Балансировка колес поворотно-лопастных турбин
На неуравновешенность рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины значительное влияние оказывают детали, обладающие большой массой. К ним, в первую очередь, относятся
корпус колеса, поршень, днище, конус, лопасти, цапфы, рычаги и серьги. Для того чтобы уменьшить уравновешивающую массу, балансировку делят на взвешивание и балансировку отдельных деталей, подбор основных деталей по их статическим моментам и общую балансировку рабочего колеса.
Взвешивание и балансировка отдельных деталей. Для правильного подбора деталей к корпусу рабочего колеса необходимо знать создаваемые ими фактические статические моменты относительно оси вращения рабочего колеса и момент уравновешивающей массы самого корпуса. Для всех деталей механизма поворота лопастей отличие расчетной координаты центра тяжести от фактической пренебрежительно мало, что, с одной стороны, обусловлено тем, что все поверхности некоторых деталей подвергаются механической обработке (цапфа, рычаг и иногда серьга), с другой стороны— определенной ориентацией этих деталей в собранном рабочем колесе, при которой плоскости преимущественного смещения центров тяжестей расположены вдоль оси рабочего колеса (рычаг, серьга, стакан). Поэтому для подсчета статических моментов этих деталей достаточно определить взвешиванием их фактические массы.
Для определения статических моментов лопастей — деталей, имеющих большие габаритные размеры и сложную конфигурацию, необходимо кроме их массы знать фактическое положение центров тяжестей. Определение координаты центра тяжести осуществляется методом двойного подвешивания окончательно обработанных лопастей по схеме, приведенной на рис. 11.4. При этом у лопастей, обработка периферийных кромок которых производится совместно с корпусом рабочего колеса, указанные кромки должны быть обработаны предварительно с припуском 3—5 мм. Для каждого из двух положений лопасти из точек подвешивания М1 и М2 опускается отвес. Линии положения отвесов сносятся на поверхность пера, образуя две пересекающиеся риски. В точке пересечения этих рисок находится центр тяжести лопасти.
Рис. 11.4. Определение центра тяжести лопасти методом двойного подвешивания.
Определение неуравновешенности в корпусе рабочего колеса производится после окончательной механической обработки на стенде устойчивого равновесия по рассмотренной ранее методике. Уравновешивающая масса, обычно укладываемая на торец корпуса, и радиус ее расположения фиксируются в специальном бланке замеров.
Детали, уравновешивание которых нецелесообразно производить вместе с корпусом рабочего колеса, балансируются отдельно. Для бескрестовинных рабочих колес такой деталью является поршень. Балансировка его производится на параллельном стенде по схеме, показанной на рис. 11.1. В крестовинных рабочих колесах, имеющих массивный шток и крестовину, предварительно балансируют поршень, затем — поршень вместе со штоком (уравновешивающий груз крепится внутри поршня). Далее, не снимая поршня, на шток монтируют крестовину, балансируют всю систему и уравновешивающий груз крепят к крестовине.
Подбор основных деталей. По данным статических моментов лопастей производится их привязка к окнам корпуса рабочего колеса с учетом неуравновешенности последнего. При этом в то окно корпуса, около которого укладывался уравновешивающий груз, должна устанавливаться лопасть, обладающая наибольшим статическим моментом. После расстановки лопасти маркируются номерами окон корпуса. Поскольку детали механизма поворота лопастей, как правило, не подвергаются балансировке вместе с корпусом, то конкретная их расстановка в рабочем колесе осуществляется из условия равенства суммы создаваемых ими статических моментов на диаметрально противоположных окнах.
Общая балансировка рабочего колеса. При балансировке узлов, у которых отношение высоты к диаметру больше 0,2 (каковыми и являются рабочие колеса поворотно-лопастных турбин), чрезвычайно важным является правильное распределение уравновешивающих масс, предполагающее, что уравновешивающие и уравновешиваемые массы должны находиться в одних плоскостях. Несоблюдение этого условия может привести к возникновению значительных моментов центробежных сил, пропорциональных величине несовпадения указанных плоскостей. Поэтому рабочие колеса поворотно-лопастных турбин балансируются по частям. Для того чтобы балансировку произвести на одном стенде устойчивого равновесия, весь процесс делится на несколько этапов следующим образом: на отбалансированное звено или деталь устанавливается и балансируется следующая деталь и так до тех пор, пока не будет отбалансирован весь узел. Установка узла на приспособление и сама техника балансировки аналогичны рассмотренным для рабочих колес радиально-осевых гидротурбин. Ниже приведен примерный порядок проведения процесса.
1. После определения мест расположения на корпусе лопасти крепят к нему равным для всех лопастей количеством одинаково расположенных болтов. Во избежание появления дополнительного небаланса из-за неидентичности расположения центров тяжестей лопастей по высоте углы установки всех лопастей должны быть одинаковыми. Корпус с лопастями балансируют, и уравновешивающий груз приваривают к внутренней поверхности корпуса между окнами таким образом, чтобы расположение его не препятствовало движению механизма поворота, а также его сборке и разборке. Средние значения уравновешивающих масс на этом этапе для некоторых турбин приведены в табл. 11.2.
| ГЭС | Масса уравновешиваемой системы, т | Средняя масса уравновешивающего груза | |
| т | % (от массы уравновешиваемой системы) | ||
| Джердап — Железные Ворота Перепадная Дженпег Табка |
231 37 85 121 |
1,330 0,173 0,112 0,281 |
0,57 0,47 0,13 0,23 |
2. На отбалансированное звено устанавливают днище и известными приемами уравновешивают его. Уравновешивающий груз приваривают к наружной поверхности.
3. Последним устанавливают и балансируют конус рабочего колеса. Уравновешивающий груз приваривают к внутренней поверхности конуса в плоскости поперечного сечения, проходящей через его центр тяжести (1/3 высоты от основания).
Положение конуса и днища относительно корпуса должно быть замаркировано для соответствующей установки при монтаже рабочего колеса. Привариваемая ко всем трем балансируемым звеньям уравновешивающая масса должна быть скорректирована с учетом ее уменьшения на величину, равную массе вытесняемой ею жидкости.