Конструкция турбин с противодавлением. ПБ в турбинном цехе

Клапаны турбины на входе разделяются  на стопорные (быстрозапорные) и расположенные вслед за ними регулирующие. Регулирующие клапаны могут устанавливаться как в общей клапанной коробке, так и раздельно. Общая клапанная коробка обычно присуща системе подъема клапанов с помощью единой траверсы .

Клапанные коробки как общие, так  и индивидуальные располагаются  непосредственно на корпусе и  на значительном расстоянии от ЦВД. В  последнем случае достоинством является возможность упростить конструкцию  и изготовление корпуса, облегчить  доступ к клапанам, в некоторых  турбинах—упростить систему управления клапанами. Недостатком же являются дополнительные паровые объемы после клапанов, что увеличивает разгон турбины после их закрытия.

В некоторых конструкциях для уменьшения потерь давления объединяют стопорный  и регулирующий (при дроссельном  парораспределении), а также отсечный и регулирующий клапаны. Такая конструкция  наиболее часто встречается в  турбинах насыщенного и слабоперегретого пара АЭС и после промперегрева турбин высоких параметров. В турбинах насыщенного пара перед ЦНД (после сепаратора и промперегревателя) из-за очень больших объемных пропусков пара зачастую вместо клапанов применяются поворотные заслонки.

Как правило в турбинах, которые рассмотрены ниже, клапаны устанавливаются вертикально, что позволяет уменьшить площадь, занимаемую агрегатом. Определенные преимущества (но компоновке, по сокращению паровых трактов и тем самым уменьшению потерь давления до входа в первую ступень цилиндра) имеет горизонтальное расположение клапанной системы.

Одним из важнейших вопросов конструирования  является организация тепловых расширений и операция турбины. Малые зазоры в уплотнениях и проточной  части, далеко не всегда симметричная конструкция, высокие температуры  и очень большая длина турбоагрегата  требуют тщательного подхода  к решению этой задачи.

Простейшая одноцилиндровая турбина  с противодавлением обычно имеет  корпус, свободно опирающийся на корпуса (стулья) подшипников и непосредственно  не связанный с фундаментом и  лежащий на стульях подшипников  почти на уровне горизонтального  разъема. Между лапами и стульями подшипников закладываются поперечные шпонки, организующие поперечное расширение корпуса относительно оси машины; (строго) радиальным это перемещение  будет при плоскостях опирания, совпадающих с осью турбины.

Во многих случаях имеются еще  нижние вертикальные (радиальные) шпонки, служащие этой же цели.

Иногда, например, в некоторых турбинах КТЗ корпус турбины невысоких  начальных параметров и небольшой  длины имеет жесткую фланцевую  связь (по нижней половине окружности) с корпусом подшипника. Корпус переднего подшипника, а также корпус заднего подшипника турбины с противодавлением свободно располагаются на фундаментной плите с продольными шпонками в осевой плоскости турбины.

В турбинах с противодавлением между  корпусом заднего подшипника и фундаментной плитой имеются еще поперечные шпонки; пересечение линий этих поперечных шпонок с вертикальной плоскостью, проходящей через ось турбины, дает так называемый фикс-пункт (мертвую  точку турбины), от которого во все  стороны направляются расширения системы  корпусов.

В конденсационных турбинах цилиндры низкого давления обычно опираются  боковыми лапами на фундаментные рамы. В большинстве турбин небольшой и средней мощности корпуса опорных подшипников ЦНД со стороны выхода пара выполняются заодно с нижней половиной выходного патрубка. В такой конструкции ЦНД имеет еще одну, а в двухпоточном ЦНД даже две опоры. В связи с повышенными требованиями к жесткости опор сложных многороторных валопроводов в современных многоцилиндровых турбинах подшипники ЦНД выполняются независимо от выходного патрубка и устанавливаются на своих фундаментных балках.

Фикс-пункт конденсационной турбины  образуется обычно в зоне одного из ЦНД пересечением линии поперечных шпонок под боковыми лапами ЦНД с  вертикальной плоскостью, проходящей через продольные и вертикальные шпонки.

Корпуса переднего и промежуточного подшипников располагаются незакрепленными на фундаментных балках или плитах. Между стулом подшипника и плитой закладывается

Рис. 10.2. Различные схемы опирация цилиндров и направления тепловых расширений неподвижных частей турбины;

а -турбина с противодавлением; 6 одноцилиндровая конденсационная турбина; в — двухцилиндровая конденсационная турбина; 1 поперечные шпонки; 2 -б, 7 и 9 фундаментные рамы; 3 —продольные шпонки; 4- вертикальные (радиальные) шпонки; 5— пружинные опоры; 8 косые направляющие шпонки; 10- лапы цилиндра; 11-мертвая точка (фикс-пункт) системы неподвижных частей турбины относительно фундамента; г- вертикальная шпонка между корпусом турбины и стулом подшипника; д— лапа опирания корпуса турбины на стул подшипника, применяемая в турбинах ХТЗ; е то же в турбинах ЛМЗ и ТМЗ; 1—корпус (стул) подшипника; 2 лапа нижней половины цилиндра; 3 горизонтальный фланец верхней половины цилиндра; 4 -прижимные скобы; 5 — домкратный болт; 6 - монтажная прокладка; ж вертикальная шпонка между корпусом турбины и стулом переднего подшипника с передачей перемещения корпуса в осевой плоскости, применяемая НЗЛ продольная шпонка не допускающая боковые, поперечные перекосы корпуса (см. схему на рис. 10.2, в). В некоторых турбинах (см. рис. 10.43) корпус переднего подшипника устанавливается на фундаменте с помощью гибкой опоры.

Перемещения корпусов турбины и  корпусов ее подшипников, вызванные  тепловыми расширениями, должны происходить  свободно, без заеданий на плоскостях опирания корпусов и боковых лап. Важно, чтобы эти перемещения в продольном направлении были строго в вертикальной плоскости, проходящей через ось турбины. Для этого применяется ряд мер: усилия передаются не через боковые лапы и их поперечные шпонки, а через радиально расположенные шпонки.

Примером последнего является устройство, применяемое в турбинах НЗЛ. Иногда для передачи усилий используются тяги, размещенные по бокам —справа и слева от оси турбины примерно в плоскости горизонтального разъема. В случае обычной, наиболее широко применяемой в нашем турбостроении конструкции плоскости опирания корпусов подшипников на фундаментной плите имеют специальное покрытие с низким коэффициентом трения- из фторопласта.

  С точки зрения технологии  изготовления ротора это изменение  диаметра имеет небольшое значение.

В ряде конструкций по некоторым  причинам (размеры поковки, станков, печей и другого оборудования на заводе) максимальный диаметр необлопаченного ротора ограничен и выполнение ротора с одной ступенью, имеющей диаметр, заметно превышающий корневые диаметры остальных ступеней, может быть нерациональным или даже невозможным. Это касается в первую очередь регулирующей ступени, хотя увеличение диаметра этой ступени, особенно в турбинах с большим начальным объемным пропуском пара, может оказаться целесообразным для сокращения числа ступеней и повышения устойчивости КПД турбины при переменном режиме.

Конструктивно ротор может быть выполнен с насадными дисками, цельнокованым , сварным и сварно-кованым, также смешанного типа — цельнокованым в первых ступенях с последующими насадными дисками (рис. 10.3, в).

Ротор с насадными дисками проще  по конструкции и изготовлению; размеры  его обычно ограничены длиной вала. Однако применение такого ротора в  ряде случаев недопустимо.

Во-первых, при высоких температурах пара можно ожидать ослабления посадки  диска на вал.

Во-вторых, напряжения в диске возрастают с увеличением диаметра внутренней расточки и за счет контактных напряжений при посадке. Поэтому сильно нагруженные диски большого внешнего диаметра, несущие длинные лопатки, в ряде конструкций ЦНД не могут быть выполнены насадными. Это относится, например, к ЦНД турбины К-1200-23,5 ЛМЗ .

В-третьих, жесткость ротора с насадными  дисками может оказаться недостаточной. Другие упомянутые типы роторов

при той же длине (расстоянии между  подшипниками) оказываются более  жесткими. Кроме того, как правило, конструкция насадного диска  с широкими втулками удлиняет ротор.

В-четвертых, в дисках, насаженных на вал, отмеченные выше увеличенные  напряжения в месте посадки и  особенно концентрация напряжений в  шпоночных пазах стимулируют  коррозионное растрескивание материала  в тех элементах турбины, которые  находятся в зоне, где процесс  расширения пара происходит вблизи линии насыщения. Это может

относиться к ступеням низкого  давления, а в некоторых турбинах и к последним ступеням части  среднего давления. Высокие расчетные  напряжения в насадных дисках могут  потребовать сталей с повышенными  пределами текучести, что также  неблагоприятно сказывается при  проявлении коррозионных эффектов.

  Указанных недостатков нет  у цельнокованого ротора. Однако  размеры поковки такого ротора  ограничены, его обработка более  сложна и длительна. Цельнокованые  роторы выполняются в ЦВД и  ЦСД турбин высоких параметров  пара, а также в ЦВД мощных  турбин насыщенного пара и некоторых других турбинах .

Для проверки качества крупной поковки, используемой для цельнокованых  роторов паровых турбин, обычно ротор  рассверливается по оси, что приводит к повышению напряжений в нем  примерно вдвое по сравнению с  цельным, несверленым ротором. Такое увеличение напряжений сказывается на возможности использования его для цилиндров низкого давления вследствие значительных центробежных сил от длинных последних лопаток и обычно несколько увеличенного диаметра поковки ротора ЦНД. В связи с этим в паровой турбине К-1200-23,5 ЛМЗ, в цилиндрах низкого давления турбин насыщенного пара ХТЗ применены рассматриваемые ниже сварные и сварно-кованые роторы. Однако для ЦНД турбины К-1000-5,9/50 ЛМЗ впервые в практике мирового парогурбо-строения удалось создать цельнокованый ротор без центрального сверления.

Барабанные роторы, роторы среднего давления и роторы ЦВД тихоходных турбин часто выполняют сварно-коваными. В этом случае размеры поковки уменьшаются.

Сварные роторы, состоящие из нескольких дисков, свариваемых по периферии, нашли широкое распространение в ЦНД турбин как реактивного, так и активного типа. В ЦНД турбин активного типа из-за повышенной реактивности ступеней и меньшего влияния на КПД протечек помимо сопловой решетки иногда отказываются от диафрагменной конструкции, существенно повышая при этом диаметр уплотнений под сопловыми лопатками. Отсутствие диафрагм при том же числе ступеней сокращает осевые размеры ротора, что необходимо в некоторых конструкциях, в первую очередь из-за требований жесткости ротора. Важным преимуществом данной конструкции сварного ротора является возможность выполнить диски без центрального отверстия, придать им форму, близкую к равнопрочной. При той же внешней нагрузке это снижает максимальные напряжения в дисках примерно вдвое. Иногда сварная конструкция ротора применяется и в ЦВД .

Конструкция сварного ротора, в которой  воздействию пара подвергается только внешняя его часть, испытывающая обычно не столь большие напряжения, благоприятна при возможном появлении  коррозионного растрескивания металла. Так, в турбинах АЭС ХТЗ со сварными роторами не наблюдались аварии или  предаварийное состояние, вызванное  этим явлением. В то же время на многих зарубежных турбинах для АЭС с  дисковой конструкцией роторов ЦНД  были массовые случаи коррозионного  воздействия как на диски, так и на валы турбин.

При изготовлении сварных роторов  важно обращать особое внимание на конструкцию, технологию и качество сварных швов, тщательный их контроль. В противном случае возможны весьма серьезные аварии.

 Роторы отдельных цилиндров между собой и ротор турбины с ротором генератора соединяются с помощью муфт. В мощных турбинах, как правило, встречаются жесткие и полугибкие муфты .

Жесткие муфты как с насадными, так и откованными заодно с валом полумуфтами требуют повышенной точности сборки. Однако они позволяют более точно рассчитать критическую частоту колебаний валопровода, несколько сокращают его длину, а в некоторых конструкциях дают возможность ограничиться установкой вместо двух всего одного подшипника между двумя цилиндрами.

При полугибких муфтах, применяемых, в частности, в ряде ранее спроектированных турбин ЛМЗ и ТМЗ , создается небольшой изгибающий момент, действующий на ротор. Эти муфты допускают незначительные перекосы валов.

Гибкие муфты чаще всего встречаются  в транспортных и приводных турбинах, а также в турбоагрегатах относительно небольшой мощности, они допускают  в некоторых пределах свободные  взаимные перемещения соединяемых  роторов. В турбинах применяются  муфты кулачковые, пластинчатые, зубчатые и со змеевидной пружиной. Применение гибкой муфты требует упорных подшипников для каждого из роторов. Следует отметить, что гибкая муфта сама может быть источником дополнительных осевых усилий.

Роторы и их элементы должны отвечать определенным критериям надежности. Для дисков проверяются напряжения, которые обычно максимальны на внутренней расточке, а в сплошных дисках в центре. Кроме того, производится проверка вибрационной надежности диска совместно с облопачиванием. Вал турбины рассчитывается на прочность от действия крутящего момента, наибольшего в месте соединения турбины с генератором или приводной машиной. При соединении турбины с электрическим генератором проверка напряжений производится в условиях короткого замыкания, когда крутящий момент возрастает по сравнению с обычным режимом в несколько раз.

Наиболее ответственна вибрационная проверка валопровода и его отдельных элементов, которая выполняется с учетом податливости опор и фундамента и упругости масляной пленки в подшипниках. Для падежной работы турбины важна качественная балансировка ротора, действующие на рабочие лопатки, неравномерно распределяются по окружности. При этом возникает неуравновешенная сила. К этому следует добавить неравномерные усилия, действующие на ротор от плотного пара над бандажом рабочих лопаток, в уплотнениях и т. п.