Изготовление камер, рабочих колес поворотно-лопастных гидротурбин
Конструкция и технологические особенности. Камера рабочего колеса, образующая проточный тракт турбины на участке между нижним кольцом направляющего аппарата и конусом отсасывающей трубы, представляет собой тонкостенную оребренную оболочку, форма которой определена гидродинамическим расчетом (рис. 10.10). Вдоль оси турбины камера рабочего колеса обычно разделена на три пояса: опорное кольцо 1 или нижнее кольцо направляющего аппарата, совмещенное с верхней частью камеры, собственно камера рабочего колеса 2 и фундаментное кольцо 4. В зависимости от размеров и условий транспортировки пояса могут изготавливаться как целыми, так и из отдельных секторов. Раньше заготовки секторов изготавливались в виде отливок из малоуглеродистой стали или чугуна. Однако известные недостатки литых тонкостенных конструкций привели к необходимости перевода этих деталей на сварное исполнение из листовой стали. При этом участок камеры в зоне рабочего колеса наиболее подверженный кавитационному разрушению, необходимо изготавливать из нержавеющей стали. Механическая обработка камер такой конструкции по плоскостям разъема и внутренней поверхности сопряжена с необходимостью загрузки уникальных металлорежущих станков.
Следующим шагом на пути повышения технологичности данного узла явилось внедрение новой (бесфланцевой) конструкции камеры рабочего колеса, части которой соединяются сваркой при монтаже и не требуют механической обработки внутренней поверхности. Требуемая точность сферической поверхности камеры рабочего колеса обеспечивается при ее сборке в процессе монтажа с помощью растяжек 5 и домкратов 3 (см. рис. 10.10). К готовому узлу предъявляются следующие основные требования: 1) внутренние поверхности камеры рабочего колеса и фундаментного кольца должны быть защищены от действия кавитации; 2) отклонение диаметра камеры рабочего колеса на оси поворота лопастей и по сфере не должно превышать +0,08% D1, отклонения в «минус» не допускаются; 3) на внутренней поверхности уступы между отдельными частями должны быть не более 2 мм.
Рис. 10.10. Камера рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины.
Бесфланцевая конструкция камеры рабочего колеса полностью удовлетворяет указанным требованиям, имея при этом ряд преимуществ по отношению к механически обрабатываемым камерам: 1) снижение массы за счет исключения фланцев; 2) снижение общей трудоемкости изготовления и загрузки станков и как следствие этого, сокращение заводского цикла производства; 3) отсутствие механической обработки внутренней поверхности позволяет использовать для ее изготовления биметаллические листы; 4) обеспечение гарантированной толщины оболочки.
В настоящее время механически обрабатываемые камеры применяются для вертикальных турбин с диаметром рабочего колеса менее 3 м, для диагональных турбин и для горизонтальных турбин, у которых верхний отъемный сектор камеры, предназначенный для обеспечения монтажа рабочего колеса, не бетонируется. В остальных случаях применяются камеры бесфланцевой конструкции.
Изготовление секторов камеры рабочего колеса. Наиболее сложным элементом сварной конструкции является обечайка, изготавливаемая из биметаллических листов (ВСт3спЗ +08X13) общей толщиной 30 мм. Сложная ее форма, представляющая собой сочетание цилиндрической и сферической поверхностей, получается штамповкой без подогрева в специальном штампе. Контроль формы обечайки осуществляется пространственным шаблоном. В зависимости от размеров сектора допускаются отклонения от шаблона 2—3 мм. От этого же шаблона производится разметка контура и обрезка газом с припуском 10 мм.
После установки и прихватки системы кольцевых и продольных ребер на тыльной стороне обечайки они привариваются полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа. Сохранение формы сектора обеспечивается установкой жестких связей и определенной последовательностью наложения швов. Сваренный сектор вновь контролируется шаблоном. При необходимости производится его правка под прессом. При контрольной разметке сектора на разметочной плите наносятся риски для чистовой обработки контура, осуществляемой фрезерованием отдельно в каждом секторе. После этого газовой резкой и шлифовкой производится разделка кромок под монтажные швы. У окончательно изготовленных секторов допускаются следующие отклонения: 1) отставание внутренней поверхности от шаблона — не более 3—4 мм; 2) отклонение длины дуги и хорды на диаметрах В, Г и Е (см. рис. 10.10) — не более +4 мм; отрицательные отклонения не допускаются; 3) отклонение вертикальных торцев от вертикали — не более 1 мм на всю высоту. Отдельные пояса камеры рабочего колеса проходят контрольную сборку в заводских условиях.