Зачем турбине ротор
Ротор — это одна из важнейших деталей турбины. Он несет на себе рабочие лопатки, образующие вместе с направляющими лопатками проточную часть турбины, и передает крутящий момент, возникающий от окружного усилия, развиваемого потоком пара на лопатках.
Обычно ротор состоит из вала, дисков или барабана, рабочих лопаток и разных мелких деталей, насаженных на вал: втулок лабиринтовых или иных уплотнений, передачи к регулятору, муфты, маслоотражателей и др.
Типичная конструкция ротора представлена на рис. 4. На вал насажены диски, каждый из которых, за исключением первого, несет один ряд рабочих лопаток. Первый диск представляет собой колесо со ступенями скорости. Конструкция применяется преимущественно для активных турбин, хотя отдельные ступени, в особенности последние, и при этом типе ротора могут иметь значительную степень реактивности.
При небольшом диаметре облопачивания диски иногда вытачиваются заодно с валом из массивной поковки. Такая конструкция часто встречается в турбинах высокого давления для первых активных ступеней (рис. 5).
Цельнокованый ротор состоит из передней части вала с концевым уплотнением большой длины, диска с двумя ступенями скорости, дисков постоянной толщины для активных ступеней давления и задней части вала с концевым уплотнением. По выступам на валу между дисками работают лабиринтовые уплотнения диафрагм.
Естественно, что применение этой конструкции ограничивается небольшим диаметром дисков (обычно не свыше 1 м), так как: 1) для заготовок большого диаметра трудно гарантировать высокое качество поковки; 2) ошибка в какой-либо операции при обработке ротора может повлечь за собой браковку дорогостоящей поковки;
Рис.4 Ротор турбины 6 Мет с промышленным отбором пара Калужского турбинного завода (КТЗ)
Рис. 5. Ротор турбины с противодавлением 25 Мет Харьковского турбинного завода (ХТГЗ)
Рис. 6. Ротор турбины 25 Мет с двумя отборами пара Уральского турбо-моторного завода (УТМЗ)
Рис. 7 . Ротор п. в. д. турбины (170 бар) фирмы Броун-Бовери
3) материалом для поковки приходится часто выбирать легированную сталь, необходимую лишь для дисков первых ступеней; последующие ступени могли быть изготовлены из простой углеродистой стали, и таким образом, на ротор расходуется большое количество дорогой легированной стали.
На рис. 6 показана конструкция ротора, представляющая собой комбинацию двух описанных выше роторов: диски ступеней высокого давления (в том числе для первого регулирующего колеса) выточены заодно с валом, диски последующих ступеней насажены на вал.
Для реактивных турбин часто применяют барабанную конструкцию ротора
Что применяют на реактивных турбинах
На рис. 7 показан ротор, сваренный из шести поковок, четыре из которых представляют собой диски постоянной толщины с ободом, а две — полые барабаны, откованные заодно с валом. Ротор относится к двухпоточной конструкции цилиндра высокого давления мощной турбины: пар поступает к середине ротора и »расходится в обе стороны через активную регулирующую ступень и группу реактивных ступеней с каждой стороны. В связи с большим расстоянием между подшипниками конструкция ротора отличается большой жесткостью.
Полые барабаны по условиям прочности пригодны лишь для небольших окружных скоростей (примерно до 150—200 м/сек), поэтому они и применяются для реактивных турбин, где в ступенях высокого и среднего давления окружные скорости невелики.
Представляет интерес сварная конструкция диско-барабанного ротора, примененная Харьковским турбинным заводом одной из турбин (рис. 8). Ротор относится к двухпоточному цилиндру низкого давления. Крайние диски откованы заодно с концами вала, средние диски представляют собой самостоятельные поковки, сваренные между собой по центрирующим пояскам. Аналогичную конструкцию имеет ротор турбины фирмы Броун-Бовери (см. рис. 7). Применение дисковой конструкции для ступеней низкого давления позволяет этим ступеням работать с высокой окружной скоростью. Конструкция ротора отличается сравнительной легкостью при необходимой в то же время прочности. Качество сварки должно быть, конечно, безупречным. После сварки ротор подвергается термической обработке, а затем — окончательной механической обработке.
Рис. 8 Ротор цнд турбины К-150-130 ХТГЗ