Рабочие колеса крупных радиально-осевых турбин больших весов и габаритов, изготовляемых разъемными, обычно на заводе полностью не собираются и поставляются в виде отдельных элементов. Технология сборки таких рабочих колес и а монтаже представляет значительные трудности, и выполнение сборочных работ занимает много времени (порядка 25—30 дней и даже более). Поэтому сборка разъемных рабочих колес должна начинаться заранее, с тем чтобы к моменту окончания монтажа направляющего аппарата и выхода основного эксплуатационного крана на блок монтируемого агрегата можно было сразу опускать рабочее колесо на место и развертывать работы по дальнейшему монтажу гидроагрегата.
Неразъемные рабочие колеса, изготовляемые цельнолитыми или сварными, поставляются полностью собранными с насаженными и закрепленными кольцами лабиринтных уплотнений. В рабочих колесах больших габаритов лабиринтные кольца могут поступать отдельно и насаживаться на месте установки. Статическая балансировка неразъемных рабочих колес производится на заводе. Сборка таких колес заключается в установке на место обтекателя и колец лабиринтных уплотненны, а также в соединении колеса с валом турбины. Технология этих операций достаточно проста и аналогична технологии рассматриваемых ниже операций при сборке и установке разъемных рабочих колес.
Сборка разъемных колес. Разъемные рабочие колеса могут состоять из двух или трех частей, соединяемых между собой по верхнему ободу болтами, а по нижнему ободу — бандажом, устанавливаемым в нагретом состоящий с натягом или электросваркой. Если бандаж нижнего обода по транспортным условиям не может быть доставлен на место установки в целом виде и необходимо сваривать его из отдельных частей на монтаже, то целесообразно просто сваривать нижний обод, так как условия и технология сварки бандажа не проще, чем сварки обода. В последних отечественных конструкциях крупных рабочих колес соединение нижнего обода при монтаже осуществляется электросваркой.
Сборка разъемного колеса производится на специальных монтажных тумбах. Опорная поверхность всех тумб должна находиться в одной горизонтальной плоскости, что проверяется нивелированием и обеспечивается соответствующими подкладками. Высота монтажных тумб должна быть порядка 700—800 мм для удобства выполнения работ внутри рабочего колеса.
Первый элемент колеса устанавливается на тумбы, и с помощью домкратов и соответствующих подкладок выверяется горизонтальность его верхнего фланца. Затем последовательно устанавливаются остальные элементы и соединяются между собой по верхнему ободу постоянными припасованными болтами и шпильками, а по нижнему — временными болтами, устанавливаемыми в сборочные проушины. Подгонка стыков для совпадения соединительных отверстий производится с помощью домкратов.
При соединении элементов должно быть обеспечено полное отсутствие уступов в их стыках, а также плотность всех стыковых соединений. Зазоры в стыках допускаются только местные величиной не более 0,1 мм и суммарной площадью не свыше 20% общей площади стыка. Особое внимание следует обращать на плотность стыков и отсутствие уступов на верхнем фланце колеса, который соединяется с фланцем вала турбины. Фиксация стыковых соединений отдельных элементов колеса между собой осуществляется заводскими контрольными штифтами.
Насадка бандажей на обод колеса является ответственной операцией и должна выполняться особо тщательно. Для определения правильности изготовления бандажа и обеспечения создания нм необходимого натяга следует проверить диаметр бандажа в холодном состоянии. В бандажах с конусным местом посадки эта проверка производится установкой бандажа на нижний обод. При этом нижний торец бандажа не должен доходить до ограничительного буртика на ободе на величину, определяемую на заводе и указанную на чертеже. Если такого указания в чертеже нет, то это расстояние можно определить по формуле
где а — требуемое расстояние до буртика, мм;
п — величина натяга, обычно принимаемая от 4 до 6 мм;
α — угол конусности бандажа.
При проверке размера бандажа необходимо иметь в виду, что если он намного не доходит до своего посадочного места, то при посадке в горячем состоянии бандаж получит чрезмерно большие напряжения и возникнет опасность разрыва его в процессе посадки или в работе. В случае, если бандаж доходит очень близко к буртику, получится малый натяг, не обеспечивающий прочного и надежного соединения обода колеса.
Одновременно с проверкой диаметра бандажа следует проверить соответствие конусности бандажа с конусностью обода. Для этого необходимо при посадке бандажа в холодном состоянии проверить щупом наличие и величину зазоров между бандажом и ободом сверху и снизу. Если зазоры имеются внизу, то бандаж имеет конусность большую, чем обод, и при посадке натяг внизу будет меньше. Наличие зазора сверху покажет большую конусность обода и уменьшение натяга вверху. Исправить этот дефект невозможно, и по решению завода-изготовителя следует либо допустить различные напряжения в бандаже по его высоте, либо заменить его другим.
Диаметр цилиндрического бандажа необходимо проверять непосредственными замерами бандажа и посадочного места. При этом диаметр бандажа можно замерить штихмассом, а для замера диаметра посадочного места надо иметь специальную скобу. Разницу диаметров определяют сопоставлением штихмасса с размером на скобе.
Нагрев бандажа может производиться несколькими одновременно работающими мощными форсунками или электрическим током. В обоих случаях нагрев должен быть равномерным по окружности бандажа. Нагрев бандажа должен обеспечить увеличение внутреннего диаметра его на заданную величину и некоторый запас расширения на остывание бандажа в процессе насадки. Это увеличение может быть принято равным 1,6—1,8 величины натяга. Тогда температуру нагрева можно определить по формуле
(8-2)
где ∆d— требуемое увеличение внутреннего диаметра бандажа, мм;
d — внутренний диаметр бандажа, мм;
а — коэффициент линейного расширения, равный для стали 1,12 -10-5;
t0 — температура бандажа до нагрева.
По достижении бандажом заданной температуры проверяется штихмассом расширение бандажа, которое должно соответствовать значению, определенному до нагрева, после чего бандаж стропится за временные проушины и быстро устанавливается на посадочное место. При этом особенно важно, чтобы посадочные места у бандажа и обода были чистыми.
Если в плоскость разъема рабочего колеса попадают лопатки, то сварка их производится после насадки бандажа. Сварной шов по окончании сварки должен быть тщательно зачищен шлифовальной машинкой.
Сборка разъемного колеса со сварным нижним ободом производится так же, как и сборка колеса с бандажным соединением нижнего обода. Соединение нижнего обода выполняется ручной электродуговой сваркой по специальной технологии, разрабатываемой заводом-изготовителем.
Подготовка стыков обода к сварке заключается в тщательной зачистке плоскостей разъема и кромок разделки от ржавчины, грязи и заусенцев и проверке плотности соединения сопрягаемых элементов обода. После сборки колеса временные болты нижнего обода ослабляют и стыки раздвигают на величину, требуемую технологией сварки. Перед началом сварки во избежание появления трещин в околошовной зоне производится местный подогрев стыков до температуры 200° С. С целью обеспечения равномерности деформации обода при сварке заварку всех стыков обода следует производить одновременно. При этом каждый стык должен завариваться сразу с обеих сторон обода.
По окончании сварки обода срубаются все временные соединительные проушины, а сварные швы и места проушин тщательно зачищаются шлифовальной машинкой. Качество сварки и околошовная зона проверяются ультразвуковым методом. Для снятия сварочных напряжений в ободе все сварные швы после зачистки их подвергаются термической обработке нагревом с помощью индуктора переменного тока.
Рис. 8-28. Приспособление для проверки концентричности лабиринтных колец.
1 — приспособление проверочное; 2 — опоры с катком; 3 — индикаторы.
Сборка рабочего колеса заканчивается установкой на верхний и нижний ободы лабиринтных колец, состоящих обычно из двух половин. Половины лабиринтных колец стягиваются между собой специальным приспособлением и свариваются с последующей зачисткой сварного шва по шаблону ручной шлифовальной машинкой или специальным станком. После этого для проверки уравновешенности массы собранного рабочего колеса производится его статическая балансировка, технология выполнения которой будет описана ниже.
Вал турбины соединяется с рабочим колесом на монтажной площадке. Установки его на рабочее колесо производится с помощью специальных проушин, закрепленных на фланце вала болтами. При установке вал фиксируется относительно рабочего колеса по заводским меткам, нанесенным на фланцах вала и колеса. В разъемных рабочих колесах отверстия под болты в сопрягаемых фланцах вала и колеса растачивают на заводе обычно с припуском, учитывая, что окончательная расточка отверстий будет произведена на монтаже после сборки рабочего колеса. Объясняется это опасностью несовпадения отверстий из-за возможной деформации элементов рабочего колеса при транспортировке и возможном длительном хранении. Установленный вал вначале закрепляется на рабочем колесе временными болтами, а затем отверстия под болты последовательно растачиваются с помощью специального приспособления и устанавливаются соединительные болты. Порядок затягивания и проверки прочности соединения и равномерности напряжения болтов приведен ранее в гл. 7.
Если отверстия растачиваются на заводе полностью, то болты устанавливаются согласно нумерации, нанесенной на них и у отверстий на фланце.
Проверка концентричности лабиринтных колец на верхнем и нижнем ободе рабочего колеса производится с помощью специального приспособления, устанавливаемого на вал, как показано на рис. 8-28. Неконцентричность лабиринтных колец относительно вала допускается в пределах до 0,1 величины одностороннего зазора в лабиринтном уплотнении.
Рис. 8-29. Приспособление для шлифовки обода и лабиринтных колец.
На рабочее колесо со сварным нижним ободом до установки лабиринтных колец устанавливается вал и временно присоединяется к нему. На вал ставится и закрепляется специальное приспособление с шлифовальной головкой (рис. 8-29), с помощью которого индикатором проверяется концентричность посадочных мест под нижнее и верхнее лабиринтные кольца и производятся шлифовка сварных швов на нижнем ободе, а также устранение выявленной неконцентричности, после чего устанавливаются, стягиваются и свариваются лабиринтные кольца. Обработка сварных швов, проверка концентричности колец и устранение неконцентричности осуществляются тем же приспособлением. По окончании установки и выверки лабиринтных колец вал с приспособлением снимается и производится балансировка рабочего колеса. Затем вал вновь устанавливается на колесо, соединяется с ним постоянными болтами и рабочее колесо переносятся на выкладки для соединения с обтекателем.
Балансировка рабочего колеса. Рабочие колеса гидротурбин имеют сложную конфигурацию, что затрудняет их полную механическую обработку; материал отливок элементов колеса неоднороден, и масса колеса распределяется неравномерно относительно оси вращения, вследствие этого в процессе работы агрегата могут возникать недопустимые вибрации.
Уравновешивание массы рабочего колеса относительно оси вращения производится на заводе путем статической балансировки. Однако в связи с возможными деформациями элементов разъемного рабочего колеса, неодинаковостью толщины и размеров бандажей, лабиринтных колец и временных соединительных проушин, а также размеров сварных швов и неоднородностью их заводская балансировка нарушается, и при монтаже должна обязательно производиться повторная балансировка разъемных рабочих колес.
Балансировка рабочего колеса производится способом свободного подвешивания его и а шаре, установленном в балансировочном устройстве, как показано на рис. 8-30. Балансировочное устройство состоит из опорной тумбы 1, устанавливаемой на монтажной площадке, стальной закаленной и шлифованной плиты 2, на которую опирается шар 3, закрепленный в балансировочной конструкции 4. Одним из основных условий точности балансировки рабочего колеса является правильность положения его центра тяжести относительно точки опоры — центра шара. Для устойчивости положения рабочего колеса на балансировочном устройстве и обеспечения безопасности работ при балансировке центр тяжести колеса должен всегда находиться ниже
Рис. 8-30. Схема балансировки рабочего колеса.
центра шара. Однако слишком низкое положение центра тяжести понижает чувствительность балансировочного устройства, а следовательно, и точность балансировки. Повышение центра тяжести до h=0 приводит к безразличному состоянию рабочего колеса, а при дальнейшем повышении центра тяжести колеса наступает неустойчивое равновесие его и колесо может упасть с балансировочного устройства при небольшом случайном толчке. Поэтому величина h должна быть такой, чтобы обеспечивались достаточно высокая точность балансировки и устойчивое положение рабочего колеса. Рекомендуемые оптимальные величины h приведены в табл. 8-9.
Таблица 8-9
Рекомендуемые величины h при балансировке рабочих Колес радиально-осевых турбин
Вес балансируемого рабочего колеса, т | 5 | 10 | 50 | 100 | 200 |
Величины h, мм............................. | 20-40 | 30—50 | 40—60 | 50-80 | 70-100 |
Практически положение центра тяжести рабочего колеса на балансировочном устройстве определяется следующим образом. Рабочее колесо устанавливается так, чтобы центр тяжести его находился заведомо ниже точки опоры, после чего на нижний обод помещается небольшой груз, который выведет рабочее колесо в новое положение равновесия. При этом обод опустится вниз, а центр тяжести сместится в сторону. Условие равновесия в этом случае обеспечивается равенством моментов:
(8-3)
где Р — приложенный груз, кГ;
R — радиус приложенного груза, мм;
G — вес рабочего колеса, кг;
а — величина смещения центра тяжести, мм;
μ — коэффициент трения качения.
Величина смещения α=htgα, но из геометрического подобия углов tg α=b/R, поэтому a = hb/R. Подставляя значение а в формулу (8-3), получим:
(8-4)
следовательно, расстояние от центра тяжести рабочего колеса до точки опоры
(8-5)
Балансировка рабочего колеса осуществляется в следующем порядке. Опорная тумба устанавливается на монтажной плите до сборки рабочего колеса. При этом поверхность стальной шлифованной плиты должна быть горизонтальной, что проверяется уровнем и обеспечивается постановкой подкладок под основание опорной тумбы. Опорная конструкция с шаром устанавливается в рабочее колесо снизу, расцентровывается в выточках колеса и закрепляется так, чтобы центр шара находился заведомо выше предполагаемого центра тяжести рабочего колеса. Затем рабочее колесо с приспособлением плавно опускается краном на опорную тумбу до соприкосновения шара с плитой. Устойчивость рабочего колеса на балансировочной тумбе определяется в подвешенном состоянии при ослабленных тросах во избежание возможного опрокидывания колеса. Для этой же цели под нижний обод на сборочные тумбы устанавливаются деревянные или металлические подкладки с зазором, обеспечивающим колебания колеса при балансировке. Если рабочее колесо неустойчиво, то необходимо поднять шар с помощью регулировочного винта.
На верхний обод колеса устанавливаются четыре уровня, и, накладывая на нижний обод грузы разного веса с более легкой стороны колеса, по уровням выравнивают горизонтальность плоскости верхнего обода. После этого проверяют центр тяжести рабочего колеса, установив на нижнем ободе груз, достаточный для смещения места его приложения на 1—2 мм. По формуле (8-4) определяют величину h и сопоставляют ее с заданной заводом или приведенной в табл. 8-9. Если получится величина больше требуемой, то рабочее колесо приподнимают на балансировочном устройстве регулировочным винтом и положение центра тяжести доводят до необходимого. Проверяют также чувствительность балансировочного устройства установкой минимального груза Рмин, величину которого определяют по формуле (8-3), считая, что рабочее колесо должно наклониться на величину 0,5—1,0 мм в месте приложения груза. Затем вновь производится уравновешивание рабочего колеса путем корректировки установленного ранее груза и доведения положения плоскости верхнего обода до строго горизонтального.
Горизонтальность положения рабочего колеса при балансировке может проверяться также замерами штихмассом или щупом расстояния между поверхностью тумб, на которых производилась сборка рабочего колеса, и обработанной нижней поверхностью нижнего обода. Для этого поверхность всех сборочных тумб перед установкой рабочего колеса приводится с помощью металлических подкладок к одной горизонтальной плоскости, что проверяется нивелированием. При этом зазоры между ободом и тумбами должны допускать колебания колеса при балансировке.
После приведения рабочего колеса в равновесие определяется возможный небаланс колеса, вызываемый инерцией его и трением в опорных деталях балансировочного устройства. Для этого накладывают грузы, выводящие рабочее колесо из равновесия на одну и ту же
величину наклона, в шести — восьми точках по окружности обода. Величина оставшегося небаланса определяется как полусумма максимального и минимального грузов. Груз, уравновешивающий этот небаланс, должен быть установлен в точке приложения максимального груза.
По окончании уравновешивания рабочего колеса балансировочные грузы надежно закрепляются на колесе и защищаются от воздействия потока. Устанавливать и закреплять грузы целесообразно наверху рабочего колеса под защитным кожухом. При установке величины грузов должны быть пересчитаны в связи с изменением радиусов их закрепления.
Окончательная проверка балансировки производится после закрепления грузов. При этом точность уравновешивания системы считается удовлетворительной, если минимальный груз, прикладываемый в противоположных направлениях на одном диаметре, отклоняет рабочее колесо на одну и ту же величину. Обычно точность балансировки считается достаточной, если момент не более 0,2 кГ-м выводит систему из равновесия.
Установка ротора гидротурбины на место. Ротор радиально-осевой турбины, состоящий из рабочего колеса и вала, устанавливается на обработанную верхнюю поверхность нижнего фланца фундаментного кольца. Подготовка места установки заключается в тщательной очистке поверхности фланца и постановке на него мерных подкладок или парных клиньев в четырех — восьми точках в зависимости от веса ротора. Подкладки должны располагаться в одной горизонтальной плоскости и иметь такую высоту, чтобы верхняя плоскость фланца вала турбины после установки была ниже проектной на величину, равную высоте центрирующего буртика фланца с запасом в 4—6 мм. Запас этот необходим для того, чтобы при установке ротора генератора фланец его вала не соприкасался с фланцем турбинного вала и не нарушал центровку турбины.
Рабочее колесо удобно соединять с валом на монтажной площадке и в собранном виде устанавливать на место. Однако если грузоподъемность или высота подъема крюка крана не позволяют этого, то рабочее колесо и вал устанавливаются раздельно и соединяются в проектном положении. Строповка ротора производится с помощью специального приспособления в виде проушины, закрепленной на фланце вала, после чего ротор транспортируется к месту установки (рис. 8-31) и опускается на подготовленные подкладки.
При установке рабочего колеса его следует расцентровать сразу возможно точнее по зазору между статором и нижним ободом, а при наличии нужного уплотнения обода — и по зазору в этом уплотнении.
В случае необходимости колесо перемещается с помощью клиновых подкладок, устанавливаемых ранее в зазоре. Вертикальность ротора проверяется уровнем по плоскости верхнего фланца вала, и отклонения устраняют изменением толщины подкладок под нижним ободом колеса. Проверяется высотное положение ротора нивелированием фланца вала и замером зазора между нижним ободом и фланцем фундаментного кольца. Зазор должен быть равен проектному за вычетом величины, на которую опущено рабочее колесо для возможности соединения вала турбины с валом генератора.
Рис. 8-32. Формуляр установки рабочего колеса радиально-осевой турбины.
а — средненапорная турбина; б — высоконапорная турбина.
Допуски на установку рабочих колес поворотнолопастных и радиально-осевых турбин
Таблица 8-10
Допустимые отклонения высотного положения рабочего колеса приведены в табл. 8-10. Эта центровка турбины является предварительной, окончательная производится более точно после установки крышки турбины и будет описана ниже. Формуляр установки рабочего колеса (рис. 8-32) составляется после соединения валов турбины и генератора и окончательной центровки ротора гидроагрегата.
Нижнее неподвижное кольцо лабиринтного уплотнения удобнее устанавливать на рабочее колесо на монтажной площадке, расцентровать его по колесу и зафиксировать на нем, а затем опустить вместе с рабочим колесом и закрепить на месте. Если по конструктивным условиям осуществить этого нельзя, то уплотнение устанавливается на место после опускания рабочего колеса и предварительной центровки его. Фактические величины зазоров в уплотнениях не должны отклоняться от проектных более чем на 20%.
