книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

Контроль точности балансировки заключается в том, что оп­

пробный пуск ротора. Если контрольный груз дает удвоение ам­ плитуды, балансировка считается качественной. Правильность такого способа контроля подкреплена практикой и основана на известной пропорциональности амплитуд и действующих на ротор неуравновешенных масс. Если получено удвоение амплитуды при контрольном пуске, то можно считать, что остаточная неуравно­ вешенность, вызываемая появлением минимальной амплитуды колебания, не превышала веса контрольного груза.

Величина контрольного груза подсчитывается исходя из пред­ положения, что остаточная сила инерции, действующая на под­ шипник, не должна превышать 0,5% от веса балансируемого ро­ тора:

t/min = 0,005;

одновременно

где #min — условный груз, центробежная сила которого С ока­ жет на подшипник действие, равное /Лп,-П:

п и / — расстояния до опор. .

Контроль балансировки производится с обеих сторон ротора. Ряд других методов балансировки освещен в специальной ли­ тературе [6]. Балансировка по методу трех пусков, применяемая на Ленинградском металлическом заводе им. XXII съезда КПСС,

освещена в работах [4, 7].

Ротор, хорошо отбалансированный на станке (т. е. при низкой частоте вращения), в некоторых случаях может оказаться не­ уравновешенным при рабочей частоте вращения. Указанное яв­ ление особенно часто наблюдается в роторах длиной в несколько метров.

Такой длинный ротор, уравновешенный при балансировке на станке подвеской грузов на торцах ротора, может иметь значи­ тельный дефицит массы около его середины. Центробежные силы, возникающие из-за наличия дефицита массы в средней части ротора, могУг вызвать упругий прогиб вала, который и при­ ведет к неуравновешенности турбины в процессе ее работы. Этот пример показывает на необходимость дальнейшего совершенство­ вания балансировочной техники, особенно при изготовлении со­ временных мощных турбин с роторами большой длины.

В связи с внедрением в производство современных быстроход­ ных турбин, представление о роторах как об абсолютно жест­ ких телах оказывается недостаточным, так как при этом не учи­ тываются изменения формы упругой линии ротора после про­ хождения им критических скоростей.

230

Для того чтобы гибкий ротор спокойно проходил через кри­ тические скорости и имел безвибрационное вращение на рабо­ чей скорости, его необходимо уравновешивать по специальной методике в нескольких плоскостях и, кроме того, производить контрольное вращение в условиях, аналогичных эксплуатацион­ ным. Поэтому на практике возникает вполне обоснованное же­ лание производить балансировку и разгон роторов на одной и той же машине, для того чтобы сэкономить время на дополни­ тельную установку и транспортировку роторов.

Конечно, балансировочная машина, на которой ротор будет проходить критическую скорость, должна отличаться устойчиво­ стью и жесткостью конструкции и иметь ряд специальных уст­ ройств. Однако соединение в одном агрегате балансировочного и разгонного устройств является все же целесообразным, тем более, что балансировка гибкого ротора должна на практике производиться дважды: до и после разгона.

Конструкция балансировочных машин для уравновешивания гибких роторов и методика этого уравновешивания тесно связа­ ны с теорией изгибных колебаний роторов. Если в прошлом тео­ рия изгибных колебаний валов разрабатывалась главным обра­ зом в направлении изучения критических скоростей, то, начиная с пятидесятых годов, появляются работы, в которых рассматри­ ваются поперечные колебания валов во время балансировочного процесса на балансировочной машине или непосредственно на месте установки. При этом во внимание принимаются не только трение и зазоры в подшипниках, но также их упругость, количе­ ство тел качения, сопротивление воздуха и другие факторы, ока­ зывающие влияние на точность измерения дисбалансов ротора. Большой практический интерес представляет также процесс про­ хождения неуравновешенным ротором критических скоростей во время пуска или торможения машины.

Все эти задачи, имеющие непосредственное отношение к урав­ новешиванию гибких роторов, в настоящее время еще полностью не разрешены. Поэтому применяемые на практике методы урав­ новешивания роторов имеют эмпирический, приближенный ха­ рактер и дают удовлетворительные результаты лишь для тех ка­ тегорий роторов, применительно к которым они разрабатывались и проверялись экспериментально.

Глава XI. СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ

Соединительные муфты предназначены для соединения между собой двух роторов и более и для передачи крутящего момента от отдельных роторов турбины к ротору машины, приводом ко­ торой они являются (например, к ротору генератора, насоса, компрессора и т. п.).

231

В стационарном турбиностроении наиболее широко применя­ ются муфты жесткие (рис. 132, а, б), гибкие (рис. 132, в), допу­ скающие некоторое относительное смещение соединяемых рото-

Рис. 132. Конструкция соединительных муфт:

а —жесткая;б — жесткая разъемная;в —гибкая;г — полугибкая;1 — полумуфта;2 — соединительная часть

ров в радиальном и осевом направлениях, и полугибкие (рис. 132, г). Конструктивное выполнение гибких муфт бывает самое разнообразное. Зубчатые муфты показаны на рис. 133, а, кулачковые — на рис. 133, б, пружинные — на рис. 132, в.

232

Материалами для изготовления муфт обычно служат хромо­ молибденовые и хромоникелемолибденовые стали 34ХМА, 35ХМ, 34ХН1М и 34XH3M. Заготовки деталей соединительных муфт поступают обычно в виде поковок, которые затем подвергают ме­ ханической обработке и тем же контрольным и термическим опе­ рациям, что и валы (травлению на флокены, взятию серных от­ печатков, закалке и отпуску с проверкой механических свойств).

Суммарный зазор oj-0,5

Рис. 133. Типы соедини­ тельных муфт:

я — зубчатая; б — ку­ лачковая; в — эвольвентное зацепление зубьев;1 — зубчатый барабан;2 — зуб­ чатый венец;3 — полумуф­ та ротора; 4 — звездочка; 5 — муфта

Муфты служат проверочными базами при центровке роторов,

вэксплуатации они испытывают большие напряжения, поэтому

ккачеству изготовления деталей муфт предъявляются весьма высокие требования.

Основными требованиями к качеству муфт являются сле­

дующие:

а) для жестких муфт, изготовленных заодно с валом: торцо­ вое биение фланцев муфты допускается не более 0,02 мм; ради­ альное биение по центрирующему выступу (и выточке) — не бо­ лее 0,02 мм; по наружному диаметру фланца относительно оси —

233

0,03 мм; точность выполнения размеров наружного диаметра фланца муфты и отверстий в ней — по 2-му классу, центрирую­ щей выточки фланца — по 3-му; чистота обработки цилиндриче­ ских поверхностей фланца, выступа и выточки — по 7-му классу чистоты, торцовой поверхности фланца •— по 6-му классу.

б) для жестких муфт с насадными деталями: после насадки полумуфты на вал ротора требуется проверка правильности по­ садки на биение на токарном станке с выдерживанием требова­ ний, указанных выше; при конусной посадке полумуфты на вал ротора, для конусности в 0,5%, допускается отклонение конус­ ности ±0,05% и чистота обработки конца вала по 7—8-му клас­ сам чистоты (пригонка конусной части производится по краске); шпоночные соединения должны выполняться в части ширины паза по 3-му классу точности: непараллельность граней паза между собой и по отношению к оси должна составлять 0,03— 0,04 мм. Такая высокая точность определяет необходимость при­ гонки шпоночных пазов в валу и в полумуфте в сборке; натяг при посадке полумуфты на конусный конец вала должен со­ ставлять 0,25—0,36 мм.

При изготовлении гибких муфт требуется выдержать следую­ щее дополнительное требование. С целью обеспечения надежной передачи крутящего момента соблюсти должный контакт в за­ цеплении, что достигается пригонкой; при изготовлении пружин­ ных муфт требуется тщательное соблюдение конструктивных тре­ бований к качеству самих пружин и пазов под пружины, чтобы обеспечить одновременную работу всех витков пружины и для равномерного распределения между ними нагрузки от крутяще­ го момента. Детали соединительных муфт представляют собой тела вращения и основным видом обработки для них является точение на токарных и карусельных станках.

Рассмотрим в качестве примера технологический процесс об­ работки полумуфты. Анализ поверхностей, образующих кон­ структивные формы полумуфты, показывает, что наиболее от­ ветственными из них являются: а) отверстие, определяющее по­ ложение самой полумуфты на валу ротора, а следовательно, и положение всех остальных поверхностей относительно оси рото­ ра; б) торец фланца и наружный диаметр центрирующего вы­ ступа, определяющие положение присоединяемых частей; в) наружняя поверхность фланца, являющаяся базой для центровки роторов по полумуфтам.

Выполнение высоких требований по биению поверхностей по­ лумуфты относительно оси вала возможно только при обработке всех ответственных поверхностей полумуфты с одной установки, г. е. без смены баз. Поэтому чистовая обработка полумуфты (например, см. рис. 132, б) выполняется в следующей последо­ вательности. Заготовку поверхностью б зажимают в патрон стан­ ка, подрезают торцовую поверхность д и начисто обрабатывают наружные и внутренние поверхности а, е, и, г, а также в на неко­

234

торой длине /. Затем производят перестановку детали в патроне станка. Установочными базами при точении на оправке служат поверхности д и е, а при точении без оправки — поверхность д с выверкой установки индикатором по поверхностям а й в . За­ канчивается токарная обработка проточкой поверхностей ж, б и оставшейся необработанной при первой установке части поверх­ ности в.

После окончания токарной обработки на долбежном станке производят обработку шпоночного паза. Выверку при установке производят с помощью индикатора по поверхности д. Сверление отверстия под соединительные болты выполняют по кондуктору с центровкой его по поверхности е. В отверстиях под соедини­ тельные болты оставляется припуск и (1—2 мм на диаметр) для обработки их при сборке роторов.

Заключительной станочной операцией при обработке зубча­ тых муфт является нарезание зубьев, а в пружинных муфтах — пазов под пружины. В том и другом случае заготовка укрепляет­ ся на приспособлении с центровкой по отверстию в качестве установочной базы. Измерительными базами служат наружная цилиндрическая и одна из торцовых поверхностей. Точность ус­ тановки 0,015—0,02 мм. Точность шага зубьев у зубчатых муфт определяется точностью зуборезного станка. После нарезания зубьев контакт с сопрягаемой деталью проверяется на специаль­ ном приспособлении.

Прорезание пазов под пружины производится с помощью спе­ циального делительного приспособления. Для получения ромби­ ческой формы выступов (см. Р на рис. 132, в) стол приспособле­ ния устанавливается наклонно. Прорезка пазов производится в два прохода: первый справа, второй — слева.

Окончательно обработанные торцовую и внутреннюю цилин­ дрическую поверхности вторично подвергают травлению на флокены и с них снимают серные отпечатки; затем места заготовки, подвергавшиеся травлению, заполировывают. Заключительной операцией является слесарная обработка с целью зачистки ост­ рых кромок и заусенцев.

Глава XII. ГРЕБЕНЧАТЫЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ ВТУЛКИ

Гребенчатые уплотнительные втулки (рис. 134) являются частью концевых лабиринтовых уплотнений. Они насаживаются на вал ротора в горячем состоянии на шпонках с натягом около 0,2 мм при диаметре вала 400—600 мм. Втулки имеют на наруж­ ной поверхности гребешки разной высоты, расположенные с оп­ ределенным шагом.

В новейших высокотемпературных турбинах в роторах высо­ кого и среднего давлений от применения втулок, насаженных на

235

вал, отказались. При такой конструкции наблюдалось ослабле­ ние посадки втулок на вал в процессе пуска из-за большой раз­ ницы температур втулки и вала, что приводило к разрушению лабиринта. Поэтому в конструкциях турбин с высокими парамет­ рами пара выступы вытачиваются непосредственно на валу тур­ бины. Насадные втулки применяются для турбин невысоких па­ раметров и в роторах низкого давления современных мощных турбин с высокими параметрами пара. Характер конструкции уп­ лотнений также изменился. Концевые уплотнения роторов НД состоят из наклонных усиков, выточенных на насадных втулках,

Рис. 134. Типы гребенчатых втулок:

а —втулка турбины П-165;б —втулка турбины АТ-25-в2;—втулка турбины низко­ го давления;г —втулка ротора низкого давления турбины АТ-25-2

и уплотнительных колец с наклонными усиками в обоймах ста­ тора. Такие уплотнения не уступают по экономичности лабирин­ товым (требующим больших шагов) и полностью исключают воз­ можность задевания при относительных смещениях ротора и ста­ тора.

Наиболее сложный профиль имеют гребенчатые втулки «елочных» уплотнений. Поэтому ниже, в качестве примера, рас­ сматривается технология обработки именно таких втулок. В ка­ честве материала для гребенчатых втулок обычно применяется

ются следующие требования: а) неконцентричность наружных диаметров гребешков и расточки втулки необходимо выдержи­ вать в пределах допусков на соответствующие размеры диамет­ ров гребешков; б) толщину гребешков необходимо выдерживать с точностью до 0,05 мм; в) допускаемое отклонение расстояний

превышать 0,02 мм; д) биение по наружным поверхностям зуб­

остальные поверхности — по 5-му классу.

236

Рис. 135. Схема обработки гребенчатой втулки:

а — в — последовательность переходов обработки втулки до формообразования про филя;г —и — последовательность переходов обработки профиля втулки

Р А З Д Е Л Ч Е Т В Е Р Т Ы Й

ОБРАБОТКА КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ СТАТОРА

Глава XIII. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАТОРАХ ТУРБИН, НАЗНАЧЕНИЕ

И УСЛОВИЯ ИХ РАБОТЫ

Статор играет роль базирующей части турбины, с помощью которой соединяется и координируется, в пределах необходи­ мой для работы турбины точности, большинство ее узлов и де­ талей. Основными деталями статора являются корпусы цилин­ дров и подшипников с фундаментными рамами, воспринимаю­ щие все статические и динамические нагрузки работающей турбины.

Корпусы цилиндров и подшипников соединены между собой системой шпоночных связей, обеспечивающих их надежное центрирование между собой и свободное тепловое расширение элементов работающей турбины, без нарушения центровки.

Особое внимание при изготовлении деталей статора уделя­ ется, обработке опорных плоскостей цилиндров и корпусов под­

расширении в процессе ее работы.

Наиболее ответственными деталями статора являются кор­ пусы цилиндров (цилиндры турбины). Цилиндры турбины работают в исключительно тяжелых условиях с очень большими температурными перепадами. Так, например, в цилиндре сред­ него давления турбины К-300-240 ЛМЗ разность температур в

давления — лишь до 300—350° С.

Цилиндры высокого давления некоторых турбин, например СКР-100 ХТГЗ, подвергаются действию пара с давлением до 3000 Н/см2 (300 кгс/см2) и температурой до 650° С, а цилиндры

239