом, обеспечивающим постоянную плотность соеди­нения без возможности ослабления как в рабочих условиях от действия центробежных сил массы диска, так и при пусках тур­бины, из-за различия температур диска и вала в процессе про­гревания. Необходимая величина натяга определяется расчетом.

Ориентировочная величина натяга составляет 0,001 диаметра вала. Разность между максимальным и минимальным натягами обычно равна 0,05—0,08 мм, что обеспечивается обработкой по­садочных мест диска и вала в пределах 1-го класса точности. Посадка дисков с натягом не исключает необходимости приме­нения осевых шпонок (одной или двух на каждый диск), кото­рые обеспечивают передачу крутящего момента от диска к валу.

Чтобы не ослаблять осевыми шпоночными канавками ступи­цу 1 (см. рис. 6, б) особо напряженных дисков, вместо обычного осевого шпоночного соединения применяют радиальные шпон­ки 2, устанавливаемые в пазах на торце ступицы. В этой конст­рукции крутящий момент будет передаваться через две ради­альные шпонки на специальную малонагружен'ную втулку 3, связанную с валом осевой шпонкой 4.

В конструкциях роторов судовых турбин применяют так на­зываемые пальцевые втулки. Втулка своим наружным диамет­ром точно, но без натяга, пригоняется к диску и соединяется с ним при помощи ряда радиальных штифтов. Диск с втулкой насаживается на вал с обычным натягом и удерживается от про­ворачивания осевыми шпонками, установленными в пазы, вы­полненные в валу и пальцевой втулке. Если под действием тем­пературы или центробежных сил диаметр отверстия в диске станет больше диаметра пальцевой втулки, то соосность диска и втулки (а следовательно, и вала) все же сохранится вследствие наличия радиальных штифтов. В то же время посадка втулки на валу не может ослабеть, так как напряжения во втулке под дей­ствием ее центробежной силы незначительны, а температура втулки почти не отличается от температуры вала. Данная кон­струкция особенно уместна в сильно нагруженных дисках, а так­же в первых ступенях высокого давления судовых турбин, где время прогрева турбины обычно очень мало.

Детали собранного ротора должны быть надежно закреплены против воздействия усилий проходящего пара, стремящегося сдвинуть их вдоль вала. Вместе с этим детали ротора должны иметь возможность свободного теплового расширения, что обес­печивается наличием гарантированных тепловых зазоров.

Ввиду того что роторы турбин работают в весьма напряжен­ных и тяжелых условиях, к выбору материалов для деталей ро­торов, к качеству их обработки и качеству сборки роторов предъ­являются высокие требования, о которых подробно сообщается в соответствующих главах книги. .

62