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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 107

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

∙⅛1

СО

се

SJ

IS

R

ю

сб

H

Механические свойства внутренней поверхности

коэффициент температурного линейного рас­ ширения, l ∕0C

ф ⅛ о

L й 2 л

Я S Φβ⅛-< ⅛. О 1—1 Z-V ¡=Г К ~ р. «

≡ S1 ≡ ~ ≡

gg,≈r≡ g iθ⅛σi S -

о C S Я

а о ⅛g c⅜e∙

До

« .

FS f→

„g

≥>≡*

о

Fi ≈

окон

S !»

Я

¿ „

«

5≡ о ≡

⅛

Л

ф о

FÏ

≡

SJ >-

>»

 

нч

д

я сть, cmz

р ­

­

зя

аа

 

у

в к kΓ∕

н

о

Л ʌ

Д Ф _

5 “ “

О Ф ≡

≡sb

6- и

о

1 Ф Ф о

5

о

До-

o≡≡ -

-

д

ς о

н

R fʧ S

oω>,H

 

FS ⅛⅛

 

⅛φ S

 

н Ф к

 

 

ь

F> Ô

fLt

Ф г-

- 2

Fi it,

~ S

пре ρπo

CT

гк

 

 

/

LC

I I

о О

—г-1

 

CC

 

О

 

со

 

о

«О

to

О

о

 

о

lQ

 

от

 

OO

*∙jJl

г-

CC

Ю

IO

О

CQ

CQ

о

 

сч

Sf

I

!

 

LQ

 

оч

 

lɔ

о

TUQ

∞

о

о

о

СЧ I СО

ю

L-∙

й

CC rj

=S

3

й

о

CC

е- S

Ен

то ясно, что основная составляю­ щая растягивающих сил, вызывае­ мая центробежными силами само­

го бандажного кольца, может быть

существенно уменьшена. Это при­ водит к возможности снижения требований к величинам механи­ ческих напряжений в бандаж­

ных кольцах или к возможности создания бандажных колец на

большие диаметры при со­

хранении

уровня

требующих­

ся механических

напряжений

(табл. 6-4).

6-4 следует,

что мо­

Из табл.

дуль упругости титанового

сплава

почти в 2 раза меньше, чем у стали.

В результате этого деформация ти­ танового кольца от центробежных сил при вращении получается боль­ ше, чем у стального кольца при

одинаковых напряжениях. Поэто­

му при условии сохранения вели­ чины разъединительной скорости при титановом кольце необходимо иметь больший натяг при посадке.

Если в дополнение к этому учесть, что коэффициент температурного расширения титана примерно в 2

раза меньше, чем стали, то станет ясным, что нагрев бандажных ко­

лец из титанового сплава должен проводиться до большей темпера­ туры, чем стальных бандажей.

Так, например, для получения не­ обходимого посадочного натяга у титановых бандажей для турбо­ генератора мощностью 100 МВт потребуется температура около 400o С, в то время как для сталь­ ных бандажей температура будет находиться в пределах 250o С. Вы­ сокая температура титановых бан­ дажей может превысить темпера­ туру= допустимую для изоляции,

расположенной под бандажным кольцом.

128

Для преодоления трудностей с применением бандажных колец из титановых сплавов были предложены оригинальные конструк­

ции: двухслойное бандажное кольцо [89] и титановое бандажное кольцо совставкой [15]. Обе эти конструкции снижают температуру нагрева бандажных колец перед посадкой.

B¾SS⅛

Рис. 6-13. Двухслойное бандажное кольцо ротора турбогенератора.

1 — титановое кольцо; 2 — стальное кольцо.

Двухслойное бандажное кольцо, образованное посадкой тита­

нового кольца на стальное кольцо с натягом, представляет единую деталь (рис. 6-13). На стальное кольцо действуют собственные цен­ тробежные силы и центробежные силы лобовых частей обмотки ротора. Расширению стального кольца препятствует титановое

кольцо,

в

результате чего

 

 

Г/)///

 

стальное кольцо

разгружа­

 

 

1 °

 

ется. Распределение нагру­

 

 

 

 

зок между стальным и тита­

 

 

 

 

новым кольцами можно из­

 

 

 

 

менять

за счет величины на­

 

 

 

.2

тяга

при

горячей

посадке

 

 

 

 

титанового

кольца

на сталь­

 

 

 

 

ное кольцо. Исследования,

Рис.

6-14. Титановое бандажное кольцо

выполненные Г. А. Загород­

 

со вставкой.

 

ной, показывают, что при

а — для однопосадочного бандажного

узла;

достигнутых в настоящее вре­

б — двухпосадочного; 1 — титановое кольцо;

мя

механических

свойствах

 

 

3кидной гайки.

 

і поковок из

стали

и титано­

2 — вставка;

— шпонка; 4 — резьба

на­

вого

сплава

двухслойное

 

 

 

 

бандажное кольцо позволяет

увеличить диаметры бандажей. Это в свою очередь открывает возможности для увеличения наибольшего диаметра бочки ротора `

при скорости вращения 3000

об./мин. с 1200 до 1300 мм.

Размеры стальных вставок

на посадочных местах бандажных

колец со вставками (рис. 6-14)

выбираются, как и толщина сталь­

ного слоя в двухслойном бандаже, из условия допустимой темпе­ ратуры нагрева кольца. Исследования Г. А. Загородной показали,

что коэффициент запаса прочности такого бандажного кольца

в месте посадки приблизительно такой же, что и в обычном бан­

даже из немагнитной стали. Однако по мере удаления от места

9 и. А. Глебов, Я. Б. Данилевич

129

посадки вдоль бандажного кольца коэффициент запаса быстро увеличивается. Поэтому конструкция бандажного кольца из титана со стальными вставками на посадочных местах для мощных

турбогенераторов

может рассматриваться

 

как

перспективная.

В 1966 г. наб).

роторе турбогенератора мощностью 100 МВт были

установлены

два

титановых

бандажных

кольца

со вставками

(рис. 6-14,

В том ще году такой ротор был введен в эксплуата­

цию.

В 1970 г. в период капитального ремонта указанные кольца

были

сняты

для осмотра. При нагреве до

температуры 280o G

они легко снялись; дефектов

в кольцах

и

изменений первона­

чальных натягов не обнаружено. После проверки бандажные кольца были вновь надеты, и ротор введен в эксплуатацию.

Рис. 6-15. Бандажное кольцо из титанового сплава с гибкой стальной вставкой.

I — стальное кольцо (вставка): 1 — утолщенная часть, 2 — гибкая часть; II — титановое кольцо, III — бочка ротора, IV — шпонка.

В последнее время Г. А. Загородной была предложена новая конструктивная схема бандажного кольца из титанового сплава с гибкой стальной вставкой (рис. 6-15). Стальное кольцо своей утол­

щенной частью 1 запрессовывается в титановое кольцо. Исключе­ ние осевых перемещений может быть достигнуто, например, с по­ мощью кольцевой шпонки. Благодаря гибкой части 2 стального

кольца натяг между бандажным кольцом и бочкой ротора будет определяться только от центробежных сил самой стальной вставки.

Поэтому величина натяга будет даже меньше, чем у обычного бан­ дажного кольца, на которое еще действуют и центробежные силы лобовых частей обмотки ротора. В результате этого нагрев тита­ нового бандажа с гибкой стальной вставкой будет меньше, чем в обычной конструкции приблизительно в 1.5 раза.

Рассматривая перспективные решения конструкций бандажных колец, предложенных с целью расширения диапазона мощностей турбогенераторов, необходимо остановиться на принципиально

новом подходе к выбору величины запаса прочности бандажных колец. Как уже было отмечено выше, запас прочности определя­

ется по максимальному тангенциальному напряжению при разгон­ ной скорости относительно предела текучести. Однако пластиче­ ская деформация за пределами текучести стали на внутренней поверхности бандажного/ кольца не означает его разрушения.

130

Более того, существует значительный запас по предельной нагруз­ ке бандажного кольца с учетом его пластической деформации,

и разрушение бандажных колец будет поэтому происходить при скорости, значительно превышающей скорость, при которой до­ стигается предел текучести на внутренней поверхности. Для ил­

люстрации в табл. 6-5 даны результаты расчетов бандажных колец *

для

турбогенераторов с номинальной скоростью вращения

3000

об./мин. Эти расчеты подтверждают изложенное выше прин­

ципиальное положение о том, что реальные запасы прочности бан­ дажных колец значительно выше расчетных. Такое заключение открывает возможность для снижения расчетных запасов прочности и выполнения бандажных колец для турбогенераторов значительно больших мощностей при использовании материалов с теми же

прочностными характеристиками.

 

Таблица

6-5

Результаты расчета бандажных колец за пределами упругости

 

 

 

Мощность генератора, МВт

 

 

165

300

500

'

 

 

Диаметр ротора,

мм

 

 

1000

1075

1125

 

Коэффициент запаса

Скорость при начале пластического

при разгонной скорости

 

течения, об./мин.

 

вращения

 

 

 

 

 

4900

4500

4180

 

 

Предельная скорость вращения,

 

 

 

об./мин.

 

 

 

5980

5470

5090

 

По предельной нагрузке....................

2.76

2.54

2.00

 

По пределу текучести на внутренней

1.95

1.65

1.42

 

поверхности........................................

 

По пределу текучести на наружной по­

2.19

1.82

1.60

 

верхности .............................................

 

Перейдем теперь к особенностям создания бандажных колец для четырехполюсных турбогенераторов со скоростью вращения

1500 об./мин. В связи с меньшей линейной скоростью предел

текучести бандажных колец роторов турбогенераторов мощ

постью 500—1000 МВт достаточно

иметь

равным 75—80 кГ/мм2,

а предел прочности 95—100 кГ/мм2,

т. е.

значительно ниже, чем

у двухполюсных турбогенераторов тех же мощностей. Лишь у четырехполюспых турбогенераторов мощностью 2000 МВт требуемая

* Расчеты выполнены Г. А. Загородной.

9* 131

Смотрите также файлы