Конструкции гидротурбинных установок с применением радиально-осевых колес.

Рабочие колеса современных радиально-осевых турбин выполняются сварными. При относительно небольших размерах колеса иногда изготавливаются цельнолитыми с последующей механической обработкой ступицы и обода и доводкой элементов проточной части до необходимой чистоты. Сварка позволяет получить более точную форму и лучшее качество поверхности элементов рабочего колеса, а также изготовить их из материалов, обладающих необходимыми свойствами. Для защиты от кавитационной эрозии лопасти выполняются из коррозионно- и кавитационно-стойкой стали или из углеродистой стали с защитой от кавитации.

Для снижения концентрации напряжений переходы от ступицы к лопастям выполняются в форме галтели. Для предотвращения трещинообразования, связанного с остаточными напряжениями, важное значение при изготовлении рабочего колеса имеет обеспечение оптимальных режимов сварки и термообработки.

Для снижения протечек в обход рабочего колеса предусматриваются специальные уплотнения, состоящие из колец, закрепленных на рабочем колесе, и неподвижных колец, установленных на крышке турбины и фундаментном кольце. Уплотнения выполняются различных типов: щелевое, лабиринтное, елочное или гребенчатое (рис. 1.5).

Рисунок 1.5. Уплотнения радиально-осевых рабочих колес: а — щелевого типа или лабиринтного; б — елочное; в — П-образное гребенчатое

Из технологических соображений величину зазора (щели) в уплотнении выбирают минимально возможной. Для предотвращения нагревания уплотнительных колец при работе гидротурбины в режиме синхронного компенсатора в некоторых гидротурбинах предусмотрена подача воды к уплотнительным кольцам.

Для уменьшения осевого гидравлического усилия от рабочего колеса, действующего на подпятник агрегата, в ступице рабочего колеса выполняют разгрузочные отверстия. Для уменьшения пульсационных и кавитационных явлений при работе радиально-осевых турбин в неблагоприятных режимах на многих ГЭС предусматривается впуск воздуха под рабочее колесо.

Для доставки на ГЭС по железной дороге колеса делят на части, соединяемые в процессе монтажа. Соединение частей может производиться разными способами: с помощью бандажей, болтами на ступице и сваркой по нижнему ободу, болтами и по ступице и по нижнему ободу. Помимо разделения рабочего колеса на части по плоскости, проходящей через ось его вращения, колеса также выполняются с отъемными сегментами, что снижает трудоемкость при изготовлении и монтаже.

Рабочее колесо турбины Ингурской ГЭС.

Ингурская ГЭС оборудована радиально-осевыми турбинами РО400 / 960а – В – 450, установленной мощностью 265 МВт, при максимальном напоре 410 м.

Сварно-литое рабочее колесо изготовлено из высокопрочной коррозионно- и кавитационно-стойкой стали 10Х12НДЛ (рис. 1.6) с 13 лопастями, приваренными к ступице и ободу. Поверхности деталей рабочего колеса до сборки и сварки подвергаются механической обработке, что позволяет получить правильные геометрические формы лопастной системы. При быстроходности колеса n_S = 105 и диаметре 4,5 м получаются узкие межлопастные каналы с протяженностью лопасти до 1,9 м, что не позволяет качественно приварить кромки лопастей встык к поверхностям ступицы и обода. Для обеспечения качественной сварки деталей и получения надежной конструкции рабочего колеса в ступице и ободе выполнены фигурные пазы под хвостовики лопастей, которые снаружи обвариваются. Часть лопасти в зоне входной и выходной кромок приваривается электросваркой встык со стороны проточной части рабочего колеса. Хвостовики лопастей завариваются заподлицо с наружной поверхностью. Рабочее колесо полностью обработано на заводе и отбалансировано.

К ступице рабочего колеса крепится фланец вала посредством двенадцати призонных втулок диаметром 150 мм и болтов М100. Крутящий момент воспринимают припасованные втулки, осевое усилие — болты. К торцу вала крепится конус, предназначенный для плавного изменения направления потока на выходе из рабочего колеса и снижения пульсации давления. Конус выполнен из двух частей с горизонтальным разъемом. К фланцу верхнего конуса крепится крышка люка, отделяющая внутреннюю полость вала от полости под рабочим колесом.

Рисунок 1.6. Рабочее колесо турбины Ингурской ГЭС:

1 — ступица; 2 — лопасть; 3 — обод; 4 — обтекатель;

5 — уплотнение

В верхнем конусе на цилиндрической поверхности выполнены окна, а на конической — три ряда отверстий для прохода воздуха под рабочее колесо при работе турбины в режиме синхронного компенсатора, при нестационарных режимах для предотвращения повышенного давления под крышкой турбины и снижения осевого усилия. Между крышкой турбины и рабочим колесом, а также между ним и фундаментным кольцом установлены гребенчатые лабиринтные уплотнения. Элементы уплотнений — одного диаметра, что рекомендуется для данного типа колеса. Зазор между гребешками уплотнений 1,2—1,8 мм. Уплотнительные кольца выполнены из коррозионно-стойкой стали.

Рабочее колесо турбины Саяно-Шушенской ГЭС.

Для турбины Саяно-Шушенской ГЭС для постоянной работы в диапазоне напоров от 175 до 220 м (при пусковом напоре 120 м) в качестве штатного принято рабочее колесо типа РО230/833 (рис. 1.7). С целью досрочного ввода в действие ТЭС на первых двух пусковых агрегатах применены сменные рабочие колеса типа РО140/802а, вписанные в ту же проточную часть, что и штатные, и обеспечивающие достаточно эффективную работу агрегатов при минимальной частоте вращения и пусковых напорах от 60 до 140 м. Штатное рабочее колесо диаметром 6770 мм обеспечивает мощность турбины 650 МВТ при расчетном напоре 194 м.

Штатное рабочее колесо — цельное, изготовлено из высокопрочной коррозионно- и кавитационно-стойкой стали 06Х12НЗД с 16 лопастями. Рабочее колесо верхним ободом крепится к валу турбины посредством 20 призонных болтов с резьбой М180Х4, передающих крутящий момент и воспринимающих осевое усилие. Для предотвращения повышения давления под крышкой турбины и снижения осевого усилия, действующего на рабочее колесо, в верхнем ободе выполнено 20 разгрузочных отверстий диаметром 110 мм. К ступице рабочего колеса крепится обтекатель, сваренный из конических обечаек углеродистой стали, ужесточенных ребрами.

К внутренней поверхности обтекателя приварен промежуточный фланец, являющийся опорой для ремонтного перекрытия под рабочим колесом.

Лабиринтные уплотнения состоят из неподвижных и вращающихся элементов. Вращающиеся элементы выполнены в виде проточек на ступице и ободе рабочего колеса. С целью снижения высоты ступицы и улучшения компоновки турбины верхнее уплотнение выполнено «елочным». Лабиринтное уплотнение обода расположено у нижнего торца рабочего колеса, что уменьшает осевое гидравлическое усилие и уровень нестационарных нагрузок, действующих на обод.

В собранной турбине размер щели лабиринтных уплотнений должен находиться в пределах 2,5 — 2,9 мм. При этом зазор между нижним кольцом направляющего аппарата и ободом составляет 4 — 5,5 мм. Центровка верхнего лабиринтного кольца относительно рабочего колеса производится с помощью специальных радиально расположенных болтов, упирающихся в крышку турбины

Рисунок 1.7. Рабочее колесо турбины Саяно-Шушенской ГЭС

.Рабочее колесо турбины Плявиньской ГЭС.

Впервые в практике гидротурбостроения в СССР в 1964 г было создано радиально-осевое рабочее колесо из двух частей, соединяемых только болтами (рис. 1.8) Тип колеса РО40/984, диаметр 6 м Количество лопастей 15, частота вращения 88,25 об/мин Рабочее колесо при расчетном напоре 34 м развивает мощность 85 МВт

Половинки колеса соединяются шестью болтами M130 по фланцам ступицы и четырьмя болтами (два болта М100, два — М80) в каждом стыке обода. Болты в ободе установлены в специальных выфрезерованных карманах Два из установленных во фланцах ступицы болтов — призонные В стыках обода установлены цилиндрические шпонки.

Рисунок 1.8. Рабочее колесо турбины Плявиньской ГЭС.

Все болты изготовлены из высокопрочной стали 25X1МФ с пределом текучести не менее 7,5 МПа. Затяжка болтов — термическая. Две лопасти, разрезанные по разъему, свариваются после сборки колеса при монтаже.

Ступица, обод и лопасти рабочего колеса выполнены из стали 20ГСЛ. Поверхность лопасти, подверженная кавитации, покрыта защитным кавитационно-стойким слоем. В ступице и ободе рабочего колеса выполнены фигурные пазы, в которые перед сваркой вставляются хвостовики лопастей. Часть лопасти, не входящая в паз, обваривается со стороны омываемой поверхности. В пазах хвостовики обвариваются заподлицо с наружной поверхностью. К ступице сверху 18 призонными болтами М130 крепится фланец вала турбины.

Для уменьшения осевого гидравлического усилия гидротурбины в ступице рабочего колеса предусмотрены разгрузочные отверстия. К ступице крепится конус. Решетка, размещенная в нижней части конуса, способствует выравниванию воздушного потока, направляемого под рабочее колесо при нестационарных режимах работы турбины. Уплотнение рабочего колеса по ступице и ободу — щелевое, с канавками, съемное. Замена уплотнительных колец предусмотрена без демонтажа агрегата. Верхнее уплотнительное кольцо выполнено из шести, а нижнее — из восьми частей. Это позволяет пронести уплотнительные кольца по частям между лопатками направляющего аппарата.

Длительный период эксплуатации рабочих колес на Плявиньской ГЭС подтвердил надежность данной конструкции.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: