Опора корпуса цилиндра паровой турбины
SUPPORT OF THE CYLINDER BODY OF A STEAM TURBINE

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, в частности, к сопряжению корпусов цилиндров и корпусных элементов (корпусов подшипников, а также других корпусных деталей) паровой турбины с обеспечением заданных тепловых расширений и минимальных сил сопротивления в сопряжении.
В современных турбомашинах одной из основных технических проблем является обеспечение надежности их работы с точки зрения вибрационного и теплового состояния. Тепловые расширения турбины обеспечивают в допустимых пределах взаимное положение роторных и статорных деталей турбины, изменяющих свои геометрические размеры по мере прогрева или остывания. Тепловые расширения одновременно обеспечивают заданные тепловые перемещения корпусов цилиндров и корпусов подшипников относительно фундамента и друг друга в заданных направлениях; надлежащее прилегание корпусов подшипников к фундаментным рамам; соосность проточной части, валопровода и расточек корпуса подшипников в заданных пределах на всех режимах работы; осевые зазоры между деталями ротора и статора в заданных пределах (РД 34.30.506-90 Методические указания по нормализации тепловых расширений цилиндров паровых турбин тепловых электростанций, Министерство энергетики и электрификации СССР, Москва, 1991 г., стр. 2).
Возникающие в сопряжении силы сопротивления (трения), могут привести к скачкообразному расширению или заклиниванию корпусных деталей, их повреждению, повышению вибрации и перекосам, что в дальнейшем может вызвать неисправность турбины и аварию.
Также для опор корпусных деталей существенной технической проблемой является обеспечение требуемой технологичности при проведении комплекса монтажных, ремонтных и пуско-наладочных работ, включающих сборку-разборку конструкции, пригоняемость и т.д.
В качестве устройств сопряжения лап корпусов цилиндров и корпусов подшипников и других корпусных деталей широко используются опоры в виде призматических поперечных шпонок, ромбовидных поперечных шпонок, разрезных шпонок (Авторское свидетельство СССР №1617159, F01D 25/28, опубл. 30.12.1990 г.), и поворотных поперечных шпонок (патент РФ№2134797; МПК F01D 25/28, опубл. 20.08.1999 г.; патент РФ№2165532; МПК F01D 25/28, опубл. 20.04.2001 г.), допускающих значительные, по сравнению с призматическими поперечными шпонками, угловые перемещения лап корпусов цилиндров относительно корпусов подшипников.
Вышеуказанные конструкции поперечных шпонок обладают рядом недостатков с точки зрения надежности и технологичности. Так, например, угла поворота ромбовидных шпонок бывает недостаточно для исключения полного заклинивания, а в случае применения разрезной шпонки невозможно контролировать угол поворота при прогибе цилиндра.
Путем решения указанных технических проблем является разработка надежной и технологичной конструкции опоры корпуса турбины.
Известно изобретение «Опора корпуса турбомашины», (патент РФ№2134797; МПК F01D 25/28, опубл. 20.08.1999 г.). Согласно изобретению, опора содержит закрепленный на основании нижний опорный элемент, верхний опорный элемент в виде призмы, на который опирается лапа корпуса, и цилиндрическую вставку. По цилиндрическим поверхностям вставка сопряжена с нижним опорным элементом. Верхний опорный элемент и цилиндрическая вставка выполнены заодно целое. В нижнем опорном элементе выполнено вертикальное отверстие, в которое вертикально и соосно установлена цилиндрическая вставка. Передача усилия по оси турбины происходит за счет взаимодействия лапы корпуса, выполненных заодно целое верхнего опорного элемента и вставки, нижнего опорного элемента, основания.
Известное техническое решение обеспечивает свободный поворот лапы корпуса турбомашины, опирающейся на верхний опорный элемент в горизонтальной плоскости, относительно нижнего опорного элемента, неподвижно закрепленного на основании, и исключает угловое перемещение лапы корпуса относительно основания.
Недостатком данного решения является низкая технологичность конструкции опоры на монтаже, поскольку в случае проведения монтажных и ремонтных работ необходимо приподнимать лапу корпуса, что увеличивает трудоемкость работ, а также при необходимости пригонки по месту, для обеспечения требуемых тепловых зазоров, необходимо демонтировать всю опору, что требует дополнительных монтажных приспособлений.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является изобретение «Опора корпуса турбомашины» (Авторское свидетельство СССР №1617159, F01D 25/28, опубл. 30.12.1990 г.). Опора корпуса турбомашины содержит закрепленный на основании (корпусном элементе) нижний опорный элемент (корпус шпонки). В нижнем опорном элементе выполнен продольный паз и вертикальное отверстие. Верхний опорный элемент (верхняя часть шпонки) и вставка (нижняя часть шпонки) сопряжены между собой по цилиндрическим поверхностям и выполнены раздельно. Верхний опорный элемент размещен в опорном пазе лапы (корпусе цилиндра). Вставка размещена в продольном пазе и соединена с нижним опорным элементом цилиндрическим выступом (втулкой), установленным в вертикальном отверстии.
При температурных перемещениях корпуса и деформациях лап и корпуса верхний опорный элемент вместе с лапой поворачиваются относительно нижнего опорного элемента по цилиндрическим поверхностям, компенсируя изменение положения лапы в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Взаимное положение лапы, корпуса и основания сохраняется неизменным.
Недостатком данного устройства является низкая технологичность конструкции опоры, поскольку для проведения комплекса монтажных, ремонтных и пуско-наладочных работ необходимо приподнимать лапу, что увеличивает трудоемкость таких работ. А также неограниченная возможность углового перемещения лапы относительно основания в вертикальной плоскости может привести к превышению допустимого значения радиальных зазоров в проточной части, что влечет за собой нарушение центровки турбины, и, следовательно, снижает надежность работы турбомашины.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении технологичности конструкции опоры при монтаже, ремонте и проведении пуско-наладочных работ, а также в предотвращении заклинивания корпусных деталей паровой турбины, и, следовательно, повышении надежности работы паровой турбины.
Для достижения указанного выше технического результата опора корпуса цилиндра паровой турбины содержит закрепленный на основании корпус шпонки, с выполненным в нем продольным пазом и вертикальным отверстием, и шпонку, состоящую из верхней и нижней частей. Верхняя часть шпонки размещена в опорном пазе корпуса цилиндра. Нижняя часть шпонки размещена в продольном пазе и соединена с корпусом шпонки втулкой, установленной в вертикальном отверстии.
При этом, согласно заявляемому изобретению, верхняя и нижняя части шпонки выполнены заодно целое.
Верхняя часть шпонки имеет боковые поверхности, оснащенные ромбовидными съемными вставками, и торцевые поверхности с вырезами, в которых установлены упоры.
В верхней части корпуса шпонки выполнены выступы, на торцевых поверхностях которых симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей шпонки выполнены пазы, в которых установлены вставки с осевыми зазорами для обеспечения функции поворота шпонки.
В нижней части шпонки выполнено отверстие соосно вертикальному отверстию, при этом втулка установлена в оба отверстия.
Выполнение верхней и нижней части шпонки заодно целое исключает неограниченные угловые перемещения в вертикальной плоскости корпуса цилиндра относительно корпусного элемента, тем самым, исключая нарушение центровки паровой турбины.
Оснащение шпонки ромбовидными съемными вставками увеличивает технологичность конструкции (пригоняемость), поскольку при проведении монтажа, ремонтов и пуско-наладочных работ позволяет произвести оперативную доработку съемных вставок без поднятия лап корпуса цилиндра, упрощает выставление цилиндров паровой турбины в осевом направлении, сокращает время проведения указанных работ. Установка упоров в вырезы торцевых поверхностей верхней части шпонки фиксирует ромбовидные съемные вставки, и, при необходимости, позволяет легко их демонтировать. Предлагаемая конструкция опоры полностью разборная, что обеспечивает универсальность ее применения.
Выполнение выступов в верхней части корпуса шпонки ограничивает вертикальные перемещения шпонки. Установка вставок в пазы выступов верхней части корпуса шпонки с необходимыми осевыми зазорами обеспечивает функцию поворота шпонки на необходимый угол вокруг вертикальной оси опоры в горизонтальной плоскости корпуса цилиндра и корпусного элемента. При этом сохраняются передаваемые осевые усилия от корпуса цилиндра на корпусной элемент, и тем самым, обеспечиваются тепловые расширения в допустимых пределах, что предотвращает заклинивание корпусных деталей и, следовательно, повышает надежность работы паровой турбины.
Выполнение в нижней части шпонки отверстия соосно вертикальному отверстию, и установка втулки в оба отверстия, необходимы для обеспечения гарантированной передачи осевого усилия через опору от корпуса цилиндра к корпусному элементу.
Предлагаемая конструкция опоры корпуса цилиндра паровой турбины в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет повысить технологичность конструкции опоры при монтаже, ремонте и проведении пуско-наладочных работ, а также предотвратить заклинивание корпусных деталей паровой турбины, и, следовательно, повысить надежность работы паровой турбины.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения опоры корпуса цилиндра паровой турбины.
На фиг.1 представлен вид спереди опоры корпуса цилиндра турбины; на фиг.2 - вид сверху (повернуто) опоры корпуса цилиндра турбины; на фиг.3 - сечение А-А по продольной плоскости шпонки; на фиг.4 - вид спереди корпуса шпонки с продольным пазом; на фиг.5 - шпонка в аксонометрии; на фиг.6 - вид сверху (повернуто) опоры корпуса цилиндра турбины с углом поворота а.
Опора корпуса цилиндра 1 паровой турбины содержит закрепленный на корпусном элементе 2 корпус 3 шпонки 4, посредством крепежных элементов, например, шпилек 5, и шпонку 4. В конкретном случае выполнения корпусной элемент 2 представляет собой корпус подшипника. Также корпусным элементом 2 могут быть другие корпусные детали паровой турбины. В корпусе 3 шпонки 4 выполнен продольный паз 6 и вертикальное отверстие 7. Шпонка 4 состоит из верхней части 8 и нижней части 9. Верхняя часть 8 шпонки 4 размещена в опорном пазе 10 корпуса цилиндра 1. Нижняя часть 9 шпонки 4 размещена в продольном пазе 6 и соединена с корпусом 3 шпонки 4 втулкой 11. Форма поперечного сечения нижней части 9 шпонки 4 совпадает с соответствующей формой продольного паза 6. В конкретном примере форма выполнена трапециевидной, но также может быть прямоугольной и т.д. Втулка 11 установлена в вертикальное отверстие 7.
Верхняя часть 8 и нижняя часть 9 шпонки 4 выполнены заодно целое.
Верхняя часть 8 имеет боковые поверхности 12 и торцевые поверхности с вырезами 13. Ширина и высота вырезов 13 определяются конструктивно.
Боковые поверхности 12 оснащены ромбовидными съемными вставками 14, образующими рабочие поверхности опоры. Верхняя часть 8 с ромбовидными съемными вставками 14 установлена с необходимым тепловым зазором ε в опорном пазе 10 для предотвращения заклинивания опоры. Высота ромбовидных съемных вставок 14 равна высоте h выреза 13, а их длина равна длине L шпонки 4 за вычетом ширины 1 вырезов 13 с двух сторон. В ромбовидных съемных вставках 14 предусмотрены резьбовые отверстия 15 для их демонтажа. В вырезах 13 торцевых поверхностей установлены упоры 16 для фиксации вставок 13. Упоры 16 фиксируются к шпонке 4 крепежными элементами, например, болтами 17 и шайбами 18.
В верхней части корпуса 3 выполнены выступы 19, на торцевых поверхностях которых симметрично относительно продольной 20 и поперечной 21 плоскостей шпонки 4 выполнены пазы 22, в которых установлены вставки 23. В конкретном примере пазы 22 выполнены Г-образной формы. Вставки 23 установлены в пазы 22 с необходимым осевым зазором δ для обеспечения функции поворота шпонки 4 на угол α. Осевой зазор δ является регулируемым при помощи пригонки вставок 23 на монтаже опоры путем снятия или наплавки металла боковых поверхностей вставок 23. Нижняя часть 9 шпонки 4 установлена в продольный паз 6 с осевым зазором α. Осевой зазор α больше осевого зазора δ и обеспечивает отсутствие контакта в паре шпонка 4 - продольный паз 6. Диапазон угла поворота α равен углу поворота корпуса цилиндра 1 при возникновении тепловых перемещений. Вставки 23 крепятся к корпусу 2 крепежными элементами, например, винтами 24.
В нижней части 9 шпонки 4 выполнено отверстие 25 соосно вертикальному отверстию 7. Втулка 11 установлена в оба отверстия 7 и 25 и сопрягается с поверхностями указанных обоих отверстий. Втулка 11 скреплена со шпонкой 4 крепежным элементом, например, винтом 26.
ос
Устройство работает следующим образом. При температурных деформациях корпуса цилиндра 1 паровой турбины, корпус цилиндра 1 вместе со шпонкой 4, ромбовидными съемными вставками 14 и упорами 16 имеет возможность поворачиваться в горизонтальной плоскости 27 относительно корпусного элемента 2 на угол α. Возможность поворота шпонки на угол α вокруг оси втулки 28, пригонка по месту необходимого теплового зазора ε пары «корпус цилиндра 1 - ромбовидные съемные вставки 14» и осевого зазора δ пары «вставка 23 - шпонка 4» дают возможность требуемого поворота опоры корпуса цилиндра 1 и исключают заклинивание корпусных деталей. При этом сохраняются передаваемые осевые усилия Р от корпуса цилиндра 1 на корпусной элемент 2.