УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ РАЗБОРКИ ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ВАЛА С РАБОЧИМ КОЛЕСОМ РОТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, ИМЕЮЩИМ ЛОПАТКИ
DEVICE FOR INDUCTION DISASSEMBLY OF PRESSURE JOINT SHAFT AND GAS TURBINE ROTOR WHEEL WITH BLADES

Изобретение относится к области индукционной электротехнологии и может найти широкое применение в ремонтном производстве при тепловой сборке и разборке прессовых соединений, преимущественно крупногабаритных корпусов, например при демонтаже рабочих колес с вала ротора паровой турбины.
Известно устройство для разборки прессового соединения (авторское свидетельство СССР №556023, кл. B23D 19/02. БИ №16, 1977), содержащее кольцевой нагреватель с верхними и нижними магнитопроводами, при этом узел, подлежащий разборке, устанавливается вертикально на нижние магнитопроводы, а индуктор, используемый в устройстве, - трансформаторного типа, работающий на промышленной частоте (50 Гц).
К недостаткам данного устройства следует отнести ограниченное его применение ввиду невозможности распрессовки массивных деталей и деталей сложной формы и разной толщины из-за невозможности обеспечения равномерного распределения температуры по всей поверхности распрессовки и разности температур в запрессованных деталях. Например, данное устройство не может быть применено для распрессовки длинных цельнометаллических валов из массивных корпусов, например для распрессовки рабочих колес с валов роторов паровых турбин. А в связи с тем, что в данном случае величина зазора между сопрягаемыми деталями имеет малую и неравномерную величину по всей поверхности распрессовки, то неизбежны повреждения этих поверхностей, что приводит к невозможности их повторного использования без дополнительной обработки.
Известен способ подготовки к демонтажу корпуса с запрессованной втулкой, включающий нагрев газовыми горелками корпуса детали и одновременное охлаждение внутренней поверхности втулки воздухом, подаваемым в газовые горелки (авторское свидетельство СССР №1752525, кл. B23D 19/02. БИ №29, 1992).
Недостатком данного способа является узкая технологическая возможность, вызванная тем, что он может быть использован только для тонкостенных полых втулок. Кроме того, данный способ предполагает значительные затраты газа, а значит - неэкономичность процесса нагрева.
Известно также устройство для индукционной разборки прессовых соединений, выбранное в качестве прототипа заявляемого изобретения (авторское свидетельство СССР №1324814, кл. B23D 19/02. БИ №27, 1987), содержащее индуктор, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки, которая является одной из двух составляющих частей индуктора, в состав которой входят также шесть магнитопроводов, при этом другая часть индуктора содержит две водоохлаждаемые катушки, каждая из которых размещена на каретке и выполнена в виде трубок из электропроводного материала овального поперечного сечения, расположенных в четыре слоя в форме петли и трех магнитопроводов, кроме того, оно снабжено ложементом для колесной пары и механизмом ее центрирования и перемещения, а также направляющими, установленными перпендикулярно продольной оси устройства и двумя каретками, размещенными на направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в противоположных направлениях.
Недостатки:
В связи с тем, что индуктор выполнен составным из двух частей, одна - в виде двух водоохлаждаемых катушек из электропроводного материала овального поперечного сечения, расположенных в четыре слоя в форме петли, а другая - в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки, и имеет девять магнитопроводов, то можно с уверенностью утверждать, что такая конструкция индуктора значительно усложняет конструкцию всей установки и увеличивает трудоемкость ее изготовления и стоимость.
Кроме того, следует отметить невозможность разборки прессовых соединений (распрессовки) на устройстве по прототипу массивных деталей и деталей сложной формы, так как используемые в устройстве электромагнитные параметры индуктора, подключенного к промышленной сети частотой 50 Гц, напряжением 220-380 В, не позволяют, в случае деталей сложной формы и разной толщины, обеспечить равномерное распределение температуры по всей поверхности распрессовки и разность температур в запрессованных деталях.
Например, данное устройство не может быть применено для разборки прессовых соединений (распрессовки) длинных цельнометаллических валов из массивных корпусов, таких как распрессовка рабочих колес с вала ротора паровой турбины что сужает технологические возможности и повышает трудоемкость изготовления устройства для индукционной разборки прессовых соединений.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение технологических возможностей и снижение трудоемкости изготовления устройства.
Задача решается тем, что устройство для индукционной разборки прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины, имеющим лопатки, содержащее индуктор, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки, снабжено гибким водоохлаждаемым индуктором, грузоподъемной оснасткой, подъемным механизмом, ямным устройством с приспособлением для подачи воды для охлаждения вала, подставкой с защитным основанием, установленной сверху на ямное устройство, и высокочастотным нагрузочным трансформатором, при этом гибкий водоохлаждаемый индуктор выполнен с возможностью наматывания на верхнюю часть рабочего колеса ротора паровой турбины до его лопаток, индуктор в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки выполнен с возможностью закрепления в защитном основании подставки, упомянутые индукторы соединены последовательно из условия обеспечения суммирования силовых линий их магнитных полей в теле рабочего колеса ротора паровой турбины и подключены к вторичной обмотке упомянутого высокочастотного нагрузочного трансформатора, первичная обмотка которого шунтирована компенсирующей батареей конденсаторов и подключена к высокочастотному источнику питания.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена упрощенная схема устройства для индукционной разборки прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины, имеющим лопатки.
Устройство для индукционной разборки прессового соединения вала 1 с рабочим колесом 2 ротора паровой турбины, имеющим лопатки 3, содержит индуктор 4, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки; гибкий водоохлаждаемый индуктор 5, грузоподъемную оснастку 6, подъемный механизм 7, ямное устройство 8 с приспособлением для подачи воды 9 для охлаждения вала 1, подставку 10 с защитным основанием 11, установленную сверху на ямное устройство 8, и высокочастотный нагрузочный трансформатор 12, при этом гибкий водоохлаждаемый индуктор 5 выполнен с возможностью наматывания на верхнюю часть рабочего колеса 2 ротора паровой турбины до его лопаток 3, индуктор 4 в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки выполнен с возможностью закрепления в защитном основании 11 подставки 10, упомянутые индукторы 4, 5 соединены последовательно из условия обеспечения суммирования силовых линий их магнитных полей в теле рабочего колеса 2 ротора паровой турбины и подключены к вторичной обмотке 13 упомянутого высокочастотного нагрузочного трансформатора 12, первичная обмотка которого 14 шунтирована компенсирующей батареей конденсаторов 15 и подключена к высокочастотному источнику питания 16.
Устройство для индукционной разборки прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины, имеющим лопатки, работает следующим образом.
С помощью грузоподъемной оснастки 6 и подъемного механизма 7 ротор паровой турбины заводится на ямное устройство 8 и к нему (с помощью приспособления 9 подачи воды для охлаждения вала 1) подводится напорный шланг, а, кроме того, отводится в дренаж ямного устройства 8 шланг для слива воды из вала 1 (на чертеже шланги и дренаж не показаны). На ямное устройство 8, сверху, устанавливается подставка 10 с защитным основанием 11, на которое будут сползать (после разборки под действием собственного веса) рабочие колеса (тело 2, лопатки 3) ротора (ротор будет находиться на подъемном механизме 7 до окончания работ).
Далее, гибкий водоохлаждаемый индуктор 5 наматывают на верхнюю часть тела 2 рабочего колеса до лопаток 3, а индуктор 4, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки, закрепляют в защитном основании 11 подставки 10. При этом индукторы 4 и 5 соединяют последовательно и подключают к вторичной обмотке 13 высокочастотного нагрузочного трансформатора 12. Первичную обмотку 14 трансформатора 12 шунтируют компенсирующей батареей конденсаторов 15 и подключают к высокочастотному источнику питания 16 - к тиристорному преобразователю частоты.
Таким образом, устройство для индукционной разборки прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины, имеющим лопатки, подготовлено к работе.
Включается высокочастотный источник питания 16 и индукторы 4 и 5 начинают разогревать тело 2 рабочего колеса (2 и 3) и место соединения (прессовки) рабочего колеса с валом 1 до образования разборочного зазора между ними, достаточного для того, чтобы тело 2 рабочего колеса (2 и 3) вышло из зацепления с валом 1.
При индукционном нагреве рабочего колеса (2 и 3) и места соединения его с валом 1, вследствие различия температур в поверхностных и глубинных слоях материала рабочего колеса (2 и 3), создаются такие растягивающие и сжимающие напряжения, которые обеспечивают получение разборочного зазора заданной величины (патент РФ №2121420, кл. В23Р 19/02, 1998).
Периодически поднимая ротор с помощью подъемного механизма 7 и получая зазор между защитным основанием 11 подставки 10 и нижним рабочим колесом (2 и 3) до тех пор, пока рабочее колесо (2 и 3), под действием собственного веса, не сползет с вала 1 на защитное основание 11 подставки 10.
После сползания рабочего колеса с вала ротора на защитное основание, высокочастотный источник питания отключается, ротор выводится из ямного устройства и снятого рабочего колеса в сторону с отключением водяного охлаждения. Далее снятое рабочее колесо стропят и переустанавливают на специально подготовленные подставки, изолируя его при этом асбестовой тканью и выдерживая до полного остывания.
Ротор паровой турбины вновь заводят на ямное устройство и повторяют процесс разборки (распрессовки) уже очередного колеса.
Использование предлагаемого технического решения позволяет осуществлять ускоренный нагрев и равномерное распределение температуры по всей поверхности разборки и получать необходимую разность температур в сочленяемых деталях, не оказывая при этом опасного термического влияния на лопатки. Все это, в конечном итоге, позволяет получать гарантированное качество разборки, обеспечиваемое наличием зазора по всей поверхности разборки, обеспечивающего свободное разъединение вала с запрессованным рабочим колесом ротора паровой турбины. Кроме того, в результате разборки не нарушается качество демонтированных составляющих изделия, что позволяет осуществлять многоразовое их использование.
Таким образом, заявляемое устройство для индукционной разборки прессовых соединений позволяет производить разборку (распрессовку) массивных корпусов сложной формы с запрессованными в них цельнометаллическими валами - прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины, тем самым расширяя технологические возможности устройства по сравнению с известными, в том числе и с прототипом.
А так как в предлагаемом устройстве используются простые по конструкции индукторы без магнитопроводов (один из которых - гибкий), то получаем, в конечном итоге, снижение трудоемкости изготовления устройства.
Предлагаемое устройство для индукционной разборки прессовых соединений изготовлено и опробовано ООО НПП «Курай» на одной из ГРЭС республики Башкортостан при ремонте одного из роторов паровой турбины со следующими показателями:
1.
Источник высокочастотного питания мощностью 250 кВт,
ППЧ-250-
частотой 1000 Гц
1,0
2.
Компенсирующая батарея конденсаторов выполнена на
ЭСВК-0,5-
базе конденсаторов
1,0
3.
Высокочастотный нагрузочный трансформатор типа
ТС-6
4.
Гибкий водоохлаждаемый индуктор
5 витков
5.
Стационарный индуктор
4 витка
6.
Температура нагрева тела рабочего колеса
250…300°С
7.
Температура вала в момент распрессовки
90…100°С
8.
Время, затрачиваемое на распрессовку одного рабочего
55 мин
колеса ротора паровой турбины
В процессе нагрева производился контроль температуры в шести точках по всей окружности рабочего колеса. В результате распрессовки было определено, что поверхности рабочего колеса и прессового соединения нагревались до температуры, ниже величины структурных изменений, а термических и механических повреждений вала не было обнаружено. Все это позволило осуществить повторное использование как вала, так и тела рабочего колеса ротора паровой турбины.
При производственном апробировании была достигнута небывалая до этого производительность труда. За короткое время были сняты с ротора низкого давления турбины К-3 00-240 ЛМЗ три рабочих колеса, что говорит о существенном снижении трудоемкости и времени проведения работ.