XII. Осевые усилия в паровой турбине

Пар, расширяясь в проточной части турбины, не только создает на роторе полезный вращающий момент, определяемый окружными усилиями, действующими на рабочие лопатки, но и воздействует на ротор в осевом направлении. Осевые усилия воспринимает на себя упорный подшипник.

Для того, чтобы обеспечить надежную работу турбины и, в частности, ее упорного подшипника, необходимо определить осевое усилие.

Рассмотрим осевые усилия, действующие на одну из промежуточных ступеней активного типа.

1.) От рабочих лопаток на ротор турбины передается осевое усилие R^I_a, которое может быть определено по результатам теплового расчета ступени:

Рис.1

.

Здесь разность давлений (р₁ – р₂) зависит от степени реактивности ступени (ρ). Чем больше ρ, тем больше R^I_a,поэтому при выборе степени реактивности необходимо учитывать, что работа подшипника усложняется. Составляющая (С₁sin α₁ – C₂sin α₂) – разность осевых проекций скоростей для чисел Маха М_1t < 0,7, – как правило, близка к нулю и, поэтому ею часто пренебрегают.

2.) Если давление р₁’ больше р₂, то возникает вторая составляющая осевого усилия от кольцевой части полотна диска:

,

где d_k = d – l₂ – корневой диаметр.

Давление р₁’ между диафрагмой и диском зависит от соотношения трех расходов: диафрагменной протечки G_у, корневой протечки G_к, и протечки через разгрузочное отверстие G_отв. Разгрузочные отверстия позволяют снизить перепад давления на полотно диска, однако в дисках последних ступеней (ЧНД), где абсолютные значения осевых усилий невелики, а механические напряжения в дисках высоки, разгрузочные отверстия не выполняют, чтобы не создавать концентраций механических напряжений в дисках.

3.) Если имеется уступ ротора между втулкой диафрагменного уплотнения и ступицей диска (т.е. [d₂-d₁]), то появляется третья составляющая осевого усилия:

4.) При ступенчатом диафрагменном уплотнении возникает осевое усилие вследствие разности давлений по обе стороны каждой ступеньки высотой Δ. И четвертая составляющая осевого усилия в ступени запишется в виде:

,

где d_у – средний диаметр уплотнения.

Рис.2

Полное осевое усилие, действующее на ротор, находится суммированием всех составляющих в каждой ступени, а также усилий, действующих на уступы ротора, расположенные вне проточной части ступеней:

где i – порядковый номер составляющей осевого усилия.

.