Вопрос 4: «Термоусталостные напряжения в болтах и шпильках»

В шпильках или болтах фланцевого соединения имеют место напряжения растяжения, обусловленные давлением пара в корпусе и первоначальным затягом гаек шпилек. При прогревании турбины температура болтов фланцевого соеди-нения может значительно отставать от температуры близлежащих частей фланцев в связи с тем, что между верхним фланцем и шпилькой имеется воздушный зазор, а в резьбовом соединении шпильки с нижним фланцем возникает температурное сопротивление. Кроме того, коэффициенты линейного расширения материалов фланцев и болтов, как правило, существенно различаются.

Механизм температурных деформаций и напряжений.

В болтах возникают дополнительные напряжения растяжения:

,

где h – толщина фланца;

- модуль упругости болта;

- температурное расширение болта;

- температурное расширение фланца в направлении оси болта.

Запишем тепловые расширения фланца и болта

;

.

Среднеинтегральная температура фланца может быть определена.

Определение среднеинтегральной температуры болта - по опытным данным. Принимая одинаковой исходную температуру фланца и болта, т.е. Т₀ = =Т₀^* получаем напряжения:

Меры снижения температурных напряжений:

1. Поддерживать минимальной разность температур фланцев и болта;

2. Реализовать паровой обогрев фланцев и болтов (для уменьшения температурного градиента), эквивалентен «h/2» - уменьшению тол-щины фланцев вдвое;

3. Подбирать материалы фланцев и болтов таким образом, чтобы компен-сировать влияние разности температур фланца и болта.

Вопрос 5: «Термоусталость роторов».

Повторные переходные режимы турбины обуславливают циклическое деформирование материала и могут быть причиной появления термоусталостных трещин в роторах. Опасными зонами роторов являются зоны, расположенные около пазов для крепления лопаток, вблизи разгрузочных (тепловых) канавок на

поверхности вала, в местах расположения лабиринтных уплотнений, в зонах перехода от диска к валу в цельнокованых роторах дисковой конструкции, в области, расположенной около центрального сверления в цельнокованом роторе.

В перечисленных зонах при переходном режиме турбины возникают местные напряжения и деформации, обусловленные температурными воздействиями. При достаточно высоких температурах на переходных режимах возникают повторные пластические деформации, сопровождающиеся ползучестью.

Три составляющие напряжений: окружные , радиальные , осевые .

Процесс деформирования в зонах перегрузки ротора аналогичен процессу циклической деформации трехстержневой модели (см. рис.1)

Вопрос 6: «Изменение аксиальных и радиальных зазоров в проточной части паровых турбин».

Изменение аксиальных зазоров в проточной части паровых турбин при эксплуатационных режимах может происходить из-за осевого сдвига ротора , упругого прогиба диафрагм и разности температурных удлинений или укорочений ротора и корпуса турбины . Кроме того, на изменении акси-альных зазоров в какой-то степени сказываются центробежные силы , дей-ствующие на диски ротора, обуславливающие укорочение его, особенно заметное при насадных дисках. Таким образом, для любого поперечного сечения турбины изменение аксиальных зазоров может быть представлено в виде

Осевой сдвиг ротора возникает от осевого усилия, действующего на ротор турбины и генератора, и состоит из разбега ротора в упорном подшипнике между рабочими и установочными колодками, упругой деформации изгиба стойки подшипника и изменения толщины слоя смазки в упорном подшипнике. Осевой сдвиг ротора сказывается на изменении аксиальных зазоров во всех ступенях проточной части турбины одинаково.

Упругий прогиб диафрагм влияет на осевые зазоры в разных ступенях по-разному и возникает лишь при работе турбины под нагрузкой, когда появляются перепады давлений на диафрагмы. Прогиб диафрагм зависит от их конструкции и перепада давления и подсчитывается по формуле

где k – коэффициент, зависящий от конструктивной формы диафрагмы, в среднем равный 0,10-0,12; D – наружный диаметр диафрагмы, мм; - разность давлений по обе стороны диафрагмы; МПа; Е- модуль упругости тела диафрагмы, равный 2,1 ^. 10⁵ МПа; δ – толщина диафрагмы, мм.

Разность температурных удлинений или укороче­ний ротора и корпуса тур-бины Δℓ_р, которая в дальней­шем называется относительным удлинением рото-ра, яв­ляется главной причиной изменения осевых зазоров при пусках, оста-новах и других переходных режимах турбины.

При стационарном тепловом режиме работы тур­бины относительное удли-нение ротора обычно невели­ко, причем оно может быть как со знаком плюс, когда ротор длиннее корпуса, так и со знаком минус, ког­да ротор короче корпуса. При этом режиме относи­тельное удлинение или укорочение ротора обусловли­вается разностью температур ротора и корпуса и раз­личием в коэф-фициентах температурного расширения их материалов. При переходных же режимах к ука­занным причинам добавляется еще несколько факто­ров, таких как неодновременность прогрева или охлаж­дения ротора и корпуса, обогрев фланцев корпуса и др.

Когда разность температур и коэффициент темпе­ратурного расширения ротора и корпуса постоянны по всей длине турбины, относительное удли-нение рото­ра пропорционально расстоянию рассматриваемого по­перечного сечения его от упорного подшипника. В этом случае относительное удли-нение ротора можно определить по формуле ,

где — коэффициент температурного расширения ма­териалов ротора и корпуса, ⁰С^-1; — длина участка ротора от упорного подшипника до рассматриваемого сечения; — разность температур ротора и корпуса.

В общем же случае, когда разность температур ротора и корпуса по длине турбины изменяется и ко­эффициенты температурного расширения не равны между собой, для определения относительного удлине­ния ротора необходимо условно разделить ротор и корпус на несколько участков по длине с равными раз­ностями температур. Тогда относительное удлинение ротора можно будет определить по формуле

,

где - суммарное тепловое расширение ротора, мм;

- суммарное тепловое расширение корпуса, мм;

, - средние температуры i –x участков роторов и корпуса турбины при монтаже (капитальном ремонте),

⁰С; , - коэффициенты температурного расширения материалов ротора и корпуса, взятые при соответствующей температуре i –x участков, ⁰С^-1.

Основная трудность расчета состоит в оценке температуры участков ротора и корпуса. Например, при переходных режимах возникают большие разности тем­ператур в каждом поперечном сечении ротора, а так­же по толщине стенки и ширине фланцев корпуса. Поля температур в роторе и корпусе изменяют-ся во времени. Распределение температуры по ширине фланцев существенно усложняется при обогреве фланцев.

Наиболее надежными являются значения относи­тельных расширений ротора, полученные путем непо­средственного измерения аксиальных зазоров в проточ­ной части турбин при встречающихся режимах эксплу­атации. Все современные турбины снабжаются эксплу­атационными приборами по измерениям осевого сдвига ротора (прибор устанавливается вблизи упорного под­шипника) и относительного удлинения ротора (прибор устанавливается на стороне кор-пуса, удаленной от упорного подшипника).

Относительные расширения ротора в эксплуатации зависят существенным образом от режима работы тур­бины: пуск из холодного или горячего состоя-ния, оста­нов, работа под нагрузкой или на холостом ходу и т. д. Ниже рассмотрим влияние некоторых характер­ных факторов на относительные расширения ротора и соответственно на аксиальные зазоры проточной части турбины.

Влияние обогрева фланцев на изменение аксиаль­ных зазоров. Обогрев фланцев и шпилек применяется на корпусах почти всех современных мощных паровых турбин. Включение его при пуске турбины позволяет снизить разность температур по ширине фланцев, меж­ду фланцами и шпильками, между стенкой и фланца­ми корпуса турбины.

Вместе с тем обогрев фланцев может быть исполь­зован и для уменьшения, а в отдельных случаях и для регулирования относительного удлинения ротора.

Достигаемое с помощью обогрева снижение отно­сительного удлинения ротора позволяет намного со­кратить продолжительность пуска турбин из холодно­го и неостывшего состояния без ущерба для их надеж­ности при правильном пользовании обогревом.

Для анализа влияния обогрева фланцев корпуса на изменение осевых зазоров рассмотрим схему одноци­линдровой турбины, представленную на рисунке. Бу­дем считать, что участок корпуса длиной имеет обо­грев фланцев, а участок длиной не обогревается. Ес­ли при пуске с включенным обогревом фланцев под­держивать относительное удлинение ротора по указа­телю 6 равным нулю, то входные аксиальные зазоры на участке корпуса, снабженном обогревом, станут меньше установленных при монтаже турбины. Действии-тельно, при пуске без включения обогрева относи­тельное удлинение ротора

,

Где - длина участка ротора от упорного подшипника до штатного указателя относительного расширения; - разность температур ротора и корпуса, постоянная по всей длине ЦВД.

При пуске же с включенным обогревом фланцев

,

где - разность температур ротора и корпуса на обогреваемом участке; - разность температур ротора и корпуса на обогреваемом участке.

Поскольку разность температур ротора и корпуса на последнем участке корпуса, не имеющем обогрева фланцев, как при пуске без обогрева, так и при пуске с обогревом примерно одинакова, относительное укоро­чение ротора, а следовательно, и уменьшение аксиаль­ных зазоров на входе в рабочие лопатки в зоне между обогреваемой и необогреваемой частями корпуса составит: .

Причины изменения радиальных зазоров в проточной части могут быть:

1. Тепловой прогиб корпуса;

2. Разность вертикальных тепловых расширений опор корпуса и ротора;

3. Разность радиальных тепловых расширений ротора, диафрагм, обойм и корпуса;

4. Всплывание ротора на масляной плёнке в опорных подшипниках;

5. Тепловой и динамический прогибы ротора (стат. прогиб уже учитывается);

6. Искажение круглой формы уплотнительных колец (деформация корпуса) и разность тепловых расширений диафрагм и ротора (если кольца на диафрагмах).

Все эти факторы разделяются на силовые и температурные.

Влияние теплового прогиба корпуса. При появлении несимметричного температурного поля корпуса, например, когда температура верхней образую-щей его станет выше температуры нижней образующей, длина верхней обра-зующей станет больше длины нижней и за счет этого корпус изогнется вверх.

Если разности температур верха и низа корпуса будут постоянными по всей его длине, то кривая прогиба примет формулу параболы и стрела прогиба, мм, будет изменяться от нуля на опорах корпуса до максимума на середине длины корпуса: ,

D – усредненный по длине наружный диаметр корпуса, м;

L – длина корпуса, равная расстоянию между его опорами, м;

z – расстояние от передней опоры корпуса до рассматриваемого сечения, в котором определяется прогиб, м.

после замены в z на L/2 получим выражение для определения макси-мального прогиба на середине длины корпуса: .

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 672; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!