Характеристика ответственных сопряжений направляющего аппарата

Подвижные сопряжения направляющего аппарата должны обеспечить подвижность деталей при достаточно малых зазорах, обеспечивающих отсутствие чрезмерного люфта в шарнирах и больших протечек воды через закрытый направляющий аппарат. Неподвижные сопряжения должны давать хорошую центровку соединяемых деталей и легкость проведения сборочно-разборочных операций. Эти условия могут быть удовлетворены при обоснованном назначении предельных отклонений на обрабатываемые детали.

Выбор сопряжений в подшипниках нижней и средней цапф лопатки. Для того чтобы лопатки поворачивались свободно, необходимы гарантированные минимальные зазоры в нижнем и среднем подшипниках. На размер минимального зазора влияют следующие погрешности: 1) несоосность нижней и средней втулок; 2) отклонение оси стакана от вертикали; 3) несоосность цапф лопатки; 4) изгиб лопатки под действием внешних сил; 5) прогиб крышки при работе турбины.

Несоосность нижней 1 и средней 3 втулок в собранном направляющем аппарате вызовет перекос лопатки 2 (рис. 9.2), что приведет к уменьшению зазоров в сопряжениях шейка цапфы — втулка. Уменьшение минимального зазора для нижней втулки
δ1н = Δl1(H + l1 + l2), (9.1)
для средней втулки

где Δ — несоосность нижней и средней втулок; l1 — высота шейки нижней цапфы лопатки, l2 — высота шейки средней цапфы лопатки, H — длина пера лопатки.


Рис. 9.2. Отклонение положения лопатки вследствие несоосности средней и нижней втулок.

а1 и а2 — точки контакта цапф лопатки и втулок;
О1 и O2 — точки пересечения оси лопатки с осями втулок;
α — уменьшение торцевого зазора в результате наклона лопатки;
L — ширина пера лопатки.

Отклонение оси стакана от вертикального положения зависит от неперпендикулярности плоскости опорного фланца стакана к его оси и погрешности в обработке опорной плоскости крышки, к которой фланец стакана должен прилегать без зазоров.

Обрабатываемая поверхность может иметь вогнутость (выпуклость) и волнистость. Вогнутость или выпуклость будут вызывать одинаковый для всех стаканов наклон осей в радиальных плоскостях. Волнистость же поверхности будет отклонять оси стаканов в тангенциальном направлении. Допустимая вогнутость или выпуклость плоскости равна 0,05/1000, а допустимая волнистость — 0,03/1000 [11]. Таким образом, отклонение оси стакана от вертикали в радиальном направлении φR= 0,05/1000; в тангенциальном направлении — φт = 0,03/1000, а максимальное отклонение равно их геометрической сумме:

Отклонение φ2 связано с неперпендикулярностью плоскости фланца стакана к его оси. В худшем случае оно может совпасть по направлению с отклонением φ1. Общее максимальное отклонение оси стакана от вертикали

Погрешности φ1 и φ2, связанные с крышкой турбины или верхним кольцом, будут уменьшать минимальный зазор только в сопряжении по средней шейке цапфы лопатки:

Несоосность С нижней 1 и средней 2 шеек цапф относительно их общей оси, проходящей через точки О1 и O2, определяется измерением радиального биения на концах шеек при вращении лопатки (рис. 9.3). При наличии радиального биения минимальный зазор в сопряжении цапфа — втулка уменьшается на

где ε1 и ε2 — максимальные значения раздельного биения на концах шеек цапф лопатки.

Обычно ε1 = ε2, тогда δ3 = ε, что в свою очередь соответствует удвоенной величине несоосности.

Изгиб лопатки под действием внешних сил приведет к уменьшению зазоров в сопряжениях (рис. 9.4), равному для нижней шейки
δ4 = l1 tgα1 (9.7)
для средней шейки

где α1 и α2 — углы между осью вращения лопатки и осью нижней или средней цапфы при изгибе лопатки под действием внешних сил (определяются расчетом при конструировании лопатки).

Деформация крышки при работе турбины приведет к тому, что оси стаканов подшипников отклонятся от вертикали на некоторый угол и сместятся в радиальном направлении на расстояние m (рис. 9.5). Его влияние на минимальные зазоры смещения аналогично влиянию несоосности Д (см. рис. 9.2), т. е.



Рис. 9.3. Несоосность средней и нижней шеек цапф лопатки.


Рис. 9.4. Изгиб лопатки.

Рис. 9.5. Прогиб крышки. 1 — статор; 2 — крышка турбины; 3 — средняя втулка.

Влияние перекоса аналогично влиянию отклонения оси стакана от вертикали (только для средней цапфы):

Общее влияние прогиба будет

Для поворота лопатки без заедания минимальный зазор должен быть больше, чем сумма перечисленных факторов:

Тогда

где К — коэффициент, который обеспечивает наличие зазора в случае сложения всех факторов; К > 1; последние два слагаемых учитывают прогиб крышки и изгиб лопатки под действием внешних сил и не влияют на собираемость направляющего аппарата.

Расчеты показывают, что для всего диапазона типоразмеров направляющих аппаратов вертикальных гидротурбин сопряжения нижней и средней шеек цапф лопаток во втулках могут быть выполнены с посадкой А3/Ш или А3/Х.