Конструкції основних вузлів та деталей

При достатньо високій кришці турбіни і звичайному приводі у радіальних апаратах застосовують трьохопорні лопаті (рис. 5.3, а). Щоб дати верхній цапфі можливість деякого прогину, що призводить до більше рівномірного розподілу напруги, зазор у верхній опорі задають більшим, ніж у двох інших. Перехід від цапфи до пера роблять із розвинутиою галтеллю Г, підбираючи радіуси R і R_сф так, щоб ширина галтелі дорівнювала діаметру цапфи. Це дозволяє забезпечити рівну міцність лопаті у місці закладення в цапфі. Виконуються лопаті литими (рис. 5.3, а), зварними (рис. 5.3, б) або при малій ширині пера b_пер – кованими (рис. 5.3, в). Литі лопаті виготовляють із сталі 20ГСЛ або 30Л. Вони при досить великих розмірах мають порожнисте перо (при b_пер >1,0 м). Для зварних лопатей перо штампують із двох заготовок листової сталі МСт3, що зварюються між собою, а потім до них приварюють ковані із сталі 20ГС або 25 заготовки верхньої і нижньої цапфи. Ковані лопаті із сталі 30ГС або 30 застосовують у високонапірних турбінах. Усі заготовки лопатей обточують на верстатах, а прилеглі кромки застругують при фіксованому положенні пера, однаковому для усієї партії.

Рис. 5.3. Лопаті напрямних апаратів:

а – радіального, лита; б – радіального, зварна; в – радіального, кована; г – конічного, лита

Переріз пера має форму добре обтічного профіля, який повинен чинити малий опір потоку і направляти його на робоче колесо. У гідротурбінах застосовують три типи профілів: симетричний (рис. 5.4, а), асиметричний позитивної кривизни (рис. 5.4, б) і асиметричний негативної кривизни (рис. 5.4, в). Вони при гладкому обтіканні по-різному впливають на потік: перший - не змінює його напряму; другий - додатково закручує (він застосовується найчастіше); третій - його дещо розкручує (застосовується рідко).

	Рис. 5.4. Профілі напрямних лопатей: а – симетричний; б – асиметричний позитивної кривизни; в – асиметричний негативної кривизни

У оборотних гідромашинах застосовують двосічні симетричні відносно подовжньої і поперечної осей профілі. Лита лопатка конічного апарату із конусоподібним пером, двома опорами і по-різному побудованими за його висотою профілями показана на рис. 5.3, г. Перо лопаті будують так, щоб воно забезпечувало потрібне закручування потоку, а його спряжені кромки, що співпадають із конічними твірними, і проходять через базові точки А і Б (рис. 5.3, г), розташовані на профілях, щільно замикалися при закритому положенні лопатей. Двохопорні лопаті у радіальних апаратах застосовуються при низькій відкритій згори кришці турбіни або при індивідуальних серводвигунах. Виконуються двохопорні лопаті так само, як і трьохопорні.

Конструкції підшипників верхньої цапфи лопаті залежать від виду мастила. Підшипник верхньої цапфи 4 з водяним змащенням, показаний на рис. 5.5, а, та із масляним змащенням (рис. 5.5, б), складається з корпусу 19, виконуваного зазвичай литим з чавуну СЧ 28-48, і запресованих у ньому втулок для середніх 2 або 20 і верхніх 5 або 17 опор лопаті.

Рис.5.5. Підшипники лопаті радіального напрямного апарату: а – з дерево-пластиковими вкладишами і водяним змащенням; б – з бронзовими вкладишами і масляним змащенням; в – без загального корпусу із композиційними вкладишами

Втулки 1 або 21 нижньої цапфи лопаті запресовують у нижнє кільце напрямного апарату. Виконуються втулки, що працюючі із масляним змащенням солідолом, із бронзи БрОЦС6-6-3, а із водяним змащенням - із деревошарових пластиків або пластмас. Кріпиться підшипник до кришки 24 турбіни або до верхнього кільця напрямного апарату шпильками 6, гайками 10 і штифтами 18. Залежно від виду мастила змінюється і виконання цапфи.

Масляне змащення у підшипнику підводиться до верхньої і середньої втулок через просвердлені у орпусі отвори, а до нижньої цапфи - через просвердлений у лопатці центральний отвір або по трубці 15, якщо перо порожнисте. Попадання води у верхній підшипник або протікання із нього обмежуються ущільненням, що самозажимається 8 із U-подібною манжетою із малостійкої гуми. У нижньому підшипнику таке ж ущільнення застосовується при досить високих напорах (Н≥100 м), коли необхідно розвантажити торець лопаті від надмірного гідравлічного тиску, і таким чином усунути підйом лопаті і притискання пера, а також для зменшення зносу опори при великому вмісті твердих наносів у воді. За наявності ущільнення нижня цапфа розвантажується через стічні отвори або трубки.

Змазування маслом виконується або шприцем через текалемітные голівки 14, або автоматично із спеціальної установки. Практично підшипники працюють на масляно-водяній емульсії, оскільки у них проникає вода.

Водяне змащення зазвичай досягається тим, що вода проникає через зазори у втулці 2, рідше - чистою водою, що спеціально підводиться. У першому випадку ущільнення 8 встановлюють безпосередньо під важелем, в другому - так само, як при змащенні маслом. Вкладиші з деревошаруватих пластиків 1, 2, 5 склеюють із брусків 16 ДСПБ (див. переріз А-А) так, щоб волокна розташовувалися у радіальному напрямі, а шари - у меридіанних площинах. При такому розташуванні, цапфи лопатей не затискаються у втулках, а бруски самоущільнюються при розбуханні пластику. Розбухання, недостатня зносостійкість за наявності твердих наносів і значна трудомісткість виготовлення є основними недоліками деревошаруватих пластиків, тому в нових турбінах замість них застосовують втулки із композитних пластмас.

Антифрикційний шар 32 підшипників складається із пористої пластмаси, заповненої фторопластом, і наноситься безпосередньо на металеву поверхню підшипника. Середній підшипник 33 встановлений у спеціальній обоймі 36, привареній до днища кришки турбіни, і може за допомогою шпильок 34 регулюватися гайками 35 по висоті. Усередині підшипника, в пазу, встановлено ущільнення 8. Нижній підшипник, виконаний у вигляді тонкостінної втулки 37, запресований у нижньому кільці напрямного апарату і захищений ущільненням. Верхній підшипник 31, що має антифрикційний шар, нанесений на опорні поверхні, запресований у верхній деці кришки турбіни.

У підшипниках, показаних на рис. 5.5, передбачена можливість регулювання зазорів на торцях лопатей. Підтягуючи болт 13, що спирається на шайбу 11, установлюють зазори Δ_верх і Δ_ниж. Розмір зазорів Δ = Δ_верх+Δ_ниж=b₀+b_пер є замикаючим розміром у розмірному ланцюзі, оскільки b₀ = h_ст-(h_кр+h_н.к.), де умовні висоти статора h_ст, звисаючої частині кришки h_кр і нижнього кільця h_н.к. заміряють від умовного прийнятого рівня. У звичайних конструкціях ці розміри виконують із відхиленнями, при яких сумарне відхилення δ виходить неприпустимо великим. Для того, щоб отримати зазори Δ_верх і Δ_ниж. у допустимих межах, між фланцями встановлюють прокладки ущільнювачів. Їх товщину визначають при складанні виходячи із фактичного значення b_τ а h виконують із урахуванням цієї товщини. Фланці підшипників ущільнюються прокладкамии 7.

Кришка турбіни, опора п'яти, верхнє і нижнє кільця відносяться до стаціонарних деталей напрямного апарату. Складаються вони, як правило, із декількох частин (секторів), габарити яких визначаються умовами транспортування і виробництва. Число секторів приймають парним, щоб мати наскрізні меридіанні роз'єми, необхідні при обробці стиків. Виконуються ці деталі зварними з прокату МСт3, рідше литими із сталі 20ГСЛ або 30Л. Можна застосовувати високоміцний чавун ВПЧ 40-5. Вибір матеріалу залежить від напруженого стану деталей і умов виробництва. Останніми роками переважне застосування знайшли зварні конструкції. Вони відрізняються найменшою витратою матеріалів для заготовок і найменшою масою, вимагають менших припусков на обробку, дозволяють точно витримувати товщину стінок, у них відсутні внутрішні і поверхневі дефекти, неминучі під час відливки, їх фактична міцність більш відповідає розрахунковим значенням. Загальним недоліком зварних конструкцій є наявність залишкової напруги і деформацій, що викликаються ними. Для усунення цієї напруги обов'язкове застосування термічної обробки (відпустки і нормалізації) після зварювання.

Кришки турбін є найбільш складними кільцевими деталями. У великих поворотнолопатевих турбінах (D₁>4,5 м) застосовують кришки, виконані окремо від верхнього кільця напрямного апарату, при цьому їх зовнішній розмір і діаметр отвору у верхньому кільці виконують більше діаметра робочого класу на величину монтажного зазора, необхідного для проносу робочого колеса при установлених лопатях і верхньому кільці. Для збільшення жорсткості, міцності і динамічної стійкості (підвищення частоти власних коливань), у кришках так само, як і в інших кільцевих деталях турбін, окрім стикових фланців установлюються суцільні проміжні радіальні ребра, що мають круглі отвори.

Кришки радіально-осьових турбін завжди виконують об'єднаними із верхнім кільцем напрямного апарату. При середніх і підвищених напорах вони мають плоску форму. У кришках, що несуть на собі п'яту агрегату, часто застосовується конічна або циліндрична перегородка, що передає навантаження на коробчатий переріз кришки, і підвищує жорсткість несучого контура в перерізі кришки. Внутрішня частина такої кришки залишається вільною і полегшує доступ до підшипника турбіни. У деяких гідротурбінах застосовуються кришки, виконані заодно із опорою п'яти. Кришки радіально-осьових високонапірних турбін розвинені у висоту, що необхідно за умовами їх міцності, оскільки вони сприймають значний гідравлічний тиск.

Конструкції верхніх кілець напрямного апарату більшою мірою залежать від конструкції статора. Останнім часом значне застосування знаходять зварні верхні кільця.

Нижні кільця напрямних апаратів є опорними конструкціями для нижніх цапф лопатей. Вони виконуються у поворотнолопатевих турбінах або окремо від камери робочого колеса, або об'єднаними із верхнім кільцем камери. У радіально-осьових турбінах, як правило, застосовують окремі нижні кільця. Деталі механізму приводу радіального напрямного апарату: важелі, накладки, серги, що складаються із вилок і стяжок, зрізні і з’єднувальні пальці і циліндричні клинові шпонки нормалізовані.