Материалы и заготовки, применяемые в гидротурбинах

Общая характеристика

Выбор способа формообразования и материала заготовок деталей гидротурбин определяется конструктивно-технологическими особенностями. Сложность формы элементов, образующих проточную часть турбин в сочетании с требованием обеспечить их высокую точность при весьма больших размерах способствуют широкому внедрению сварного исполнения [3, 6 ], в первую очередь из листового проката (табл. 3.1).
Повышение интенсивности рабочего процесса в турбинах с целью уменьшения размеров и изготовление все более крупных машин с единичной мощностью до 500—700 МВт, работающих при напорах до 220 м, вызвали необходимость применения более прочных и более износостойких материалов, в том числе и для сварных конструкций; привели к отказу от отливок из серого чугуна и замене их стальными или из высокопрочного чугуна.
Решения, вытекающие из конструктивных требований, как правило, сочетаются с повышением технико-экономических показателей. Так, внедрение сварных конструкций вместо литых позволило существенно уменьшить металлоемкость турбин и трудоемкость механической обработки деталей (табл. 3.2) [10]. Применение сварно-кованого исполнения валов гидротурбин не только расширило производственные возможности заводов-изготовителей заготовок, но и позволило повысить их качество и уменьшить расход металла на 20—25%.

Таблица 3.1. Удельный вес сварных конструкций в гидротурбинах, %
Тип турбины Год
1950 1960 1976
Поворотно-лопастная при D1 =  (9÷10) м:
сварные конструкции всех видов
то же, из проката
Радиально-осевая при D1 = (5÷5,5) м:
сварные конструкции всех видов
то же, из проката

10
10

20
20

60
45

70
52

68
52

82
71

Таблица 3.2. Эффективность сварного исполнения деталей по сравнению с литым
Узел, деталь Снижение, %
металлоемкости трудоемкости механической обработки
Фундаментные части
Направляющий аппарат:
верхнее кольцо
регулирующее кольцо
лопатка
Конус рабочего колеса
20—25

10—15
25—30
20—40
20—25
50—65

20—25
30—35
7—10
15—20
Всего по турбине: 12—20 25—35

В современном гидротурбостроении применяются следующие основные заготовки и материалы: литые из углеродистых и низколегированных сталей; литые из нержавеющих сталей; стальные поковки; листовой и сортовой прокат; литые из чугунов; из цветных сплавов; из неметаллических материалов.
Из сопоставления современных данных с уровнем 1950 г. [11] для весьма близких по размерам радиально-осевых гидротурбин видно, что суммарный относительный расход всех видов заготовок, кроме проката, уменьшился в 2—2,5 раза при соответствующем увеличении расхода листового проката. При этом относительный расход литых заготовок из чугунов сократился в 3—12 раз. В турбинах поворотно-лопастного типа относительный расход проката увеличился в четыре раза. Такое изменение состава заготовок связано со становлением и развитием сварочного производства в изготовлении заготовок деталей гидротурбин как прогрессивной технологии обеспечивающей более высокое качество и технико-экономическую эффективность. Этому в большой мере способствует доступность механизации работ, развитие надежных неразрушающих методов контроля качества сварки (рентгено- и гаммаскопия, ультразвуковая, магнитно-порошковая и цветная дефектоскопии), а также существенное повышение производительности труда и возможность широкой маневренности производства.
Все большее применение находят неметаллические материалы, заменяя цветные сплавы, расход которых уменьшился в два—четыре раза. В первую очередь это относится к парам трения в узлах направляющих аппаратов и вала турбины. Ведутся работы по применению неметаллических материалов в рабочих колесах поворотно-лопастных гидротурбин вместо бронзы.


Гидротурбостроение