При пригонке поршневого уплотнения давление во внутренней полости клапана может значительно упасть. Тогда основной клапан окажется под воздействием значительной разности давлений и на него начнет действовать усилие, направленное в сторону открытия. В зависимости от перепада это усилие может оказаться настолько большим, что преодолеет усилие веса подвижной системы и усилие пружины и приподнимет клапан и подвижную систему кверху до упора, в результате чего турбина потеряет управление. Все описанные явления будут исключены при наличии подвода свежего пара к нижней части шпинделя, так как тогда давление пара во внутренней полости клапана при вышеуказанных условиях не упадет, а поднимется.
Из соображений прочности и в целях придания твердости против истирания шпиндель 1 (фиг. 54), букса 2, поршневые кольца 3, гайка 4 основного клапана и заклепка 7 изготовлены из стали марки 25Х2МФА ГОСТ 4543-48, а трущиеся их поверхности нитрированы. Клапан 5 и чашки 6 и 8 разгрузочного клапана выполняются из стали 35ХМА ГОСТ 4543-48.
Зазор между буксой и шпинделем равен 0,3—0,4 мм на диаметр. Чтобы уменьшить выход свежего пара из зазора между буксой и шпинделем в машинный зал и ограничить повышение температуры элементов приводного механизма, предусмотрено лабиринтовое уплотнение шпинделя и двойной отсос лара нз верхней части буксы (см. § 25), а также отражательный зонтик 15.
Парораспределение свежего пара в турбинах серии высокого давления типов ВК-25-1, ВТ-25-4, ВПТ-25-3, ВК-50-1, ВК-100-2 и в турбине нормальных параметров типа АП-25-2 выполнено одинаковым, отличаясь лишь диаметром регулирующих клапанов в турбинах различных типов. Турбина ВК-100-2 имеет клапаны с номинальным диаметром 100 мм, турбины высокого давления остальных типов имеют регулирующие клапаны с номинальным диаметром 75 мм, а турбина АП-25-2 — диаметром 175 мм.
Каждая из турбин перечисленных типов имеет по четыре регулирующих клапана свежего пара, расположенных в четырех паровых коробках из литой стали. Каждая клапанная коробка приварена к одной из четырех сопловых коробок, расположенных внутри передней части ЦВД, к которому они также приварены. Две (верхних) клапанных коробки расположены на верхней половине цилиндра и подводят пар в верхние сопловые камеры, а две боковых клапанных коробки питают паром обе сопловые камеры нижней половины цилиндра.
Приводной механизм клапанов состоит из масляного поршневого сервомотора, расположенного в корпусе переднего подшипника, который при помощи системы рычагов и тяги с зубчатой рейкой поворачивает в том или ином направлении в пределах 135° распределительный вал с насаженными на нем четырьмя профильными кулаками. Управление подачей масла в сервомотор для перемещения поршня производится системой регулирования турбины.
В приводном устройстве (фиг. 55 а) верхних клапанов кулаки 11 при вращении распределительного вала 10 поворачивают рычаги 25, которые опираются роликами 8 на профильные части кулаков. В среднюю часть каждого рычага упирается скалка 28, которая служит связующим звеном между рычагом и подвижной рамкой 6. Скалка имеет цементированные опорные поверхности и при подъеме рычага слегка поворачивается в цементированных опорных чашках 5 и 27. Рамка 6 заключена в колонке 24 клапана и может перемещаться поступательно в вертикальном на правлении вдоль оси, но всегда отжимается вниз пружиной 4. Проворачивание рамки вокруг оси устраняется двумя стопорами 33, заходящими в продольные лазы рамки.
Связь между рамкой и скалкой осуществлена через верхнюю чашку 5 и нажимной винт 1 с квадратной головкой и контргайкой 2.
Шпиндель 13 клапана подвешивается к нижней части рамки при помощи подвижного соединения, чтобы не допустить заклинивания шпинделя от неточности сборки и температурных деформаций или перекоса. Крепление шпинделя осуществлено при помощи втулки 10 (фиг. 54), специальной шайбы 12 и двух прижимных колец 11, охватывающих нижнюю часть рамки. Втулка 10 проходит с радиальным зазором через рамку и прижимные кольца. Шайба 12 пригоняется таким образом, чтобы осевой зазор между нею и торцевой плоскостью верхнего прижимного кольца составлял 0,05 мм. Радиальные и осевой зазоры обеспечивают достаточную подвижность штока.
В приводных устройствах боковых клапанов (фиг. 55, б), между рычагом 2 и кулаком введен дополнительный рычаг первого рода 9 с роликом 10 и тяга с регулируемой стяжкой 6.
Необходимая при сборке во время первого монтажа или после ревизии подрегулировка подъема клапана производится при помощи нажимного винта 1 (фиг. 55 а). Для опускания или подъема клапана при настройке парораспределения необходимо повернуть в ту или иную сторону нажимной винт за его квадратную головку и в нужном положении закрепить его контргайкой 2. Следует учесть, что окончательная установка нажимных болтов должна производиться при горячей машине после прекращения подачи пара, чтобы учесть тепловое удлинение штоков, причем при этой установке скалки не должны быть зажаты или свободно болтаться, а должны допускать лишь легкое проворачивание вручную. О зазоре между роликом и рычагом на холодной машине см. ниже.
Кулаки распределительного вала турбин высокого давления имеют такой профиль, что по мере нагрузки турбины первым открывается левый верхний клапан (если смотреть на турбину со стороны впуска пара), вторым — правый боковой, третьим — правый верхний и четвертым — левый боковой. В турбинах нормального давления АП-25-2 очередность открытия клапанов выдержана по часовой стрелке, причем первым открывается правый боковой клапан.
Парораспределение турбин с противодавлением типов ВР-25-18-4 и В Р-25-31-3 отличается от парораспределения турбин других типов наличием пятого перегрузочного клапана, перепускающего пар из камеры регулирующей ступени за третью ступень. Такая конструкция применена для сохранения высокого к. п. д. регулирующей ступени при понижении давления свежего пара. Так как перегрузочный клапан работает при меньших перепадах давлении, чем основные регулирующие клапаны, то в данном случае применен односедельный обтекаемый неразгруженный клапан (фиг. 56). Расположение же клапана на турбине уясняется из рассмотрения продольных разрезов турбин с противодавлением (см. фиг. 7 и 8). Клапан имеет уплотнительный пояс в месте посадки, обточенный по шару. Свободная подвеска обеспечивает самоустановку и плотность при посадке клапана. На верхней части клапана имеются две выступающих пальцевых шпонки, заходящих в вырезы буксы и удерживающих клапан от вращения. При повороте клапана 1 относительно буксы 4 касание противоположных плоскостей выступающих пальцевых шпонок и плоскостей вырезов в буксе должно быть одновременным. Для предотвращения выпадения буксы 4 из крышки 5, края отверстий в крышке должны быть за чеканены. После установки заклепки 2, удерживающей клапан, концы ее должны быть тщательно расклепаны. Подвеска и привод клапана выполнены аналогично конструкциям остальных регулирующих клапанов Турбин всех типов. Кулак приводного рычага перегрузочного клапана расположен на общем распределительном валу турбины.
Клапан изготовлен из стали 35ХМА ГОСТ 4543-48, а шпиндель, букса и заклепка — из стали 25Х2МФА ГОСТ 4543-48.
При монтаже и при ревизиях турбин следует проверять наличие зазора порядка 0,2—0,3 мм между роликом рычага клапана и поверхностью кулака, когда сервомотор на пулевой отметке по его шкале. Наличие этого зазора обеспечит безусловную посадку клапана на седло при его закрытии. Для проверки наличия этого зазора при закрытом клапане надлежит приподнять рычаг вручную до упора скалки 28 в чашку 5, после чего произвести щупом замер зазора. Величина этого зазора может быть отрегулирована нажимным винтом 1. После отрегулировки зазора надлежит плотно затянуть контргайку 2.
Для достижения плавного регулирования предусмотрена перекрыта, т. е. заблаговременное открытие последующего клапана до полною открытия предыдущего клапана.
Все шарнирные соединения приводного механизма клапанов и ролики для уменьшения потерь на трение выполнены с игольчатыми подшипниками, за исключением опор клапанных рычагов, выполненных с обычными бронзовыми втулками.
Для игольчатых подшипников приводного механизма, находящихся вблизи горячих частей турбины и нагревающихся от их теплового излучения свыше 60°, следует применять консистентные смазки с каплепадением при 120—130°: консталин УТ-1 (ГОСТ 19,57-43) или смазку 1-13 (ГОСТ 163-42).
При применении чистого тавота или тавота с примесью графита подшипники фактически остаются без смазки, так как тавот вытечет из колпачковых масленок, как только они достаточно прогреются. Между тем остающийся в масленках и слежавшийся графит вызывает значительное трение, которое проявляется в резком повышении нечувствительности регулирования, заедание и быстрый износ игольчатых подшипников с последующим нарушением работы системы регулирования и парораспределения.
Перед пуском турбины после монтажа или ревизии должна быть произведена проверка плотности регулирующих клапанов, которая производится одновременно с проверкой плотности клапана автоматического затвора. О способе проверки плотности клапанов см. § 151.
§ 42. Регулирующие поворотные диафрагмы и их привод
В паровых турбинах с отбором типов ВТ-25-4 и BНT-25-3 для регулирования давления пара в камерах теплофикационного отбора применены регулирующие диафрагмы, управляющие перепуском пара в последующие ступени низкого давления. Конструкция регулирующих диафрагм по своему действию равнозначна клапанному сопловому парораспределению, но значительно компактнее его.
Последнее преимущество позволило выполнить турбины с отбором пара в виде одноцилиндровых агрегатов.
Конструкция регулирующей диафрагмы турбин показана на фиг. 57. Она состоит из неподвижной разъемной чугунной диафрагмы, имеющей специальные двухъярусные сопла, и из разъемного стального поворотного кольца 1, расположенного по ходу пара перед диафрагмой. За диафрагмой помещено регулирующее одновенечное колесо с двухъярусными рабочими лопатками 3. В поворотном кольце имеются соответственно двум ярусам сопел два концентрических ряда окон. Окна расположены таким образом, что при смещении поворотного кольца из закрытого состояния в направлении часовой стрелки (если смотреть со стороны впуска пара) сначала открываются каналы сопел нижнего яруса, а затем каналы сопел верхнего яруса диафрагмы Таким образом, эта диафрагма заменяет два регулирующий клапана.
Для обеспечения плавного возрастания расхода пара при открытии диафрагмы окна в поворотном кольце размещены так, что каналы лопаток диафрагмы верхнего яруса открываются с некоторым предварением, т. е. еще до того, как полностью открылись каналы нижнего яруса диафрагмы.
Полный ход поворотного кольца диафрагмы между закрытым и открытым положением соответствует углу поворот а на 4о28". Кольцо 1 поворачивается масляным поршневым сервомотором при помощи рычажной передачи к серьге 8. как показано на фиг. 58.
Управление работой сервомотора производится системой регулирования турбины.
Взаимное положение поворотного кольца и диафрагм при закрытых к открытых окнах и при среднем их положении в случае надобности при ревизиях фиксируется при помощи специального контрольного штифта 7 (фиг. 57), устанавливаемого через одно отверстие в поворотном кольце в одно из трех специальных сверлений (а, б и в) в верхней половине диафрагмы, сделанных при сборке диафрагмы на заводе.
При установке контрольного штифта в правое сверление а диафрагма окажется в полностью открытом состоянии; установка штифта в левое отверстие в соответствует закрытой диафрагме. При закрытом положении диафрагмы между кромками окон поворотною кольца и кромками сопел диафрагмы должны быть щели шириной 2 мм. Эти щели необходимы для обеспечения минимального пропуска пара в целях охлаждения хвостовой части турбины. Установка штифта в среднее отверстие б, фиксирующая среднее положение поворотного кольца, производится перед сборкой рычажной передачи между поворотным кольцом и приводным сервомотором.
В двухотборной паровой турбине типа ВПТ-25-3 имеются две поворотных диафрагмы. В камере производственного отбора применена разгруженная регулирующая диафрагма. Такая же диафрагма одинаковых размеров установлена для регулирования давления отбираемого пара в турбине ЛП-25-2. Характерная особенность диафрагмы этого типа, работающей в области более высоких давлений, заключается в разгрузке ее от осевого усилия, вызванного значительным перепадом давления пара.
Диафрагма, показанная иа фиг. 59, состоит из неподвижной разъемной стальной диафрагмы 5, разъемного поворотного регулирующего кольца 6, отлитого из модифицированного чугуна, верхнего покрывающего стального полукольца 7 и нижнего покрывающего стального полукольца 8.
В неподвижной диафрагме 5 имеется 40 окон, расположенных равномерно по окружности в шахматном порядке двумя ярусами, по 20 окон в каждом. Каждое окно по периферии со стороны паровпуска окружено выступающим буртом б. Окна соединены с сопловыми камерами к, расположенными в теле диафрагмы. Каждая сопловая камера сообщается с соплами, сидящими в кольцевой выточке диафрагмы.
Против каждой сопловой камеры расположено по два канала нижних сопел 9 или верхних сопел 10. Со стороны паровпуска в кольцевой выточке сидит разъемное регулирующее поворотное кольцо 6 с наклонными каналами различной ширины, показанными па детальных разрезах ЕЕ и ВВ и иа развернутых кольцевых сечениях. Поворотное кольцо 6 прижимается давлением пара своей рабочей стороной к выступающим буртам б окон неподвижной диафрагмы 6, причем при «закрытой» диафрагме (фиг. 59, положение II) все окна диафрагмы 5 перекрываются поворотным кольцом 6.
Каналы в регулирующем кольце расположены таким образом, что при повороте в сторону открытия против часовой стрелки (если смотреть со стороны паровпуска) окна диафрагмы 5 открываются последовательно четырьмя группами. Для обеспечения плавного возрастания расхода пара, по мере открытия диафрагмы, окна каждой группы открываются с перекрышей по отношению к предыдущей труппе окон. Таким образом, диафрагма равнозначна сопловому парораспределению с четырьмя регулирующими клапанами.
Со стороны паровпуска перед поворотным регулирующим кольцом расположены верхнее и нижнее покрывающие полукольца 7 и 8, которые служат для разгрузки регулирующего кольца от осевого парового усилия, как это объяснено ниже. Полукольца по периферии плотно притянуты болтами к кольцевой проточке неподвижной диафрагмы 5 с центрующим (см. разрез АА) уступом. По внутреннему контуру полукольца опираются на диафрагму стойками, проходящими через специальные окна в регулирующем кольце 6 (см. разрез ЕЕ). Через стойки пропущены крепящие болты.
В покрывающих полукольцах сделаны окна для пропуска пара, которые расположены также в два яруса, во по сравнению с окнами диафрагмы эти ярусы несколько раздвинуты в соответствии с наклоном паровпускных каналов поворотного регулирующего кольца.
Между паровпускными окнами обоих ярусов покрывающих полуколец с внутренней стороны, обращенной к регулирующему поворотному полукольцу 6, сделаны кольцевые выточки, подразделенные радиальными пластинками на отдельные разгрузочные камеры n — по четыре камеры у каждого полукольца. Разгрузочные камеры по контуру имеют выступающий бурт р, причем осевой зазор между этим буртом и поверхностью регулирующего кольца (отжатого в сторону диафрагмы до упора) должен быть выдержан порядка 0,35—0,4 мм.
Каждая разгрузочная камера п соединена внутренними каналами (см. ВВ) с одной из сопловых камер к неподвижной диафрагмы 5. Если смотреть со стороны впуска пара на верхнее покрывающее кольцо, то, считая слева направо, первая внутренняя разгрузочная камера покрывающего полукольца соединена с одной сопловой камерой первой группы сопел («первого клапана»), вторая и четвертая разгрузочные камеры полукольца соединены с двумя отдельными сопловыми камерами второй группы сопел («второго клапана»), а третья разгрузочная камера полукольца — с одной сопловой камерой третьей группы сопел («третьего клапана»). В нижнем разгрузочном полукольце соединения выполнены симметрично по диаметру.
Предположим, что диафрагма находится в закрытом положении, т. е. все окна диафрагмы 5 перекрыты регулирующим кольцом 6 (положение 11), и рассмотрим, от каких величин зависит осевая нагрузка на поворотное регулирующее кольцо 6.
Благодаря имеющимся каналам и широким щелям вся поверхность регулирующего кольца, за исключенном площадок со стороны выпуска, расположенных против паровпускных окон и буртов б диафрагмы 5, и кольцевых поясов на регулирующем кольце со стороны паровпуска, расположенных вод разгрузочными камерами и буртами р обоих покрывающих полуколец 7 и 8, находится под давлением пара в камере отбора 2.
Площадки регулирующего кольца, расположенные на стороне выпуска пара против окон диафрагмы, находятся под давлением пара в сопловых камерах, которое практически при закрытой диафрагме совпадает с давлением в камере 17 регулирующего колеса. Площадки регулирующего кольца, расположенные на стороне впуска пара против разгрузочных камер п покрывающих полуколец, находятся также под давлением пара в камере регулирующего колеса.* Можно предположить, что давление пара, действующего на площадки регулирующего кольца, расположенные против буртов окон диафрагмы и буртов разгрузочных камер, имеет среднее значение между начальным давлением пара перед диафрагмой и давлением в соответствующих камерах.
Величина осевого усилия, действующего на регулирующее поворотное кольцо, и направление усилия зависят от соотношения указанных площадок и от величины давления пара в соответствующих камерах. Размер площадок выбран так, что расчетное осевое усилие при за крытой диафрагме имеет незначительную величину и направлено в сторону генератора. По мере открытия диафрагмы осевое усилие уменьшается и исчезает при полном открытии диафрагмы, когда давления пара в разгрузочных и сопловых камерах практически выравниваются.
При закрытой диафрагме через щелевые зазоры у буртов р в разгрузочные камеры протекает пар из камеры отбора 2, который по внутренним каналам через сопла попадает в последующую часть турбины. Эта нерегулируемая протечка будет уменьшаться по мере открытия диафрагмы и прекратится при ее полном открытии.
Протечка пара при закрытой диафрагме необходима для охлаждения последующих ступеней ротора.
* Фактически давление в разгрузочных камерах покрывающих полуколец больше на величину сопротивления потоку пара между разгрузочными камерами и камерой 17 регулирующего колеса.
Привод регулирующего поворотною кольца 6 осуществлен так же, как привод кольца регулирующей диафрагмы теплофикационного отбора, при помощи масляного поршневого сервомотора 12, соединенного системой рычагов 15 с серьгой поворотного кольца.
Для фиксации при ревизиях взаимного положения новоротного кольца и диафрагмы при полностью закрытых и полностью открытых окнах предусмотрен контрольный штифт 16, устанавливаемый через отверстие в поворотном кольце в одно из двух специальных отверстий в верхней половине диафрагмы. Отверстия в теле диафрагмы сверлятся при первоначальной сборке диафрагмы на заводе. В закрытом положении диафрагмы кромки первой группы окон поворотного кольца должны вплотную подходить к кромкам каналов диафрагмы, соответствующих «первому клапану». Полный угол поворота кольца между закрытым и открытым положением диафрагмы составляет около 12°.
Для наблюдения степени открытия диафрагмы служит указатель 14 хода сервомотора 12, а также дистанционный электрический указатель открытия, установленный на щите турбины. Указатель выполнен по схеме двух самосинов, один из которых 13 имеет привод ст зубчатой рейки, укрепленной на штоке сервомотора 12. Электрическая схема дистанционного указателя показана на фиг. 101 (стр. 194).
В случае повышения давления в камере t возникает осевое давление на регулирующее кольцо, которое может вызвать не только заедание кольца, но и повреждение прилетающих поверхностей буртов б диафрагмы и регулирующего кольца. При осмотре диафрагмы вo время ревизии следует удостовериться в хорошем прилегании регулирующего кольца к буртам окон диафрагмы и равномерности зазора по окружности между кольцом и буртами разгрузочных камер. Внутренние разгрузочные каналы в диафрагме и покрывающих полукольцах должны быть при ревизии промыты конденсатом и продуты паром.
