curs2 turbine

7/26/2019 Curs2 Turbine

1/10

Curs 2 Instalaii i Echipamente Termoenergetice Navale

109

9.3. Elemente componente ale turbinei cu abur

Turbina cu abur este alctuit dintr-o parte mobildenumit rotor i o partefixdenumit stator.

Rotorul reprezint totalitatea pieselor aflate n micare de rotaie n interiorulturbinei. Funcie de tipul turbinei, rotorul poate cuprinde arborele turbinei, discurile,tamburii, paletele mobile.

Statorul reprezint totalitatea pieselor fixe i au rolul de a destinde aburul ia-l dirija ctre paletele mobile. Funcie de tipul turbinei, statorul poate cuprinde

postamentul, carcasa, diafragmele, ajutajele.

9.3.1. Componentele rotorului turbinei

a) Arborele turbinei

Arborele turbinei are rolul de a prelua cuplul motor produs de fora aburuluice acioneaz asupra paletelor mobile i de a-l transmite liniei axiale saumecanismului la care este cuplat.

Principala problem legat de confecionarea arborelui turbinei este cea aturaiei critice, la care arborele execut un numr de rotaii n unitatea de timp egal cufrecvena oscilaiilor proprii. La atingerea turaiei critice, arborele turbinei intr nrezonan i execut oscilaii cu amplitudini mari, ceea ce provoac vibraii n toatturbina, obosirea materialului i chiar ruperea arborelui.

Arborele turbinei poate fi rigid sau elastic. Arborele rigid are turaia critic

ncrmai mare dect turaia de funcionare n, adic ncr= (1,151,40) . n, iar arborelerigid are turaia critic mai mic dect turaia de funcionare, adic ncr= (0,600,75).

n[3]. ntruct arborii elastici trec prin turaia criticatt la pornire, ct i la oprire, serecomand ca trecerea prin aceast turaie s se fac ct mai repede posibil astfelnct, amplitudinea oscilaiilor de rezonan s nu ating valori periculoase.

n fig. 9.8 este reprezentat arborele unei turbine cu aciune.

Fig. 9.8

Dup cum se observ, arborele turbinei se execut n trepte, cu grosimivariabile,pentru a uniformiza solicitrile i pentru a facilita montarea sau demontareaelementelor mobile ale turbinei.

Pe arborele turbinei se monteaz: discurile rotorului; bucele distanier dintrediscuri; bucele labirintelor exterioare; discul lagrului axial; discul de echilibrare;semicupla: inelele de ungere.


2/10


110

Arborele turbinei se confecioneaz prin forjare i strunjire, din oel-carbonde calitate superioar sau din oel aliat cu crom, vanadiu ori molibden, dactemperatura aburului depete temperatura de 450 0C.

Asigurarea dilatrii pieselor montate pe arbore se realizeaz prin practicareadin loc n loc a rosturilor de dilatare axial. Poziia axial a pieselor montate pe arborese asigur prin inele elastice, iar prevenirea rotirii acestora se face prin montarea

penelor longitudinale decalate ntre ele cu 1200sau 1800.

b) Tamburul turbinei

n cazul turbinelor cu reaciune, arborele este nlocuit cu un tambur. Existenatamburului n cazul turbinelor cu reaciune este impus de necesitatea reducerii foreiaxiale, care ia natere n timpul funcionrii.

Tamburul turbinei are rol de susinere a pieselor mobile i de etanare. Serealizeaz prin forjare, din oel feritic sau austenitic de calitate superioar i poateavea form cilindric ori trunchi de con. Pe suprafaa lateral se strunjesc canale ncare se fixeaz paletele mobile.

n practic, se ntlnesc urmtoarele tipuri constructivede tambur: monobloc(v. fig. 9.9, a); gol n interior (v. fig. 9.9, b); cu discuri sudate (v. fig. 9.9, c).

Fig. 9.9

c) Discurile turbineiLa turbinele cu aciune, n partea median a arborelui, sunt fixate piese

circulare denumite discuri, care au rolul de a transmite energia mecanic de lapaletele mobile la arborele turbinei.


3/10


111

Forma i dimensiunile discurilor se stabilesc funcie de dimensiunile paletelormobile i de diametrul mediu al treptelor astfel nct, solicitrile care iau natere subaciunea forelor centrifugale s nu depeasc valorile maxime admisibile.

n fig. 9.10 sunt reprezentate tipurile constructive uzuale ale discurilorturbinei: cu corp de grosime contant (fig. 9.10, a); cu corp de grosime constant iobad ngroat (fig. 9.10, b); cu corp de seciune conic (fig. 9.10, c); cu corp deseciune hiperbolic (fig. 9.10, d).

Fig. 9.10

Semnificaia notaiilor din fig. 9.10 este urmtoarea: 1 coroana discului(obad); 2corpul (pnza) discului; 3butucul discului;4orificiu de egalizare a

presiunii.Discurile turbinei se execut prin forjare i strunjire, din oel -carbon sau oel

aliat cu crom, nichel sau molibden, funcie de temperatura aburului i de solicitrilemecanice.

Funcie de temperatura de lucru a aburului din turbin, montarea discurilor sepoate realiza fie direct, prin fretare, dac temperatura aburului este mai mic de 4500,fie prin dispozitive de fixareprevzute cu inele intermediare, cu inele elastice arcuite,cu buc i tifturi cilindrice, nglobate n arbore (monobloc) sau prin sudare pearbore dac temperatura aburului este mai mare de 4500[3].

Uzual, montarea discurilor pe arborele turbinei se realizeaz, prin presare lacald, iar ntre butucul discului i arborele turbinei se prevd una sau dou pene pentrusiguran. Pe direcie axial, fixarea discurilor se realizeaz fie cu ajutorul unei piulienurubate pe arborele turbinei i asigurat contra deurubrii, fie printr-un inel tras la

cald, prevzut cu un prag care ptrunde ntr-o canelur practicat pe arbore.

d) Paletele mobile

Paletele mobile sunt principalele piese ale rotorului, ntre acestea realizndu-se transformarea energiei cinetice a aburului n lucru mecanic.

Funcie de modul de destindere a aburului, paletele mobile pot fi: de aciune, cu profil simetric, amplasate n canale rotorice de seciune

constant (v. fig. 9.11, a); de reaciune, cu profil asimetric, amplasate n canale rotorice de seciune

variabil (v. fig. 9.11, b).


4/10


112

La paleta de aciune, unghiul de intrare al aburului 1 n pal este aproapeegal cu unghiul de ieire 2, n timp ce la paleta de reciune, unghiul de intrare alaburului n pal este mult mai mare dect unghiul de ieire.

Fig. 9.11

Elementele componente ale paletei mobile sunt reprezentate n fig. 9.12.

Fig. 9.12

Semnificaia notaiilor din fig. 9.12 este urmtoarea: 1 corpul paletei; 2

piciorul de fixare; 3capul paletei; 4bandaj; 5paleta mobil.n general, paletele se confecioneaz prin laminare, din oel aliat cu crom,vanadiu sau molibden. n cazul paletelor supuse la eforturi mari, confecionarea serealizeaz prin frezare.

La turbinele navale, paletele sunt confecionate din aliaje neferoase (alam,bronz, cupru manganos), materiale care pot fi laminate la cald (oel cu coninut redusde carbon), materiale ce se prelucreaz prin achiere (oel nalt aliat) sau materialecare pot fi turnate cu precizie).

Materialele utilizate la fabricarea paletelor mobile ale turbinei trebuie sndeplineasc urmtoarele cerine [14]:


5/10


113

sfie rezistente la coroziune i oboseal; s aib rezisten mecanic ridicat;

s aib duritate superficial la eroziunea produs de abur i condens; s aib rezisten termic ridicat.n vederea amortizrii vibraiilor, rigidizriii mpiedicrii scprilor de abur

peste vrfurile paletelor, unele palete sunt prevzute cu capetele 3 n form de nit,peste care se monteaz bandajul 4 din tabl de oel, prevzut cu orificii de trece aniturilor. Pentru a se putea dilata, bandajul este crestat pe circumferin, din loc n loc.Bandajele se confecioneaz din acelai material cu cel al paletelor i au grosimea de(1,54,0) mm, putnd uni grupuri de cte (420) palete.

La alte tipuri de palete, rigidizarea se realizeaz prin srme de oel sudate depalete sau care traverseazpaletele, avnd grosimea de (210) mm. Srmele pot fide rigidizare ide amortizare. Sistemul de rigidizare prin srme prezint dezavantajul

c mpiedic circulaia liber a aburului i produce concentrri alecondensului.Pentru a menine o distan egal ntre paletele mobile, se prevd distaniereexecutate din oel aliat sau inoxidabil, care se confecioneaz separat (prin laminare,n cazul paletelor scurte) sau nglobate n piciorul de fixare (prin frezare, n cazul

paletelor lungi i grele). Distanierele separate se monteaz ntre picioarele paletelori au aceeai formcu picioarele de fixare.

Paletele mobile pot avea forme constructive i lungimi diferite. Deoarecevolumul specific al aburului crete odat cu micorarea presiunii, paletele sunt din cen ce mai lungi, pe msur ce se trece de la partea de nalt presiune spre partea dejoas presiune. Lungimea paletelor mobilepoate varia n intervalul (51000) mm.

n zona de joas presiune a turbinei, paletele sunt mai late, iar n zona denalt presiune a turbinei, paletele sunt mai subiri, pentru a sepermite trecerea uoar

a aburului. Limea paletelor mobile poate varia n intervalul (10120) mm.Greutatea unei palete mobile poate varia n intervalul (0,205,0) kg.Modul de fixare a paletei mobile pe rotor se realizeaz diferit, funcie de

solicitrile mecanice care apar i este cu att mai complicat cu ct solicitrilemecanice sunt mai mari.

Piciorul de fixare al paletei poate avea una din formele reprezentate n fig.9.13, astfel [14]: n coad de rndunic (fig. 9.13, a); n T (fig. 9.13, b); n T, cuntrire lateral (fig. 9.13, c); n dublu T (fig. 9.13, d); cu dini trapezoidali (fig. 9.13,e); n con de brad (fig. 9.13,f).

Fig. 9.13


6/10


114

9.3.2. Componentele statorului turbinei

a) Postamentul turbineiPostamentul turbinei este o pies masiv din oel sau font n form de cadru,

obinut prin sudare sau turnare, pe care se sprijin ntregul ansamblu al turbinei.Postamentul este elementul constructiv prin care turbina se fixeaz de

fundaie i de a crui rigiditate depinde rigiditatea ntregii construcii.innd cont de dilatarea termic, corpul turbinei se fixeaz de postament prin

intermediul tlpilor, care sunt mobile n prova i fixe n pupa. Tlpile mobile ausuprafeele de alunecare prelucrate cu mare precizie, care sunt unse periodic cuunsoare grafitat.

Postamentul se fixeaz de osatura navei prin uruburi cu siguran.

b) Carcasa turbineiCarcasa reprezintpartea fix a turbinei i are rolul de a izola i proteja

rotorul, de a asigura poziionarea paletelor, a diafragmelor, a garniturilor de etanare,a lagrelor i a spaiului necesar pentru trecerea i direcionarea aburului, precum ide a transmite postamentului vibraiile provocate de trecerea aburului prin turbin.

Carcasa turbinei, denumit i corpul statorului este format dintr-un capac iun semistator, cele dou pri fiind separate n plan orizontal, prin locul de trecere aaxul turbinei. Etanarea planului de separaie se realizeaz direct, metal pe metal, prinstrngerea uruburilor de fixare i dup ce suprafeele de contact, perfect netede, suntacoperite cu un strat de chit format din ulei de in fiert, grafit i minium de plumb.

Carcasa turbinei are form aproximativ cilindric i se confecioneaz prin

turnare sau sudare, din oel-carbon, pentru temperaturi ale aburului de pn la 2500

C,oel aliat cu molibden, pentru temperaturi ale aburului de pn la 400 0C i oel aliatcu vanadiu, molibden i crom, pentru temperaturi ale aburului ce depesc 400 0C[14].

Nu se recomand confecionarea carcasei din font, ntruct apar deformaiiremanente ale acesteia la variaii mari de temperatur.

Pe carcas, n locuri special amenajate, se practic orificii n care se monteazaccesoriile i armturile turbinei (conducte de aspiraie i evacuare, aparate de msuri control, regulatoare, prize intermediare de abur, cepuri pentru purjare etc.).

n interiorul carcasei, sunt prevzute localuri pentru montarea lagrelor axialei radiale a diafragmelor, a labirinilor de etanare etc.

Carcasa turbinei este reprezentat schematic n fig. 9.14.

Semnificaia notaiilor din fig. 9.14 este urmtoarea: 1 zona de admisie aaburului (cutia de abur); 2zona treptelor turbinei (cilindrul turbinei); 3zona deevacuare a aburului (canal colector i de evacuare); 4 galerie de evacuare aaburului; 5canal colector pentru priza intermediar de abur; 6priza intermediarde abur; 7 suprafaa de separaie a carcasei; 8 lagrele turbinei; 9 piese delegtur.

n vederea micorrii pierderilor de cldur, suprafeele exterioare alecarcasei sunt izolate termic cu saltele de azbest umplute cu vat de sticl sau vat


7/10


115

mineral. Peste izolaie, pentru a mpiedica deteriorarea acesteia i pentru a reduceradiaia termic, se monteaz o manta din oel sau aluminiu.

Fig. 9.14

c) Diafragmele turbineiDiafragmele, utilizate la turbinele cu aciune sau cu reaciune redus, sunt

perei de forma unor discuri, fixai n carcasa turbinei, care despart treptele depresiune i susin ajutajele fixe.

Pentru a se putea monta i demonta uor, diafragmele sunt compuse din doujumti, jumtatea superioar fiind prins n carcasa superioar a turbinei prindispozitive de fixare, iar jumtatea inferioar se sprijin n canale speciale practicaten carcasa inferioar a turbinei (v. fig. 9.15).

Fig. 9.15

Semnificaia notaiilor din fig. 9.15 este urmtoarea: 1carcasa superioar aturbinei; 2carcasa inferioar a turbinei; 3diafragma; 4corpul diafragmei; 5inelul exterior (capul) al diafragmei; 6ajutaj; 7dispozitiv de fixare al diafragmei;8canal de sprijin al diafragmei; 9pene cilindrice; 10pene longitudinale; 11arborele turbinei.


8/10


116

Diafragmele se confecioneaz prin turnare, din font perlitic cu adaos decrom i nichel, pentru temperaturi ale aburului mai mici de 250 0C, prin turnare sauforjare, din oel carbon, pentru temperaturi ale aburului de (250420) 0C i din oelaliat cu crom, molibden i nichel, pentru temperaturi ale aburului mai mari de 420 0C.Diafragmele de joas presiune sunt confecionate prin sudare, din tabl de oel.

Etanarea ntre cele dou jumti de diafragm se realizeaz prin penelelongitudinale 10, care asigur efectul de labirint.

Pentru ca diafragmele s se poat dilata liber, canalele de sprijin 8 audiametrele cu (0,30,4)% mai mari dect diametrele exterioare ale diafragmelor ilimea cu (0,10,3) mm mai mare dect grosimea acestora.

Poziia fiecrei diafragme fa de carcasa turbinei se determin prin penelecilindrice 9, fixate cu ajutorul uruburilor 7de la periferia inelului exterior 5.

La periferia diafragmelor se monteaz ajutajele 6, care pot ocupa ntreaga

circumferin a diafragmei, n cazul admisiei totale a aburului, sau numai o poriunedin periferia diafragmei, n cazul admisiei pariale a aburului.nainte de montare, diafragmele se ung cu grafit pentru a preveni blocarea

acestora n locaurile din carcas.Pentru a micora scprile de abur i pierderile de presiune ntre trepte, se

realizeaz etanarea ntre diafragme i arborele turbinei cu ajutorul labirinilor deetanare fixai fie n arborele turbinei, fie n diafragme.

d) Ajutajele turbineiAjutajele sunt piesele fixe periferice ale turbinei, avnd seciune variabil,

care transform energia potenial a aburului (entalpia) n energie cinetic.n ajutajese produce destinderea aburului, micorndu-se presiunea i crescnd viteza.

n cazul turbinelor cu aciune ajutajele sunt formate din distribuitoare, iar ncazul turbinelor cu reaciune, ajutajele sunt formate din paletele fixe.Pentru fiecare rnd de palete mobile exist cte un rnd de ajutaje.Funcie de modul n care sunt montate i de tipul treptelor, ajutajele pot fi: pentru trepte de reglare (bloc de ajutaje); pentru trepte de presiune cu aciune sau reaciune redus (ajutaje de

diafragm); pentru trepte cu reaciune mare(palete fixe redresoare); pentru trepte Curtis (palete fixe directoare).Ajutajele se execut prin turnare de precizie, sudare sau frezare, din oel aliat

cu (1214)% Cr, pentru temperaturi ale aburului de pn la 450 0C, din oel aliat cu12% Cr, 1% Mo, 0,8% Ni, 0,35% V i 0,5% W, pentru temperaturi ale aburuluicuprinse n intervalul (450600) 0C i din oel austenitic pentru temperaturi aleaburului mai mari de 600 0C [14].

Ajutajele pentru treptele de reglare sunt de tipul convergent-divergent, fiindgrupate pe sectoare de admisie. Se execut sub forma unei piese unice denumit blocde ajutaje, n urmtoarele forme constructive [3]: prin turnare cu miez de formacanalului ajutajelor (v. fig. 9.16, a); cu perei despritori din profile laminate; prinfrezare.


9/10


117

Ajutajele pentru treptele de presiune cu aciune sau reaciune redus suntmontate la periferia diafragmelor i pot fi fixate de acestea prin nituire (v. fig. 9.16,b), prin sudare sau prin turnare.

Ajutajele pentru treptele de reaciune se execut sub forma de palete fixei sefixeaz prin intermediul unor piese suport. La rndul lor, piesele suport pot fi fixate

prin buloane n sectorul de admisie (v. fig. 9.16, c) sau n carcas, fie prinintroducerea n canale special practicate n carcas.

Fig. 9.16

9.3.3. Etanrile turbinei

Etanrile turbinei au rolul de a limita scurgerea aburului printre organele fixei mobile, de a mpiedica scprile de abur n exterior i de a stopa ptrunderile de aerdin exterior.

ntruct turbina funcioneaz la turaii ridicate, viteza periferic n regiuneaetanrilor este foarte mare, astfel nct etanrile cu frecare (presetupe) devinineficiente. Mai mult, temperatura ridicat datorat frecrii, distruge rapid oricesistem clasic de etanare. n consecin, la turbine se utilizeaz sisteme speciale deetanare, astfel:

culabirini, cu ajutorul camerelor de labirint n care, datorit variaiilor deseciune, aburul se lamineaz i se produce o scdere treptat de presiune (v. fig.9.17);

cu inele de grafit, formate din mai multe segmente fixate ntre ele cu

ajutorul unui resort i montate ntr-un canal separat.Semnificaia notaiilor din fig. 9.17 este urmtoarea: 1arborele turbinei; 2carcasa turbinei; 3 inel de labirint; 4camer de labirint; 5suport; 6 inel deetanare; 7arc lamelar.

Aburul, avnd presiunea primei trepte, trece prin strangularea format deprimul inel de etanare 3i arborele 1i se lamineaz. n urma laminrii, presiuneascade i crete viteza de scurgere a aburului. n prima camer de labirint 4 aburulcapt micare turbionar, deci viteza de scurgere se micoreaz. Procesul se repetpentru fiecare camer de labirint astfel nct, la ieirea din sistemul de etanare,aburul ajunge la presiunea atmosferic, scprile de abur devenind neglijabile.


10/10


118

Strangularea se realizeaz fie prin inele statorice, fie prin inele rotorice.Sistemul de etanare cu labirini nu suprim total pierderea de abur i

acioneaz cu att mai eficient cu ct numrul camerelor de labirint este mai mare icu ct jocul este mai mic

Inelele de labirint sunt confecionate din alam, n cazul temperaturilorsczute, respectiv din oel inoxidabil, n cazul temperaturilor ridicate [3].

Fig. 9.17

Etanarea cu inele de grafit se realizeaz cu ajutorul a (48) inele de grafitde seciune dreptunghiular, tiate n mai multe segmente. Inelele de grafit suntmontate n carcase speciale i sunt meninute pe ax cu ajutorul arcurilor. La rndul ei,carcasa cu inele de grafit se monteaz ntr-o buc fixat n carcasa turbinei.

Sistemul de etanare cu inele de grafit se utilizeaz la turbinele de puteremic.

9.3.4. Lagreleturbinei

Lagrele turbinei au rolul de a sprijini rotorul i de a-l fixa pe direcie axiali radial, astfel nct s nu permit atingerea prilor fixe i a prilormobile.

La turbin se ntlnesc trei tipuri de lagre: radiale, care au rolul de a susine arborele turbinei i de a suporta ntreaga

greutate a ansamblului mobil; axiale, care au rolul de a prelua fora axial aprut n turbin ca urmare a

diferenelor de presiune dintre trepte survenite n urma destinderii aburului;

axial-radiale, care sunt combinaii ale lagrelor axiale i radiale, fiindutilizate la turbinele moderne cu gabarit redus.n afara acestor tipuri de lagre, turboagregatele navale sunt prevzute cu

lagre de mpingere, care preiau eforturile axiale ce apar n timpul funcionriiturbinei i suntmontate pe linia de arbori, dup reductor, asigurndmpingerea axiala elicei.

Lagrele sunt confecionate prin turnare, din font, i prezint n interior uncilindru, denumit cuzinet, format din dou jumti. Cuzineii sunt confecionai printurnare, din font sau oel i sunt cptuii la interior cu aliaje antifriciune (babbit,metal alb etc.) [3].

curs2 turbine

Documents