ОПОРА КОРПУСА Российский патент 2001 года по МПК F01D25/28 F04D29/60 

Изобретение относится к области турбостроения, может быть использовано в паровых и газовых турбинах и компрессорах.

Известно, что вследствие больших весовых нагрузок на корпусы подшипников крупных турбомашин на поверхностях скольжения корпусов подшипников по фундаментным рамам возникают силы трения, для преодоления которых при перемещении опор по фундаментным рамам во время теплового расширения цилиндра требуется значительное усилие. Затруднение перемещений корпусов подшипников и, как следствие, дополнительная деформация корпусов цилиндров и самого фундамента вызывают увеличение вибрации, увеличение относительных удлинений роторов, что затрудняет пуски турбин.

Известна опора корпуса, позволяющая передавать часть весовой нагрузки корпуса непосредственного на фундаментную раму, снижая тем самым силу трения на контактной поверхности подошвы корпуса подшипника и фундаментной рамы, и содержащая закрепленные между опорными площадками корпуса и фундаментной рамы упругие элементы, выполненные в виде дисковых пружин, набранных пакетами на телескопически соединенных между собой стержнях, торцовые поверхности которых выполнены сферическими и шарнирно закрепленными на опорных площадках корпуса и фундаментной рамы ("Опора корпуса" В.К.Рыжков, О.Д.Волков, Ю.С.Муравко, B.C. Шаргородский, Р.К. Ковальский и Л.И.Корнев /а.с. СССР N 690857, F 01 D 25/28 // бюлл. N 44, 80; "Опора цилиндра турбины" В.А. Персидский /а. с. SU 1321846 A1, F 01 D 25/28 // бюлл. N 25, 87/. Недостатком таких опор является возможность заклинивания телескопически соединенных стержней и сниженная разгружающая способность в крайних положениях корпуса, связанная с изменением расстояния между опорной площадкой на фундаментной раме и опорной площадкой на корпусе.

Предлагаемая конструкция опоры корпуса свободна от этих недостатков. Для этого в качестве упругих элементов используются установленные вертикально гибкие упругие слабоизогнутые стержни.

На фиг. 1 показан вариант общего вида предлагаемого устройства.

1 - опорная площадка корпуса подшипника,
2 - корпус подшипника,
3 - лапа цилиндра турбомашины,
4 - опорная площадка фундаментной рамы,
5 - фундаментная рама,
6 - фундамент,
7 - упругий элемент,
8 - рама,
9 - траверса,
10 - тяга,
11 - гайка,
12 - вертикальный цилиндрический выступ.

Опора корпуса содержит установленные между опорной площадкой 1 корпуса подшипника 2, на который опираются своими лапами 3 цилиндры турбомашины, и опорной площадкой 4 фундаментной рамы 5, жестко связанной с фундаментом 6, упругие элементы 7. В качестве упругих элементов использованы гибкие упругие слабоизогнутые стержни, установленные вертикально, поперечное сечение которых может иметь форму прямоугольника. Для удобства монтажа и эксплуатации пакеты из упругих элементов могут помещаться внутри рамы 8, состоящей, например, из двух траверс 9, имеющих возможность перемещаться по тягам 10. Перемещение траверс 9 по тягам 10 ограничено гайками 11. На поверхностях траверс 9, обращенных к опорным площадкам 1 и 4, выполнены вертикальные цилиндрические выступы 12. Торцовые поверхности цилиндрических выступов 12 имеют сферическую форму и сопрягаются со сферическими выемками на опорных площадках 1 и 4, обеспечивая шарнирное закрепление рамы 8.

Опора корпуса может работать следующим образом. В нерабочем состоянии расстояние между торцевыми поверхностями 12 несколько больше, чем расстояние между поверхностями на площадках 1 и 4, с которыми они сопрягаются. Во время установки рама сжимается таким образом, чтобы можно было поставить ее между опорными площадками 1 и 4, размещается между ними и освобождается. Во время пуска турбомашины и набора нагрузки происходит тепловое расширение цилиндров и, как следствие, перемещение корпуса подшипника 2 по фундаментной раме 5. Упругие элементы 7, установленные между опорными площадками 1 и 4 фундаментной рамы 5 и корпуса подшипника 2, воспринимают часть весовой нагрузки, приходящейся на корпус подшипника 2, и тем самым снижают нагрузку на контактные поверхности. В результате этого уменьшаются силы, необходимые для перемещения корпусов подшипников в направлении теплового расширения турбомашины и, соответственно, деформации корпуса цилиндров, что повышает надежность работы турбомашины.

Грузоподъемность и, следовательно, усилие, передаваемое опорой корпуса непосредственно на фундамент, зависит от грузоподъемности и количества используемых в ней упругих элементов и является дискретной величиной.

Грузоподъемность одного упругого элемента определяется из условия потери устойчивости для нагруженного стержня. Критическая сила потери устойчивости P_кр для стержня, в котором напряжения не превышают предела пропорциональности, определяется по формуле Эйлера.

где E - модуль упругости;
I_min - минимальный момент инерции сечения стержня;
L - длина стержня.

Характеристика нагружения гибкого упругого слабоизогнутого стержня, т.е. зависимость между перемещением торца стержня Δ под действием продольной силы P определяется по формуле:

где b₀ - начальный прогиб в середине стержня;
α - отношение силы P к критической силе P_кр.

Характеристика упругого элемента, выполненного из стали с модулем упругости E = 2,1•10⁴ кг/мм², имеющего прямоугольное сечение шириной 80 мм и толщиной 8 мм и длину 500 мм, приведена на фиг. 2.

Для турбин, выпущенных в СНГ, максимальное перемещение корпуса подшипника N 1 составляет 49 мм (турбина К-1200-240-3 ЛМЗ, см. "Методические указания по нормализации тепловых расширений цилиндров паровых турбин тепловых электростанций" РД 34.30.506-90), что для стержня с начальной длиной 500 мм будет соответствовать изменению длины примерно на 2,5 мм.

Как видно из приведенной характеристики для стержня, предварительно сжатого на 9 мм, изменение сжатия на 2,5 мм приведет к изменению усилия на 2,4%.

Предварительное сжатие стержня с вышеназванными размерами на 9 мм требует продольного усилия 2500 кг. Для непосредственной передачи 60% весовой нагрузки корпуса подшипника N 2 турбины Т-175 ТМЗ на фундаментную раму потребуется 34 стержня.

Еще одним достоинством предлагаемой конструкции является возможность изготовления ее практически на любой электростанции.

Опора корпуса относится к турбостроению и может быть использована в паровых и газовых турбинах и компрессорах. Опора содержит шарнирно закрепленные между опорными площадками корпуса и основания упругие элементы, которые выполнены в виде установленных вертикально гибких упругих слабоизогнутых стержней. Использование изобретения позволяет повысить надежность работы опоры и ее разгружающую способность. 2 ил.

Опора корпуса, содержащая шарнирно закрепленные между опорными площадками корпуса и основания упругие элементы, отличающаяся тем, что упругие элементы выполнены в виде установленных вертикально гибких упругих слабоизогнутых стержней.