Типовые конструкции и основные материалы

Диафрагмы турбин представляют собой кольцевые перегородки, которые разделяют внутреннюю полость проточной части на различные зоны с постепенно уменьшающимися давлением и температурой рабочей среды по ходу ее движения в цилиндре. В каждой диафрагме размещены неподвижные сопловые (направляющие) лопатки, проходя между которыми поток пара ускоряется и приобретает направление, необходимое для входа в каналы, образованные рабочими лопатками.

На рис. 4.1 показано принципиальное устройство диафрагмы, состоящей из двух полукольцевых пластин, имеющих горизонтальный разъем, позволяющий установить ротор. Половины диафрагмы устанавливаются, соответственно, в верхней и нижней половинах цилиндра (при безобойменной конструкции цилиндров) или в верхней и нижней половинах промежуточной обоймы. Каждая половина диафрагмы состоит из соединенных между собой обода 2, 5, которым диафрагма сопрягается с обоймой, или корпусом турбины, тела 1, 6 и сопловых лопаток 3. Положение половин диафрагм относительно друг друга в осевом направлении фиксируется шпонкой 8, устанавливаемой в разъеме, а в поперечном — специальным штифтом или небольшой вертикальной шпонкой. На внутренней расточке диафрагм размещены сегменты колец лабиринтовых уплотнений, предназначенные для уменьшения протечек из одной ступени в другую вдоль ротора.

По своей конструкции диафрагмы можно подразделить на следующие основные группы: стальные (с залитыми лопатками, с наборными лопатками, сварные с приваренной решеткой лопаток) и чугунные (с залитыми в них лопатками) [7, 10, 15, 55...57, 61, 74].

Стальные диафрагмы (рис. 4.2) изготавливаются сварными и устанавливаются в зонах высоких температур пара. К двум бандажам 7 и 8 приварены лопатки 9, а получившаяся решетка приварена к ободу 10 и к телу диафрагмы 1, 6. Периферийная часть некоторых сварных диафрагм со стороны выхода пара имеет кольцевой козырек для установки надбандажных уплотнений. На горизонтальном разъеме в нижних половинах стальных диафрагм закрепляются продольные шпонки 4, которые уменьшают протечки пара и обеспечивают совпадение плоскостей обеих половин диафрагм в осевом направлении. Для улучшения условий

сборки и исключения перемещения половин по разъему в радиальном направлении на нижних половинах разъема закрепляется вертикальная шпонка 5.

Чугунные диафрагмы устанавливаются в зонах низких температур, они выполняются литыми и представляют собой обод с плотно залитыми в них лопатками из нержавеющей стали (рис. 4.3). Ободы, как правило, имеют влагоулавливающие устройства. Устанавливают литые диафрагмы в корпусе цилиндра аналогично сварным диафрагмам, часть литых диафрагм фиксируется в поперечном направлении не вертикальной шпонкой, а пригоняемыми, радиально установленными в ободе винтами — "пинами".

В турбинах низкого давления малой мощности использовались диафрагмы с наборными направляющими лопатками. В наборных диафрагмах паровой канал выфрезеровывается в лопатках, которые, в свою очередь, крепятся к телу диафрагмы (рис. 4.4).

По конструктивному исполнению горизонтальный разъем диафрагм (рис. 4.5) может быть прямым, косым и комбинированным. Разъем стальных диафрагм выполняется прямым. Косой и комбинированный разъемы применяются в литых крупногабаритных диафрагмах с длинными лопатками для того, чтобы исключить разрезку лопаток, попадающих на разъем.

В турбинах с регулируемыми отборами пара применяют регулирующие (поворотные) диафрагмы, выполняющие две функции: разделение внутренней полости цилиндра на отсеки с различными параметрами пара и регулирование пропуска пара в последующие отсеки турбины. Поворотная диафрагма турбины Т-175-130 ТМЗ, представленная в качестве примера на рис. 4.6, состоит из двух половин, соединенных болтами по горизонтальному разъему. Перед диафрагмой со стороны входа пара расположено поворотное стальное кольцо 2, также выполненное из двух сболченных половин. Четыре планки 3 ограничивают перемещение поворотного кольца в осевом направлении. Поворот кольца производится сервомотором, расположенным вне цилиндра, через рычажную передачу, соединенную с серьгой 4.

Для организации отборов пара из цилиндров между цилиндром и диафрагмами конструктивно выполнен дополнительный элемент — обойма диафрагм. Обоймы диафрагм представляют собой литые конструкции, состоящие из двух половин — верхней и нижней, соединяемых между собой фланцами горизонтального разъема и скрепляемых шпильками. На периферийной части обойм выполнен кольцевой выступ (зуб) для установки в соответствующей расточке цилиндра. Типовая конструкция обоймы показана на рис. 4.7. В некоторых случаях (для уменьшения радиальных размеров обойм) при размещении усиков уплотнений на бандажах рабочих лопаток во внутреннюю расточку обойм диафрагм напротив бандажей рабочих лопаток турбины устанавливаются усики надбандажных уплотнений или металлокерамические вставки.

Рис. 4.2. Стальная сварная диафрагма турбины К-300-240 ЛМЗ:

1,6 — тело диафрагмы; 2 — цилиндр (обойма); 3 — лапки подвески диафрагмы; 4 — продольная шпонка разъема диафрагмы; 5 — вертикальная шпонка разъема диафрагмы; 7,8 — бандаж; 9 — лопатки; 10 — обод; 11 — крепежный винт

Рис. 4.3. Литая чугунная диафрагма:

1,9 — обойма диафрагмы; 2 — вертикальная шпонка; 3,7 — тело диафрагмы; 4 — лапка подвески нижней половины диафрагмы; 5 — лапка подвески верхней половины диафрагмы; 6— сегмент уплотнения; 8 — направляющая лопатка; 10 — регулировочный пин; 11 — вертикальная шпонка разъема диафрагмы; 12 — крепежные винты лапок подвесок диафрагмы; 13 — сухарь подвески верхней половины диафрагмы; 14, 15 — регулировочные пластины лапок подвески

Рис. 4.4. Способы крепления направляющих лопаток в наборных диафрагмах: а — конструкция фирмы "Вумаг"; б — конструкция фирмы "АЕГ"; в — конструкция фирмы "ДЖИИ"

Рис. 4.5. Разъемы диафрагм:

а — прямой разъем; б — косой, в — комбинированный

Рис. 4.6. Поворотная диафрагма

Диафрагмы устанавливают непосредственно во внутренние расточки цилиндров или обойм и закрепляют таким образом, чтобы они могли при нагревании свободно расширяться в радиальном направлении, не оказывая давления на стенки цилиндра или обоймы. Для этого между наружной цилиндрической поверхностью диафрагмы и расточкой цилиндра или обоймы предусмотрен тепловой радиальный зазор, составляющий обычно 2...3 мм.

Цилиндрические расточки определяют также осевое положение диафрагм в проточной части. Вследствие разности давлений по обе стороны диафрагма прижимается кольцевой поверхностью обода к расточке корпуса; для обеспечения тепловых расширений обод диафрагмы входит в расточку с осевым зазором О1...0,3 мм.

Диафрагмы устанавливаются в цилиндрическую расточку с помощью системы подвесок и шпонок или штифтов. Для установки диафрагм в цилиндрах и обоймах применяют схемы, показанные на рис. 4.8.

В вертикальной плоскости нижняя половина диафрагмы подвешена на шпонках 5, верхняя половина устанавливается на нижнюю и крепится с помощью штифтов и шпилек 2. Верхние половины диафрагм подвешиваются в верхней половине цилиндра с помощью специальных подвесок 8 и при закрытии свободно ложатся на разъем нижней половины. В поперечной плоскости положение диафрагм фиксируется с помощью шпонки или радиально установленных штифтов.

Обоймы и диафрагмы имеют на наружной поверхности обода зуб, который входит в кольцевую проточку в цилиндре или обойме, фиксируя их осевое положение. Ширина зуба меньше ширины проточки на 0,10...0,25 мм, что обеспечивает возможность снятия и установки как верхних половин цилиндров, так и самих обойм и диафрагм. У чугунных диафрагм зуб выполняется меньше паза на 1,5...2,0 мм и со стороны паровпуска в зуб вставляются стальные штифты, за счет которых выдерживается требуемый зазор. На рис. 4.9 показан пример установки нижней половины сварной диафрагмы в обойму.

Для правильного соединения верхней и нижней половин и для исключения (ограничения) пропуска пара через горизонтальный разъем в нем устанавливается система шпонок, а сам разъем тщательно пригоняется путем шабровки. На рис. 4.10 показан общий вид узлов соединения верхней и нижней половин диафрагмы.

Существенные конструктивные различия имеют диафрагмы активных ступеней и направляющие аппараты реактивных ступеней. Направляющие аппараты реактивных ступеней в отличие от рассмотренных выше диафрагм активных ступеней не несут значительных осевых усилий и выполняются со значительно более легкими элементами конструкции. В эксплуатируемых в настоящее время на электростанциях паровых турбинах, выпускавшихся отечественной промышленностью, реактивные ступени практически не применяются.

Рис. 4.8. Способы установки диафрагм в расточку:

а — установка диафрагмы с помощью подвесок и вертикальной шпонки в нижней половине, верхняя половина диафрагмы крепится с помощью крепежа; б — установка диафрагмы с помощью подвесок и вертикальных шпонок в нижней и верхней половине; в, г — установка диафрагмы с помощью подвесок и штифтов; 1 — шпонки для центровки диафрагмы; 2 — шпилька; 3 — верхняя половина диафрагмы; 4 — ротор; 5 — шпонки для подвески нижней половины диафрагмы; 6 — нижняя половина диафрагмы; 7 — корпус цилиндра; 5 — шпонки для подвески верхней половины диафрагмы; 9 — штифт

Отдельно необходимо обратить внимание на конструкцию и установку сопловых аппаратов регулирующих ступеней ЦВД и первых ступеней давления однопоточных цилиндров среднего и низкого давления.

Для организации парциального подвода пара к регулирующей ступени ЦВД ее сопловой аппарат на большинстве турбин состоит из нескольких (чаще всего четырех) отдельных групп сопел, устанавливаемых в отдельные герметичные камеры — паровые коробки. Таким образом, сопловой аппарат регулирующей ступени представляет собой четыре отдельных сегмента, установленных в одной плоскости в кольцевую "т-образную" расточку сопловых коробок (рис. 4.11). Для устранения протечек пара по "т-образной" расточке паровых коробок на концах сегментов сопел в специальные пазы устанавливаются уплотняющие шпонки, от смещения в паровой коробке сегменты удерживаются стопорными штифтами.

Для уменьшения линейных размеров одно поточных цилиндров среднего и низкого давления первая ступень давления этих цилиндров устанавливается в кольцевую "т-образную" расточку входной сопловой камеры цилиндра и представляет собой два полукольца, закатываемых в расточку.

В зависимости от условий работы диафрагм (температура пара, усилия воспринимаемые диафрагмой, и пр.) для их изготовления применяются различные материалы [7,15, 55, 61, 74].

Для температуры пара до 250 °С применяются чугунные диафрагмы, изготовленные из чугуна марок СЧ-18-36, СЧ-21-40, СЧ-24-44, с залитыми в них штампованными лопатками из нержавеющей стали 12X13.

При температуре до 300 °С диафрагмы могут быть изготовлены из перлитного чугуна марки СЧ-28-48.

При температурах свыше 300 °С применяются стальные диафрагмы. При температурах до 450 °С для изготовления тела и ободьев диафрагм применяется листовой прокат из малоуглеродистых сталей марок 15, 20; при температурах 450...530 °С поковки из хромомолибденовых сталей марок 20ХМ, 15ХМА, 20ХМА; при температурах 530...565 °С поковки из хромомолибденованадиевых сталей марок 12ХМФ, 20ХМФ, ЭИ-10 (20Х1М1Ф).

Направляющие лопатки для сварных диафрагм, работающих при температуре до 480 °С, изготовляются из хромистой нержавеющей стали марок 12X13, 20X13; при температуре до 550 °С — из стали марки 15X11МФ, а при температуре до 580 °С — из стали марки ЭИ-802.

Рис. 4.9. Установка сварной диафрагмы в обойму: 1 — диафрагма; 2 — обойма; 3 — подвеска диафрагмы;

4 — продольная шпонка; 5 — поперечная шпонка

Рис. 4.10. Узлы соединения верхней и нижней половин диафрагм:

1 — обойма; 2 — лапки подвески диафрагмы; 3 — продольная шпонка;

4 — поперечная шпонка; 5 — регулировочная пластина

Рис. 4.11. Сопловая коробка регулирующей ступени

Дата добавления: 2015-08-18