«Посвящается светлой памяти профессора Николая Яковлевича Баумана В.А. Новиков ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА И МОНТАЖА ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой Турбины и двигатели ...»

1.8. Пути повышения производительности сборки В связи с единичным или мелкосерийным характером производства сборка турбины включает значительный объем слесарных и пригоночных работ. Одним из основных путей снижения объема этих работ является совершенствование технологии механических работ, повышение качества и точности изготовляемых деталей. В настоящее время использование современного оборудования позволяет ликвидировать подгонку разъема цилиндров, опорных поверхностей и другие операции. Внедрение механического шлифования, шабрящего фрезерования исключает ручную пригонку, производившуюся в процессе сборки. Применение станков с ЧПУ позволяет добиваться большей точности изготовления и, следовательно, полной взаимозаменяемости отдельных деталей турбины.

Значительное место в повышении производительности сборки занимает внедрение технологических процессов механической обработки корпусных деталей, обеспечивающих единство технологических баз при различных стадиях обработки и сборки. Этому весьма способствует использование при механической обработке многокоординатных обрабатывающих центров, практически исключающих необходимость смены баз в полном технологическом цикле изготовления детали.

Большое значение имеет правильное крепление частей корпуса при механической обработке, исключающее пережимы детали, вызывающие упругие деформации. Упругие деформации, допущенные при креплении детали под обработку, приводят к перекосам поверхностей детали после ее открепления. Образование перекосов можно предупредить применением правильно построенных зажимных приспособлений и устройств.

Снижение трудоемкости сборки достигается также механизацией слесарных пригоночных и сборочных операций, т. е. применением механизированных инструментов – шаберов, напильников, зубил, пневматических и электрических шлифовальных и сверлильных машинок, отверток, гайковертов и др. Наряду с этим большой эффект может быть получен путем создания специальных средств механизации сборочных работ силами самого завода, цеха или даже участка. Примером может служить пневмоцилиндр (рис. 225), предназначенный для перемещения одной тяжелой корпусной детали по другой при проверке качества сопряжения поверхностей этих деталей по краске. С применением пневмоцилиндра тяжелая и трудоемкая ручная работа заменяется механической – выполняется легко и быстро.

Рис. 225. Пневмоцилиндр для перемещения тяжелых деталей в процессе 1 – деталь с обрабатываемой поверхностью; 2 – кронштейн; 3 – вал;

4 – пневмоцилиндр; 5 – шток; 6 – ручка; 7 – скоба; 8 – эталонная деталь Пневмоцилиндр 4 с помощью кронштейна 2 и вала 3 закрепляется на обрабатываемой детали 7, у которой производится пригонка поверхности разъема. Шток 5 пневмоцилиндра 4 снабжается крючком для захвата за скобу 7, укрепленную на эталонной детали 8, по которой производится проверка качества и пригонки поверхности детали 1 по краске. При включении пневмоцилиндра эталонная деталь, на разъем которой нанесен тонкий слой краски, перемещается по обрабатываемой поверхности детали 1, окрашивая вершины неровностей, подлежащих сшабриванию с ее поверхности, следами краски. По окончании окрашивания цилиндр может быть поднят за ручку 6 и откинут в нерабочее положение поворотом вокруг вала 3.

Сборка турбин, части которых, как правило, являются весьма тяжелыми, не может производиться без применения подъемных механизмов и приспособлений. Наличие достаточного количества транспортноподъемных средств, сборочных приспособлений и крепежных деталей обеспечивает лучшие условия для бесперебойной, высокопроизводительной работы сборщиков.

Повышению производительности труда способствует совершенствование ручного слесарного инструмента, применение новых методов установки и вальцовки трубок теплообменников, использование пневмо- и электрошаберов, шлифовальных машин.

Центровка корпусов турбин производится при помощи оптических приборов. В настоящее время ведутся работы по внедрению оптикоэлектронных и лазерных установок для осуществления этих работ.

2. ОБЛОПАЧИВАНИЕ РОТОРОВ, РАБОЧИХ КОЛЕС

И СТАТОРОВ ТУРБИН

Процесс облопачивания заключается в соединении элементов ротора и статора с лопатками.

Основные виды хвостовых соединений рабочих лопаток показаны на рис. 226. Исходя из особенностей их конструкций, процесс облопачивания подразделяют на облопачивание с посадкой в паз (хвостовики таких лопаток входят в выточку посадочного места) и облопачивание с вильчатыми хвостовиками (вильчатый профиль, хвостовики лопатки прикреплены к гребню заклепками).

Облопачивание с посадкой в паз имеет много разновидностей по способу посадки крепления лопаток в пазу.

Посадку лопаток с Т-образными и грибовидными хвостовиками производят при их продвижении по пазу (или по гребню) по всей длине окружности. Для их заводки делают два замковых колодца, в которых в дальнейшем устанавливают и закрепляют замковые лопатки или вставки.

Роторы барабанного типа обычно имеют пазы зубчикового профиля. Лопатки набирают без их продвижения по пазу, но с поворотом, и закрепляют замковой вставкой. В процессе облопачивания производится также крепление бандажной проволоки и бандажных лент. При облопачивании необходимо обеспечить выполнение всех работ в соответствии с техническими требованиями. Основные из них следующие:

– при соединении хвостовиков лопаток с пазом ротора рабочего колеса или деталями статора зазоры и натяги должны строго соответствовать заданным размерам;

– необходимо обеспечить плотное прилегание хвостовиков лопаток между собой, а при наличии промежуточных вставок — их прилегание к хвостовику лопаток;

Рис. 226. Основные виды профилей хвостовых соединений:

а-в – Т-образный; г, д – грибовидный; е – трапециевидный; ж – вильчатый;

з – косозубчиковый; и – “елочный” для двух профилей; А – пружина;

При подготовке к облопачиванию надо распределить лопатки по пакетам. Пакеты лопаток одинаковой массы необходимо установить на диске диаметрально противоположно, так как лопатки одинаковой массы из-за неточности механической обработки в отдельных сечениях вдоль лопатки имеют различную массу. Для устранения дисбаланса следует развеску лопаток производить на моментных весах (рис. 227).

На коромысле 5 весов укреплены ножевые опоры 4. Подушки ножей 2 установлены на стойке 3. На конце правого плеча коромысла имеется зажимное устройство 7 со сменными пальцевыми упорами 9 для установки и зажима хвостовика взвешиваемой лопатки 8. Длина правого плеча А от ножевых опор равна радиусу гребня диска ротора, на котором крепится лопатка.

На левом плече установлены противовесы 1, в нижней части которых имеются стопорные винты. Под нижним винтом 10 зажимного устройства 7, в головку которого закатан стальной шарик 11, расположена тарелка циферблатных весов 12. Справа под коромыслом размещен арретир 6.

При повороте ручки 13 весы стопорятся. После закрепления эталонной лопатки в зажимное устройство передвижением противовесов 1 по левому плечу коромысла доводят отклонение стрелки циферблатных весов до половины шкалы и закрепляют противовесы.

Устанавливают поочередно заранее пронумерованные лопатки в зажимное устройство и отмечают показания весов. В лопатках с вильчатыми хвостовиками развешивают лопатки с внутренними верхними отверстиями, а затем с внутренними нижними полуотверстиями. Лопатки после развески маркируют. В настоящее время для развески лопаток применяют не только моментные весы, но и специальные приборы.

Перед облопачиванием проверяют документацию по приемке дисков цельнокованых и барабанных роторов (отсутствие забоин и заусенцев, особенно на посадочных местах под лопатками), комплектность рабочих лопаток, наличие клейм о приемке ОТК. В лопатках с вильчатыми хвостовиками из общего числа лопаток на ступень со стороны спинки хвостовика должно быть 50 % лопаток с полуотверстиями, расположенными ближе к центру, и 50 % лопаток с полуотверстиями, расположенными дальше от центра.

Прилегание хвостовиков лопаток может быть не по всей поверхности, а только на участках в верхней и нижней части хвостовика.

Длина этих участков должна соответствовать размерам, указанным в чертежах. Обычно эта длина составляет 10-15 мм.

Рис. 227. Моментные весы для развески лопаток:

1 – противовесы; 2 – подушки ножей; 3 – стойка; 4 – ножевые опоры;

5 – коромысло; 6 – арретир; 7 – зажимное устройство; 8 – взвешиваемая лопатка;

9 – сменные пальцевые упоры; 10 – нижний винт; 11 – стальной шарик;

12 – циферблатные весы (вид сбоку); 13 - стопорная ручка 2.3. Облопачивание роторов и рабочих колес 2.3.1. Облопачивание рабочих колес и цельнокованых роторов с Т-образными пазами и грибовидными гребнями Для облопачивания дисков и роторов турбин рабочее колесо подвешивают на специальной оправке, а ротор – на приспособлении, при помощи которого в процессе облопачивания осуществляется вращение ротора.

Перед облопачиванием проверяют состояние поверхностей замковых колодцев. Посадочное место в рабочем колесе и роторе смазывают дисульфидом молибдена. Проверяют соответствие величин зазоров между хвостовиком и пазом, а также зазоров между хвостовиком и гребнями рабочего колеса. Лопатки должны плотно прилегать к пазу. Посадка лопаток в пазу должна быть плотной, без качания. Лопатки должны перемещаться в пазу от легкого удара молотка массой 300 г через медную оправку. Возможно применение пневматических молотков с медными вставками.

Наборку лопаток производят с двух сторон по направлению от замкового колодца к середине. Если это предусмотрено, под лопатки устанавливают пружины. Лопатки должны плотно прилегать одна к другой, пластина щупа толщиной 0,05 мм между лопатками не должна проходить. Необходимо следить за строгим соблюдением шага лопаток и ширины в горловом сечении. Для получения плотного прилегания лопаток осуществляют обработку наружной радиальной поверхности хвостовика лопатки или промежуточного тела. При плоских радиальных поверхностях пригонку хвостовиков можно вести только по пояскам длиной 10-15 мм, допуская в середине зазор, равный 0,00-0,05 мм. При опиливании не должны быть нарушены величина радиального угла и шаг между лопатками. Ширину между двумя лопатками в горловом сечении проверяют специальными калибрами. Проверку радиального положения коротких лопаток постоянного сечения производят с помощью универсального шаблона (рис. 228, а), а длинных лопаток переменного сечения – специальными шаблонами. Допускаемые отклонения у верхнего конца лопатки в зависимости от ее длины составляют (±0,5-2,0) мм. Аксиальное положение лопаток определяют при измерении линейкой (рис. 228, б) расстояния от ступицы рабочего колеса до лопаток. Допускаемое отклонение лопатки от аксиального положения (±0,2-1,5) мм в зависимости от длины лопаток.

Замком может быть замковая лопатка или замковая вставка (рис. 229). В процессе наборки лопаток вблизи замковых колодцев измеряют участок обода и подсчитывают число лопаток, которое можно разместить на этих участках. Призамковая лопатка до установки замковой лопатки должна свисать над замковым колодцем примерно на величину а =2,5 мм, а после установки замковой лопатки – на величину а =1,5 мм (рис. 229, а). При необходимости спиливают с хвостовиков нескольких лопаток слой металла, равный 0,1 мм. Одновременно проверяют фактическое число лопаток на диске. Разница между числом лопаток, указанным на чертеже, и фактическим не должна превышать 2 %.

Определение толщины замковых лопаток (или вставок) осуществляется при помощи специальных клиньев, которые забивают в замковые колодцы между призамковыми лопатками до полного уплотнения лопаток и достижения требуемой величины свисания призамковых лопаток над колодцами. Положение клина после забивки до отказа отмечают риской. Затем клин вынимают. По фактическим размерам клина изготовляют замковую лопатку (или вставку) с припуском 0,1-0,15 мм в тангенциальном направлении, и зазором 0,05-0,1 мм в осевом направлении. Замковую лопатку устанавливают на место сильным ударом молотка.

Крепление замковых лопаток с Т-образными пазами производят заклепками. В дисках и роторе сверлят, развертывают и зенкуют отверстия под заклепки. Сверление отверстий в дисках цельнокованых роторов производят специальными угловыми дрелями через кондукторы вручную или на станке. Для развертывания отверстий применяют специальные развертки и трещотки.

После облопачивания рабочие колеса и ротор передают для проведения виброиспытаний.

Крепление замковых лопаток и вставок в дисках с грибовидными гребнями (рис. 229, б) производят аналогично.

Рис. 228. Шаблоны для проверки положения лопаток на диске:

а – радиального; б – аксиального; 1 – диск; 2 – линейка; 3 – шаблон а, б – лопатки для дисков соответственно с Т-образным и грибовидным пазами;

2.3.2. Облопачивание рабочих колес с вильчатыми гребнями Для облопачивания диск с вильчатыми гребнями (рис. 230) укладывают на специальный стол. Проверяют комплектность приготовленных пакетов лопаток. Порядок расположения лопаток на диске указан в паспорте.

Рис. 230. Крепление лопаток с вильчатыми хвостами к гребню На диск предварительно насаживают несколько лопаток при помощи ударов молотка по хвостовику через медную оправку. Для облегчения заводки лопаток применяют пневмомолоток с медной оправкой. Проверяют плотность посадки и зазоры в хвостовом соединении. Лопатка должна плотно садиться на диск без натяга. Зазоры должны быть в пределах, предусмотренных чертежом. Не должно быть расклинивания вилки хвостовика или наружных гребней обода диска. Лопатки 1 должны плотно прилегать к наружным диаметрам гребней дисков 2. Это обеспечивается применением в процессе облопачивания технологических конических штифтов 3.

Для того чтобы обеспечить необходимый натяг между лопатками в тангенциальном направлении, наборку их ведут пакетами. Первую лопатку устанавливают на диск и закрепляют коническим штифтом. У первой лопатки верхнее отверстие под заклепку расположено со стороны вогнутой части. Производят поочередно наборку на диск всех остальных лопаток пакета. Лопатки закрепляют коническими штифтами.

Проверяют плотность прилегания хвостовиков лопаток на участках длиной 10-15 мм, правильность радиального и аксиального положения лопаток, размеры шагов и ширину в горловом сечении, а также совпадение отверстий в лопатках с отверстиями в диске. При наличии набегания шага, отклонений от радиального положения и недостаточного прилегания лопаток производят припиловку наружного конуса. Для создания определенного натяга между лопатками после пригонки последней лопатки пакета средние, уже насаженные лопатки отводят от гребня диска и после крепления коническим штифтом последней насаженной лопатки доводят их до места посадки и закрепляют.

При облопачивании необходимо следить за отсутствием смещения полуотверстия в лопатке относительно отверстия в диске, так как при смещении уплотнение лопаток коническими штифтами в тангенциальном направлении затруднено.

По мере наборки лопаток в паз диска заводят бандажную проволоку.

Последний пакет лопаток набирают без проволоки, а затем, после пригонки и создания соответствующего натяга, лопатки вынимают и заводят проволоку. Потом снова устанавливают лопатки и закрепляют коническими штифтами.

После окончательного расклинивания лопаток диск передают на радиально-сверлильный станок, на станине которого закреплен специальный поворотный стол.

После удаления пневмодомкратом конических штифтов внутреннего ряда производят рассверливание и развертывание отверстий под заклепки, зенковку фасок и установку заклепок с развальцованной головкой с одной стороны. Такую же работу осуществляют с установкой заклепок в наружном ряду. Отверстия под заклепки должны быть гладкими с шероховатостью Ra =1,25 мкм.

После установки заклепок диск снимают, переустанавливают на поворотный стол таким образом, чтобы развальцованные головки заклепок оказались внизу. Производят зенковку фасок и установку всех заклепок при помощи домкрата. Заклепки должны выступать над ободом диска на 1+0,25 мм. В шпиндель станка вставляют вальцовку, с помощью которой + 0, производят развальцовку заклепок. В процессе вальцевания заклепки поджимают снизу специальным домкратом. После окончания крепления заклепок рабочее колесо поступает на вибростенд для проведения виброиспытаний.

2.3.3. Облопачивание дисков с торцевыми Для облопачивания диск укрепляют на оправке, пригодной для проведения статической балансировки. Оправку устанавливают на специальной стойке с вкладышами. После тщательной очистки пазов диска заводят поочередно лопатки в осевом направлении в каждый паз диска. Диск поворачивают так, чтобы лопатка находилась в нижнем положении. Лопатку расклинивают и проверяют величину зазора между хвостовиками и пазами. Припиливание пазов и хвостовиков лопаток не допускается. Между лопатками должен быть минимальный зазор а =0,1 мм.

После расклинивания измеряют зазор между лопаткой 1 и дном паза диска 3 и подбирают стопорные пластины 2, которые должны быть больше замеренного зазора на а=0,03-0,04 мм для обеспечения натяга (рис. 231). Лопатки заводят на место с загнутыми пластинками с внутренней стороны ударами пневмолотка с медной оправкой. В пазу диска, предназначенного для установки балансировочного груза, укрепляют шаблоны, по которым производят проверку радиального и аксиального положения лопаток. Размеры в горловом сечении между соседними лопатками проверяют калибрами. Одновременно проверяют частоту колебаний набранных лопаток и при необходимости заменяют стопорные пластины.

Рис. 231. Крепление лопаток с торцовым “елочным” радиусным По мере наборки лопаток протягивают демпферную проволоку. Для установки последней лопатки проволоку перемещают по окружности. Загибку стопорных пластин производят с наружной стороны диска. После окончания работы проверяют отсутствие трещин.

Для предотвращения от дальнейшего перемещения производят загибку концов сегментов проволоки. Крепление демпферной проволоки из титана производят наплавкой бобышек по концам сегментов. В некоторых конструкциях применяют трубчатые связи. После окончания облопачивания производят статическую балансировку рабочего колеса с установкой балансировочных грузов.

В роторах газовых турбин используются различные профили “елочных” хвостовых соединений. При заводке лопатки в паз ротора и креплении необходимо осуществить качение лопатки в пазу.

Направляющие лопатки в статоре собирают различными способами.

Направляющие лопатки собирают непосредственно в пазах, проточенных в корпусе турбины или в сегментах.

Наборка направляющих лопаток непосредственно в пазы, проточенные в корпусе турбины, осуществляется аналогично облопачиванию дисков и роторов с посадкой в паз. В процессе наборки лопаток проверяют зазоры в хвостовике, прилегание хвостовиков один к другому. Пластина щупа толщиной 0,03 мм не должна проходить в стыке между двумя лопатками. Одновременно по специальным шаблонам проверяют аксиальное и радиальное положения лопаток. На участках окружности вблизи разъема производят пригонку лопаток шлифованием или припиливанием в пределах допуска на шаг таким образом, чтобы концевые лопатки, устанавливаемые на разъемах, образовали строго определенный шаг при собранных верхней и нижней половинах корпуса турбины. Если необходимо обеспечить тепловой зазор в каждой половине корпуса турбины, то в процессе наборки лопаток устанавливают прокладки из фольги, которые после облопачивания удаляют. При наличии между лопатками промежуточных тел первую лопатку устанавливают ниже разъема корпуса турбины на половину толщины промежуточного тела. Концевые лопатки или промежуточные тела (вставки) укрепляют на разъеме винтами.

Рис. 232. Крепление лопаток и сегментов в обойме турбины:

Наборку лопаток 1 в сегментах (рис. 232) осуществляют в специальном приспособлении, в котором закреплен сегмент 2. После наборки лопатки закрепляют штифтами 3. В торцах сегментов и лопаток фрезеруют пазы для ввода в них уплотнительных пластин. В процессе наборки облопаченных сегментов в обойму 5 турбины между их торцами устанавливают зазоры. В пазы заводят уплотнительные пластины. Сегменты в обойме закрепляют штифтами 4.

Процесс обандаживания заключается в установке бандажной проволоки или бандажных лент и их крепления. Сегменты бандажей связывают несколько лопаток в пакет. Число лопаток в пакете, связанных одним бандажным сегментом, составляет 5-20. Бандажную проволоку круглого сечения и демпферную проволоку, состоящую из двух проволок полукруглого сечения, протягивают в процессе наборки лопаток. Диаметры отверстий в лопатках выполняют на 0,2-0,5 мм больше диаметра проволоки. Круглую проволоку обычно закрепляют серебряным припоем, а демпферную – загибкой концов сегментов или приваркой бобышек. Между сегментами проволоки устанавливают зазоры.

Процесс установки бандажных лент начинают с разметки отверстий.

Необходимо строго следить за положением замковой лопатки, которая должна быть расположена на середине сегмента. Между сегментами должны быть зазоры. Разметку производят при помощи специального угольника 1, который прикладывают к бандажной ленте 2, уложенной на лопатках 3 (рис. 233).

Рис. 233. Схема разметки отверстий в бандажных лентах Затем в бандажной ленте производят штамповку отверстий.

В прессе для каждого вида бандажной ленты закрепляют соответствующий штамп, состоящий из пуансона и матрицы. После пробивки отверстий в сегментах бандажей штампуют фаски или обрабатывают их специальными фрезами, укрепленными в пневмомашинке.

Отверстия для круглых шипов можно выполнить сверлением, а фаски – зенкованием. Фаски с внутренней стороны необходимы для исключения подрезания галтелей шипов, а с наружной стороны – для расклепки шипов.

Разметку отверстий в ленточных и конических бандажах производят при помощи шаблонов из плотной бумаги или прессшпана путем снятия оттисков на бумаге и перенесения их на бандажный сегмент. После пробивки отверстий и образования фасок сегменты шлифуют, полируют.

Затем сегменты бандажей насаживают на шипы лопаток и обрабатывают по длине до необходимых зазоров между соседними сегментами. Бандажи должны насаживаться без значительных усилий, зазоры по периметру шипа в отверстиях сегментов должны быть минимальными. Расклепку шипов производят вручную ударами молотка через специальные чеканки и обжимки, обеспечивающие образование заданной чертежом формы головки шипа. Головка шипа после расклепки должна заполнить фаски в отверстиях сегмента и не должна иметь трещин. Расклепку шипов можно производить на специальных станках или специальными механизированными приспособлениями. Обработку бандажных сегментов отдельных облопаченных дисков производят на карусельном станке. В конструкциях лопаток, бандажей при облопачивании необходимо обеспечить плотное прилегание хвостовиков лопаток и требуемые зазоры между торцами бандажей.

3. СБОРКА РОТОРОВ ТУРБИН

Рассмотрим сборку ротора, состоящего из вала и насадных рабочих колес, уплотнительных втулок, полумуфт и других деталей. Сборка таких роторов турбин заключается в соединении рабочих колес и других насаживаемых деталей с валом и в обеспечении необходимых осевых зазоров.

Объем работ по сборке роторов определяется их конструкцией. Крепление вала ротора с рабочими колесами и другими деталями осуществляется посадкой их на вал с заданным натягом, величина которого определяется расчетом при конструировании ротора (рис. 234).

Рис. 234. крепление вала ротора с рабочими колесами и уплотнительными а – конструкция ротора без уплотнительных втулок; б - конструкция ротора с уплотнительными втулками; 1 – вал ротора; 2 – рабочее колесо; 3 – осевая шпонка; 4 – втулка;

Во время работы турбины из-за различного теплового расширения вала ротора 1, рабочих колес 2 и втулок 4 натяг ослабевает. Для надежного скрепления насаживаемых деталей предусмотрены шпоночные соединения. Во многих конструкциях роторов применяют как осевые 3, так и торцовые шпонки 5. Образование осевых зазоров между деталями обусловлено превышением размеров посадочных мест на валу ротора 1, ширины ступиц рабочих колес и других деталей, а также величиной выступа на упорных кольцах 6.

Типовой маршрут сборки ротора, состоящего из вала и насадных деталей, включает подготовку деталей к сборке, насадку на вал ротора рабочих колес и других деталей, насадку полумуфт на вал ротора, механическую обработку и оформление паспорта собранного ротора.

Подготовительные работы к сборке ротора сводятся к проверке паспорта механической обработки деталей ротора, сравнению диаметров расточек в рабочих колесах и других деталях, насаживаемых на вал, с диаметрами соответствующих шеек вала, определению величины фактических натягов, проверке фактических осевых размеров ступиц рабочих колес и других деталей, осевых размеров заточек на валу и определению величины фактических зазоров, которые образуются между деталями после насадки их на вал ротора.

Необходимо тщательно осматривать посадочные места в рабочих колесах, шпоночные пазы, лопаточный аппарат и устранять обнаруженные дефекты. Шпонки должны садиться в пазы вала ротора с зазором 0,03мм. Посадка шпонок с натягом может привести к изгибу вала. Проверяют размеры шпонок и шпоночных пазов в рабочих колесах и других насаживаемых деталях и убеждаются в том, что после насадки деталей на вал величины бокового зазора а1 между шпонкой и стенками шпоночного паза и зазора а2 между шпонкой и дном паза соответствуют размерам, указанным в чертеже. Тщательно осматривают и другие детали, насаживаемые на вал ротора.

Насадка рабочих колёс может производиться при вертикальном или горизонтальном положении вала. В обоих случаях необходимо обеспечить свободное, без принуждения перемещение деталей по валу во время насадки и сохранение положения насаженных деталей. Необходимо осуществить фиксацию деталей в осевом направлении.

При горизонтальном положении вала в процессе насадки рабочих колес сборку производят на специальном прессе. Нагретое рабочее колесо после насадки на вал прижимают к торцу посадочного места вала и выдерживают до полного остывания. При вертикальном способе сборки после того, как нагретое рабочее колесо, опускаемое краном, село на вал до упора под действием массы, ступицу рабочего колеса охлаждают струей воды, подаваемой к торцу посадочного места на валу. Поэтому при остывании рабочего колеса вначале происходит защемление у торца посадочного места на валу. При дальнейшем остывании рабочее колесо занимает требуемое осевое положение.

Вертикальный способ сборки имеет широкое распространение, так как позволяет точно выполнить технические условия, предъявляемые к сборке роторов.

При вертикальном способе сборки роторов применяют приспособления для удержания вала в вертикальном положении при насадке рабочих колес, подъема и кантования вала, кантования рабочих колес, подъема рабочих колес и других деталей ротора, охлаждения рабочих колес после насадки их на вал, подачи воды во внутреннюю полость ротора, контроля положения насаженного рабочего колеса, а также специальные и универсальные измерительные инструменты.

Порядок работ при сборке ротора в вертикальном положении вала следующий (рис. 235).

Вал ротора 2 устанавливают в хомут приспособления для переустановки вала в вертикальное положение и прикрепляют к валу с одной стороны рым или хомут для подъема вала, а с другой – приспособление для подвода воды во внутреннюю полость вала. К валу крепят шпонки.

Вал устанавливают в приямок 5 и закрепляют в приспособление 3 для удержания вала в вертикальном положении. В приямке размещены плита и стойка 6 с винтами 7. Вертикальное положение вала проверяют по уровню. Возле приямка установлены механизированные стойки с площадками, которые легко перемещаются в вертикальном положении. Рабочие, участвующие в сборке ротора, находятся на площадках. При подъеме рабочего колеса 1 (рис. 236) в пароразгрузочные отверстия заводят и укрепляют рымы 2 (при отсутствии отверстий устанавливают специальный хомут из двух половин с завернутыми рамами). Колесо поднимают при помощи приспособления, имеющего траверсу 3 с талрепами, которые обеспечивают установку колеса строго по уровню. После выверки по уровню колесо устанавливают для нагрева. Положение крюков приспособления и соответствующих рымов на колесе отмечают мелом. Такая операция позволяет устранить повторную выверку положения колеса после нагрева.

Рабочее колесо нагревают для увеличения диаметра его посадочной расточки. Нагрев производят в электрических печах и индукционными нагревателями. Температуру нагрева контролируют термометрами, термопарами или бесконтактными датчиками.

Рис. 234. Установка вала ротора в вертикальном положении:

1 – рым; 2 – вал ротора; 3 – приспособление для удержания ротора в вертикальном положении; 4 – плита; 5 – приямок; 6 – стойка; 7 – винты; 8 – приспособление для подвода воды во внутреннюю полость Рис. 235. Приспособление для подъема рабочих колес при насадке Необходимая температура нагрева деталей где H – величина максимального натяга, мм; A – зазор между отверстием и валом, равный 0,15-0,2 мм; D – диаметр отверстия насаживаемой детали, мм; – коэффициент линейного расширения материала рабочего колеса;

t 0 – температура в цехе, °С. После достижения необходимого посадочного зазора при нагреве колесо приподнимают и насаживают на вал ротора.

Предварительно на посадочное место вала наносят слой смазочного материала на основе дисульфида молибдена. Ступицу рабочего колеса со стороны упорного торца охлаждают водой. Воду подают через кольцевую трубку, в которой просверлены отверстия, или через специальные разбрызгиватели.

Положение насаженного на вал рабочего колеса проверяют специальным приспособлением (рис. 237) с индикатором. При вращении приспособления определяют величину биения венца рабочего колеса. Разница в показаниях по индикатору указывает на величину перекоса насаженного рабочего колеса. Величина перекоса допускается не более 0,1 мм. Одновременно проверяют осевое положение рабочего колеса на валу, так как при остывании оно может несколько сместиться.

Рис. 237. Приспособление для проверки биения рабочих колес:

Уплотнительные втулки насаживают на вал ротора аналогично посадке рабочих колес. Подъем втулок осуществляется с помощью специальных хомутов или рымов. Установку упорных колец производят в процессе сборки ротора. Необходимые осевые зазоры между упорным кольцом и рабочим колесом или втулкой обеспечиваются шлифованием торца колец. После окончания насадки на вал рабочих колес и всех деталей ротор вынимают из приямка и при помощи кантователя устанавливают в горизонтальное положение. Для обеспечения возможности насадки деталей на другой конец ротора производят переустановку ротора. Собранный ротор устанавливают в горизонтальное положение. В этом положении производят крепление втулок винтами.

Bо многих конструкциях турбин конец вала ротора, на который насаживают полумуфту (рис. 238), выполняют конусным. Соответственно в полумуфте предусмотрена коническая расточка. При изготовлении конуса на вал 3 насаживают полумуфту 2 и проверяют прилегание конуса по краске и отсутствие биения полумуфты по наружному диаметру и торцу при помощи индикатора.

Рис. 238. Полумуфта, насаженная на вал ротора:

В процессе сборки ротора предварительно насаживают полумуфту на конус вала легкими ударами свинцовой кувалды и измеряют величину продвижения полумуфты l по конусу вала в сторону ее посадки до упора. Величина посадки зависит от величины натяга, а также от величины конусности вала:

где H - величина натяга посадки полумуфты па вал; l - посадочная величина конуса вала; D, d - максимальный и минимальный диаметры конуса вала соответственно.

Если величина конусности вала l = 100 H K.

При предварительной посадке на вал полумуфты необходимо проверить совпадение поверхностей шпоночных пазов и при необходимости расшабрить их. К пазам вала и полумуфты пригоняют шпонки 1 и клеймят их по месту.

Далее производят нагрев полумуфты и посадку ее на вал ротора до упора в буртик вала. Шпонки устанавливают и стопорят винтами. Если на конце вала предусмотрена гайка, ее устанавливают после насадки полумуфты. Гайку закрепляют стопорением.

В некоторых конструкциях турбин полумуфта и конец вала имеют цилиндрическую форму. Полумуфту насаживают на вал с определенным натягом и закрепляют не шпонками, а осевыми штифтами.

Крепление ротора насосной группы гидродинамического регулирования к ротору турбины осуществляется болтами. После проверки величины биения на токарном станке по индикатору (биение не должно превышать 0,02 мм) положение ротора насосной группы фиксируют штифтами. Аналогично производят крепление автомата безопасности к ротору насосной группы.

После окончательной сборки ротор устанавливают на токарный станок, где производят механическую обработку отдельных деталей. При механической обработке осуществляют проточку профильного бандажа с уплотнительными усиками, осевых уплотнений в хвостовой части рабочих лопаток, поясков на соединительной части муфты для центровки роторов по полумуфтам, уплотнительных усиков на валу и лопаток по наружному диаметру роторов турбин отдельных конструкций (особенно газовых).

После проверки по индикатору биений в осевом и радиальном направлениях цельнокованой части ротора все показания заносят в паспорт ротора.

Замеры биений по индикатору предъявляются ОТК, и при неудовлетворительных показаниях решается вопрос о способе исправлений обнаруженных дефектов. После устранения дефектов ротор поступает на динамическую балансировку.

Роторы, состоящие из вала с насадными рабочими колесами, используются во многих конструкциях паровых турбин. В отдельных конструкциях газовых турбин применяют сборные роторы, состоящие из дисков, стянутых между собой стяжками и гайками. Диски дополнительно соединены между собой шпонками или радиально ориентированными зубцами.

Сборку роторов таких конструкций производят на специальном стенде в вертикальном положении.

Сборку сварных роторов, состоящих из отдельных дисков, сваренных между собою, осуществляют на специальных агрегатах.

4. БАЛАНСИРОВКА ДИСКОВ И РОТОРОВ ТУРБИН

Надежность (долговечность) турбины в значительной мере определяется уровнем вибрации, возникающей при ее работе. Вибрация турбин не должна превышать допустимый уровень, установленный соответствующими документами, выработанными на основе длительного опыта проектирования и эксплуатации турбин. Для современных паровых турбин уровень вибрации на подшипниках не должен превышать 30 мкм.

Одной из основных причин вибрации является неуравновешенность ротора. Неуравновешенность – состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Неуравновешенность ротора может возникнуть в результате погрешностей при механической обработке, асимметрии конструкции ротора, остаточной деформации ротора и т. д.

Во всех случаях неуравновешенность характеризуется тем, что геометрическая ось ротора (ось его вращения) не совпадает с главной центральной осью инерции (осью, проходящей через центр тяжести ротора таким образом, что сумма центробежных моментов инерции относительно нее равна нулю).

Существует два частных случая неуравновешенности: статическая и моментная. Статическая неуравновешенность характеризуется тем, что геометрическая ось ротора и его главная центральная ось инерции параллельны. Моментная неуравновешенность характеризуется тем, что ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре тяжести ротора.

Общий случай неуравновешенности, когда ротор имеет как статическую, так и моментную неуравновешенность одновременно, носит название динамической неуравновешенности. При этом ось ротора и его главная центральная ось инерции пересекаются или перекрещиваются (рис. 239).

Трехдисковый симметричный ротор, у которого масса дисков значительно превосходит массу вала, рассматривается как трехмассовый. В идеальном случае центры тяжести каждого диска лежат на геометрической оси х-х ротора (рис. 239, а). Центр тяжести ротора совпадает с центром тяжести среднего диска, а главная центральная ось инерции х-х – с осью ротора.

Если на центральном диске установить груз массой m (рис. 239, б), то центр тяжести центрального диска переместится в точку О, а центр тяжести ротора – в точку О'. В результате вращения такого ротора возникнет центробежная сила инерции С:

где - угловая скорость вращения ротора; = n 30, здесь п - частота вращения; М - масса диска; е1 - расстояние от центра тяжести диска до оси ротора (эксцентриситет диска); е - расстояние от центра тяжести ротора до оси ротора (эксцентриситет ротора).

Центробежная сила С оказывает давление на подшипники 1 и 2 с усилиями Р1 и Р2.

Знакопеременные динамические реакции вызывают перемещение опор, т. е. их вибрацию. Для устранения вибрации необходимо уменьшить массу т или установить на радиусе r1 корректирующую массу т1. При этом центр тяжести диска, а следовательно, и ротора переместится на ось ротора. Необходимо соблюдать следующее условие: центробежная сила С от корректирующей массы должна быть равна по величине и противоположна по направлению центробежной силе С, т. е.

Отсюда следует, что величина корректирующей массы прямо пропорциональна произведению неуравновешенной массы на радиус ее положения и обратно пропорциональна радиусу расположения корректирующей массы где тr - величина дисбаланса.

В рассматриваемом случае ось ротора х-х параллельна главной центральной оси инерции х1-х1. Такая неуравновешенность получила название статической, так как устранить ее можно в статическом состоянии.

Если обеспечить свободу вращения ротору относительно его оси, то ротор из любого положения перевернется и центр тяжести его займет самое низкое положение, что укажет на наличие статической неуравновешенности. Уравновешенный ротор в любом положении останется неподвижным, так как центр тяжести его лежит на оси вращения.

Другой вид неуравновешенности – моментная неуравновешенность (рис. 239, в). Центр тяжести ротора расположен на его оси и совпадает с центром тяжести центрального диска. Центры тяжести крайних дисков находятся по обе стороны от оси ротора. Главная центральная ось инерции проходит через все центры тяжести дисков и пересекается с осью ротора в центре тяжести ротора. Такая неуравновешенность не может быть определена в статическом положении. При вращении ротора центробежные силы от неуравновешенных масс, расположенных в двух крайних дисках, создадут пару сил с плечом l, т. е. момент. Поэтому такой вид неуравновешенности называют моментной. Моментная неуравновешенность может быть устранена приложением момента, противоположного по направлению.

Создать такой момент можно, установив в крайних дисках две корректирующие массы m1. Моментная неуравновешенность может быть устранена также и при установке корректирующих масс на центральном и одном из крайних дисков, а также при выполнении условия создания момента, равного по величине и противоположного по направлению исходному.

При динамической неуравновешенности (рис. 239, г) ось ротора пересекается с главной центральной осью инерции не в центре тяжести. Если неуравновешенные массы размещены не в одной осевой плоскости, то оси перекрещиваются.

Процесс устранения неуравновешенности ротора называется балансировкой. Существует два основных способа балансировки – статическая и динамическая. При статической балансировке может быть устранена статическая, а при динамической – динамическая неуравновешенность. В процессе балансировки необходимо определить значение и углы дисбалансов ротора и устранить их путем установки корректирующих масс. Поперечное сечение ротора, в котором устанавливают корректирующую массу, называется плоскостью коррекции.

Рис. 239. Схема неуравновешенности ротора:

а – центральная ось инерции х1-х1 совпадает с геометрической осью ротора х-х;

б – центральная ось инерции х1-х1 смещена относительно геометрической оси х-х;

в – центральная ось инерции х1-х1 пересекается с осью ротора х-х в центре тяжести всего ротора; г – центральная ось инерции х1-х1 пересекается с осью ротора х-х и смещена относительно центра тяжести ротора Статическая балансировка осуществляется в одной плоскости коррекции, максимально приближенной к плоскости центра тяжести ротора. Динамическую балансировку выполняют не менее чем в двух плоскостях коррекции. Стремятся выбрать плоскости, максимально удаленные одна от другой (например, на крайних к опорам дисках). В этом случае балансировку ротора можно выполнить с минимальными корректирующими массами. Поскольку в действительности не представляется возможным установить, в каком именно сечении ротора имеется дисбаланс, то статическая балансировка применима только для роторов с малой длиной по сравнению с диаметром или для рабочих колес. Во всех других случаях целесообразно выполнять динамическую балансировку, т.е. балансировку при вращении ротора.

Статическая балансировка рабочего колеса предназначена для устранения неуравновешенности рабочего колеса, возникающей при смещении центра тяжести относительно оси вращения. Статическую балансировку осуществляют дважды: после механической обработки диска и после наборки лопаток на станке (рис. 240, а). Станок состоит из призм 2, прикрепленных к двум тяжелым стойкам 1, размещенным на чугунных плитах 8, залитых в бетон. Призмы изготовляют из стали с последующей закалкой. Длину призм выбирают расчетным путем. Балансировочную оправку 3, на которую насажено рабочее колесо, надо повернуть на полторадва полных оборота. Ширину рабочей поверхности призмы определяют из условия отсутствия смятия шейки оправки. Ширина призмы обусловлена массой балансируемого рабочего колеса. Для роторов массой менее 1000, 1000-2000, 2000-6000 и свыше 6000 кг ширина составляет соответственно 3-6, 7-10, 10-30 и до 50 мм.

Рис. 240. Статическая балансировка рабочих колес:

а - станок для балансировки; б - схема балансировки; 1 – стойка; 2 – призмы;

3 – оправка;4 – рабочее колесо; 5 – конусные шайбы; 6 – крепящая гайка;

Верхняя рабочая поверхность призм должна быть тщательно отшлифована, а призмы – выверены. Поверхность их должна быть строго горизонтальной. Высоту стоек 1 станка регулируют при вращении болтов 7. Шейки балансировочной оправки 3 должны быть тщательно отшлифованы.

Биение балансировочной оправки по индикатору не должно превышать 0,01-0,015 мм. Посадка рабочего колеса на балансировочную оправку осуществляется посредством двух конусных шайб 5, позволяющих их использовать для ряда колес с различными диаметрами. Оправки с шайбами и крепящей гайкой 6 должны быть предварительно тщательно уравновешены.

Последовательность операций при проведении статической балансировки следующая. Рабочее колесо размечают мелом на восемь равных частей (рис. 240, б). Затем последовательно в каждой точке, отмеченной цифрой, прикладывают такой груз, который повернул бы рабочее колесо на заданный угол в определенном направлении, например вправо.

Подвеску груза осуществляют приклеиванием к колесу замазки или пластилина. По результатам строят график (рис. 241). Зная массы наибольшего и наименьшего грузов, можно найти величину неуравновешенной массы. Для этого составляют уравнение моментов где m – неуравновешенная масса на рабочем колесе; r – расстояние от центра колеса до массы m ; m1max и m1min – наибольшая и наименьшая массы грузов, приложенные в точках 3 и 7 для поворота колеса на заданный угол; R – расстояние от центра колеса до грузов.

Уравновешивающий груз Q, подвешиваемый на радиусе R:

При балансировке рабочего колеса обычно удаляют слой металла с внутренней части обода стачиванием металла при эксцентричном смещении колеса на станке, величина которого указана в чертеже рабочего колеса и зависит от величины неуравновешенности.

Если неуравновешивающий груз снимают с рабочего колеса не на радиусе той окружности, на которой прикладывали грузы в процессе статической балансировки, то необходимо сделать пересчет значения груза, исходя из равенства моментов QR = Q1r. Отсюда Q1= QR/r, где Q1 – масса искомого груза; Q – масса груза, определенного в процессе балансировки; R – радиус окружности, к которой прикладывались грузы при балансировке; r – радиус окружности, на которой снимается металл.

После снятия слоя металла производят повторную статическую балансировку. Место снятия металла указано на чертеже. Точность балансировки регламентируется ГОСТ 22061-76. В качестве критериев точности выбрано произведение e, где e – эксцентриситет, – частота вращения ротора.

Существует одиннадцать классов точности балансировки, из которых самый точный класс 1-й. Для роторов паровых и газовых турбин рекомендован 3-й класс точности, что соответствует эксцентриситету е не более 8 мкм для роторов с частотой вращения 3000 об/мин. Обычно величину e ограничивают до 4-5 мкм.

Рис. 241. Зависимость массы грузов от местоположения на рабочем колесе Статическую балансировку можно производить и на других видах балансировочных станков (специализированный дисковый станок, станок с иглой и др.).

На начальном этапе развития турбостроения роторы турбин имели небольшие размеры, и они рассматривались как жесткие тела. Балансировку таких роторов проводили обычно на станках резонансного типа.

Жесткий ротор – ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции. Значения остаточных дисбалансов жесткого ротора не превышают допустимые на всех частотах вращения (в том числе и на эксплуатационной). Однако резонансные станки обладают низкой производительностью и малой точностью.

Современные балансировочные станки дорезонансного и зарезонансного типа оснащены электронной аппаратурой, позволяющей быстро и точно определить корректировочные массы для двух плоскостей коррекции и их угловое положение, что позволяет быстро устранить дисбаланс ротора.

Стремление создать более легкие и быстроходные конструкции при постоянном росте мощностей турбоагрегатов обусловило применение гибких роторов турбин и генераторов. С точки зрения балансировки гибкий ротор – ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической, в двух произвольных плоскостях коррекций и значения остаточных дисбалансов которого могут превышать допустимые значения на иных частотах вращения, включая наибольшую эксплуатационную.

Особенностью гибких роторов является то, что при балансировке недостаточно устранить на определенной частоте вращения главный момент дисбалансов в произвольно выбранных двух плоскостях, а необходимо устранить дисбаланс, учитывая его распределение вдоль по оси ротора. Такая балансировка требует использования нескольких (3-10) плоскостей коррекции и не может быть выполнена на низкочастотном балансировочном станке.

Для высокочастотной балансировки и испытаний на разгон гибких роторов на турбостроительных заводах предусмотрены специальные разгонно-балансировочные станки (РБС) модели ДН-10 с жесткими изотропными опорами (рис. 242).

Одной из особенностей станка является то, что стойки его имеют жесткость, соизмеримую с жесткостью подшипниковых узлов турбины. Динамические характеристики ротора, получаемые на станке, приближаются к реальным динамическим характеристикам турбоагрегата.

Балансируемый ротор монтируют на специальных опорах вне вакуумной камеры и при помощи транспортных тележек доставляют в вакуумную камеру, представляющую собой металлический туннель с защитным железобетонным покрытием. Привод ротора осуществляется карданным валом, который через редуктор связан с приводными двигателями, питаемыми от генератора постоянного тока. Высокочастотная балансировка осуществляется по всему диапазону частот вращения, включая критические и рабочие частоты. Станок оснащен измерительным пультом, на котором в векторной и координатной форме представлены колебания опор.

Основной особенностью применяемой аппаратуры является ее высокая селективность: на пульте измеряются колебания только оборотной частоты, т. е. частоты вращения ротора, которые связаны с дисбалансом. Пульт измерения также оснащен специальными приборами для измерений динамических усилий, действующих на опоры.

Эти приборы необходимы для обеспечения безопасной работы разгонно-балансировочного станка, так как в процессе балансировки могут возникнуть колебания с необоротной частотой ("масляные" вибрации), которые могут привести к разрушению опор и ротора.

Процесс балансировки ротора состоит из следующих этапов:

– низкочастотная балансировка ротора в двух плоскостях коррекции, т. е.

на такой частоте вращения, при которой балансируемый гибкий ротор можно рассматривать как жесткий;

– разгон ротора до частоты вращения, превышающей номинальную – пуск ротора с измерением колебаний опор на заранее выбранных частотах вращения, включающих рабочую (для каждого типа ротора рассматривается 4-10 значений частот вращения);

– пуск с пробным грузом последовательно во всех плоскостях коррекции с измерением на выбранных частотах вращения;

– установка на ротор корректирующих масс, величины и углы которых рассчитывают по данным измерений вибраций стоек при балансировочных пусках;

– контрольный пуск с установленными массами;

– уточнение (при необходимости) корректирующих масс и повторный контрольный пуск.

Разгонно-балансировочные станки оснащены ЭВМ.

Рис. 242. Схема специального балансировочного станка для балансировки 1 – вакуумная камера; 2-4 - вакуумно-воздушные системы; 5 - редуктор;

6 - валоповоротное устройство; 7, 8 - воздухоотводящие муфты; 9 - карданное звено;

5. СТЕНДОВАЯ СБОРКА ТУРБИН

Сборка турбины заключается в установке корпусов цилиндров и подшипников, узлов статора и роторов в положение, обеспечивающее надежную работу турбины в течение всего периода ее эксплуатации. Это достигается центровкой всех узлов турбины (корпусов турбин и подшипников, роторов, опорных вкладышей, сопловых аппаратов, обойм, диафрагм, обойм уплотнений, маслозащитных колец и других деталей).

При точном выполнении центровки корпусов турбины и подшипников, роторов и других узлов необходимо обеспечить совмещение средних диаметров направляющих и рабочих лопаток, радиальных зазоров между всеми элементами ротора и статора и в первую очередь между лопатками ротора или его бандажными лентами с корпусом и в промежуточных и концевых уплотнениях турбины. В процессе общей сборки должны быть также соблюдены заданные величины осевых зазоров между направляющими и рабочими лопатками в уплотнениях турбины, а также обеспечена надежная фиксация осевого положения ротора упорным подшипником.

Наряду с вышеуказанными требованиями в двух- и многоцилиндровых турбинах в одновальном исполнении при соединении роторов муфтами необходимо центры контрольных расточек корпусов турбины, подшипников и роторов располагать в одной вертикальной плоскости, совпадающей с продольной осью агрегата, относительное высотное положение которых определяется линией статического прогиба центрируемых между собой роторов. При этом ось каждого ротора должна быть продолжением оси соседнего ротора, а торцы полумуфт – параллельны.

Так как РНД и ЦНД целесообразно устанавливать горизонтально или с небольшим подъемом в сторону переднего подшипника, то для совмещения осей всех роторов и соблюдения параллельности торцов полумуфт необходимо корпусы ЦВД, среднего и переднего подшипников, а также РВД устанавливать с подъемом в сторону переднего подшипника.

Условия сборки газовых и паровых турбин во многом сходны. Поэтому содержание большинства операций сборки, описанных ниже, касается как паровых, так и газовых турбин.

Последовательность сборки турбины зависит от ее конструкции. Для большинства конструкций современных двухцилиндровых турбин принята следующая последовательность сборки:

– подготовка стенда для сборки турбины;

– крепление фундаментных рам к корпусу турбины и подшипников;

– установка и центровка опорных вкладышей, установка и центровка корпусов турбин и подшипников;

– проверка центровки роторов по полумуфтам;

– сбалчивание полумуфт;

– контроль отсутствия смещения осей роторов и перекоса торцов полумуфт;

– центровка обойм диафрагм;

– центровка диафрагм;

– сборка уплотнительных колец в диафрагму;

– сборка паровых и масляных уплотнений;

– центровка и крепление соплового аппарата;

– установка ротора и замеры зазоров проточной части;

– сборка упорного подшипника;

– установка узлов регулирования;

– пригонка необходимых приспособлений;

– закрытие турбины под испытание;

– испытание турбины, проверка и подготовка узлов для отправки на монтаж.

Сборка многоцилиндровых турбин базируется на операциях, осуществляемых при сборке двухцилиндровых турбин. При сборке турбин необходимо обеспечить минимальный объем работ на монтаже, что достигается качественным выполнением всех сборочных работ и надлежащим оформлением паспортов турбины.

5.2. Стенды для испытания и сборки турбин Стенд для испытания турбин должен иметь массивную железобетонную площадку, выложенную фундаментными плитами, к которым должны быть прикреплены стальные блоки с обработанными опорными поверхностями. Основное требование, которое предъявляют к такому сооружению, — максимальная его жесткость. Нарушение этого требования приводит при испытании турбины к ослаблению крепления турбины к блокам стенда и появлению во всей системе, включающей турбину, опасных резонансных колебаний.

Вспомогательное оборудование стенда, состоящее из конденсатора, эжекторов, маслоохладителей, циркуляционных и конденсатных насосов, паропроводов, сепараторов и пр., расположено рядом со сборочным цехом.

Все эти устройства являются постоянным оборудованием стенда. Турбины проходят испытание без своих вспомогательных агрегатов, которые заменяются оборудованием стенда. При большом количестве выпускаемых однотипных турбин целесообразно на стенде иметь особые гнезда для установки всех выпускаемых заводом типов турбин. Это сокращает время для подготовки стенда к сборке и испытанию следующей турбины. Для удобства обслуживания при испытании и сборке турбины по периметру каждого гнезда стенда устанавливают легкие металлические сварные колонны, на которых на уровне пола машины собирают настил из рифленого листового железа с перилами (рис. 243).

Блоки 2 до крепления к фундаментным плитам 1 (рис. 244) стенда должны быть тщательно выверены с помощью отжимных болтов 11, и крепление их с помощью прижимных скоб 8-10 должно быть надежным.

Под блоки устанавливают прокладки 7. Поскольку на испытательном стенде производят общую сборку турбины, необходимо, чтобы на верхней поверхности блоков были установлены все необходимые приспособления для перемещения элементов турбины во всех направлениях и крепления турбины к блокам стенда.

Для перемещения турбины (или корпуса подшипника 5) в вертикальном направлении применяют клиновые домкраты 6, а для бокового перемещения – упоры 3 с болтами 4, прикрепленные к блокам стенда.

С этой целью можно также применить масляные и гидравлические домкраты.

Рис. 243. Схема расположения основной части сборочного стенда:

1 – конденсатор; 2 – конденсатный насос; 3 – эжектор; 4 – бак негорючей жидкости;

5 – сборные блоки; 6 – стойки; 7 – масляный насос; 8 – маслоохладители;

9 – масляный бак; 10 – трубопроводы отработавшего пара Рис. 244. Стенд для сборки и испытания турбин:

1 – фундаментные плиты; 2 – блоки; 3 – упоры; 4 – болты; 5 – корпус подшипника;

6 – клиновые домкраты; 7 – прокладки; 8 – прижимная скоба; 9 – болт с гайкой;

Рис. 245. Универсальные приспособления для сборочных работ:

а, б, в – чугунные блоки различных размеров и формы; г – монтажная линейка;

Кроме испытательных стендов в сборочном цехе строят вспомогательные стенды, на которых производят частичную или полную сборку турбины с последующей транспортировкой ее на испытательный стенд.

Газовые турбины средней мощности современных конструкций могут быть полностью собраны на вспомогательном стенде.

Для обеспечения качества и производительности процесса стендовой сборки необходимо хорошо подготовить на рабочих местах специальное оборудование, приспособления и инструменты и доставить сюда требуемый комплект узлов и деталей турбины.

Набор наиболее часто применяемым цеховых сборочных универсальных приспособлений показан на рис. 245. Кроме того, для сборки турбин требуется подъемно-транспортное оборудование – мостовые краны, стрелы и другие устройства.

5.3. Сборка фундаментных рам с корпусами Сборка фундаментных рам с корпусами цилиндров и подшипников заключается в обеспечении свободного перемещения корпусов по фундаментным рамам, вызванного тепловым воздействием в процессе работы турбины.

В зависимости от организации работ фундаментные рамы и шпонки могут поступать на общую сборку без пригонки к корпусам цилиндров и подшипников. В таком случае сборка турбины начинается с пригонки шпонок и опорных поверхностей фундаментных рам.

Пригонка фундаментных рам должна выполняться весьма тщательно. Плотность прилегания опорных поверхностей фундаментных рам к соответствующим опорным поверхностям корпусов подшипников и лап цилиндров достигается в результате припиловки и шабровки. Шабровку можно считать законченной, когда пятна краски будут равномерно распределены по всей поверхности рамы, не менее одного-двух пятен на 1 см2 и в стыке нигде не будет проходить щуп толщиной 0,05 мм. Особо тщательно проводят пригонку рам подшипников. У переднего подшипника требуется обеспечить не только плотное прилегание сопрягаемых поверхностей, но и отсутствие отклонений от правильной плоскости. Корпус переднего подшипника сдвигается вдоль рамы при тепловом расширении турбины, и наличие кривизны на поверхностях прилегания может привести к расцентровке турбины.

Если фундаментные рамы достаточно жесткие по своей конструкции, целесообразно начать пригонку с поверхностей рам, а затем по рамам пригонять опорные поверхности корпусов турбин. Однако фундаментные рамы по своей конструкции зачастую не имеют достаточной жесткости и легко деформируются при незначительных перекосах. Поэтому во избежание ложных показаний состояния опорных поверхностей целесообразно начинать пригонку плоскостей у жестких деталей, в данном случае у корпусов, а затем по ним пригонять фундаментные рамы. В таком случае для обеспечения лучших условий при шабрении корпус устанавливают опорными плоскостями вверх, а фундаментные рамы после каждой проверки краской по опорным поверхностям корпуса перекантовывают.

При креплении фундаментной рамы к корпусу (рис. 246, а) производят пригонку и крепление шпонок 1 к фундаментной раме 2. В корпусах турбин и подшипников 4 шпоночные пазы расшабривают до размера, превышающего на 0,05-0,07 мм шпоночный паз в фундаментной раме.

Корпус турбины или подшипника 4 устанавливают на фундаментную раму 2 и проверяют наличие свободного перемещения по фундаментной раме. К фундаментной раме крепят направляющие планки 3 и между корпусом подшипника и направляющими планками при шлифовании получают зазор, равный 0,05-0,06 мм. При креплении фундаментных рам 8 к корпусу турбины 7 при помощи дистанционных болтов 5 (рис. 246, б) необходимо выставить раму. Ось дистанционного болта должна быть смещена относительно оси отверстия корпуса турбины в сторону, противоположную его перемещению при тепловом расширении во время работы. Между дистанционной шайбой 6 и головкой болта 5 должен быть зазор, равный 0,05-0,07 мм. Этот зазор обеспечивается при шлифовании шайбы.

Рис. 246. Крепление фундаментных рам к корпусам а – зажимными планками; б – болтами или шпильками; А – направление перемещения корпуса подшипника при работе турбины; L – длина паза; 1 – шпонка;

2 – фундаментная рама; 3 – направляющая планка; 4 – корпус турбины или цилиндра;

5.4. Установка и центровка опорных вкладышей Опорные подшипники должны обеспечивать совпадение оси ротора турбины с осью корпуса, а также отвод тепла от шеек ротора, образующегося при работе турбины в результате трения и нагрева от близко находящихся горячих частей корпуса.

Методы центровки вкладышей подшипников зависят от их конструкции. В турбиностроении применяются три вида вкладышей: цилиндрические нерегулируемые (жесткие), цилиндрические регулируемые и шаговые самоустанавливающиеся.

Жесткие цилиндрические вкладыши по своей конструкции исключают возможность радиального перемещения относительно корпуса подшипника. В случае необходимости радиальное перемещение осуществляется перемещением всего корпуса подшипника или сносом оси расточки вкладыша по отношению к наружным посадочным местам. Центровка жестких цилиндрических подшипников состоит из пригонки наружных посадочных мест вкладышей к расточке корпуса турбины, шабровки вкладыша по баббиту и проверки прилегания баббита к шейкам ротора.

Жесткие нерегулируемые вкладыши применяют во вспомогательных механизмах, судовых турбинах и стационарных турбинах малой мощности.

В турбостроении широкое применение нашли цилиндрические регулируемые вкладыши. При центровке перемещение ротора в необходимом направлении относительно оси расточек под уплотнения осуществляются смещением нижней половины вкладыша в расточке при изменении толщины прокладок под опорные подушки. Для удобства измерений при центровке вкладышей пользуются калибровым валом 3 (рис. 247), который изготовляют с шейками, равными диаметру шеек ротора турбины.

Рис. 247. Центровка вкладышей при помощи калибрового вала:

1 - подушка; 2 - прокладка; 3 - калибровый вал; 4 - нижняя половина вкладыша;

К изготовлению калибрового вала предъявляются высокие требования. Статический прогиб вала должен быть близок к статическому прогибу ротора. Биение по индикатору середины вала относительно его шеек не должно превышать 0,02 мм.

Центровка вкладыша осуществляется следующим образом. На расточки корпуса турбины или подшипника 5 наносят тонкий слой краски и опускают в них нижние половины вкладышей 4. При опускании разъем вкладыша должен сохранять параллельность разъему корпуса. При перемещении вкладыша на 5-10° проверяют прилегание подушек 1 вкладыша к расточке и при необходимости пришабривают их. Прилегание должно составлять 80-85 % опорной поверхности.

На вкладыши устанавливают калибровый вал 3 и на верхнюю часть шейки наносят тонкий слой краски. Производят измерения расстояний от вала до крайних расточек под масляные или паровые уплотнения в трех измерениях l', l'', l''' микрометрическим нутромером или специальным мостиком со штихмасом. Одновременно щупом проверяют величину боковых зазоров, которые должны быть одинаковыми. Вал поворачивают и после его подъема проверяют прилегание баббита вкладыша к шейкам вала. Если расстояния от вала до расточек в трех измерениях равны между собой (вкладыши прилегают к шейкам вала по всей длине, а подушки - к расточкам), то на этом центровка считается законченной. Точность центровки задается допустимой разницей замеров. Обычно l' - l'' составляет не более 0,05-0,10 мм, а l''' = (l' - l'')/2 + (0,05 - 0,1).

При необходимости изменения центровки вкладышей в вертикальной плоскости (рис. 247) следует изменить толщины прокладок 2 под нижними подушками 1. При таком расположении подушек и прокладок под ними следует учитывать, что при изменении центровки в вертикальном положении на величину п необходимо толщину прокладки под нижнюю подушку изменить на такую же величину, а толщину прокладки под боковые подушки изменить на величину m = n·cos где – угол расположения боковых подушек относительно вертикальной оси вкладыша.

При необходимости перемещения вала и вкладыша в боковом направлении на величину k следует с одной стороны вкладыша уменьшить, а с другой – увеличить толщину боковых прокладок под подушки на величину k'=k·sin. Толщина прокладки под нижнюю подушку при этом остается постоянной.

После замены прокладок под подушки надо проверять их прилегание к расточкам корпуса подшипника по краске и при необходимости произвести исправление центровки с повторной проверкой. Для исключения повторной пригонки подушек целесообразно установить под боковые подушки специальные клиновые прокладки, толщина которых обусловлена перемещением вкладыша в вертикальной плоскости.

Для обеспечения плотного прилегания подушек к расточке корпуса после проверки их прилегания к расточке по краске толщину прокладки под нижней подушкой уменьшают на 0,05-0,07 мм. После укладки ротора на вкладыши нижняя подушка прижимается к расточке массой ротора и вкладыш надежно опирается на две боковые подушки.

Окончательную проверку центровки вкладышей производят после установки ротора (рис. 248). Величину зазора между шейкой ротора 4 и верхней половинкой 3 вкладыша определяют при помощи свинцовых проволок, которые укладывают на шейке ротора 4 в двух точках и на разъеме вкладыша. После прижатия верхней половины вкладыша к нижней 2 ее снимают и измеряют толщину оттисков свинцовых проволок 7, которая определяет величину верхнего зазора.

Рис. 248. Схема измерения зазоров по вкладышам:

а – верхнего (между вкладышем и шейкой ротора); б – натяга (между вкладышем и крышкой корпуса подшипника); 1 – корпус цилиндра или подшипника; 2 – нижняя половина вкладыша; 3 – верхняя половина вкладыша; 4 – шейка ротора; 5 – прокладка;

6 – подушка; 7 – свинцовая проволока; 8 – крышка подшипника Верхний зазор определяется как разность между толщиной деформированной свинцовой проволоки 7, уложенной на шейке ротора 4, и полусуммой толщины деформированных проволок, уложенных на разъеме вкладыша. Для определения натяга между вкладышем и крышкой подшипника 8 на нижнюю половину 2 вкладыша, размещенного в корпусе подшипника 1, устанавливают ротор 4 и верхнюю половину 3 вкладыша.

На верхней подушке 6 и разъеме корпуса подшипника размещают свинцовую проволоку 7. Крышку подшипника 8 прижимают к разъему его корпуса, после чего снимают крышку подшипника и замеряют толщину деформированных проволок. Величина натяга определится разностью между толщиной деформированной проволоки 1, уложенной на верхнюю подушку 6, и полусуммой толщины деформированных проволок, размещенных в разъеме корпуса подшипника.

Обычно величину натяга принимают равной 0,12-0,15 мм. Под каждую подушку устанавливают не более двух стальных прокладок. Заключительной операцией по центровке вкладышей является пригонка стопорных шайб, фиксирующих вкладыши от проворачивания.

В некоторых конструкциях вкладышей натяг создается дополнительно прижатием к расточке нижней половины вкладыша прижимными пластинами.

5.5. Установка, выверка и центровка корпусов цилиндров Центровка по струне является первой операцией в установке на стенде корпусов турбины и подшипников и имеет целью установить оси их расточек в одной вертикальной плоскости. Проверка центровки корпусов цилиндров производится по расточкам под паровые или масляные уплотнения, а в корпусах подшипников – по расточкам под масляные уплотнения. В качестве струны применяют стальную проволоку толщиной 0,3-0,5 мм. Возле турбины ставят стойки с приспособлением для крепления и перемещения струны. Струна 3 с одной стороны крепится к стойке, а с другой стороны натягивается подвешенным к ней грузом весом, равным 2/ разрывающего усилия. Струну сперва устанавливают при помощи отвесов вдоль оси стенда, перемещая стойки в необходимые направления. Стойки укрепляют к блокам стенда. Затем после установки корпуса турбины и подшипников на блоках стенда их положение проверяют при измерении микрометрическим нутромером 2 расстояния от струны до расточки. Перемещая корпус турбины и подшипников, достигают положения, при котором струна располагается в центре расточек и разница в боковых замерах l' и l'' не превышает 0,2-0,3 мм (рис. 249). Допускается незначительное смещение струны от ранее принятого положения при ее установке вдоль стенда.

1 – расточка; 2 – микрометрический нутромер; 3 – струна; 4 – бумага; 5 – лампочка Для удобства при замерах в проверяемой расточке 1 под струной устанавливают лампочку 5, которую накрывают белой бумагой 4. Перемещение корпусных деталей осуществляют с помощью упоров. Поскольку после центровки по струне осуществляют центровку по валам, возможная разница в боковых замерах от струны до расточек корпусов подшипников и ЦВД составляет 0,3-0,5 мм. При необходимости измерения нижнего размера от струны до расточек следует учитывать прогибы струны на всех участках замеров.

Рис. 250. Схема центровки по струне корпусов турбин и подшипников:

а – схема центровки турбины (вид в плане); б – схема замеров расточек штихмасом;

в – приспособление для крепления струны; 1 – места крепления струны в приспособлениях; 2 – передний подшипник турбины; 3 – корпус высокого давления; 4 – средний подшипник; 5 – корпус низкого давления; 6 – струна; 7 – телефонные трубки; 8 – сигнальная лампа; 9 – источник тока; 10 – штихмас; 11 – трубчатая стойка; 12 – выдвижная вилка для регулировки высоты; 13 – ось-винт для перемещения ролика с подвешенным к струне грузом в поперечном направлении; 14 – ролик; 15 – стопорный винт Перемещение корпусных деталей по результатам измерений осуществляют с помощью упорных болтов, имеющихся на стенде. Схема центровки изображена на рис. 250.

Центровка по уровню (рис. 251) предусматривает установление геометрической оси расточек корпусов цилиндров и подшипников с требуемым уклоном в продольном направлении. Разъемы с отсутствием уклонов должны быть установлены в поперечном направлении. Геометрической осью расточки является ось, совпадающая с центром окружности расточки.

Для определения положения корпуса турбины 2 или подшипника по уровню на разъеме крайних расточек под уплотнения устанавливают призмы 4, на которых размещают линейку 5, а на линейке – уровень 6. Для проверки положения разъема в поперечном направлении уровень устанавливают на призмах вблизи линейки. Призмы должны быть одинаковы по высоте, а верхняя площадка линейки – параллельна основанию.

А – плоскость разъема; Б – геометрическая ось; I, II – положения разъема корпуса турбины относительно геометрической оси; 1,5 – линейки; 2 – корпус цилиндра;

Вследствие недостаточно точной механической обработки корпусов цилиндров и подшипников плоскости их горизонтальных разъемов в продольном направлении не совпадают с плоскостями, проходящими через геометрические оси расточек. Поэтому необходимо учитывать отклонение плоскостей разъемов от геометрических осей расточек, принятых для установки призм. Для этого измеряют диаметры расточек D и размер l от линейки 1. Если размер l меньше радиуса, то разъем расположен ниже оси. В этом случае его величину обозначают со знаком минус, а если размер l больше радиуса, то разъем находится выше оси и его величину обозначают со знаком плюс. Для установки по уровню следует на плоскость разъема в месте максимального плюсового значения разместить призму 4 непосредственно на разъем. Под второй призмой следует уложить прокладку 3, толщина которой характеризуется разницей величин отклонений разъема от геометрической оси.

При установке по уровню корпусов цилиндра и подшипников турбины расчет толщин прокладок под призмы производится, исходя из величины отклонений плоскостей разъемов от геометрических осей. Для проверки центровки обычно применяют уровень с микрометрической подачей ампулы с ценой делений 0,02 мм на его длину 200 мм или 0,1 мм на 1 м длины. Для определения уклона корпуса турбины отсчитывают число делений на шкале барабана головки уровня, умножают на цену деления уровня (0,1) и на длину между призмами, на которых установлена линейка.

Полученная величина дает толщину подкладки в миллиметрах, которую следует подложить под корпус турбины в месте расположения призмы для достижения необходимого положения по уровню. Чтобы исключить погрешности в показаниях уровня и линейки, необходимо учитывать средние арифметические значения из четырех замеров по уровню, полученных в результате двукратного поворачивания на 180° линейки и уровня.

Величины статического прогиба ротора обусловливают величины показаний по уровню на его шейках. В одноцилиндровой турбине ротор турбины устанавливают горизонтально или с подъемом в сторону переднего подшипника. Уклон шеек ротора в делениях уровня зависит от величины статического прогиба ротора. Каждому положению оси ротора соответствуют определенные величины уклонов его шеек и уклоны корпусов турбины и подшипников.

На рис. 252 показана схема центровки одноцилиндровой турбины по уровню и зависимость между уклонами шеек ротора и осей корпуса турбины 2 и подшипников 1 и 3. При установке корпусных частей необходимо, чтобы уклон оси цилиндра турбины был равен полусумме уклонов шеек ротора при их направлении в одну и ту же сторону или полуразности уклонов шеек роторов при их направлении в разные стороны. Направление уклонов корпусов подшипников следует взять равным уклонам шеек роторов. При установке по уровню следует следить за положением осей и разъемов корпусных частей, которые должны образовать плавный подъем, что достигается проверкой положения каждой части относительно другой перемещением призм и линейки. Одновременно проверяют положение корпуса турбины и подшипников по уровню в поперечном направлении, установленному на призмы. Показания уровня в поперечном направлении в турбинах небольших размеров составляет не выше 0,3 мм на 1 м длины.

Рис. 252. Схема центровки по уровню одноцилиндровой турбины:

а – ротор и корпус цилиндра установлены в нулевом положении; б – ротор и корпус цилиндра установлены с подъемом в сторону переднего подшипника; 1 – корпус заднего подшипника; 2 – корпус цилиндра; 3 – корпус переднего подшипника Установка корпусов цилиндров и подшипников многоцилиндровых турбин при помощи уровня, когда за базу для установки принимается корпус цилиндра низкого давления, а затем к нему последовательно прицентровываются корпуса подшипников, а затем и цилиндров, в настоящее время повсеместно вытеснена центровкой при помощи оптических, оптико-электронных или лазерных приборов. Этот метод рассматривается в одном из следующих разделов.

5.5.3. Проверка опорных реакций при помощи динамометров Вследствие недостаточной жесткости корпуса турбины выверка по уровню в горизонтальной плоскости в поперечном направлении не позволяет утверждать, что, если все опорные поверхности цилиндра плотно прилегают к своим опорным точкам, реакции опор, расположенные симметрично относительно продольной оси турбины, будут равны. Поэтому необходимо наряду с проверкой по уровню в поперечном направлении осуществить проверку опорных реакций при помощи динамометров (рис. 253).

В основу конструкции динамометров положен принцип определения нагрузок по величине деформации тарельчатых пружин 2 под воздействием штока 3. В шток 3 упирают индикатор 1, стрелка которого показывает нагрузку. Динамометры предварительно тарируют на лабораторном прессе. Корпуса 4 динамометров ввинчивают в резьбовые отверстия лап корпуса турбины 5 и под шток каждого динамометра укладывают прокладку 6 со стойкой 7, устанавливаемой на корпусе подшипника 8. При центровке изменение нагрузок регулируют динамометрами. Отклонения нагрузок у динамометров, стоящих рядом на одной и той же опоре по одну сторону оси, составляют ±300 кг, а отклонения величин нагрузок симметрично расположенных динамометров ±5 % от величины нагрузки, приходящейся на динамометр при равномерном распределении нагрузок. Проводимая при этом проверка по уровню в поперечном направлении является лишь только контрольной операцией. После установки по динамометрам под фундаментные рамы корпуса турбины подводят клиновые домкраты. Под лапы цилиндров подводят шпонки так, чтобы достигнутая нагрузка осталась неизменной.

Расположение динамометров и индикаторов на цилиндре показано на рис. 255, а схема расположения динамометров при определении опорных реакций многоцилиндровых турбин на рис. 256.

Рис. 253. Установка динамометра на лапах корпуса турбины:

1 – индикатор; 2 – тарельчатые пружины; 3 – шток; 4 – корпус динамометра;

5 – лапа цилиндра турбины; 6 – прокладка; 7 – стойка; 8 – корпус подшипника Рис. 254. Схема расположения динамометров и индикаторов на цилиндре:

1 – средний подшипник; 2, 3 – цилиндры; 4 – индикаторы; 5 – динамометры;

Рис. 255. Схема расположения динамометров в опорах цилиндров и фундаментных рамах турбин ЛМЗ:

а – турбина К-300-240; б – турбина К-200-130; 1-30 – места установки динамометров 5.5.4. Центровка корпусов цилиндров и подшипников турбины Центровкой турбины с помощью калибрового вала по расточкам достигается совпадение оси ротора с осями расточек корпуса турбины и подшипников. При этом обеспечиваются равномерные радиальные зазоры между ротором и всеми узлами и деталями статора. Для центровки в корпусах подшипников 2, 6 (рис. 256) устанавливают ранее отцентрированные опорные вкладыши 9, 10, на которые укладывают калибровый вал 3 (фальшвал), представляющий собой материальную ось ротора. На корпусах подшипников устанавливают корпус турбины 5. Работу по центровке по валу производят одновременно с проверкой центровки по уровню в продольном и поперечном направлениях, распределение нагрузки осуществляют, регулируя положение динамометров. В лапы корпуса турбины вворачивают динамометры 4, а на разъемы корпусов подшипника и турбины устанавливают стойки 8, на которые укладывают призмы 1 и уровень 7.

Положение оси вала относительно каждой расточки проверяют при измерении расстояний от вала до расточки в трех направлениях: два в боковом l' и l" и одно в вертикальном l"'. Расточками, по которым производят измерения в переднем подшипнике 2, являются расточки под тахометр l т и под масляное уплотнение lм1, в корпусе турбины 5 – расточки под паровые уплотнения lп1 и lп2, а в корпусе заднего подшипника 6 – расточки под масляные уплотнения lм2 и lм3. При смещении корпусов подшипников и корпуса турбины достигают совпадения осей расточек с осью вала. Допустимая величина смещения вала в расточках в горизонтальном направлении l' и l" составляет 0,1 мм, а в вертикальном l''' = l' + l"/2 + (0,05-0,1) мм. При определении нижнего замера необходимо учитывать разницу между статическими прогибами ротора и калибрового вала. Одновременно проверяют величины показаний по динамометрам и уровням. После достижения требуемой центровки осуществляют установку поперечных и вертикальных шпонок с соблюдением допустимых зазоров (табл. 49).

Рис. 256. Центровка турбины по валу, уровню и динамометрам:

1 – призма; 2 – корпус переднего подшипника; 3 – калиброванный вал; 4 – динамометр;

5 – корпус цилиндра; 6 – корпус заднего подшипника; 7 – уровень; 8 – стойки;

5.5.5. Центровка корпусов цилиндров и подшипников турбины при помощи оптических, оптико-электронных и лазерных приборов Центровку корпусов цилиндров и подшипников многоцилиндровых турбин наиболее точно и с меньшими трудозатратами можно произвести при помощи оптических или более совершенных оптико-электронных и лазерных приборов. При этом за измерительную базу применяется или оптическая ось визирования, или ось пучка излучений.

В настоящее время в основном применяется оптический способ центровки.

За базу отсчета в процессе центровки при помощи оптического метода принимается не меняющая своего положения оптическая ось зрительной трубы, выверенная по проектной оси турбоустановки (рис. 257, а). В качестве зрительной трубы используется микротелескоп ППС-11.

Телескоп снабжен измерительной системой (рис. 258), сконструированной на основе закона преломления световых лучей плоскопараллельной пластиной (рис. 257, д). Сущность измерений заключается в создании с помощью микрометрического устройства телескопа такого угла наклона пластины, при котором луч, проходящий через центр, преломляясь, совмещался бы с оптической осью трубы.

Наклон пластины может осуществляться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях микрометрическими винтами, снабженными барабанчиками с микрометрическими шкалами. Определенному углу наклона пластины соответствует линейное смещение изображения предмета в миллиметрах, фиксируемое на шкалах барабанчиков. Точность измерения– 0,01 мм.

Оптическая система зрительной трубы размещена в стальном цилиндрическом тубусе. Труба 4 имеет объектив и окуляр 1. В пространстве, расположенном между объективом и окуляром, находятся фокусирующая линза и сетка, представляющая собой прозрачный экран, на поверхности которого нанесено перекрестье, совпадающее с оптической осью объектива. При совмещении крестообразных рисок с прорезями целевого знака или марки 3 производится замер величины отклонения визируемого предмета от оптической оси зрительной трубы. В тубусе зрительной трубы размещены три барабанчика: барабаны 3 и 7 смещают перекрестие трубы соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях, а барабан 2 служит для получения изображения целевого знака или марки.

Допустимая величина смещения изображения перекрестия с помощью барабанов равна ±1 мм. На трубе устанавливают прецизионный уровень 5. Труба крепится к рамке 6.

В качестве визира используется специальная деталь, называемая маркой. Она представляет собой металлический стаканчик (рис. 257, б, в), в донышке которого имеются вертикальные и горизонтальные прорези с определенным расстоянием между их осями. Совмещенные изображения центра марки 3 и перекрестия телескопа 4 в нулевом положении показаны на рис. 257, в.

Устройство центроискателя, названного конусным (рис. 257, г), базируется на том принципе, что через три точки можно провести только одну окружность. Поэтому основой конструкции являются три опоры 5, которые под влиянием винтовых пружин контактируют с конусом 6, а он в свою очередь через двурогий рычаг 7 и шток 8 связан с рычагом рукоятки 9. При нажатии на рычаг рукоятки конус 6 перемещается в крайнее правое положение, показанное на эскизе. При этом опоры 5 минимально выступают из корпуса.

При крайнем левом положении конуса выступание опор максимальное. Рычаг рукоятки при этом находится в положении, указанном пунктиром. Перемещение конуса в крайнее левое положение осуществляется под действием двух часовых пружин, соединенных с валиком 10 рычага 7 и помещенных в цилиндрических отсеках 11 корпуса центроискателя.

При установке центроискателя в расточку корпуса турбины оператор нажимает на рычаг рукоятки. Опоры при этом убираются в корпус. После освобождения рычага 9 опоры выступают и прижимаются к расточкам корпуса турбины. Для уменьшения трения конус 6 перемещается по направляющей втулке 12 на шариках, связанных между собой сепаратором.

Перемещение опор под действием конуса равно 12 мм. При большем увеличении радиусов к опорам привинчиваются удлинители, как показано на рис. 257, г.

Перед началом работ по центровке корпусов турбины и подшипников необходимо найти оптическую ось, относительно которой будет выполнена установка корпусов. Для этого вблизи турбины со стороны генератора закрепляют оптическую трубу в специальной рамке, установленной или непосредственно на разъеме цилиндра, или на стойке, прикрепленной к стенду.

В процессе изготовления стенда или при сборке головных образцов турбин ось стенда обычно известна. Задача нахождения оптической оси сводится к установке трубы по уровню строго в горизонтальной плоскости и визированию целевого знака или марки. Целевой знак и марка устанавливаются в районе переднего подшипника турбины и находятся на продольной оси стенда. Трубу настраивают таким образом, чтобы перекрестье зрительной трубы совпало с центральными рисками или прорезями целевого знака или марки. Барабаны микрометрического измерительного устройства трубы должны быть установлены на нуле, а прецизионный уровень, закрепленный на трубе, должен показывать горизонтальное положение тубуса трубы. В расточку корпуса турбины, которую необходимо отцентрировать с продольной осью, устанавливают центроискатель, в который вставляют марку. В зависимости от расстояния зрительной трубы до Рис. 257. Схема центровки изделий с помощью оптических приборов:

а – принцип измерения при помощи оптического метода; б – конструкция центроискателя; в – конструкция марки; г – установка центроискателя в расточку; д – принцип 1 – зрительная труба; 2 – центроискатель; 3 – марка; 4 – перекрестие зрительной трубы;

5 – ножки с удлинителями; 6 – корпус; 7 – двурогий рычаг; 8 – шток; 9 - рычаг рукоятки; 10 - валик; 11 - цилиндрические отсеки; 12 - направляющая втулка марки применяются марки с различной шириной прорезей (0,5-0,75 и 1 мм). На фланце марки установлена ампула уровня, при установке которого в нулевое положение прорези марки располагаются в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Центроискатель (рис. 257, б, г) обеспечивает автоматическое совпадение точки пересечения центральных осей (вертикальной и горизонтальной), прорезей марки с центром расточек корпусов цилиндров и подшипников, диафрагм, обойм уплотнений и других узлов статора, где установлен центроискатель. Для использования центроискателя в расточках разного диаметра на его опоры навертывают удлинители стандартного микронутромера. В процессе центровки при помощи барабанов оптических микрометров горизонтального и вертикального перемещения совмещают риски зрительной трубы с серединой прорезей марки. По расположению прорези относительно центральной прорези и величины показаний на барабанах определяют величину, на которую следует переместить корпус турбины для совмещения центра его расточки с проектной осью оптической трубы.

Рис. 258. Оптико-механический комплект:

1 – окуляр; 2 – барабан фокусирующей системы; 3, 7 – барабаны оптического микрометра для измерения горизонтального и вертикального смещений марки;

4 – зрительная труба; 5 – прецизионный уровень; 6 – рамка крепления зрительной трубы Условно приняты положительными значения величин, полученные по красным шкалам барабанов оптического микрометра, которые соответствуют смещению центра визируемой марки вверх и вправо. Замеры, выполненные по черным шкалам, принято считать отрицательными. Они соответствуют смещению центра марки вниз и влево. При выполнении замера по прорезям марки положительными являются величины, которые отсчитываются при совмещении перекрестия зрительной трубы с прорезями, расположенными ниже и левее центральных горизонтальной и вертикальной прорезей.

В двух- и многоцилиндровых турбинах ротор низкого давления (РНД) и ЦНД принято устанавливать в продольном направлении горизонтально или с подъемом в сторону переднего подшипника. Поэтому для совмещения осей роторов и соблюдения параллельности торцов полумуфт необходимо корпусы подшипников и цилиндров турбины, а также роторы устанавливать с подъемом в сторону переднего подшипника. Величины относительного положения центров всех контрольных расточек по отношению один к другому и к крайней задней расточке корпуса ЦНД определяют расчетом для каждого типа турбин, исходя из величин статического прогиба роторов, свисания консольной части ротора с полумуфтой, а также из эксплуатационных условий. На рис. 259 показано положение координат расточек двухцилиндровой турбины относительно расточки lм5 корпуса ЦНД.

Рис. 259. Схема координат контрольных расточек двухцилиндровой 1 – передний подшипник; 2, 4 – ЦВД; 3 – средний подшипник; l т – расточка под тахометр; lм1 - lм5 – расточки под масляные уплотнения; lп1 - lп4 – расточки под паровые Вначале зрительную трубу крепят в специальной рамке, установленной возле ЦНД, и центрируют трубу относительно оси сборочного стенда при помощи центроискателей с марками, установленными в расточки lм5 и lп3, затем к ней прицентровывают и укрепляют корпус ЦНД. Одновременно проверяют положение корпуса ЦНД при помощи динамометров и по уровню в поперечном направлении. После центровки корпуса ЦНД в расточки l т, lм1, lм2, lм3 корпусов переднего 1 и среднего 3 подшипников устанавливают центроискатели и производят их центровку по расчетным координатам центров расточек в продольном направлении и по уровню в поперечном направлении. Перемещение корпусов подшипников производят при помощи клиновых домкратов и упоров.

На площадках корпусов подшипников устанавливают корпус ЦВД на лапы, в которые вворачивают динамометры, а в расточках lп1 и lп2 – центроискатели с марками. Корпус ЦВД центрируют относительно оптической трубы в продольном направлении, проверяют нагрузки на опорах корпуса ЦВД по динамометрам и положение корпуса в поперечном направлении по уровню. Поскольку при центровке определяют значение реакций на симметрично расположенных опорах при помощи динамометров, то для проверки положения цилиндра в поперечном направлении достаточно применения уровня с микрометрической подачей ампулы. При необходимости замера относительных высотных отметок фланцев горизонтального разъема корпусов подшипников и цилиндров следует использовать визир, который представляет собой небольшой корпус с магнитным основанием. В отверстие корпуса визира вставлена марка. На визире, так же как и на центроискателе, имеется приспособление для поворота марки в целях установки пузырька ее уровня в среднее положение. Для производства замеров по визирам зрительную трубу закрепляют в полноповоротный штатив, в котором рамка для крепления трубы может поворачиваться по окружности. При измерениях с помощью оптической трубы могут возникать ошибки, вызванные нечеткой фокусировкой, или ошибки в подсчетах.

Многих из указанных недостатков лишен способ центровки корпусов турбины и деталей проточной части, основанный на применении лазеров или светодиодов, испускающих сфокусированный луч видимого или невидимого излучения. Осуществление замеров отклонений центрируемых деталей сводится к определению отклонений центров расточек деталей от оси луча лазера с помощью установки в центроискателях специальных фотоприемников.

После окончания центровки производятся установка и крепление поперечных шпонок и зажимов к корпусу подшипника и вертикальных шпонок к корпусу цилиндра турбины (см. табл. 49).

При центровке роторов по полумуфтам необходимо обеспечить совпадение осей роторов, а также параллельность торцов их полумуфт. Данная центровка является заключительной.

5.6.1. Центровка смежных роторов с четырьмя опорными Проверку положения осей роторов осуществляют по взаимному расположению их полумуфт. Роторы устанавливают на вкладыши и к одному из роторов (например, РНД) прикрепляют скобу. Величины, характеризующие взаимное расположение осей роторов, определяют при измерении радиальных зазоров а от окружности полумуфт до скобы 3 и расстояния б между торцевыми поверхностями полумуфт на концах двух перпендикулярных диаметров. Замеры производят щупом 1 и пластиной 2 в четырех положениях роторов при их повороте на 90о (рис. 260). Поворачивают оба ротора одновременно во избежание ошибок, которые могут иметь место из-за отличия фактической формы полумуфт или их посадки на вал от идеальной. Для определения точности поворота ротора на 90о и совпадения точек замеров размечают полумуфты на четыре равные части, нанося мелом метки (положения I-IV).

Обозначим радиальные замеры в верхнем, нижнем, правом и левом положениях скобы соответственно через aв, aн, aп, aл, а осевые замеры между торцами полумуфт, соответствующие положениям роторов и точкам замеров, – через в, н, п, л, в, н, п, л и т.д. Правильность

I I I II II II

произведенных замеров определяют из выражений Обозначим величины радиального смещения осей ротора в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно через Ав и Аг :

Непараллельность торцов полумуфт в вертикальной плоскости характеризуется величиной Т в, а в горизонтальной плоскости – Т г. Эти величины определяются одним из следующих способов.

Подсчитывают средние арифметические замеры по торцам полумуфт:

I II III IV

I II III IV

Рис. 260. Последовательность центровки роторов по полумуфтам с помощью скобы и щупа и форма ее записи:

Результаты записывают в "приведенный круг" со средними значениями V.

По второму способу величины непараллельности торцов полумуфт подсчитывают на основании замеров, произведенных при различных положениях роторов (0 и 180° или 90 и 270о):

I III I III

I III I III II IV II IV

При указанных методах подсчетов осевое смещение роторов при их вращении и величина биения полумуфт не оказывают влияния на результат. После определения взаимного положения осей роторов вносят исправления в центровку. При внесении исправлений в центровку перемещают корпусы подшипников или вкладышей, сохраняя постоянной центровку роторов относительно расточек. Для устранения перекоса торцов полумуфт необходимо подшипник 1 или 2 (рис. 261) сместить на величину Tl3 D, где l3 – расстояние между двумя подшипниками; D – диаметр полумуфт в точках замеров.

Рис. 261. Схема перемещения подшипников при центровке ротора Рассмотрим следующий пример обработки результатов замеров центровки по полумуфтам.

В "приведенный круг" (рис. 260, V) занесены следующие данные:

Скоба закреплена на РНД.

Необходимо определить перемещение подшипников вертикальной плоскости.

Перемещение первого и второго подшипников РВД в вертикальной плоскости обозначим соответственно через Y1 и Y2, а горизонтальной плоскости – через X 1 и X 2. Находим Aв = 0,8 - 0,4/2 = 0,2 мм;