Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

Глава V II

МЕТАЛЛЫ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ, УПЛОТНЕНИЙ, ПРУЖИН И АЗОТИРУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

МЕТАЛЛЫ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ МУФТ

Соединительные муфты — важные и ответственные узлы тур­ богенераторов. Они обеспечивают передачу мощности от ротора одного цилиндра турбины другому и от ротора турбины ротору генератора. Соединенные с ротором детали муфт вращаются с большой скоростью, вследствие чего в их металле могут возни­ кать весьма значительные напряжения. Наряду со статическими напряжениями от действия центробежных сил, определяемых массой и частотой вращения детали муфты, могут иметь место и напряжения ударного характера, толчки, временное повышение напряжений и знакопеременные напряжения.

Детали муфт не подвергаются воздействию высоких темпера­ тур, пара и воды. Поэтому основные требования к металлу муфт заключаются в том, что он должен иметь достаточную прочность, пластичность и ударную вязкость при комнатной температуре.

Применяют муфты различной конструкции — жесткие, полугибкие, гибкие и зубчатые. Основные детали муфт изготовляют из поковок углеродистых и легированных сталей: 25, 30, 35, 40, 45Х, 40Н, 34ХМ, 35ХМ, 34ХН1М и др. Технические условия за­ водов предусматривают применение для муфт поковок различной прочности в зависимости от действующих на них усилий. Поковки подвергают термической обработке, состоящей, в зависимости от состава стали, из нормализации или закалки с отпуском. Металл поковок муфт должен быть однородным, чистым, свободным от по­ роков типа флокенов, трещин, скоплений шлаковых включений и пр.

Поковки подвергают серной пробе и двойному травлению 15%-ным раствором персульфата аммония и 10%-ным раствором азотной кислоты для выявления флокенов и других макропороков. Травление проводят дважды— у поставщика поковки после обдирки перед термической обработкой и на турбостроительном заводе после полной механической обработки. Участки для трав­ ления выбирают на каждой поковке муфты в зависимости от ее формы и размеров с учетом особенностей возможного расположе­ ния флокенов и других пороков в поковках. Обычно травлению подвергают внутренние и торцовые поверхности поковок муфт.

Механические свойства определяют после термической обра­ ботки на образцах, вырезанных из поковки в тангенциальном на-

254

правлении. В случае неудовлетворительных результатов первых испытаний механических свойств проводят повторные испытания в обычном порядке. Допустимаповторная термическая обработка для получения необходимых свойств металла. После вторичной

В практике современного турбостроения применяют различ­ ные конструкции концевых и диафрагменных уплотнений. Назна­ чение концевых уплотнений заключается в том, чтобы уменьшить утечку пара между корпусом и валом турбины (при давлении пара в цилиндре, превышающем атмосферное) и предотвратить засасы­ вание воздуха в цилиндр, если в нем вакуум. Наиболее распростра­ ненными среди концевых уплотнений являются так называемые лабиринтные уплотнения различной конструкции. Диафрагмен­ ные уплотнения должны предотвратить протекание пара между диафрагмами и поверхностью ступиц дисков.

Для изготовления деталей концевых и диафрагменных уплот­ нений применяют разные металлы. Корпусы и обоймы многих конструкций концевых уплотнений изготовляют из литой углеро­ дистой стали ЗОЛ, из чугуна СЧ 21-40 и СЧ 28-48, из кованых сталей Ст4; Ст5; 35.

Для насаживаемых с натягом на вал втулок уплотнений приме­ няют хромомолибденовые стали 15ХМ, 20ХМ, ЗОХМ и др. В связи с наблюдавшимися случаями ослабления посадки на валу втулок передних лабиринтных уплотнений турбин высокого давления вследствие релаксации для работы в условиях высоких темпера­ тур втулки изготовляют из стали 25Х2МФА.

Детали уплотнений, тонкие гребни и усики, запрессовывае­ мые в уплотнительные кольца, сегменты, на которых уплотняю­ щие гребни образуются выточкой, изготовляют из цветных метал­ лов и сплавов, устойчивых в условиях длительного коррозион­ ного воздействия перегретого, насыщенного и влажного пара. Прочность и пластичность этих сплавов при высоких температурах должны быть достаточно высокими, чтобы тонкие элементы уплот­ нений сохраняли свою форму и размеры в эксплуатации, не про­ гибались и не ломались под действием потока пара.

Зазоры в уплотнениях весьма малы; при эксплуатации тур­ бины концы уплотнений могут задевать вращающийся вал. Чтобы это не вызывало опасных последствий (например, прогиб вала вследствие местного нагрева), к металлу гребней уплотнений лабиринтного типа предъявляют специальные требования, заклю­ чающиеся в том, что в случае задевания металл должен обладать способностью быстро срабатываться без хрупкого выкрашивания

255

или «намазывания» на вал. При этом желательно, чтобы отвод тепла от вала усиком уплотнения был возможно большим. Уплот­ нительные гребни, сегменты и другие детали изготовляют из ла­ туни, алюминиевой бронзы, нейзильбера, никеля и пр. Для ра­ боты при температурах до 300° С применяют латунь Л62 и Л68 следующего химического состава (в %):

Температура плавления латуни Л62 составляет 905° С, ла­ туни Л68 — 938° С. Теплопроводность латуней Л62 и Л68 состав­ ляет соответственно 0,20 и 0,26 кал/(см-с<0С). Минимально допустимые механические свойства отожженных латуней Л62 и Л68 следующие:

Обе латуни обычно обрабатывают давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Температура горячей обработки для латуни Л62 находится в пределах 800—850° С, а для латуни Л68 составляет 700—800° С. Температура отжига этих латуней 600—700° С. Структура латуней Л62 и Л68 представляет собой од­ нофазный твердый раствор цинка и меди.

Для работы при температурах 300—400° С применяют медноникельцинковый сплав (нейзильбер) НМЦ 65-20 следующего хи­ мического состава (в %):

Содержание никеля дано в сумме с кобальтом, который в не­ больших количествах входит в сплав. Температура плавления

ризуется хорошей обрабатываемостью в горячем и холодном со­ стоянии. Температура горячей обработки 800—970° С, темпера­ тура отжига 700—-750° С.

256

Для изготовления уплотнительных усиков, работающих при температуре до 400° С, техническими условиями одного из турбо­ строительных заводов рекомендуются отливки из нейзильбера следующего химического состава (в %):

рекомендуется применять никель Н2. Чистый никель представ­ ляет собой весьма прочный, пластичный и химически стойкий металл серебристо-белого цвета. Параметр решетки 3,518 Â, тем­ пература плавления 1455°С, теплопроводность 0,14 кал/(см-с-°С), коэффициент линейного расширения 13,7 *10“6 см/(см - °С).

Химический состав (в %) никеля Н2 следующий: Ni + Со >

Температуры литья никеля 1550— 1650° С, горячей обработки 1100— 1200° С и отжига 780—850° С. При 368° С никель претерпе­ вает магнитное превращение. Ниже этой температуры никель фер­ ромагнитен, выше — парамагнитен. Механические свойства ни­ келя изменяются в широких пределах в зависимости от его обра­ ботки. Предел прочности холоднотянутого никеля 80—90 кгс/мм2, отожженного 45—50 кгс/мм2; относительное сужение кованого никеля 58%, отожженного 75—95%. Прочность и пластичность никеля зависят от степени деформации и температуры отжига. Различной обработкой, по-видимому, объясняется и весьма раз­

и более высоких температурах, изготовляют в некоторых случаях из монель-металла НМЖМц 28-2,5-1,5 следующего химического состава (в %):

Температура плавления сплава НМЖМц-2,5-1,5 указанного состава равна 1350° С, теплопроводность 0,06 кал/(см‘С*°С), коэффициент линейного расширения 14* 10_6 см/(см*°С). Обра­ батываемость сплава в горячем и холодном состоянии хорошая. Температура литья 1500° С, горячей обработки 975—1150° С. По коррозионной стойкости монель-металл близок к чистому

никелю. В горячекатаном состоянии для этого сплава ав -= 45-ь- -н50 кгс/мм2; б5 > 35%; ф ^ 654-75%.

В некоторых турбинах применяют гребни лабиринтных уплот­ нений из армко-железа или из аустенитных сталей.

М Е Т А Л Л Ы П Р У Ж И Н

В турбине применяют значительное количество цилиндричес­ ких винтовых и плоских пружин различных видов. В их числе и небольшие, но очень ответственного назначения пружины авто­ мата безопасности, и мощные с диаметром проволоки 40—50 мм опорные пружины, на которые устанавливают конденсатор, и плоские пружины уплотнений из нержавеющей стали, и ленточ­ ные пружины гибких муфт. '

Для изготовления винтовых цилиндрических пружин приме­ няют в зависимости от условий эксплуатации, напряжений и раз­ меров пружин углеродистые и легированные стали различных марок. Наиболее широкое применение нашли углеродистые стали 65, 70 и 75, марганцовистая сталь 65Г, кремнистые стали 55С2 и 60С2 и хромованадиевая сталь 50ХВА.

Химический состав, рекомендуемая термическая обработка и механические свойства углеродистых и легированных рессорно­ пружинных сталей приведены в табл. 75. Для пружин, работаю­ щих в паровой или водяной среде, применяют нержавеющую сталь, чаще всего 3X13, а также 4X13. Химический состав этих сталей

0,44% С. Содержание в стали обеих марок кремния и марганца — до 0,6% каждого; хрома 12-—14%, никеля не более 0,6%.

Обе стали относятся к мартенситному классу. Значения модуля упругости сталей 3X13 и 4X13 в зависимости от температуры при­ ведены в табл. 76. Как видим, модуль упругости стали 3X13 при всех указанных температурах несколько выше, чем стали 4X13. При использовании этих сталей в качестве металла пружин их термически обрабатывают на твердость HRC 40—50 и выше.

При контроле качества и приемке сталей для пружин необхо­ димо уделять особое внимание состоянию поверхности проволоки. Поверхность должна быть чистой; не допускается для изготовле­ ния пружин проволока с пороками типа волосовин, плен, расслое­ ний и пр., так как они обычно являются концентраторами напря­ жений. Для пружин, работающих при динамических нагрузках, толчках и сотрясениях, в условиях вибрационных нагрузок нали­ чие концентраторов напряжений очень опасно и может повлечь за собой быстрое разрушение.

Сталь для пружин до ее выдачи в производство подвергают также контролю макро- и микроструктуры. При макроконтроле изломов и протравленных темплетов не должны обнаруживаться трещины, пустоты, усадочная рыхлость и пр. При микроанализе

258