Выбор вала.
Как гибкие, так и жесткие роторы имеют свои преимущества и недостатки.
Гибкий ротор имеет меньший диаметр вала, что снижает потери в уплотнениях. Такой ротор с насадными дисками требует меньше металла для изготовления. Весь ротор получается легче, отчего уменьшается нагрузка на подшипники.
С другой стороны, расход металла для цельнокованого дискового гибкого ротора не меньше, а трудоемкость изготовления больше, чем для жесткого. Гибкий ротор с валом малого диаметра более чувствителен к одностороннему нагреву, что требует большого внимания в эксплуатации. Гибкий ротор непригоден для работы с переменным числом оборотов.
Длинные гибкие валы при проходе зоны критического числа оборотов могут давать значительную амплитуду колебаний. Они нуждаются в особо тщательном изготовлении и балансировке, в особых заботах при эксплуатации для недопущения появления дополнительных прогибов вала при пуске. Зазоры в уплотнениях должны быть больше, чем при тех же размерах жесткого вала, что частично снижает основную выгоду от применения гибкого вала.
Критическое состояние вала зависит от его температуры, от толщины масляной пленки в подшипниках, величины осевой силы и передаваемого крутящего момента. Масляная пленка уменьшает критическую скорость ротора в тем большей степени, чем больше масляный зазор в подшипнике и чем меньше статический прогиб вала.
Критическая скорость убывает с возрастанием осевого сжатия вала и передаваемого крутящего момента. Однако для обычных для роторов турбин соотношений указанных величин это влияние мало, и им обычно пренебрегают. В неблагоприятном случае обе эти причины в сумме могут снизить критическое число оборотов не более чем на 1 %.
Эксплуатация жесткого ротора спокойней, в частности, потому, что не надо при каждом пуске проходить критическое число оборотов. Но, с другой стороны, гибкий ротор также вполне работоспособен и обычно несколько более экономичен. Применение гибкого ротора дает возможность делать крупные турбины одноцилиндровыми или с малым числом цилиндров; в этих случаях применение гибких валов просто необходимо. Иногда выбор гибкого или жесткого ротора определяется общей задачей, стоящей перед конструкцией турбины, например требованием быстроты пуска, равной скорости прогрева ротора и цилиндра, устойчивой работы при переменном числе оборотов.
Жесткое исполнение, по-видимому, должно быть предпочтительно для коротких роторов многокорпусных турбин, барабанных роторов реактивных турбин, роторов турбин на переменное число оборотов; гибкое —для длинных роторов турбин большой мощности или одноцилиндровых, роторов быстроходных турбин и многоступенчатых турбин малого диаметра.
Втулки.
Прежние конструкции роторов предусматривали почти полное закрытие вала разными втулками для предупреждения задеваний уплотнений непосредственно о вал. В современных турбинах чаще стремятся не иметь насадных втулок и сохранить вал открытым. Это отражает новые условия, характерные для современных турбин, при которых защита втулками имеет больше минусов, чем плюсов. Такими условиями, в частности, является более высокий уровень температур, большие возможности деформаций цилиндра и, следовательно, задеваний, большие диаметры уплотнений. При умеренном посадочном натяге для освобождения этих втулок нужен нагрев всего на 40—50°.
Прежде посадка втулок уплотнений предпочиталась на пояски, с зазором между втулкой и валом на большей части посадочной длины втулки. Вал при этом хорошо защищался от нагрева даже при сильных задеваниях. При росте мощностей турбин и параметров пара такие втулки оказались в ряде случаев ненадежными. При задеваниях или при быстром росте температуры пара изолированная от вала втулка быстро нагревается и освобождается, начинает еще сильнее тереться об уплотнения и т. д. Известны случаи полного разрушения вследствие этого втулок и обойм уплотнений.
При резком снижении температуры натяг втулки на валу увеличивается и может привести к пластическому растяжению; после выравнивания температур такая втулка будет свободно сидеть на валу, задевать за уплотнения и также может разрушить их. Тепловая изоляция втулок от вала является в данном случае недостатком. Более надежными оказываются втулки, соприкасающиеся с валом всей своей поверхностью. Здесь гораздо меньше разница температур втулки и вала и вероятность освобождения втулки при задеваниях тоже меньше.
Предохраняет втулку от освобождения при нагреве посадка ее с большим натягом; но это возможно только в случае отсутствия опасности охлаждения втулки относительно вала. Все же при сильных задеваниях нагрев может быть настолько интенсивным, что втулка освободится, что увеличит размер аварии.
