Диафрагма турбины

Диафрагма паровой турбины — кольцевая перегородка с сопловой решёткой: в её каналах тепловая энергия пара преобразуется в кинетическую энергию струй, которые затем работают на лопатках ротора. Собранная диафрагма состоит из двух полукольцевых пластин с горизонтальным разъёмом — он нужен, чтобы устанавливать ротор при монтаже и ремонте. Каждая половина — это соединённые обод (сопряжение с обоймой или корпусом), тело и сопловые лопатки.

Что делает сопловая решётка

Диафрагма — неподвижная часть ступени: пар расширяется в каналах сопловых лопаток, ускоряется и выходит на рабочие лопатки под расчётным углом. От точности центровки половин зависит геометрия каналов: искажённый поток в каналах с разрезанными лопатками возбуждает вибрацию рабочих лопаток и приводит к их усталостным поломкам.

Конструкция и монтаж: разъём, шпонки, центровка

Диафрагма ставится в обойму или корпус так, чтобы с одной стороны она могла свободно расширяться, а с другой — расширяться вполне определённо: ось диафрагмы должна совпадать с осью охватывающей детали. Нижняя половина свободно подвешивается на лапках так, чтобы её горизонтальная плоскость совпадала с плоскостью разъёма корпуса; продольная шпонка фиксирует вертикальную плоскость — так обеспечивается центровка. В осевом направлении положение фиксирует радиальная шпонка в разъёме, в поперечном — специальный штифт или небольшая вертикальная шпонка. Верхние половины в большинстве конструкций подвешены в верхней обойме и при её закрытии свободно ложатся на разъём нижней.

Нагрузки: перепад давлений, прогиб и гидроиспытания

Основная нагрузка на диафрагму — перепад давлений до и после решётки: под его действием диафрагма прогибается, сокращая осевые зазоры и создавая угрозу осевых задеваний. Поэтому каждая диафрагма проходит гидравлические испытания, на которых измеряется прогиб при нагрузке, превышающей эксплуатационную в 1,5 раза. В первых ступенях ЦВД при высокой температуре к перепаду добавляется ползучесть: диафрагма приобретает остаточный прогиб по ходу пара, осевые зазоры сокращаются ещё сильнее — этот эффект контролируют при ремонтах.

Признак	Литые диафрагмы	Сварные диафрагмы
Где применяются	ЦНД — температура невысока	ЦВД и ЦСД — высокие параметры
Материал	чугун	листовой прокат + точеные лопатки
Разъём	всегда косой (с длинными лопатками)	по конструкции ступени
Особенность	лопатки отливаются с телом	лопатки ввариваются в канавки

Типичные ошибки

1. Прямой разъём с длинными лопатками у литой диафрагмы. Части разрезанных лопаток на половинах идеально не совпадают: поток искажается, рабочие лопатки вибрируют и ломаются от усталости. Литые диафрагмы с длинными лопатками всегда делают с косым разъёмом — он исключает разрезку.
2. Сборка без подгоночных прокладок. Лапки нижней половины подвешиваются через подгоночную прокладку — при сборке «как встало» теряется центровка и появляется перекос каналов.
3. Игнорирование остаточного прогиба в ЦВД. Ползучесть сокращает осевые зазоры год от года: без контроля прогиба при ремонтах — задевания диафрагмы о ротор.
4. Пропуск гидроиспытаний после ремонта. Прогиб при полуторакратной нагрузке — единственная проверка, что диафрагма выдержит эксплуатационный перепад без опасных деформаций.

Частые вопросы

Что такое диафрагма в паровой турбине?

Неподвижная кольцевая перегородка с сопловой решёткой, в каналах которой пар расширяется и ускоряется перед рабочими лопатками. Состоит из двух полуколец с горизонтальным разъёмом для монтажа ротора.

Почему диафрагма состоит из двух половин?

Горизонтальный разъём корпуса турбины: ротор закладывается в нижнюю половину, сверху опускается верхняя — цельное кольцо разъём не позволил бы.

Чем литая диафрагма отличается от сварной?

Литые (чугун) стоят в ЦНД, где температура невысока, и всегда выполняются с косым разъёмом, чтобы не разрезать длинные лопатки. Сварные работают в ЦВД и ЦСД при высоких параметрах пара.

Как проверяют прочность диафрагмы?

Гидравлическими испытаниями: измеряют прогиб при нагрузке в полтора раза выше эксплуатационной. Дополнительно в горячих ступенях контролируют ползучесть — остаточный прогиб по ходу пара.

Источники

1. Материалы сайта: конструкция диафрагм паровых турбин (устройство, крепление, литые и сварные, гидроиспытания, ползучесть).