Диафрагма паровой турбины
Диафрагмы турбины — кольцевые перегородки (в собранном виде) с сопловыми решетками, в каналах которых происходит преобразование тепловой энергии пара в кинетическую энергию его струй.
Диафрагма состоит из двух полукольцевых пластин, имеющих горизонтальный разъем, позволяющий установить ротор. Каждая половина диафрагмы состоит из соединенных между собой обода, которым диафрагма сопрягается с обоймой или корпусом турбины, тела и сопловых лопаток. В осевом направлении оно фиксируется радиальной шпонкой, устанавливаемой в разъеме, а в поперечном специальным штифтом или небольшой специальной вертикальной шпонкой.
Диафрагма устанавливается (см. рис.19) в охватывающей ее детали так, чтобы с одной стороны она могла свободно расширяться, а с другой — расширяться вполне определенно: ее ось должна совпадать (или почти совпадать) с осью охватывающей ее детали. Для этого (см. рис. 19) ее нижняя половина свободно подвешивается в корпусе или обойме с помощью лапок так, чтобы при работе ее горизонтальная плоскость совпадала с плоскостью разъема корпуса (или обоймы). Продольная шпонка, расположенная между диафрагмой и обоймой, фиксирует вертикальную плоскость. Таким образом обеспечивается центровка.
В большинстве конструкций диафрагм их верхние половины подвешиваются в верхней половине обоймы и при закрытии обоймы свободно ложатся на разъем нижней половины так, как показано (Рис 20).
Рис. 19. Установка нижней половины диафрагмы в обойме
1 — диафрагма; 2 — обойма; 3 — опорные лапки нижней половины диафрагмы; 4 — радиальная шпонка; 5 — специальная шпонка
Рис 20. Взаимная фиксация половин диафрагмы / — специальная вертикальная шпонка; 2 — специальная радиальная шпонка; 3 — опорные лапки; 4 — обойма; 5 — регулировочные прокладки
Основная нагрузка, действующая на диафрагму, — перепад давлений, под действием которого диафрагма прогибается, угрожая осевыми задеваниями. Поэтому каждая диафрагма проходит гидравлические испытания, при которых измеряется ее прогиб при нагрузке, превышающей эксплуатационную в 1,5 раза.
В первых ступенях ЦВД, где температура высока, под действием перепада давлений возникает явление ползучести: диафрагма приобретает остаточный прогиб по ходу пара. При этом сокращаются осевые зазоры и возникает еще большая опасность задеваний.
В современных турбинах используют два вида диафрагм: литые и сварные.
Литые диафрагмы используют в ЦНД, где температура невысока и можно использовать в качестве материала чугун. Литые диафрагмы с длинными лопатками всегда выполняют с косым разъемом, для того чтобы исключить разрезку лопаток, попадающих на разъем.
Если разъем сделать прямым, то части разрезанных лопаток, расположенные на половинах диафрагмы, конечно, идеально не совпадут. Поток пара в каналах с разрезанными лопатками будет искажаться, и появятся силы, возбуждающие вибрацию рабочих лопаток и вызывающие усталостные поломки.
Точная центровка половин диафрагмы при косом разъеме обеспечивается одной вертикальной шпонкой, установленной на ободе диафрагмы.
Нижняя половина диафрагмы подвешивается в нижней половине обоймы на лапках через подгоночную прокладку. Лапки к диафрагме крепятся винтами. Для фиксации вертикальной плоскости в обойме устанавливают продольную шпонку. Для закрепления в верхней половине обоймы верхней половины диафрагмы к ней в области разъема крепятся лапки.
При подъеме обоймы стопорные шайбы подхватывают диафрагму за эти лапки. При нормальной работе турбины контакт половин диафрагмы осуществляется только в разъеме, а между подгоночной прокладкой и обоймой так же, как между лапкой и стопорной шайбой имеются зазоры.
Для фиксации осевого положения в гребне диафрагмы по окружности устанавливают штифты, создающие зазор 0,1—0,2 мм, достаточный для свободного осевого расширения диафрагмы. Для свободного радиального расширения предусматривается зазор 2,5—3 мм. На внутренней поверхности тела диафрагм выполняют фигурный паз, в который вставляют сегменты уплотнения.
В области высоких давлений и температур, где высоты сопловых лопаток малы, диафрагмы изготавливают исключительно сварными. Литье при малых высотах лопаток не может обеспечить достаточной точности изготовления, не говоря уже о том, что для изготовления необходимо было бы использовать сталь.
При изготовлении сварной диафрагмы отдельно фрезеруют сопловые лопатки и штампуют бандажные ленты и в которых пробивают отверстия точно по профилю лопаток с необходимым шагом и углом установки. Затем эти элементы сваривают, а к ним приваривают тело и обод диафрагмы.
Для фиксации осевого положения половин диафрагмы и уменьшения утечки пара в разъеме устанавливают поперечную шпонку 8, а на боковой поверхности — вертикальную шпонку 9.
Диафрагма подвешивается в обойме с помощью лапок 6 и 7, как описано выше.
Сварные диафрагмы являются универсальными. Их используют не только в ЦВД и ЦСД, но часто и в ЦНД.
Рис 21. Сварная диафрагма для ЦВД турбин