§ 23. Главный турбозубчатый агрегат, его состав и конструкция

Главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА) представляет собой главный судовой двигатель, работающий на валопровод и состоящий из нескольких турбин (паровых или газовых), зубчатой передачи, главного конденсатора (для паровых турбин) и главного упорного подшипника, который обычно встраивают в корпус зубчатой передачи.

На рис. 73 схематично изображен трехкорпусный ГТЗА с паровыми турбинами переднего хода (ТВД, ТСД и ТНД), соединенными между собой пароперепускными трубами — ресиверами 4. Свежий пар из главного паропровода поступает вначале в ТВД, отдавая ей часть кинетической энергии, Затем переходит в ТСД и уже с меньшей, но еще с достаточной кинетической энергией поступает в ТНД. Отработавший пар выходит в главный конденсатор, расположенный непосредственно под ТНД, где, конденсируясь, превращается в воду, используемую для питания котлов.

Рис. 73. Трехкорпусный турбозубчатый агрегат (ГТЗА).

Турбины высокого и среднего давления переднего хода (ТВДПХ и ТСДПХ)—активного типа; их проточная часть показана в виде колес с двумя ступенями скорости у ТВД и одновенечных колес у ТСД. Кроме того, на входе свежего пара в ТВД установлены два диска регулировочной ступени, которые служат для количественного регулирования впуска пара в турбину и наиболее полного использования его тепловой энергии в начале проточной части с целью получения более высокого к. п. д. Регулирование впуска пара производится при помощи нескольких групп сопел, каждая из которых имеет свои сопловые клапаны.

Турбина низкого давления переднего хода (ТНДПХ) — двухпроточная реактивною типа; ее проточная часть имеет восемь ступеней давления. В корпусе ТНД установлена также турбина низкого давления заднего хода (ТНДЗХ). Вторая турбина высокого давления заднего хода (ТВДЗХ) установлена в корпусе ТСДПХ. Турбины заднего хода соединены между собой ресиверами 6 и 4. Вал ротора каждой из трех турбин при помощи муфты соединен с шестернями 5, передающими вращение большому колесу зубчатой передачи. Вращение вала колеса передается через валопровод гребному валу 2 и гребному винту 1, упорное усилие которого воспринимает упорный подшипник 3, встроенный в корпус зубчатой передачи.

Назначение и принцип действия главного конденсатора были рассмотрены в § 16, а устройство двухпроточного конденсатора и схема расположения на судне однопроточного конденсатора показаны на рис. 28 и 29.

Для обеспечения нормальной работы турбины низкого давления в главных конденсаторах постоянно поддерживается глубокий вакуум (92—97%), т. е. давление значительно ниже атмосферного. Вакуум обеспечивается самим процессом конденсации пара и специальным воздушным насосом, отсасывающим из конденсатора воздух. Вспомогательные конденсаторы обычно являются безвакуумными и процесс конденсации пара в них протекает при атмосферном давлении.

Зубчатая передача в ГТЗА служит для понижения частоты вращения турбин до приемлемой для работы гребного винта в воде. Зубчатые передачи, понижающие числа оборотов, принято называть редукторами в отличие от повышающих зубчатых передач — мультипликаторов. Судовые редукторы могут быть одно- и двухступенчатыми. Одноступенчатые передачи позволяют снизить число оборотов в 20—25 раз, а двухступенчатые — в 100—140 раз. Наиболее широкое применение на судах получили двухступенчатые передачи.

Устройство одноступенчатой зубчатой передачи со встроенным однодисковым упорным подшипником показано на рис. 74. Корпус передачи 14 и крышка 16 отлиты из стали. Крышка соединяется с корпусом передачи в горизонтальной плоскости при помощи фланцев 20, в которых расположены отверстия для крепежных болтов. Кроме того, имеется вертикальное фланцевое соединение, разделяющее крышку на две части.

Рис. 74. Устройство одноступенчатой зубчатой передачи ГТЗА.

В крышке расположены корпуса 15 подшипников шестерен; каждая шестерня 13 имеет свою крышку; носовой конец вала колеса и кормовые концы шестерен также закрыты торцевыми крышками. Нижняя часть колеса закрыта сварным стальным поддоном 21, прикрепленным к корпусу. Большое зубчатое колесо передачи сборной конструкции *. Вал 1 (6 — ребра, 10 — отверстие) колеса, лежащий в опорных подшипниках 8,— пустотелый с кольцевыми выступами на утолщенной части. К выступам при помощи болтов крепят диски 5, имеющие три-четыре симметрично расположенные круглые выреза для облегчения и удобства сборки колеса. К дискам при помощи болтов крепят ободы 3, на наружной поверхности которых нарезаны зубья. Для обеспечения необходимой прочности и жесткости колеса ободы скреплены вставным литым барабаном 4.

На кормовом конце вала колеса имеются откованные заодно с ним фланец 11, предназначенный для соединения вала колеса с валопроводом, и упорный гребень 12, располагающийся в главном упорном подшипнике. Осевое упорное давление, возникающее при вращении гребного винта, через главный упорный подшипник передается судовому фундаменту и корпусу судна. Для этой цели по обе стороны упорного гребня предусмотрены упорные подушки — сегменты, залитые баббитом. При вращении валопровода центр давления, воспринимаемого каждой подушкой, не совпадает с центром упора ее сферической поверхности в корпус подшипника. В результате создается пара сил, которая поворачивает подушку таким образом, что ее рабочая (упорная) поверхность будет расположена под некоторым углом к рабочей поверхности упорного гребня, т. е. образуется клиновой масляный зазор (масляный клин), на который и опирается упорный гребень. Таким образом, упорный гребень, не соприкасаясь с упорными подушками, передает через масляный клин осевое давление корпусу подшипника.

Два основных опорных подшипника 8 и третий вспомогательный опорный подшипник 9., расположенный за упорным подшипником, воспринимают вес зубчатого колеса и радиальные усилия, возникающие при работе ГТЗА. Опорные подшипники имеют вкладыши 7, изготовленные из двух половин и залитые по рабочей поверхности баббитом.

Масло к подшипникам вала колеса подводится через кольцевые каналы 2, а затем по специальным трубкам, вставленным в отверстия 19, подается к подшипникам 15 валов шестерен. Зубья колеса осматривают через окна 17, а зубья шестерен — через окно 14 и отверстия крышки 16. Отверстия 18 позволяют наблюдать за подачей масла.

В рассмотренной зубчатой передаче соединение валов шестерен с валами роторов турбин осуществляется с носовой стороны при помощи кулачковых муфт. Диаметры шестерен подбирают так, чтобы они были обратно пропорциональны частоте вращения соответствующих турбин. Это дает возможность всем шестерням передавать вращение на одно главное зубчатое колесо, вал которого, соединенный фланцем с валопроводом, будет иметь пониженную во много раз частоту вращения.

Валоповоротное устройство обычно располагается на крышке зубчатой передачи и служит для проворачивания роторов холодных турбин перед пуском в них пара во избежание деформации последних, а также при проверках частей турбозубчатого агрегата. Механическая часть валоповоротного устройства состоит из электродвигателя и двухступенчатой червячной передачи, заключенной в кожух. Соединение валоповоротного устройства с одной из шестерен передачи производится при помощи скользящего валика, расположенного в полой ступице червячного колеса второй ступени и имеющего на конце фланец с горизонтальными кулачками. Для передачи вращения от электродвигателя редуктору валик передвигают вплотную к шестерне так, чтобы кулачки его фланца плотно вошли в соответствующие гнезда на фланце шестерни. Электродвигатель валоповоротного устройства обычно выполняют реверсивным для возможности проворачивания турбоагрегата на переднем и на заднем ходу. При этом частота вращения главного вала ГТЗА должна быть не более 0,3— 1,5 об/мин.

* В современных зубчатых передачах как корпуса, так и большие зубчатые колеса имеют, как правило, сварную конструкцию.