Проектирование автоматизированной системы проточной части турбины

    Т-образные хвостовики широко применяют ЛМЗ  и ТМЗ в турбинах разных типов.

    

    рис. 1.3. Лопатка ЛМЗ с Т-образным хвостовиком  с замками

    В турбинах ХТЗ широко  применяются  грибовидные  хвостовики (рис. 1.4, а). На ободе диска выполняется выступ («грибок»), а в хвостовике лопатки  — паз по форме выступа. В двух  противоположных местах обода часть  выступа срезается, и через вырезы заводятся лопатки. Замковые лопатки (рис. 1.4, б) выполняются отдельно точно по форме оставшейся части «грибка» и крепятся к ободу заклепками. На поверхности обода выполняют замки, которые в отличие от  Т-образного хвостовика предотвращают  разгиб хвостовика, а не щеки диска.

    

    Рис. 1.4. Типы лопаточных хвостовиков, применяемых  для коротких лопаток:

    а,б- простейший грибовидный хвостовик  с хвостовым и замковым соединением  соответственно, в-вильчатый хвостовик, г,д-зубчиковый хвостовик с хвостовым  и замковым соединением  соответственно

    На  рис. 1.4, в показан простейший вильчатый  хвостовик /,  выполненный в виде вилки, насаживаемый сверху на диск 2 и  закрепляемый на нем двумя заклепками 3.  Вильчатое хвостовое соединение не  требует специальных замковых лопаток и допускает легкую смену  поврежденных лопаток без разлопачивания всего диска (как это требуется для замены лопатки с Т-образными или грибовидными хвостовиками).

    На  рис. 1.4, г показан  зубчиковый хвостовик  с  окружной заводкой лопаток.  Центробежная сила с лопатки на диск передается через опорные  поверхности зубцов, плотно пригнанных к диску. Лопатки заводятся в паз через колодцы, в которые затем вставляются замковые лопатки,  крепящиеся к диску заклепками.

    Рассмотренные хвостовики  пригодны для крепления  лишь  относительно коротких лопаток из-за их малой несущей способности.

    На  рис. 1.5 показаны хвостовые соединения для лопаток ЦНД  турбины К-300-240 ЛМЗ. Начиная с третьей ступени  вместо Т-образных хвостовиков, используемых во всех предшествующих ступенях турбины,* применяется вильчатый хвостовик с тремя вилками. Для лопатки последней ступени, длина которой 960 мм, применяется мощный вильчатый хвост с пятью вилками. Увеличение числа вилок позволяет увеличить число поверхностей среза самого слабого элемента —  цилиндрических заклепок.

    

    Рис.  1.5. хвостовые соединения лопаток  ЦНД турбины К-300-240 ЛМЗ

    Для увеличения несущей  способности  грибовидных хвостовиков их выполняют  с несколькими опорными поверхностями, тщательно пригоняемыми к диску  для  равномерного распределения между ним усилия от центробежной силы. Многоопорными выполняются хвостовики лопаток регулирующей  ступени (несмотря на их малую высоту), подверженные действию высоких переменных напряжений, и лопаток большой длины.

    Для лопаток последних ступеней ХТЗ и ТМЗ используют елочный хвостовик с торцевой  заводкой (см. рис. 1.2, б, д), большое число опорных поверхностей  которого обеспечивает высокую несущую способность. Хвостовик и паз в диске под его заводку выполнены по дуге окружности, для того чтобы  корневое сечение лопатки располагалось на полке хвостовика без свисания кромок. Это обеспечивает высокую усталостную прочность лопатки. Каждая лопатка крепится в осевом направлении с помощью двух  пластинчатых стопоров , один конец каждого из которых перед заводкой лопатки в паз отгибается поверхность диска.

    Бандажи и связи служат  главным образом  для повышения  вибрационной надежности лопаточного аппарата. Периферийный бандаж позволяет одновременно уменьшить  утечку пара и поэтому повышает КПД  ступени.

    Для рабочих лопаток ЦВД и  недлинных (менее 350 мм) лопаток ЦСД применяют  удобные накладные ленточные  бандажи , объединяющие в пакет 6— 14 лопаток. Полного объединения всех лопаток в один пакет стараются  не делать, так как при этом  затрудняются тепловые деформации  бандажа относительно лопаток, которые могут менять свою температуру в процессе эксплуатации по-разному. В результате в бандаже могут  появиться трещины малоцикловой усталости.

    Шипы, фрезеруемые на торцевой поверхности  рабочей лопатки, в  зависимости от ее ширины могут  располагаться в один или в два ряда , иметь круглую, квадратную или  прямоугольную форму в сечении.

    С возрастанием мощности  турбоагрегатов, когда вместе с ростом расхода  пара увеличивается хорда лопаток, а также с увеличением диаметра ступени центробежная сила массы бандажа возрастает  настолько, что выполнение ленточного бандажа становится  затруднительным. В этих случаях либо  отказываются от бандажа вообще,  обеспечивая вибрационную надежность облопачивания другими средствами, либо выполняют бандаж заодно с каждой из лопаток . Такой бандаж называют цельно- фрезерованным.

    Выполнение  цельнофрезерованного бандажа особенно полезно для лопаток регулирующей ступени. Лопатки свариваются в  пакеты по полкам цельнофрезерованного бандажа и по полкам хвостовиков. На полках бандажа выполняют шипы, на которые  надевают ленточный облегченный  бандаж.

    Аналогичная конструкция  применяется и на ХТЗ.

    Вместо  ленточного  приклепанного бандажа  можно использовать демпферную связь  в виде полосы трапециевидного сечения, закладываемой в паз,  выточенный в цельнофрезерованном  бандаже. В этом случае при  колебаниях между связью и бандажом возникают силы трения, гасящие колебания. Вместе с тем эта связь не препятствует взаимному температурному расширению отдельных пакетов, что особенно важно для лопаток регулирующей ступени, где температура пара при переходных режимах изменяется наиболее значительно. Бандажные связи очень важны для лопаток последних ступеней. При их отсутствии не только  снижается вибрационная надежность облопачивания, но и происходит упругая раскрутка лопатки: под действием центробежной силы  профили в отдельных сечениях лопатки поворачиваются вокруг ее  продольной оси (иногда на 10—12°) и начинают занимать не то положение, на которое рассчитана лопатка. В результате обтекание лопаток потоком пара становится нерасчетным и экономичность ступени снижается. Выполнение на периферии лопатки цельнофрезерованного бандажа с «зубом» препятствует упругой раскрутке  лопатки. Мало того, контакт  поверхностей зубьев соседних лопаток и возникающие на них силы трения создают хорошее демпфирование колебаний.

    В тех случаях, когда  раскручивающая лопатку сила невелика и возникающие силы прижатия  бандажных полок друг к другу недостаточны, в выточку бандажа устанавливают замкнутую на круг проволочную связь.

    Связи, устанавливаемые между рабочими частями лопаток, по  назначению можно" разделить на паяные и демпферные.

    Паяные  связи припаиваются к  лопаткам и  служат для ликвидации некоторых  особенно опасных видов колебаний. Ясно,  например, что в пакете, лопатки при колебаниях могут  перемещаться относительно друг друга. Если же их прошить проволокой,  то  лопатки не сумеют вибрировать указанным образом. Припаивают связь к лопаткам серебряным припоем.

    Демпферные  связи  устанавливают для гашения  колебаний. Их к лопаткам не припаивают. За счет центробежных сил они прижимаются  к поверхности отверстий в  лопатках, а возникающие силы трения не дают развиться интенсивным  колебаниям. Примеры демпферных связей показаны на рис. 1.6.

    Для паяных связей обычно  используется проволока, для  демпферных— проволока (см. рис. 1.6), трубки или втулки. Во всех случаях демпферный бандаж должен быть сделан так, чтобы он выполнял свои функции: он должен быть достаточно податливым, чтобы плотно прилегать к лопатке под действием центробежных сил, и вместе с тем достаточно жестким, чтобы иметь необходимую прочность

     .

    Рис. 1.6.  Установка демпферных проволочных связей на рабочих лопатках турбин ЛМЗ:

    а-лопатка  со связями, б-установка проволок в  отверстиях, в-установка проволок на колесе, г-крепление проволок в пакетах

    Тяжелые условия работы рабочих  лопаток, рассмотренные выше, исключают  применение для них углеродистых сталей. Для лопаток используют только нержавеющие стали.

    Самыми  употребительными являются  стали 1X13, 2X13 и близкие к ним стали 12X13 и 12Х13Ш (шлакового переплава), содержащие 12—14 % хрома, обеспечивающего высокую  коррозионную стойкость. Их большим  достоинством является высокая, значительно большая, чем у других лопаточных  материалов, демпфирующая способность. Эти стали можно применять до температуры 400—480 °С.

    Для больших температур применяют  стали, легированные молибденом и ванадием A5X11МФ), а также вольфрамом и ниобием BХ11МФБН, ЭИ-802, 2Х12ВМБФР), и некоторые другие. 

     

1. Постановка  задачи

     Объект  разработки представляет собой систему  проточной части турбины.

     Целью разработки является изучение и анализ проточной части турбины, а также повышение эффективности системы, улучшение его технико-экономических показателей.

     Результаты  разработки желательно представить  в форме описания и необходимой  графической документации, достаточной  для понимания принципа действия ТОУ и его особенностей; желательно привести конкретный пример расчёта ТОУ для наглядного доказательства повышения эффективности системы с применением нововведения. 

     Состояние системы характеризуется давлением  и объёмом пара и соответственно скоростью вращения ротора. Управление давлением пара в самой системе происходит при помощи регулятора, который измеряет давление пара и при необходимости перемещает клапан, обеспечивая подвод пара к коллектору или сброс его избытков в конденсатор. Неизбежна утечка пара, которая оказывает влияние на давление в камерах эжектора и является возмущающим фактором.

     Расход  эжектирующего пара зависит от утечки и может быть уменьшен за счёт применения другого более выгодного в  этом смысле вида эжектора.

     Утечка  пара через эжектор неизбежна, так как невозможно обеспечить абсолютную его герметичность, - разработчику подвластно только уменьшение значения этого параметра, в чём и заключается поставленная задача. 

  

2. Анализ  существующей системы

    Известна  проточная часть низкого давления турбины, содержащая рабочее колесо предпоследней ступени и диафрагму последней ступени (Трухний А.Д, Лосев С.М. Стационарные паровые турбины. М. Энергоиздат. 1981.с.303).

    Недостатком известного технического решения является то, что в результате резкого раскрытия  проточной части в меридиональном сечении, последняя ступень работает при большой неравномерности входного поля скоростей, что отрицательно сказывается на ее экономичности и надежности. 
Кроме того, на формирование потока в последних ступенях оказывает влияние наличие кольцевой струи, обусловленной протечкой пара из периферии предыдущей ступени. Эта струя пара, обладая скоростью, значительно превышающей скорость основного потока, "отрезает" периферийную область последующей сопловой решетки от основного потока, что также вызывает рост потерьэнергии.

    Недостатком данного технического решения является то, что устраняя влияние кольцевой  периферийной струи, экран, в то же время, затеняет значительную часть входной  площади диафрагмы, что, естественно, отражается на неравномерности поля скоростей на входе в последнюю ступень, а следовательно, и ее экономичности. Поэтому применение подобной конструкции целесообразно только в проточных частях с отборами пара. 
Техническая задача предлагаемого технического решения состоит в снижении потерь энергии и повышении надежности работы лопаточного аппарата турбины.

    Технический результат, получаемый при использовании  предлагаемого технического решения  состоит в: 
дроблении периферийной кольцевой струи пара и обеспечении равномерного поля скоростей на входе в диафрагму последней ступени и устранении радиальных перетеканий в ней от корня к периферии, и, следовательно, устранении причины возникновения прикорневого отрыва потока; 
дроблении крупнодисперсной влаги, сосредоточенной в периферийной зоне течения; 
частичной сепарации и удалении крупнодисперсной влаги из периферии межступенчатого зазора. 
 Сущность изобретения заключается в том, что проточная часть низкого давления турбины содержит рабочее колесо предпоследней ступени, диафрагму последней ступени и кольцевой экран, размещенный в периферийной области межступенчатого зазора с отрицательной перекрышей по отношению к рабочему колесу предпоследней ступени.

    Проточная часть содержит рабочее колесо предпоследней ступени ,диафрагму последней ступени, кольцевой проницаемый экран, влагозаборную канавку. 
Проточная часть турбины работает следующим образом. 
Пар из рабочего колеса предпоследней ступени поступает в межступенчатый зазор, где при отсутствии экрана течение приобретает ярко выраженный пространственный характер, обусловленный большим меридиональным раскрытием с проточной части.