CAP. V ELEMENTE CONSTRUCTIVE ALE TURBINELOR CU ABUR

Turbina cu aburi este un motor termic rotativ care foloseşte ca fluid de lucru aburul. Folosirea mişcării de rotaţie are următoarele avantaje:- transformarea energetică este continuă - deci turbina are o mare capacitate de transformare fiind capabilă de puteri mari;- forţele dinamice se limitează doar la forţe centrifuge, care teoretic ar trebui să se echilibreze - o echilibrare perfectă nu este posibilă astfel că rămâne o mică forţă centrifugă, rezultanta care se învârte odată cu rotorul provocând vibraţia turbinei; forţele dezechilibrate sunt incomparabil mai mici decât maşinile cu piron;- punctele de frecare sunt puţine; numai în lagăre, ceea ce duce la un consum redus de ulei, la uzură redusă şi la randament mecanic ridicat;

Clasificarea turbinelor cu aburA. După principiul termodinamic de funcţionare:

- cu acţiune;- cu reacţiune;- turbine combinate.

Turbina cu acţiune: este turbina la care toată căderea de entalpie a aburului, disponibilă pe turbină este transformată în energie cinetică numai între paletele statorului, paletele rotorului având rolul de a transforma energia cinetică în energie stereomecanică.

Forţa tangenţială care dă naştere cuplului motor, se obţine prin devierea curentului de aburi de către paletele rotorului. Turbinele cu aburi cu acţiune se caracterizează din punct de vedere constructiv, prin profilul paletelor rotorului şi prin existenţa diafragmelor. Turbine cu acţiune fără diafragme sunt utilizate foarte rar şi numai în cazul turbinelor cu diametrul rotorului foarte mic.

Căderile de presiune au loc numai în paletele statorului în timp ce curgerea printre paletele rotorului are loc la presiune constantă. Fiecărei căderi de presiune îi corespunde o accelerare a curentului de abur. Între paletele rotorului unde are loc transformarea energiei cinetice a aburului în lucru mecanic, viteza aburului scade.

La turbinele cu reacţiune - căderea de entalpie a aburului are loc numai parţial între paletele statorului numite şi palete directoare, restul căderii de presiune având loc între paletele rotorului. Paletele rotorului au rolul de a devia curentul de abur care iese din reţeaua de palete fixe şi de al accelera prin destinderea ce are loc între aceste palete. Forţa tangenţială care dă naştere cuplului motor la aceste turbine este rezultanta dintre forţa activă produsă prin devierea curentului de abur şi forţa reactivă datorită accelerării curentului de abur.

Constructiv turbinele cu reacţiune se caracterizează prin profilul paletelor rotorului şi prin lipsa diafragmelor, paletele directoare fiind fixate direct pe carcasa turbinei. Rotoarele turbinelor cu reacţiune nu sunt prevăzute cu discuri, ele au forma de tambur cilindric sau conic, deoarece din cauza diferenţelor de presiune de pe cele două feţe ale paletelor împingerile axiale ce s-ar exercita asupra discurilor ar fi prea mari.

B. După modul în care se realizează transformările energetice în turbină:turbine unietajate - căderea de entalpie este într-un singur etaj. Se execută aproape întotdeauna ca turbina axială cu acţiune - fiind denumită în acest caz LAVAL, turaţiile sunt mari - uneori peste 250 rot/s;turbine cvasietajate - CURTIS - (sau turbine cu trepte de viteză) sunt turbine cu acţiune la care căderea de entalpie disponibilă este transformată in energie cinetică, într-o singură

coloană de ajutaje, dar energia cinetică este transformată în energie stereomecanică în mod treptat, în doua sau trei coloane de palete fixe pe rotor;turbine multietajate - numite turbine cu trepte de presiune, la care căderea de entalpie a aburului este utilizată în mai multe trepte dispuse în serie. Se execută fie ca turbine cu acţiune, fie ca turbine cu reacţiune.

C. După direcţia curentului de aburi:- turbine axial-radiale;- radial - axiale.

D. După mărimea presiunii finale a turbinei:- turbine cu condensaţie;- turbine cu emisiune în atmosferă;- turbine cu contrapresiune.

Turbinele cu condensaţie - sunt acelea la care destinderea aburului se face la o presiune inferioară presiunii atmosferice, evacuarea făcându-se în condensor, în care vidul se formează prin condensarea aburului. Prin micşorarea presiunii finale de destindere, căderea de entalpie pe turbina creşte, lucru ce duce la îmbunătăţirea randamentului instalaţiei.Turbine cu emisiune în atmosferă - aburul se destinde numai la o presiune puţin superioară celei atmosferice - fiind evacuat în atmosferă.Turbine cu contrapresiune - aburul este evacuat din turbină la o presiune superioară celei atmosferice în vederea utilizării lui în alte scopuri.

E. După existenţa prizelor de condensare:turbine fără prelevare - la care întreaga cantitate de abur străbate (cu excepţia pierderilor prin neetanşeităţi) toate treptele turbinei;turbine cu prelevare - la care o parte din debitul de abur ce intră în turbină este extras printr-unul sau mai multe prize.F. După felul aburului utilizat:- turbine cu abur supraîncălzit;- turbine cu abur saturat (CME) (CTE).

5.1. Carcasa

Rolul carcasei este de a separa interiorul turbinei de aerul atmosferic, de a fixa poziţia relativă a pieselor statorului si de a transmite la blocul de postament forţa si vibraţiile provocate de trecerea aburului prin turbină. Schema carcasei unei turbine e prezentată în figura 5.1.

Se remarcă următoarele elemente componente: cilindrul 2, în care se montează diafragmele şi paletele fixe, zona de admisie a aburului 1, alcătuită din cutia de abur şi sectoarele de admisie, zona de evacuare (sau difuzorul de evacuare) 3, constituită din canalul colector şi racordul de evacuare a aburului în condensator, canalele colectoare pentru prize 4, în care e colectat aburul de la prizele fixe sau de la cele reglabile, piesele de legătură 5 cu elementele din afara carcasei, precum şi lagărul din faţa turbinei.

Figura 5.1. Carcasa: 1–zona de admisie a aburului; 2–cilindru; 3 – zona de evacuare;4–canale colectoare pentru priză; 5–piese de legătură

Turbinele moderne sunt în general construite cu carcase duble, adică cu o parte exterioară şi o parte interioară. Carcasa se execută în funcţie de temperatura aburului, prin turnare din fontă de calitate superioară sau din oţel carbon (până la 250oC), oţel slab aliat cu molibden (pentru temperaturi cuprinse între 250oC şi 400oC), oţel aliat cu crom şi molibden (420 – 550 oC) şi oţeluri aliate cu crom, molibden şi vanadiu pentru temperaturi mai mari.

În scopul micşorării pierderilor de căldură, suprafeţele exterioare ale carcasei se izolează termic cu saltele de pânză de azbest umplute cu vată de sticlă, sau vată minerală. Peste izolaţie, pentru a împiedica deteriorarea acesteia, pentru a reduce radiaţia termică si pentru a da o formă estetică turbinei, se montează o îmbrăcăminte (manta din oţel sau de aluminiu).

5.2 Lagărul axial

Este destinat să preia eforturile axiale ale rotorului. În principiu un lagăr axial (figura 5.2) constă dintr-un disc plan 2 aşezat pe arborele rotorului 1 între două coroane 3 cu segmenţi (pastile) pentru preluarea eforturilor axiale în ambele sensuri. Segmenţii dinspre corpul turbinei care lucrează în mod normal se numesc segmenţi activi, spre deosebire de cei aflaţi în partea opusă a discului care se numesc segmenţi inactivi. Segmenţii au faţa dinspre discul rotitor acoperită cu compoziţie pentru lagăre 4, fiind aşezaţi cu spatele pe un suport fix plan 3.

Figura 5.2 Lagăr axial:1– arborele rotorului; 2 – disc plan; 3 – coroane cu segmenţi (pastile).

În timpul funcţionării turbinei uleiul este adus în spaţiul în care se găsesc segmenţii şi axul. Segmenţii având spatele (faţa opusă) cilindric sau cu prag oscilează aşezându-se puţin înclinat faţă de suportul fix 3, astfel încât se formează între discul 2 şi suprafaţa segmentului un joc în formă de pană în care pătrunde uleiul de ungere.

Controlul funcţionării lagărului axial se face prin două termometre plasate în zona de ieşire a uleiului, de-o parte şi de alta a discului. În practică exploatarea turbinelor cu abur prevăzute cu lagăr axial, precum şi cel descris mai sus, au avut loc o serie de cazuri de rupere a arborelui în zona discului 2, din cauza distribuţiei inegale a presiunilor dintre părţile active. În afara tipurilor de lagăre descrise mai sus, turbinele navale sunt prevăzute în plus cu lagăre pentru preluarea eforturilor axiale ce apar în timpul funcţionării turbinei în linia de arbori şi în elice. În practică acestea se mai numesc şi lagăre de împingere. Lagărul de împingere se montează pe lina de arbori, de obicei după reductor, el preluând împingerea axială a elicei. Aşa cum se poate observa în figura 5.3 acest tip de lagăr are un singur inel de împingere 1, forjat dintr-o bucată cu arborele sau fixat pe acesta.

Figura 5.3 Lagăr de împingere:

1– inel de împingere; 2 – perne de împingere; 3 – capul lagărului.

Pe inel sunt aşezate 6…12 dispozitive de împingere (perne) 2, care se sprijină printr-o articulaţie de capătul lagărului 3. La rotirea arborelui, uleiul este antrenat în spaţiul dintre inel şi perne, formând o peliculă de ulei. Înclinarea pernelor se produce automat, datorită antrenării uleiului. Pernele de împingere se execută din bronz fosforos.

5.3 Lagărul radial-axial

Reprezintă în principiu o combinare a celor două tipuri de lagăre menţionate, utilizat fiind la o serie de construcţii moderne de turbine. Se reuşeşte astfel evitarea unor avarii precum şi cea amintită anterior. La aceste lagăre porţiunea de reazem a cuzinetului are o formă sferică, fapt care asigură autocentrarea sa, funcţie de poziţia arborelui turbinei. Prin autocentrarea cuzinetului se realizează o distribuţie uniformă a forţelor axiale dintre segmenţi micşorându-se astfel posibilitatea apariţiei unui cuplu de forţe.

5.4 Ajutajele

Construcţia ajutajului variază în funcţie de presiune şi temperatură fluidul cu care funcţionează, de secţiunea de curgere a ajutajului, de locul pe care îl ocupă în ansamblul turbinei şi de experienţa uzinei care l-a executat. Ajutajele treptelor de reglare ale turbinelor cu abur se grupează în mai multe sectoare, câte unul de fiecare ventil de reglare, fiecare sector având un număr oarecare de canale de curgere de formă convergentă, sau convergent-divergentă.

Figura 5.4 Sector de ajutaje, turnat din fontă.

În figura 5.4 este reprezentat un sector de ajutaje convergent-divergente, executat prin turnare din fontă, pentru o turbină AEG de putere mică.

Ajutajele realizate prin turnare în forme, au avantajul unei execuţii uşoare şi ieftine, dar asperităţile relative ale suprafeţelor canalelor sunt mari, iar dimensiunile canalelor au abateri mari, ceea ce provoacă pierderi mari de energie prin curgerea aburului. Pentru obţinerea unor secţiuni de curgere mai precise, suprafeţele accesibile ale ajutajelor turnate se ajustează prin saturare. Din cauza dezavantajelor amintite, ajutajele turnate şi sectoarele de ajutaje turnate nu se mai folosesc decât foarte rar şi numai la puteri foarte mici. Materialul acestor ajutaje, fonta, limitează domeniul lor de utilizare la temperatura de cel mult 375oC.

Figura 5.5 Sector de ajutaje ICMR realizat prin aşchiere.

În figura 5.5 este reprezentat sectorul de ajutaje convergent-divergente al unei turbine cu abur realizate de ICMR pentru puteri mici. Finisarea suprafeţelor canalelor de abur se obţine la aceste ajutaje prin alezare, ceea ce permite o execuţie uşoară, asigurându-se precizia dimensiunile şi calitatea suprafeţelor canalelor. Dezavantajul soluţiei constă în umplerea incompletă a canalelor interpaletare ale rotorului, ceea ce provoacă pierderi suplimentare. De aceea aceste sectoare de ajutaje se folosesc numai la puteri mici. Sectorul de ajutaje din figura 5.5 are două canale realizate într-o singură piesă, care se fixează de carcasa turbinei prin şuruburi. Etanşarea dintre sectorul de ajutaje şi carcasă se realizează cu ajutorul unei garnituri de clingherit armat. Garniturile dincupru, utilizate de unele turbine, pot fi folosite până la temperaturi de cel mult 350oC.

În figura 5.6 este reprezentată o construcţie de coroană cu ajutaje. Canalele de curgere ale aburului sunt frezate la acest tip în segmentul de oţel 1, care este acoperit cu inelul 2, presat asupra segmentului 1 prin intermediul sectoarelor 3 cu ajutorul şuruburilor 4, care trec prin carcasa turbinei.

Figura 5.6 Coroană cu ajutaje frezate într-un sector.

Ajutajele frezate individual sau în grup, asamblate cu nituri sau şuruburi, nu pot fi etanşate perfect pe suprafaţa de îmbinare. Pierderile de abur provocate de aceste neetanşeităţi sunt cu atât mai mari, cu cât presiunea aburului e mai mare, respectiv cu cât volumul specific al aburului este mai mic. Pentru înlăturarea acestor pierderi, odată cu mărirea presiunii aburului proaspăt, s-a trecut la execuţia ajutajelor şi sectoarelor de ajutaje în construcţie sudată.

Figura 5.7 Bloc de palete de stator, turnat tip General Turbo.

În figura 5.7 se reprezintă un bloc de 3 ajutaje tip General Turbo realizat prin turnare de precizie. Alăturând mai multe de astfel de blocuri de ajutaje, se obţine o coroană de ajutaje, care se asamblează apoi prin sudare cu un inel în interior şi un inel exterior pentru a forma sectorul de ajutaje.

Ansamblul obţinut se supune unui tratament termic, apoi se finisează. Abaterea admisă a secţiunii de trecere a aburului faţă de aria nominală este de 2,5 %. Sectoarele de ajutaje ale treptelor de reglare, care funcţionează la temperaturi sub 300oC şi a căror înălţime e suficient de mare, se execută cu palete din tablă de oţel, încastrate prin turnare în capete din fontă sau din oţel al sectorului.

La înălţimi ale canalelor de curgere suficient de mari, asperităţile relative ale suprafeţelor turnate au valori suficient de mici, ceea ce face ca ajutajele de această construcţie să fie foarte răspândite în domeniul presiunilor şi temperaturilor joase.

Figura 5.8 Ajutaj din tablă.

5.5 Arbori

Una din principalele componente ale unui rotor cu discuri o constituie arborele. Acesta are rolul de a susţine diferite piese în rotaţie, din turbină.

Figura 5.9 Arbore

În figura 5.9 este reprezentat un arbore al unei turbine cu acţiune care este compus din: angrenajul pentru antrenarea regulatorului de turaţie şi a pompei de ulei 1, lagărul radial-axial 2, fusul 3, aparţinând părţii radiale din lagărul axial, roata de reglaj 4, discurile 5, etanşarea de înaltă presiune 6, etanşarea terminală de joasă presiune 7, fusul 8 care aparţine lagărului axial şi cupla 9. Pentru uniformizarea solicitărilor şi în scopul uşurării introducerii pieselor, arborele se execută în trepte, mai gros la mijloc.

5.6 Discuri

La turbinele cu acţiune, în partea mediană a arborelui, sunt fixate piesele denumite discuri, în a căror extremitate se află montate palele mobile. Forma şi dimensiunile discurilor se stabilesc în funcţie de dimensiunea palelor şi de diametrul mediu al treptelor, în aşa fel încât solicitările care iau naştere sub acţiunea forţelor centrifuge să nu depăşească valorile maxime admise. În figura 5.10 sunt prezentate câteva tipuri de discuri mai des întâlnite: a – cu corp de grosime constantă; b – cu corp de secţiune conică; c– cu corp delimitat de suprafeţe hiperbolice. În figura 5.10 am notat: 1– obadă, 2– corp,3– orificii de egalizare a presiunii, 4- butuc. La treptele cu diametre mici (sub 1 m) şi cu palele scurte se folosesc discuri cu corp de grosime constantă (fig. 5.10, a); la treptele cu diametre mai mari şi cu palete lungi la care corespund forţe centrifuge mari discurile au de regulă corp cu secţiune conică (fig.5.10, b) sau sunt delimitate de suprafeţe hiperbolice (fig. 5.10, c). După cum se observă şi în figura 5.10, a la un disc se deosebesc trei zone caracteristice: obada 1, pe care se prind paletele, corpul 2, reprezentând partea continuă ce conferă rezistenţă discului şi care e prevăzut cu un anumit număr de orificii 3, pentru egalizarea presiunii şi butucul 4 care are rolul de ajuta la fixarea discului. Discurile se execută prin forjare şi strunjire din oţel carbon

sau din oţel aliat cu Cr, Ni, Mb etc., funcţie de temperatura aburului şi de solicitările mecanice.

a) b) c)

Figura 5.10 Tipuri de discuri de turbină.

a) b)

c) d)Figura 5.11

Diferite metode de prindere a discurilor pe arbori în zonele din turbină cu temperaturi peste 450oC: a – cu inele intermediare; b –cu inele elastice scurte; c– pe bucşă cu ştifturi cilindrice; d – prin sudare direct

pe arbore.

Figura 5.12 Discuri de turbină în corp comun cu arborele.

Montarea discurilor pe arbore se face în diferite moduri, după temperatura din zona turbinei în care trebuie fixate discurile respective. Astfel, pentru temperaturi mai mari de 540oC, la care pentru oţel apare fenomenul de fluaj sau curgere lentă, fenomen ce duce în general la modificarea în timp a dimensiunilor unei piese supuse la un efort continuu, se utilizează metoda de montare directă pe arbore (fig. 5.11). Fixarea discurilor direct pe arbore se face prin strângere la rece, orificiul central al discului trebuie să aibă un diametru ceva mai mic decât al arborelui pe care se montează. Fiind încălzit, discul se dilată, iar prin răcire se strânge pe arbore (fretare). Pentru a se împiedica deplasarea axială a discului, după fiecare

disc, cel mult la 2 discuri, arborele e prevăzut cu o degajare în care se fixează câte un inel de reţinere.

La temperaturi mai mari de 450oC nu se mai poate aplica metoda presării directe a discului pe arbore, întrucât sub acţiunea forţelor centrifuge şi datorită fluajului o astfel de legătură ar slăbi, discurile bătând pe arbore. Din aceste considerente, în zonele din turbină cu temperaturi înalte, cele mai răspândite metode de montare a discului pe arbore sunt:

- montarea cu inele intermediare (fig. 5.11,a); discurile se presează pe inele, care sunt presate la rândul lor pe arbore,

- montarea cu inele elastice arcuite (fig. 5.11,b); discul se montează pe 2 inele elastice, care fiind presate exercită asupra discului forţele necesare pentru menţinerea unei poziţii fixe în timpul funcţionării,

- montarea pe bucşă cu ştifturi cilindrice (fig. 5.11,c), pe suprafaţa internă a butucului se presează o bucşă, iar între bucşă şi disc se introduc ştifturi cilindrice (cepuri). Deşi forţa centrifugă întinde suprafaţa de contact dintre disc şi bucşă, datorită cepurilor, discul rămâne în continuare legat de bucşă,

- sudarea directă pe arbore (fig. 5.11,d),- execuţia discurilor în corp comun cu arborele, rotorul numindu-se în acest caz

monobloc (fig. 5.12), prezintă avantajul scurtării lungimii rotorului prin înlăturarea butucului şi evitării pericolului slăbirii strângerii dintre disc şi arbore.

5.7 Palete

Piesele din componenţa rotorului în care are loc transformarea energiei cinetice a aburului în lucru mecanic poartă denumirea de palete. După modul de realizare a acestei transformări, paletele pot fi cu acţiune şi cu reacţiune.

Paletele cu acţiune au un profil îngroşat la mijloc cu unghiurile de intrare 1 şi de ieşire 2

aproape egale şi cu canalele de trecere a aburului cu secţiune practic constantă de la intrare până la ieşire, pentru a permite curgerea aburului la o presiune constantă (fig.5.13).

Paletele cu reacţiune se caracterizează prin faptul că au o formă nesimetrică, unghiul de intrare 1 având valori mai mari ca unghiul de ieşire 2, iar secţiunea canalului scade continuu, deoarece în canalele dintre palete aburul se destinde şi presiunea se reduce (fig. 5.14).

Fig. 5.13 Profilul paletei cu acţiune. Fig. 5.14 Profilul paletei cu reacţiune.

La fiecare paletă se deosebesc în general următoarele părţi mai importante (fig. 5.15): corpul 1, adică partea profilată care este lovită de jetul de abur pentru a produce forţa necesară mişcării de rotaţie, piciorul 2, care constituie partea de prindere a paletei de disc sau tambur, vârful 3, reprezintă extremitatea exterioară a paletei. Partea scobită (concavă) a corpului se numeşte faţa paletei 4, iar partea opusă (convexă), dosul paletei 5. Muchia din partea de unde pătrunde aburul este muchia de intrare 6, iar cea de pe partea opusă, muchia de ieşire 7. Pentru ca la aceeaşi treaptă, canalele dintre corpurile paletelor să fie identice, este

necesar ca distanţa dintre palete să fie constantă. În acest scop se folosesc piese de distanţare care au aceeaşi curbură ca şi piciorul paletei şi o grosime potrivită pentru ca la montare să se păstreze între palete distanţa necesară.

Figura 5.15 Paletă rotorică.

1–corp, 2–picior, 3–vârf, 4–faţa paletei, 5–dosul paletei,

6–muchie de intrare, 7–muchie de ieşire, 8 – bandaj

a) b)

Figura 5.16 Palete cu piese de distanţare:

a–piesa de distanţare separată; b–piesa de distanţare–corp comun cu piciorul paletei

În cazul paletelor lungi cu forţe centrifuge importante, piesele de distanţare se execută dintr-o bucată cu piciorul paletei prin frezare (fig.5.16 b). La paletele subţiri piesele de distanţare se execută separat de piciorul paletei, prin laminare (fig. 5.16 a).

Rigidizarea paletelor turbinelor cu acţiune în scopul împiedicării vibraţiilor şi a scăpărilor de abur peste vârful paletelor se asigură prin legarea paletelor între ele cu bandaje din tablă de oţel 8 fixate prin nituire (cazul paletelor scurte) sau rigidizate prin sârme (cazul paletelor cu lungimi peste 250mm).Dimensiunile paletelor pot varia în limite foarte largi, funcţie de debitul şi volumul specific al aburului şi de caracteristicile treptei. Deoarece volumul specific al aburului creşte cu micşorarea presiunii, pentru a permite trecerea aburului, paletele sunt din ce în ce mai lungi, pe măsură ce se trece de la partea de înaltă presiune spre partea de joasă presiune.

Lăţimea paletelor depinde de lungimea acestora. Pe măsură ce paletele sunt mai lungi şi deci forţa centrifugă care acţionează în direcţie radială precum şi momentul încovoietor produs de forţa exercitată de abur perpendicular pe palete, sunt mai mari, cu atât lăţimea paletelor trebuie să fie mai mare pentru a menţine solicitările în limitele admisibile. Fixarea paletelor în rotor sau în tambur se realizează prin mai multe sisteme, cu atât mai complicat cu cât solicitările mecanice cresc.

Moduri de fixare a paletelor în rotor

Cu piciorul introdus într-un canal de pe periferia rotorului:- în cadrul acestui sistem se deosebesc următoarele tipuri de prindere:

- cu piesă de distanţare;- direct pe o parte a piciorului;- direct pe ambele părţi ale piciorului, în care caz piciorul poate fi în coadă de

rândunică, în T, sau con de brad.

Călare pe obadă:- la care obada este profilată în T, sau în con de brad.

Prin nituire:- în care caz piciorul paletei este executat în formă de furcă, prevăzut cu 2 sau mai multe

braţe, care se aşează pe muchiile corespunzătoare ale obadei.

Fixarea în şanţuri individuale paralele cu axul de rotaţie:- prin şuruburi; piciorul paletei poate fi în formă de bulb sau con de brad.- prin sudare: la acest sistem piciorul paletei este drept şi se introduce într-un şanţ de

ghidaj, fixându-se prin cordoane de sudură. Fiind piesele cele mai solicitate ale turbinei, atât termic cât şi mecanic, paletele trebuie confecţionate din oţeluri bogat aliate, rezistente la coroziune. Pentru temperaturi până la 600oC se utilizează oţeluri superaliate perlitic, iar peste 600oC oţeluri austenitice. Porţiunile supuse intens coroziunii (muchiile de intrare a aburului în palete) se plachează cu metale dure.

5.8 Etanşarea turbinelor cu abur

Etanşările intermediarePentru etanşarea diferitelor compartimente ale turbinei multietajate cu acţiune se

utilizează exclusiv etanşările cu labirinţi. În figura 6.17 este reprezentată una dintre soluţiile utilizate în acest scop. Inelele de etanşare, de formă dreptunghiulară, sunt fixate prin ştemuire în corpul diafragmei, după care se prelucrează în forma indicată în detaliul A.

Figura 5.17 Inele de etanşare Figura 5.18 Labirinţi intermediari rigizi.

În figura 5.18 este reprezentată o soluţie constructivă mai nouă. Inelele de strangulare a, executate din platbandă de 0,3…0,8 mm grosime, sunt fixate în locaşul în formă de coadă de rândunică al corpului c cu ajutorul inelelor de ştemuire b. Spre deosebire de construcţia precedentă, inelele de etanşare, după ştemuire, nu necesită decât prelucrarea la diametrul suprafeţei de etanşare; ele sunt deci mai uşor de executat, mai ieftine şi se pot înlocui uşor.

Figura 5.19 Labirinţi intermediari cu segmenţi Figura 5.20 Labirinţi intermediari elastici, tip LMZ cu segmenţi elastici, tip ICMR.

În figura 5.19, este prezentată soluţia utilizată de firma LMZ. Inelele de strangulare a sunt introduse, împreună cu un inel de tablă e, în locaşurile strunjite din inelul portlabirint b.

Fixarea inelelor a se realizează prin deformarea locală a acestora cu ajut unui dorn bătut prin găurile f realizate în portlabirint. Inelul portlabirint se compune din 6…8 segmente şi este montat în locaşul prevăzut în corpul c al diafragmei. Segmentele se pot deplasa radial, ceea ce, în cazurile în care rotorul ar freca de lamelele de strangulare, reduce deteriorarea lamelelor. Menţinerea centrării segmentelor portlabirintului se obţine cu ajutorul arcurilor lamelare d, montate în locaşul din corpul diafragmei care le ţin apăsate pe pragul locaşului. Pentru a se asigura o mai bună etanşare planele radiale de separaţie dintre segmente trebuie să fie tuşate.

Soluţia aceasta cunoscută şi sub numele de labirinţi elastici prezintă, pe lângă avantajul amintit, şi pe acela la unei înlocuiri uşoare în cursul exploatării, dar necesită mai multă manoperă pentru realizarea ei, în special din cauza tasării suprafeţelor de separaţie ale segmenţilor.

O soluţie asemănătoare este realizată şi la o serie de turbine fabricate de ICMR, cu deosebirea că inelele de strangulare a sunt realizate în formă de J (figura 6.20), fixate în inelul portlabirint prin ştemuirea sârmei b. O mică pană montată în planul de separaţie al diafragmei împiedică învârtirea portlabirintului în locaş, în cazul în care rotorul ar freca de inelele de strangulare.

Etanşările exterioare

Pentru etanşarea locului de trecere a rotorului prin carcasă se utilizează, la aproape toate construcţiile noi, etanşări cu labirinţi. Excepţie fac numai unele turbine cu abur de putere mică, la care se mai folosesc încă etanşări cu şicane (cu cărbune), şi unele mai vechi, precum şi unele turbine cu gaze la care se întâlnesc şi etanşări hidraulice, combinate întotdeauna cu labirinţi. Din punct de vedere constructiv, etanşarea se poate obţine radial (fig. 5.21,a), axial (fig. 5.21,b) sau radial-axial (fig. 5.21,c).

Etanşarea radială are avantajul că jocul nu e influenţat decât în mică măsură de dilatările relative ale rotorului faţă de carcasă, în timp ce la etanşarea axială jocul se poate mări exagerat de mult, sau se poate micşora până la atingerea celor două piese, ceea ce poate provoca avarii grave întregii turbine. De aceea, în cazul etanşărilor axiale, utilizate de altfel foarte rar în trecut, a fost nevoie să se prevadă şi un dispozitiv special de reglare a jocurilor axiale dintre rotor şi stator. Aceste dispozitive se bazau pe modificarea poziţiei axiale a lagărului axial în decursul exploatării turbinei, în funcţie de variaţiile de regim, ceea ce a necesitat o supraveghere atentă, continuă a jocurilor axiale. De aceea etanşările axiale şi cele radial-axiale nu se mai folosesc.

a) b) c)Figura 5.21 Labirinţi rigizi: a) – tip radial, b) – tip axial, c) – tip radial-axial.

Inelele de labirint, care realizează strangularea, se deosebesc după forma şi mobilitatea lor faţă de locaşul în care sunt fixate. O soluţie constructivă frecvent utilizată în ultima vreme de mai multe uzine e aceea din figura 5.22 Inelele de labirint sunt executate din platbandă subţire din oţel inoxidabil sau din Ni având profilul în formă de J sau U. Ele se fixează de rotor prin ştemuirea unei sârme între cele două braţe ale inelului.

Figura 5.22 Labirinţi în formă de J, respectiv de U.

Execuţia inelelor de labirint se obţine prin înfăşurarea pe strung a semifabricatului în formă de platbandă, cu ajutorul unui dispozitiv formând un „fir” elicoidal cu mai multe spire, firul având secţiunea în J sau U, din care la nevoie se taie câte o spiră pentru obţinerea unui inel.

Ştemuirea se face continuu pe contur cu un ştemuitor având partea activă zimţată pentru marcarea zonei ştemuite. Operaţia de ştemuire se face o singură dată prin lovituri uniforme şi energice de ciocan, deoarece la repetarea ştemuirii sârma s-ar alungi şi s-ar desprinde.

După montarea tuturor inelelor se prelucrează pe strung, numai pe diametrul de etanşare, cu o viteza de aşchiere de cca.1m/s. Execuţia etanşării este deci simplă şi ieftină, iar înlocuirea lor în exploatare, în caz de deteriorare, se poate face cu uşurinţă prin smulgerea şi înlocuirea cu inele noi. Din cauza grosimii mici a inelelor, chiar dacă ele ar freca de stator, căldura degajată prin frecare ar fi mică şi nu ar putea duce la încovoierea arborelui. Alteori aceste inele de labirinţi se montează pe stator. Astfel de labirinţi se întâlnesc la mai multe tipuri de turbine cu abur şi turbine cu gaze româneşti.