§ 16. Главнейшие конструктивные узлы
Как уже говорилось выше, турбины Пельтона строятся с горизонтальным и вертикальным валом. Однако последние мало распространены, а потому на рассмотрении их конструкции останавливаться не будем. Можно отметить, что большинство элементов этих двух конструкций имеет много общего.
На рис. 32 изображен разрез горизонтальной двухколесной, четырехсопельной турбины Пельтона мощности 8100 квт, при напоре 312 м и числе оборотов 500 в минуту. На станции установлено три таких турбины. Вода подводится по стальному трубопроводу, проложенному на склоне горы, к специальному стальному коллектору, расположенному вдоль здания станции. На коллекторе имеются отводы, подводящие воду к турбинам. Перед каждой турбиной установлены шаровые затворы 1 диаметром 800 мм, управляемые как вручную, так и при помощи электродвигателя от действия центробежного выключателя, расположенного на валу турбины. Рабочей жидкостью для сервомотора шарового затвора служит напорная вода, подаваемая через специальный фильтр к распределительному золотнику затвора из подводящего трубопровода гидростанции (подробнеё о шаровых затворах см. гл. VI, § 23). Отработанная вода попадает в отводный канал, расположенный под машинным залом гидростанции, откуда отводится в реку.
Рис. 32. Поперечный и продольный разрезы горизонтальной двухколесной четырехсопельной турбины Пельтона
Кожух турбины
Кожух турбины состоит из двух частей: нижней, чугунной, 2 и крышки 5, изготовленной из листового железа. К нижней части кожуха крепится сдвоенное колено 4 трубопровода и патрубки 5 двух нижних сопел с приводом к иглам сопел. Над ними крепятся два патрубка 6 с коленами для верхних сопел и с приводом к иглам сопел. С внутренней стороны кожуха проходит регулирующий вал 7 с подшипниками для привода отклонителей. Над нижними соплами установлены специальные стальные козырьки 5, предохраняющие от попадания отработанной воды из верхних сопел на струю нижних сопел. Крышка кожуха предохраняет лишь от разбрызгивания воды при работающей турбине. Разъем крышки с кожухом уплотнен резиновой прокладкой. На боковых стенках кожуха, в месте прохождения вала турбины, укреплены специальные лабиринтные уплотнения 9, предохраняющие от разбрызгивания воды вдоль вала. Снизу к кожуху примыкает облицовка камеры 10 отводного канала из листовой стали. Для осмотра камеры, ковшей рабочего колеса, сопел, отклонителей и других механизмов, расположенных в кожухе турбины, имеется плотно запирающаяся дверь 11, ведущая из машинного зала в камеру.
Рабочие колеса
Рабочие колеса 13 насаживаются на вал 12 и крепятся на нем при помощи шпонок. Ковши 14 рабочего колеса равномерно распределены по окружности обода и во время работы турбины поочередно воспринимают на себя действие выходящей из сопла струи. Это действие происходит с частотой до 1000—2000 раз в минуту и его можно сравнить с действием часто повторяющихся механических ударов. Кроме того, постоянно действуют центробежные силы от веса вращающихся частей. Поэтому прочность диска рабочего колеса, ковшей и их крепления к диску играет особенно важную роль.
Рабочие колеса турбин Пельтона изготовляются либо цельнолитыми вместе с ковшами, либо с отдельно изготовленными и закрепленными на ободе колеса ковшами. Первый способ изготовления рабочих колес удобен в том случае, когда диаметр рабочего колеса мал по сравнению с размерами ковшей. Кроме того, такое колесо дешевле при изготовлении, имеет большую прочность и по весу значительно легче сборного колеса. Однако наибольшим распространением пользуется второй способ. Объясняется это, главным образом, трудностями хорошей отливки цельнолитого колеса с ковшами, трудностями обработки и зачистки внутренних поверхностей и кромок ковшей, особенно в случае ковшей небольших размеров, и трудностями ремонта в случае износа или поломки части ковшей.
При средних напорах ковши изготовляются из чугуна, при высоких напорах — из стального литья. Крепление ковша чаще всего производится одним или двумя сквозными, хорошо припасованными болтами и поперечными клиньями, плотно пригнанными между всеми ковшами по ободу. Последнее мероприятие создает жесткость всей конструкции и улучшает условия более равномерного распределения усилий на все ковши от воздействия -струи на отдельный ковш. При реконструкции этих турбин завод на одной машине установил цельнолитые рабочие колеса, а на двух других применил отлитые заодно сдвоенные ковши, прикрепленные к ободу при помощи трех болтов и клиньев.
В эксплуатации надо систематически наблюдать за прочностью крепления ковшей, степенью их разъедания, а также за чистотой рабочих поверхностей. Эти поверхности всегда должны быть тщательно зашлифованы. Неровности и следы разъедания ковшей приводят к быстрому износу их, а также к понижению к. п. д. турбины.
Вал турбины и подшипники
На горизонтальном валу турбины насажено два рабочих колеса. На конце вал имеет фланец 15 для непосредственною присоединения к фланцу вала горизонтального генератора. Вал опирается на два подшипника 16 с баббитовыми вкладышами, имеющими кольцевую смазку. Один из подшипников имеет небольшой упорный сегментный подпятник 17 для восприятия случайных осевых усилий.
Направляющий аппарат
Роль направляющего аппарата в турбинах Пельтона выполняет сопло 18 с регулируемой иглой 19 и отклонителем 20 (если нет холостого спуска).
Иглы, регулирующие расход воды в турбинах Пельтона, обычно не являются уравновешенными в пределах всей длины своего хода, Однако в последнее время стремятся конструировать иглы таким образом, чтобы они имели всегда тенденцию к открытию. Это предохраняет от опасного для трубопровода гидравлического удара в случае быстрого закрытия при поломке регулирующих органов или потери их управления. Такой результат достигается за счет применения поршня, на который действует в сторону закрытия сопла напор воды или пружина.
Управление иглами сопел хорошо видно на рис. 32. Штоки игл 21 кинематически непосредственно связаны с регулирующим валом 22. Регулирующий вал поворачивается штоком сервомотора регулятора. На каждый шток иглы установлен свой вспомогательный гидравлический сервомотор 23 с целью уменьшения требуемого усилия для перемещения игл сопел. При такой системе сервомотор регулятора перемещает лишь золотники 24 вспомогательных сервомоторов, что значительно облегчает условия работы сервомотора регулятора и повышает устойчивость регулирования.
Каждое сопло на конце при выходе струи имеет сменное кольцо-насадок. Как наконечник иглы, так и кольцо-насадок изготовлены из высококачественной нержавеющей стали, при этом их рабочие поверхности тщательно шлифуются и пригоняются совместно для плотности прилегания в закрытом положении. Неровности и следы разъедания насадка приводят к быстрому износу, неплотности в закрытом положении, а также к неправильной форме струи, что ведет к понижению к. п. д. турбины.
Тормозное устройство
Очень часто в турбинах Пельтона вводят тормозные устройства. Это устройство состоит из сопла и иглы (или запорного вентиля), управляемых чаще всего вручную и расположенных так, что в момент открытия сопла струя бьет в «затылок» ковшей рабочего колеса и тем затормаживает вращение турбины. На рис. 32 слева видно расположение сопла 25 тормозного устройства.
