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

пические напряжения в роторах создаются в процессе их проверки при разгоне на балансировочном стенде до скорости 120% от номи­ нальной. Такое превышение скорости в настоящее время исполь­ зуется практически на всех турбогенераторных заводах в СССР

и за рубежом для турбогенераторов со скоростями вращения 3000 и 3600 об./мин. Это превышение скорости близко к значениям,

которые могут быть в процессе эксплуатации турбоагрегатов при

внезапном сбросе их полной нагрузки. Возможно, что в дальней­ шем за счет совершенствования устройств регулирования скорости

паровых турбин удастся снизить величину превышения скорости

при сбросе нагрузки. Вполне' естественно, что такое снижение

превышения скорости позволило бы увеличить диаметр ротора, а следовательно, и мощность турбогенератора. Однако рассмотре­ ние данной проблемы на одном из международных совещаний показало, что в настоящее время нет оснований для уменьшения

Как указывалось выше, диаметр четырехполюсного ротора больше диаметра двухполюсного ротора в 1.60—1.65 раза. В этих условиях окружная скорость на поверхности четырехполюсного ротора будет на 20—25% меньше, чем у двухполюсного ротора, при скорости вращения 1800 об./мин. и на 30—35% — при ско-

110

рости вращения 1500 об./мин. Это позволяет снизить требования к механическим характеристикам поковок четырехполюсных ро­

торов, а также к бандажным кольцам четырехполюсных машин. Так, например, для турбогенераторов мощностью 500—1200 МВт

при частоте 50 Гц предел текучести может быть уменьшен с 60—

65 кГ/мм2 до 45—50 кГ/мм2.

Таким образом, создание поковок четырехполюсных турбо­ генераторов упрощается в связи с понижением требования к их механическим характеристикам. Несмотря на это проблема созда­ ния поковок четырехполюсных роторов является более сложной по сравнению с двухполюсными, что обусловлено их большим

весом.

В настоящее время имеется несколько технических направле­ ний по созданию тяжелых поковок: цельнокованые, сварно-кова­

ные, сборные и сварно-сборные поковки. Цельнокованые поковки. В настоящее время

при создании четырехполюсных турбогенераторов в практике зарубежного турбогенераторостроения это направление является основным. Наибольшие успехи достигнуты в США, а в последнее

время и в Японии. В США производство тяжелых поковок освоено

фирмами «Бетлхем Стил» и «Юс Стил» (300 т), в Японии — фирмой «Джапан Стил воркс» (400 т). Наиболее полные данные по произ­ водству и испытанию тяжелых поковок даны специалистами Япо­

нии и ФРГ на 6-й международной конференции по поковкам,

происходившей в США в октябре 1972 г. [98]. Интересные сведе­ ния приведены специалистами фирмы «Дженерал Электрик» (США) по тяжелым поковкам на 5-й международной конферен­

ции по поковкам в Италии [115].

Создание тяжелых цельнокованых поковок требует развития

сталеплавильного производства, цехов по ковке, термической и механической обработке. Это связано с разработкой нового обо­ рудования и большими материальными затратами. Однако наряду с этим возникают сложные проблемы разработки и внедрения новой технологии. Дело в том, что простое геометрическое увели­

чение слитков и поковок при сохранении прежнего уровня техно­ логии неизбежно приведет к ухудшению качества поковок. По­ этому при создании тяжелых поковок, помимо вакуумного обесгаживания, нужно исключить окисление углерода, применить более качественные присадки к стали, использовать более плотные

никельхроммолибденванадиевые стали, осуществить закалку во­ дой и пр.

Наибольший ротор в США был сделан фирмой «Бетлхем Стил»; его вес 180 т, диаметр бочки ротора 1.71 м и общая длина вала

17.4 м. Особенности производства этого ротора приведены в [108]. Исходный слиток весом в 300 т был получен с помощью 5 электро­

печей. После ковки его вес сократился до 222 т, а после термиче-

Ill

ской и механической обработок — до 180 т, что составило 60% от исходного веса. В процессе испытаний поковки не было обна­ ружено ни поверхностных, ни внутренних дефектов. В зависи­ мости от места пробы и направления предел текучести был равен 68—83 кГ/мм2, предел прочности 89—102 кГ/мм2, удлинение 23—26%. Полученные результаты значительно превосходят те

требования, которые предъявля­ ют в США к поковкам четырех­

55—75 кГ/мм2, относительное

удлинение 16—20%.

По мнению специалистов США, дальнейшее повышение веса поковок связано с разра-

боткой более совершенных из­

ложниц для слитков с целью уменьшения веса отрезаемых нижней и верхней частей поков­

ки, имеющих худшую структу­ ру, а также со снижением коли­ чества углерода вдоль централь­

ной части слитка.

Быстрое развитие техноло­

гии производства тяжелых слит­

который постепенно остывает. В момент, когда наружная часть

металла начинает густеть, производится заливка стали высо­

кой чистоты с очень малым содержанием углерода. Происхо­

дит диффузия чистой стали главным образом в центр ранее за­ литого металла, в результате чего в центральной части с наиболь­ шим содержанием углерода происходит уменьшение его про­ центного содержания (рис. 6-6). Далее производится заливка

следующей порции металла, затем чистой стали и т. д.

U 2

I'

бракована. Механические свойства оказались превосходными,

так как в результате применения послеразливочного процесса существенно уменьшились неоднородности и получилась большая сопротивляемость материала появлению трещин. В результате риск отбраковки поковок очень больших весов стал меньше, чем

поковок меньших весов с использованием обычной технологии. В настоящее время становится реальным изготовление поковок весом даже 250 т на основе использования того же технологиче­ ского послеразливочного процесса [46]. В случае использования

’——

Ш0

б

Cj

СО

QO

ä

VT

(S780

Рис. 6-7. Основные размеры поковок роторов турбогенера­ торов на 1500 об./мин.

а — 1500 МВА, вес 200 т; 6 — 2000/2300 MBA1 вес. 240 т.

пуска турбогенераторов мощностью 2500 MBA при скорости вра­

щения 1500 об./мин. и 3000 MBA при скорости вращения 1800 об./мин.

Фирма «Альстом» (Франция) получила заказ на изготовление

четырех турбогенераторов мощностью около 1000 МВт, каждый со

скоростью вращения 1500 об./мин. для АЭС «Фессенгейм» и «Бу­

жей» (Франция). Тяжелые роторы для этих машин фирма будет

получать из Японии. Таким образом, вторая из ведущих электро­ технических фирм Западной Европы приняла решение развивать

производство мощных турбогенераторов для АЭС на базе цельно­ кованых поковок.

Фирма «Дженерал Электрик» (Англия) выполняет заказы по изготовлению четырехполюсных турбогенераторов мощностью 1200 МВт для США на основе цельных поковок, оставив на складе фирмы сборную поковку. Такое же техническое направление имеет итальянская фирма «Асджен», хотя раньше она выпускала сбор­ ные поковки.

Приведенные выше материалы показывают, что за последние годы ведущие капиталистические фирмы перешли от сборных поковок к изготовлению цельных. Такое изменение технической

114

ориентации может быть объяснено крупными успехами сталели­ тейных фирм, занятых производством поковок. Выполненные рас­ четы для четырехполюсных турбогенераторов на основе исполь­ зования водяного охлаждения ротора и допустимости повышенных значений переходных индуктивных сопротивлений показывают, что для турбогенераторов мощностью вплоть до 2000 МВт доста­ точно иметь вес поковки около 260 т (табл. 6-2). Для выпуска такой поковки вес слитка должен быть приблизительно 500 т. При даль­ нейшем увеличении мощностей машины возможен путь совершен­ ствования технологии производства поковок и увеличения отно­

шения веса поковки к весу слитка, получение слитков большого веса из стали электрошлакового переплава и др. Поэтому для производства мощных турбогенераторов АЭС крайне важно раз­ вить отечественную базу по созданию слитков весом приблизи­

тельно до 500 т и производству из них цельнокованых поковок

l меньше обычных машин. Можно ожидать, что на уровне 1990 г.

мощности турбогенераторов на новой технической основе с ис­

пользованием явления сверхпроводимости достигнут мощностей, которые к этому времени будут иметь турбогенераторы обычного исполнения. В этих условиях может не потребоваться дальней­

шего увеличения веса слитков и поковок.

Свари o-к ованые поковки. Метод изготовления

сварно-кованых поковок с применением электрошлаковой сварки впервые был предложен в Австрии [1]. Однако за рубежом этот

метод пока не получил применения. Наиболее существенные ре­ зультаты в развитии и практическом внедрении метода были достигнуты в СССР применительно к четырехполюсным турбогене­ раторам.