Ротор турбины

Ротором турбины называют ее вращающуюся часть: вал, диски, рабочие лопатки и вспомогательные детали, обеспечивающие его сборку и работу. Он является самымнагруженным ее узлом.

Рабочие лопатки вместе с направляющими образуют проточную часть. Ротор турбины вращается с большой частотой, поэтому возникающие центробежные силы стремятся его разорвать, особенно при сбросах нагрузки, т.к. напряжения отцентробежных сил пропорциональны квадрату частотывращения.

Полезная мощность втурбине, накапливаясь от ступени кступени, достигает на муфте генератора максимального значения. Окружные силы, действующие на рабочие лопатки,«скручивают»ротор, т.к. в генераторе возникают силы, препятствующие свободному вращению ротора. Особенно

опасно напряжение кручения при коротком замыкании вгенераторе, когда оно увеличивается в4-6раз.

Роторы ЦВД иЦСД работают длительное время при повышенных температурах (до 540 °С) ивысоких напряжениях от центробежных сил, что вызывает явление ползучести. Условия работы роторов усложняются вибрацией итемпературными напряжениями, возникающими от неравномерного прогрева ротора при пуске, от снижения температуры свежего пара, изменения нагрузки и.т.д.

Особенностью роторов ЦНД являются большие размеры, обусловленные необходимостью увеличения мощности турбины, снижения потерь с выходной скоростью и уменьшения числа выходящих потоков пара. К примеру, средний диаметр последней ступени турбины К-800-240-2 равен 2,46 м, высота лопатки 0,96 м.

Поскольку металлургическая иметаллообрабатывающая промышленность внастоящее время не могут получить поковку таких размеров, то роторы ЦНД выполняют сборными (с насадными дисками) или сварными.

Сборный ротор представляет собой вал снасаженнымина него (снатягом) дисками срабочими лопатками. Длягарантии передачи крутящего момента между диском ивалом устанавливают шпонку (рисунок 3.4).Роторы крупных турбин выполняют с центральным отверстием, т.к. на оси слитка качество металла низкое.

Сварные роторы (рисунок 3.5) изготавливают из отдельных поковок споследующей сваркой кольцевымишвами.

Сварные роторы имеют ряд преимуществ передсборными: отсутствует посадка диска на вал, что исключает проблему снятия дисков при ремонте роторов; диск не имеетцентрального отверстия, что повышает его прочность. Всеэто исключает необходимость применения ступицы, профиль дисков выполняют сплавно изменяющейся толщиной, что обеспечивает неизменные напряжения по радиусу.Осевые размеры ступеней при такой конструкции ротораоказываются меньшими, а ротор –короче, что увеличиваетжесткость ротора иснижает расход металла. Основнойтрудностью при изготовлении таких роторов является сварка, качество которой должно быть очень высоким.

Использование насадных деталей (дисков), работающих вусловиях высоких температур иявление ползучестинедопустимо всвязи споследующим по времени ослаблением посадки.

Поэтому все турбостроительные заводы выполняют роторы ЦВД цельноковаными ( рисунок 3.6), т.е. диски турбиныотковываются заодно с

валом, что значительно повышает надежность ротора всвязи сотсутствием посадки исварки.Правда, технологические требования кпроцессам получения слитка ипоследующей механической обработкиограничивают максимальный диаметр ротора до 1,2 м.

Условия работы роторов ЦСД турбин спромежуточным перегревом пара взоне паровпуска напоминают условия работы вЦВД, авзоне выхода пара –первых ступенейЦНД. Удельный объем пара, поступающего вЦСД великпо сравнению сЦВД ипри дальнейшем расширении (работе) пара размеры ступеней (дисков) значительно увеличиваются иизготовить их заодно свалом невозможно. Втоже время температура пара впроточной части снижается.

Поэтому для ЦСД применяют комбинированные роторы, т.е. вобласти паровпуска он выполняется цельнокованым, авобласти выхода пара из ЦСД -сборным (снасадными дисками).

Рисунок 3.3 –Принципиальное устройство диафрагмы.

1, 6 –тело диафрагмы; 2, 5 –обод; 3 –сопловые лопатки; 4 –лапки подвески диафрагмы вкорпусе; 7- продольная шпонка; 8 –шпонка; 9 –положение диафрагмы врасточке корпуса.