Файл: Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения.pdf

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ПОКОВКИ РОТОРОВ И БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ

61-. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

В настоящее время в связи с ростом мощностей турбогенерато­ ров проблемы создания поковок роторов и бандажных колец являются центральными в турбогенераторостроении. В двух­

полюсных машинах сложность их обусловлена главным образом

На рис. 6-1 приведена зависимость веса роторов двухполюсных и четырехполюсных турбогенераторов от полной мощности, по

данным фирмы «Броун Бовери», Швейцария [123]. Зависимости

даны для турбогенераторов, работающих с частотой 50 и 60 Гц. Однако разброс в значениях веса при той же мощности связан не только с различием частоты, но также и с различием в способах

[06

охлаждения. Аналогичные зависимости для поковок роторов, по данным фирмы «Мицубиси», Япония [130], представлены на рис. 6-2.

На международном совещании по поковкам в Италии [103] в докладе фирмы «Дженерал Электрик» (США) были приведены диаметры и веса роторов двухполюсных и четырехполюсных турбогенераторов при частоте 6θ Гц (рис. 6-3 и 6-4). Сравнение наибольших размеров и веса роторов турбогенераторов, изгото­

вленных в период с 1955 г. по

1970 г., показывает значительное снижение этих параметров за 15 лет. Такой прогресс был возможен

PMBt Р,МВт

благодаря совершенствованию технологии литья, ковки и терми­ ческой обработки крупных поковок. Особое значение среди всех

мероприятий имела вакуумная разливка стали, которая суще­ ственно уменьшила содержание растворенного водорода. Боль­ шое количество примеси водорода может служить причиной обра­ зованию флокенов (мелких трещин), к тому же при вакуумной разливке металл оказывается защищенным от окисления. Все это

привело к большей однородности металла, повышению его пла­ стичности при высоких прочностных свойствах и даже улучшению магнитных свойств стали. В результате появилась возможность увеличения веса слитков и использования основной стали электро-

дуговых печей.

26.- ПОКОВКИ РОТОРОВ ДВУХПОЛЮСНЫХ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

Роторы крупных турбогенераторов изготовляются из слитков легированной хромоникельмолибденовой и хромоникельмолиб-

денванадиевой стали. Предпочтение отдается последнему виду

стали [41], содержащему 1—3% никеля, 1.5% хрома, до 0.5%

молибдена и около 1% ванадия. После термической обработки

toy

такой стали получаются следующие механические свойства поко­ вок: предел текучести 55—68 кГ/мм2, предел прочности 75— 83 кГ/мм2 и относительное удлинение 28—16%. Отечественная промышленность достигла высоких показателей коэффициента

использования слитков. Так, вес поковки ротора турбогенератора

мощностью 500 МВт составил 64% от веса слитка, а вес поковки ротора машины 800 МВт — 70%. Особенно сложные задачи воз­ никли при создании поковок роторов турбогенераторов мощностью 1200 МВт. Из рис. 6-1 и 6-2 следует, что вес поковки в этом слу­ чае достигает 105—110 т. При существующем в международной

практике соотношении веса крупной поковки и слитка (около 50%) возникла необходимость в слитках примерно 220 т: Создание слитка такого веса и получение поковки с высокими механическими свой­

ствами позволяет отечественному турбогенераторостроению занять

ведущее .положение в области двухполюсных турбогенераторов большой мощности.

На основе поковки весом 105—110 т может быть выполнен ротор с диаметром 1250 мм, длиной бочки ротора около 8000 мм

и общей длиной вала около 15.5 м.

Следует заметить, что в СССР к двухполюсным роторам предъ­

являются следующие требования: предел текучести до 65 кГ/мм2,

предел прочности 80 кГ/мм2, относительное удлинение 16%. В США от аналогичных роторов требуется: предел текучести 42—59.5 кГ/мм2, предел прочности 60—85 кГ/мм2, относительное удлинение 16—20%. Из приведенных данных видно, что механи­ ческие свойства поковок находятся практически на одинаковом уровне, но, учитывая номинальные скорости вращения (3000 и 3600 об./мин.), запасы прочности в США будут меньше, чем

вСССР.

Внастоящее время как в СССР, так и за рубежом ведутся пред­ варительные разработки двухполюсных турбогенераторов мощ­

ностью до 2000 МВт при скорости вращения 3000 об./мин.

Возрастание мощностей турбогенераторов с 1200 до 2000 Мвт по­ требует увеличения размеров роторов. Для этой цели будет необхо­

димо не только повышение веса поковок, но и улучшение их проч­

ностных показателей. По предварительным расчетам турбогене­ ратор мощностью 1600 МВт должен иметь диаметр бочки ротора

1300 мм и длину бочки ротора 8300—9700 мм. Для такого диа­ метра ротора предел текучести должен быть 70 кГ/мм2, а предел прочности 85 кГ/мм2 [91]. Турбогенератор мощностью 2000 МВт

при значении переходного индуктивного сопротивления x'd ≤ 0.4 должен иметь следующие размеры бочки ротора: диаметр 1400 мм, длина 9700—11 000 мм. В данном случае потребуются еще более высокие механические показатели роторной стали. Следует за­ метить, что если исключить ограничение по величине переходного индуктивного сопротивления, то турбогенератор мощностью 2000 МВт можно выполнить с меньшими размерами ротора: диа-

108

метром 1300 мм и длиной 9500 мм. При этом величина х'л будет равна 0.45.

Увеличение веса поковок может быть достигнуто за счет уве­

личения веса слитков и роста отношения веса поковки к весу слитка. Таким образом, металлургам предстоит решить сложные проблемы по увеличению веса поковок с одновременным повыше­ нием механических свойств сталей для двухполюсных турбогене­

раторов очень большой мощности.

Принимая во внимание высокие требования к надежности

поковок, очень большое внимание уделяется контролю их качества. Прежде всего, из бочки ротора вырезаются образцы в тангенциаль­ ном и радиальном направлениях, а из конца вала — в продоль­ ном направлении. Для этой цели бочка ротора и вал выполняются с определенными припусками по длине. Образцы проходят проч­ ностные испытания со статическими и ударными нагрузками,

а также усталостные испытания. Наряду с этим проверяются и магнитные свойства роторной стали.

Для выявления возможных дефектов в стали ротора широко

используется ультразвуковая дефектоскопия. В крупных поковках такая проверка выполняется два раза: после обдирки поковки

и механической обработки ее поверхности и после сверления цен­ трального отверстия и термообработки с последующей обработкой поверхности.

Кроме проверки поковки ультразвуком, производится тща­

тельный осмотр поверхности центрального отверстия C помощью перископической трубы. Это дает возможность произвести не только тщательную проверку центральной части поковки, но и удалить из поковки ту ее часть, где дефекты являются наиболее вероятными. Большая вероятность дефектов в центральной части, как известно, объясняется затвердеванием слитка от наружных к внутренним слоям и вытеснением в процессе такого затвердева­ ния наиболее легких компонентов к центру слитка.

Следует отметить, что наличие центрального отверстия, вы­ полняемого для проверки качества поковки, приводит к появле­ нию повышенных механических напряжений на внутренней поверхности вдоль всей бочки ротора (рис. 6-5, а). В связи с этим в зарубежной практике для проверки двухполюсных и четырех­ полюсных роторов, наряду с рассмотренным, нашел применение и другой способ. Он заключается в выполнении нескольких от­ верстий полым сверлом. В результате при сверлении каждого отверстия извлекается стержень вплоть до центральной части

ротора (рис. 6-5, б). Металл стержня подвергается тщательной проверке. Хотя максимальное напряжение получается приблизи­ тельно таким же, как и в способе с центральным отверстием, од­ нако зоны повышенных механических напряжений имеют локаль­

ный характер и не охватывают всю длину ротора. Поэтому такой способ может иметь некоторые преимущества. Наибольшие меха-

109