Молочек В.А. Ремонт паровых турбин

Подождите немного. Документ загружается.

шипников, вылет лопаток и другие дефекты, ко-

торые могут вызывать повышенную вибрацию и

задевания в лабиринтах.

3. Неправильная насадка на вал дисков,

втулок, гаек и других деталей (с перекосом), а

также недостаточные осевые зазоры между этими

деталями, в частности, между соседними диска-

ми, между зажимной гайкой и ближайшим к ней

диском. Эти ненормальности вызывают обычно

временное искривление вала при работе, т. е. свя-

заны только с упругими деформациями и, конеч-

но, только с непараллельностью торцов указан-

ных насадных деталей, когда при нагреве и рас-

ширении дисков их торцы сомкнутся в одной ка-

кой-либо точке. Такие дефекты могут приводить

к задеваниям вала в уплотнениях, что в свою оче-

редь приведет к прогибу вала.

4. Неравномерное остывание цилиндра тур-

бины, которое вызывается несовершенством теп-

ловой изоляции (худшая теплоизоляция снизу),

слабой герметизацией обшивки (интенсивное ох-

лаждение нижней части цилиндра восходящими

токами воздуха) и наличием застойных зон в

верхней части обшивки, способствующих удер-

жанию высокой температуры верха цилиндра.

Более интенсивное охлаждение нижней ча-

сти цилиндра приводит к разности температур

«верх—низ», что вызывает деформацию ци-

линдра (прогиб вверх) и упругий тепловой прогиб

ротора, если он не был выправлен при длитель-

ном вращении ротора валоповоротным устройст-

вом.

Максимальная разность температур

«верх—низ», возникающая после начала ос-

тывания, у разных турбин имеет различную вели-

чину: для турбины К-200-130 до 110° С, для

ПТ-50-90 до 70° С, для К-50-90 до 60° С и т. д.

Пуск турбины из горячего состояния при

этих условиях может приводить к задеваниям

подвижных частей ротора о неподвижные части

цилиндра, к срабатыванию концевых и диафраг-

менных уплотнений и, как следствие, к прогибу

ротора. Чем большие размеры и вес имеют ци-

линдры и роторы турбин, тем большую тепловую

инерцию имеют их валы и тем больше времени

требуется для остывания и полного исчезновения

прогиба или хотя бы для его уменьшения до до-

пустимых при пуске величин.

Современные мощные турбины весьма

чувствительны к температурной разнице между

верхом и низом цилиндров высокого и среднего

давления, это предъявляет особые требования к

качеству и правильности выполнения тепловой

изоляции, требует улучшения герметизации об-

шивки и вместе с тем вызывает необходимость

ограничения условий пуска этих турбин опреде-

ленными значениями разницы температур между

верхом и низом цилиндра высокого давления.

Прогиб цилиндра может быть прибли-

женно подсчитан по формуле f=(Δt*α*L2)\8D

где Δt — разность температур верха и низа ци-

линдра, °С; L—длина цилиндра, мм; D — средний

диаметр цилиндра, мм; α—коэффициент линей-

ного расширения, равный 13,6*10

-6

мм/мм*град.

Величина допустимого прогиба цилиндра

определяется минимально допустимыми зазорами

в диафрагменных и концевых уплотнениях. На-

пример, если для ЦВД турбины К-150-170 ЛМЗ,

имеющей D=1840 мм и L=4110 мм, принять ми-

нимально допустимый зазор в диафрагменных

уплотнениях f=0,5 мм, то допустимая разница

температур по приведенной формуле равна 32

С.

Подсчеты по этой формуле и практика экс-

плуатации показывают, что в момент пуска тем-

пературная разница между верхом и низом ци-

линдра высокого давления турбины ПТ-50-90

ЛМЗ не должна превышать 22° С, а для турбин

К-200-130 не должна быть более 30° С, увеличе-

ние этой разницы создает опасность прогиба ро-

тора около регулирующей ступени из-за значи-

тельного уменьшения радиальных зазоров у пе-

реднего концевого уплотнения.

Причиной прогиба вследствие неравномер-

ности остывания может служить также одно-

сторонний прогрев, вызываемый попаданием пара

в остановленную турбину через неплотности ре-

гулирующих клапанов и дренажные трубопрово-

ды или подачей пара на лабиринтовые уплотне-

ния при неподвижном роторе. В этих случаях при

стоянке любой длительности и остановленном

валоповоротном устройстве прогиб вала не будет

уменьшаться, пока попадание пара в турбину не

будет прекращено.

Наличие указанного прогиба немедленно

проявляется в эксплуатации повышенной ви-

брацией вала; существующие в турбине не-

большие зазоры между подвижными и непод-

вижными частями, а также не вполне правильная

форма вала и не вполне концентричное положе-

ние вала в расточках даже при незначительном

увеличении вибрации могут вызвать задевания на

каком-либо участке вала.

Возникающее при таком одностороннем

местном задевании вала трение о неподвижные

части корпуса вызывает высокий местный . на-

грев волокон материала вала.

Естественно из-за неравномерного нагрева

по окружности вал еще больше изгибается в сто-

рону задевания, еще сильнее прижимается к не-

подвижным частям; дальнейшее увеличение по-

верхности и силы трения ведет к увеличению ме-

стного нагрева и соответственно изгиба вала.

Свободному удлинению волокон задеваю-

щего участка вала препятствуют окружающие

более холодные слои металла вала. Это приводит

к тому, что нагретые волокна в стремлении к уд-

линению испытывают столь значительные на-

пряжения сжатия, что они могут перейти предел

текучести материала при данной температуре и

вал может получить остаточную деформацию

сжатия.

Если нагрев при трении небольшой, сжатие

не превзойдет предела текучести металла и после

охлаждения вал примет первоначальную форму,

т. е. выпрямится. Если же нагрев будет настолько

велик, что сжатие волокон вала превысит предел

текучести металла, то и после охлаждения кри-

визна вала сохранится.

Рисунок 9.1. Замеры радиального биения ротора инди-

катором, укрепленным на плоскости разъема. а—с по-

мощью штатных приспособлений; б—с помощью удли-

нителя при измерениях в точках, удаленных от плоско-

сти разъема: 1—вал; 2—индикатор со штативом; 3—

удлинитель движка; 4 — пружина; 5 — рама удлините-

ля.

В работе задевание происходит на выпук-

лой стороне вала, так как вал выгибается в сторо-

ну задевающих волокон; после остывания турби-

ны (при вскрытии) обнаруживается, что следы

задевания находятся на его вогнутой стороне.

Такой перегиб вала понятен, если учесть, что на-

гретые в момент задевания волокна сжимаются за

предел текучести; наличие сжатых, а, следова-

тельно, и укороченных на одной стороне вала

волокон при остывании приводит к перегибу вала

в сторону, противоположную первоначальному

прогибу, полученному при задевании.

Обнаруживаемые в некоторых случаях дву-

сторонние диаметрально противоположные по-

вреждения роторов являются результатом пов-

торных пусков турбины с уже погнутым ротором,

что является недопустимым в эксплуатации.

В нормальной эксплуатации для турбин с

3000 об/мин прогиб вала в любом его сечении не

должен превышать 0,02—0,03 мм, а при

1500 об/мин—0,05 мм; более высокий прогиб мо-

жет послужить причиной аварии, вызванной не-

допустимой вибрацией. При каждом ремонте

должна производиться проверка индикатором

прогиба (боя) ротора. Эту проверку в радиальном

направлении (по окружности) всегда следует

производить в одних и тех же сечениях вала, не

имеющих насаженных деталей и отстоящих одно

от другого на 300—400 мм. Замеры должны про-

изводиться только после полного остывания тур-

бины, иначе они окажутся бесполезными из-за

искажений, вызванных неравномерностью осты-

вания.

Обычно проверка производится с помощью

индикатора после снятия крышки цилиндра, разъ-

единения муфт и снятия верхних вкладышей

подшипников; нижние вкладыши должны быть

закреплены от проворачивания при поворотах

ротора. Индикатор укрепляется с помощью

штатных установочных приспособлений на

фланце разъема цилиндра (рис. 9.1, а).

В случае, если эти приспособления не под-

ходят для замера того или иного сечения вала,

приходится в каждом отдельном случае при-

спосабливаться, изготовляя соответствующие

скобы, кронштейны и зажимные планки для кре-

пления индикаторов.

Для производства замеров в местах вала,

удаленных от фланца цилиндра, в частности для

проверки боя ступиц дисков, пользуются специ-

альным приспособлением, изображенным на

рис. 9.1, б. Это приспособление быстро устанав-

ливается и укрепляется на фланце цилиндра и

дает возможность удобно наблюдать за показа-

ниями индикатора благодаря его расположению

вне дисков.

Во избежание ошибок в показаниях инди-

катора, обычных при пружинящих креплениях,

необходимо следить, чтобы подставка и при-

способления для установки индикатора были ук-

реплены достаточно жестко.

В настоящее время для упрощения крепле-

ния индикаторов применяются быстроукрепляе-

мые штативы с магнитным основанием типа

ШМ-1 (ГОСТ 109907-62), выпускаемые заводом

«Красный инструментальщик» г. Киров. Эти шта-

тивы не требуют специального крепления, так как

при нажатии на кнопку выключателя, размыкаю-

щего сектор магнитопровода основания штатива,

последнее притягивается к металлической по-

верхности постоянной силой до 25 кг.

Дальнейшим усовершенствованием, позво-

ляющим повысить точность замеров, является

применение вместе с магнитным штативом гиб-

кой колонки длиной до 200 мм (полая, набранная

из колец, гибкая трубка), на конце которой кре-

пится индикатор; колонка может легко устанав-

ливать (быстро настраивать) индикатор в любое

необходимое для замеров положение и «затверде-

вать» в этом положении; «затвердение» (неиз-

менность положения индикатора) достигается за

счет натяжения гибкого тросика, пропущенного

через гибкую колонку и прикрепленного одним

концом к специальному эксцентрику, поворот

которого и производит натяжение тросика.

Проверка производится при положении ва-

ла на своих подшипниках в цилиндре турбины.

Для избежания искажений результатов проверки

необходимо обратить внимание, чтобы вкладыши

подшипников плотно лежали в своих расточках и

вал при поворачивании не смещался ни в боко-

вом, ни в осевом направлениях. Смещения в бо-

ковом направлении отразятся на правильности

показаний индикатора, а смещения в осевом на-

правлении могут вызвать задевания в лопаточных

аппаратах, уплотнениях, масло- и пароотбойных

кольцах, щитках и пр. Для устранения осевых

перемещений ставятся специальные упорные бол-

ты, упирающиеся в галтели вала и закрепленные

на фланце цилиндра с помощью траверсы по ти-

пу, показанному на рис. 8.2, б, или собирается

упорный подшипник вала.

Вал при проверке вращается вручную или с

помощью крана зачаленным за муфту тросом

(рис. 9.2). Для этого в болтовое отверстие в муфте

закладывается металлический стержень по диа-

метру отверстия; на стержень надевается конец

троса, заделанный петлей, и после обертывания

троса несколько раз вокруг муфты другой его

конец подается на крюк крана; во избежание по-

вреждения поверхности муфты следует подкла-

дывать под трос прессшпан или картон.

Рисунок 9.2. Повертывание вала с помощью крана

тросом, охватывающим полумуфту.

Для удобства записи показаний индикатора

и ускорения определения плоскости макси-

мальных прогибов в различных сечениях ок-

ружность вала делят на 6—8 частей. Эти точки

выбирают или по соответственно занумеро-

ванным болтовым отверстиям жесткой полу-

муфты (рис. 9.3), или отмечают маркировкой

цифрами на торцевой части какого-либо уступа

вала. Благодаря этой маркировке данные по про-

гибам вала, снимаемые по постоянным отметкам

в течение ряда лет, дают сравнимые величины.

Рисунок 9.3. Кривая прогиба вала.

Запись показаний индикатора для каждого

сечения при проворачивании вала производится

при совпадении штифта индикатора с отметкой

окружности вала.

Движок индикатора устанавливается про-

тив отметки 1 и показание индикатора приво-

дится к нулю; далее ротор проворачивается до

совпадения движка индикатора с отметкой 2, за-

тем с отметкой 3, 4, 5 и т. д. до отметки 1; показа-

ние индикатора на отметке 1 должно быть одина-

ковым с первоначальным, т. е. равным нулю. Это

укажет на то, что индикатор во время проверки в

данном сечении не был сбит.

Наибольшие отклонения стрелки индикато-

ра при вращении вала отмечаются знаком плюс

(+) или минус (—), в зависимости от того, в ка-

кую сторону вращается стрелка индикатора по

циферблату. Максимальная алгебраическая раз-

ница в показаниях индикатора в диаметрально

противоположных точках вала дает величину

биения в данном сечении. Допустимое биение на

шейках не должно превышать 0,02 мм. Величина

прогиба оси вала, или смещения оси расточки

детали от оси вала, равна половине максимально-

го биения вала или проверяемой детали; напри-

мер, при разности показаний, замеренных инди-

катором на двух взаимно противоположных точ-

ках одного сечения вала, равной 0,1 мм, прогиб

вала в данном сечении равен 0,05 мм. Пример за-

писи показаний индикатора при замерах ра-

диального биения вала приведен в табл. 9.1.

Таблица 9.1. Записи показаний индикатора при заме-

рах радиального биения вала

№ точек

Данные замеров

1 2 3 4 5 6 7 8 1

Показания инди-

катора, 0,01 мм

0 +3 +7 +5 +2 -3 -5 -2 0

Радиальное бие-

ние; 0, 01 мм

-2 +6 +12 +7 +2 -6 -12 -7 -2

Для получения картины искривления вала

прогибы в одной плоскости по всем сечениям

наносятся в увеличенном масштабе по оси орди-

нат, а расстояние между измеряемыми сечениями

по продольной оси наносятся на график по оси

абсцисс (рис. 9.3). Нанесенные точки соединяют-

ся между собой прямыми линиями. Из такого

графика наглядно видны сечения с максимальным

прогибом.

Эти данные дают возможность убедиться в

отсутствии прогиба вала, скручивания вала и из-

носа шеек вала; по отклонениям стрелки индика-

тора можно судить, какой из этих дефектов имеет

место в каждом конкретном случае.

Если промеры в разных сечениях по длине

вала дают в одной плоскости совпадающие по

знаку значения максимумов, то предполагать

скручивание вала нет оснований; в этом случае

имеет место прогиб вала.

Проверку на отсутствие скручивания про-

изводят только, если обнаружен прогиб вала.

Скручивание вала является редкой, но и весьма

опасной неисправностью вала, трудно под-

дающейся ремонту.

Если при одном обороте вала стрелка ин-

дикатора 2 раза показывает увеличение и 2 раза

уменьшение показаний и если эти показания

стрелки в сторону плюса (+) примерно одинако-

вы, а также одинаковы показания в сторону ми-

нуса (—), то, следовательно, вал имеет в данном

сечении овальную форму (эллипс). Если при од-

ном обороте будет только одно отклонение в сто-

рону увеличения или уменьшения, то в данном

сечении имеется только прогиб.

Когда вал погнут и, кроме того, имеется

износ шеек, то при промере у шейки вала стрелка

индикатора покажет отклонения в ту и другую

стороны, но эти отклонения будут разными при

повороте вала на 180°. Чтобы не смешать откло-

нений стрелки под влиянием износа шейки с от-

клонениями под влиянием прогиба вала, штифт

индикатора следует ставить не против середины

шейки, а против одного из ее концов, где сохра-

нилась круглая форма шейки.

9.2. СПОСОБЫ ПРАВКИ ВАЛОВ.

Перед решением вопроса о необходимости

правки следует убедиться в том, что на величину

прогиба не влияют такие факторы, как ослабле-

ние концов вала в барабане или искривление вала

под влиянием неправильной посадки дисков, вту-

лок или других деталей на вал.

Такие дефекты, как недостаточные осевые

зазоры и непараллельность торцов между смеж-

ными насаживаемыми деталями, обычно вызыва-

ют упругую деформацию вала и соответственно

временное искривление вала; однако при превы-

шении допустимого изгиба эти причины могут

приводить к задеваниям вала со всеми вытекаю-

щими отсюда последствиями.

Отсутствие указанных ненормальностей

должно быть предварительно проверено соот-

ветствующими измерениями, а при наличии они

обязательно должны быть устранены соот-

ветствующим ремонтом (§ 14.3).

Так, если измерения прогиба барабанного

ротора показывают картину, изображенную на

рис. 9.4, а, где виден перегиб линии вала в по-

садочных местах барабана, необходимо в первую

очередь особо тщательными измерениями и ос-

мотром проверить посадку концов вала в бараба-

не и после выверки, если это необходимо, восста-

новить крепление вала в барабане путем нагрева

барабана и запрессовки вала для восстановления

натяга, составляющего обычно около 1 % от диа-

метра.

В отдельных случаях при трудностях вос-

становления натяга конец вала дополнительно

закрепляется в барабане в зависимости от кон-

струкции при помощи аксиальных шпилек (гужо-

нов) и электросварки (рис. 9.4, б) или радиальны-

ми шпильками (обычно 6 шт. диаметром 18—20

мм с газовой резьбой), проходящими насквозь

через тело барабана и конец вала (рис. 94, в.).

При одном из ремонтов турбины, когда

было обнаружено, что конец вала со стороны

низкого давления вышел из барабана на 4 мм,

обратная его запрессовка производилась при-

способлением из шайбы и стяжных шпилек (рис.

9-4, е). Барабан нагревался по окружности двумя

автогенными горелками № 7 до 100—120° С, по-

сле чего стяжные болты равномерно натягивались

до полной запрессовки конца вала в барабан. Та-

кие работы являются исключительно ответствен-

ными, поэтому для их выполнения следует при-

влекать или турбинный завод или ремонтные ор-

ганизации, имеющие опыт в проведении подоб-

ных работ.

Если вал получил прогиб под насаженной

на него деталью (втулка, диск и т. д.), последняя

должна быть снята и прогиб вала проверен по-

вторно в тех же сечениях по его длине.

До решения вопроса о необходимости и

методе правки подвергшиеся сильному нагреву

места вала подлежат тщательному осмотру через

лупу для проверки отсутствия трещин. Для обна-

ружения трещин необходимо подлежащую ос-

мотру поверхность предварительно зачистить,

отполировать, обезжирить и подвергнуть травле-

нию.

При наличии поверхностных трещин их

следует удалить легкой опиловкой и зачисткой

поверхности. При обнаружении после зачистки

более глубоких трещин вал подлежит всесто-

роннему обследованию с привлечением соот-

ветствующих специалистов для решения вопроса

о возможности дальнейшей эксплуатации и мето-

де ремонта.

Рисунок 9.4. Крепление концов вала в барабанном

роторе. а — ненормальности в посадке концов вала в

барабане барабанного ротора; б — крепление концов

вала в барабане аксиальными шпильками и электро-

сваркой: 1—электросварка; 2—сторона высокого дав-

ления; в — крепление концов вала в барабане радиаль-

ными шпильками: 1—сторона низкого давления;

1—разгрузочные отверстия; 3 — место установки ради-

альных шпилек; 4 — шайба;

5 — стяжные болты ¾ —6 шт.; 6—место нагрева.

Для снятия внутренних напряжений и ча-

стичного восстановления прежних свойств мате-

риала вала, вне зависимости от принятого метода

правки, следует предварительно произвести низ-

котемпературный отжиг места максимального

прогиба.

Особенно это относится к валу, получив-

шему в этом месте закалку. О получении валом

закалки можно судить по изменению твердости

стали в месте закалки. Например, если вал, вы-

полняемый из стали марки 30ХНМ, имел твер-

дость по Бринеллю, не превышающую 350, а в

месте прогиба его твердость достигла 600, следо-

вательно, вал получил полную закалку, так как

температура нагрева в этом месте превышала

температуры нижней и верхней критических то-

чек состояния твердого сплава железо—углерод

(точек Чернова).

Первоначальный отжиг так же, как и обя-

зательный отжиг по окончании правки любым

способом, производится при вращении вала на

малых оборотах и его кольцевом нагреве в месте

прогиба с помощью одной—трех автогенных го-

релок или с помощью индукционных катушек,

электрических печей и т. п. (§ 9.6).

Нагрев вала производится до температуры,

которая не должна превышать 600—650° С,. в

зависимости от марки стали вала (ниже темпера-

туры нижней критической точки). Во весь период

нагрева и выдержки при этой температуре в тече-

ние 2—3 ч, а также в период замедленного охла-

ждения до температуры не выше 100° С ротор

надо продолжать равномерно вращать.

Чтобы избежать длительного вращения

вручную, для вращения ротора должны ис-

пользоваться те же приспособления, которые

применяются при его токарной обработке (§8.3).

В случаях, когда после проведения указан-

ного кругового отжига в районе задевания прогиб

вала находится в допустимых пределах, правка не

требуется, но проведение балансировки обяза-

тельно.

Правка валов турбин может производиться

тремя различными способами: местным нагре-

вом—термическая; чеканкой (наклепом)— меха-

ническая; методом релаксации—

термомеханическая.

Решение вопроса о методе правки вала, а

также выбор необходимого температурного ре-

жима правки должны быть основаны на знании

качества и свойств стали, из которой изготовлен

вал, на учете конструкции и размеров ротора, а

также условий, в которых он работает, и величи-

ны прогиба. Для этой цели при отсутствии заво-

дских данных должен быть предварительно про-

изведен анализ материала вала для определения

марки стали, предела текучести и твердости ста-

ли. На основе этих данных определяются также

релаксационная характеристика, закаливаемость

стали и т. д.

Ввиду ответственности работы по правке

вала перед ее началом все должно быть тща-

тельно продумано и подготовлено, а сама правка

произведена под руководством опытного специа-

листа с должной осторожностью, исключающей

возможность коробления дисков, втулок, сниже-

ния прочности и порчи вала.

9.3. ПРАВКА МЕСТНЫМ

НАГРЕВОМ.

Способ правки валов местным нагревом,

называемый также термическим, заключается в

быстром местном нагреве небольшого выпуклого

(удлиненного) участка вала до высокой темпера-

туры, но меньшей чем температура нижней кри-

тической точки (см. ниже). Такой нагрев приво-

дит к напряжениям сжатия в наружных волокнах

материала, превосходящим предел текучести на

этом небольшом участке, что, в свою очередь,

после остывания ведет к их укорочению на вы-

пуклой стороне вала и, следовательно, к выправке

вала.

Рисунок 9.5. Обкладка вала асбестом. 1 — асбест; 2 —

обвязка печной проволокой; 3 — стяжной гофри-

рованный кожух.

Таким образом, при местном нагреве вала

используются те же силы сжатия, вызывающие

напряжения выше предела текучести и являю-

щиеся причинами прогиба вала при его местных

задеваниях; выпрямление вала происходит за счет

создания на вогнутой стороне вала дополнитель-

ных и притом больших напряжений растяжения.

Некоторые остаточные напряжения, если

они полностью не сняты по окончании правки и

проводимой после нее термообработки отжига,

могут приводить с течением времени к частично-

му восстановлению первоначального прогиба,

поэтому на проведение должного отжига после

правки должно быть обращено особое внимание.

Этот несложный способ, занимающий наи-

меньшую продолжительность времени, при-

меняется главным образом для правки валов из

сталей, имеющих предел текучести ниже

30 кг/мм

и слабо воспринимающих закалку.

Производить этим методом правку из сталей с

большим содержанием углерода, особенно валов

из высоколегированных сталей и работающих в

области высоких температур, не рекомендуется,

так как это может приводить к закалке при охла-

ждении вала после правки и к появлению трещин

в этих местах.

При правке местным нагревом вал свобод-

но укладывается в нижнюю половину цилиндра

на свои вкладыши выпуклой стороной (горбом)

кверху. Участок максимального прогиба вала,

намеченный для местного нагрева, изолируется

размоченными в воде кусочками асбеста с тол-

щиной слоя 10—12 мм по всей периферии, с ос-

тавлением только окна, оголенного от асбеста в

самой верхней точке вала (на «горбе»). Это окно

располагается симметрично относительно плос-

кости правки и должно быть размером 0,30—

0,35D поперек оси вала и 0,15—0,2D вдоль оси

вала (рис. 9.5).

Для предохранения от сползания с вала ас-

бест перевязывается обычной печной проволокой

или, что более удобно и быстро, охватывается

гофрированным из кровельного железа кожухом в

виде пояса с замком; в этом кожухе соответствен-

но прогреваемому оголенному участку оставляет-

ся окно.

Покрытие вала мокрым асбестом необхо-

димо для предохранения остального участка вала

от непосредственного действия пламени и разо-

грева его за счет теплоты излучения; кроме того,

охват мокрым асбестом всей окружности вала, за

исключением нагреваемого участка, способствует

его охлаждению за счет испарения влаги.

Для контроля за изменением искривления

вала во время нагрева устанавливается индикатор,

штифт которого касается вала сверху в верти-

кальной плоскости. Точка замера должна быть

достаточно удалена от места нагрева, вредно от-

ражающегося на правильности показаний инди-

катора, и вместе с тем индикатор следует помес-

тить достаточно далеко от опоры вала, так как

при этом будут получаться наиболее показатель-

ные максимальные отклонения стрелки индика-

тора.

В случае, если прогиб вала произошел ме-

жду дисками, а расстояние между ступицами дис-

ка недостаточно для проведения правки приня-

тым способом, приходится перед правкой удалять

с вала диски и другие мешающие правке съемные

детали. Если участок вала, подлежащий нагреву,

расположен дальше чем на 100 мм от ступицы

диска, то можно диск не снимать. При нагреве

недалеко от дисков, втулок и других насадных

деталей указанные детали, во избежание короб-

ления, должны быть предохранены от действия

пламени изоляцией из слегка смоченных асбесто-

вых листов.

Для сообщения прогреваемому участку ва-

ла большого количества тепла в короткий срок

применяются ацетилено-кислородные горелки

№ 7. Нагрев должен производиться осторожно,

чтобы не вызывать порчи поверхностного слоя

вала; для этой же цели пламя горелки следует

равномерно передвигать по всему оголенному от

асбеста участку вала, со скоростью не менее 0,5—

0,8 м/сек. Для того чтобы пламя горелки не могло

проникнуть между валом и асбестом, следует

проверять плотность прилегания асбеста к валу.

Участок вала из углеродистой стали нагре-

вается до тёмно-красного цвета, т. е. до 500—

550° С, из легированной стали—до 600— 650° С,

т. е. до темно-вишневого цвета.

При нагреве за счет удлинения разогревае-

мых волокон выпуклой стороны вала последний

получает дополнительный прогиб, отмечаемый

установленным индикатором. При остывании

нагретые волокна выпуклой стороны укорачива-

ются, а сжатые волокна вогнутой стороны удли-

няются, благодаря чему вал выпрямляется в про-

тивоположную первоначальному изгибу сторону.

Длительность прогрева зависит от величи-

ны прогиба и диаметра вала и обычно колеблется

в пределах от 3 до 12 мин; показания индикатора

должны являться ориентировочным мерилом

длительности и эффективности производимого

нагрева. Для определения времени прогревания

вала вначале производят один-два контрольных

нагрева в течение 3—5 мин; после охлаждения

вала проверяют действие этого нагрева, устанав-

ливая на основе полученных данных дальнейший

режим нагрева.

Ориентировочные данные времени нагре-

ва. горелкой № 7 в зависимости от диаметра вала

и величины прогиба приведены в табл. 9.2. Ука-

занное время увеличивается в 1,5 раза при нагре-

ве горелкой № 6 и в 2 раза — горелкой № 5. При

правке валов больших диаметров или ротора ба-

рабанного типа применяют нагрев двумя горел-

ками. По окончании нагрева во избежание резко-

го охлаждения нагретое место закрывается асбе-

стом, и вал в таком положении оставляется для

естественного, медленного и равномерного осты-

вания до температуры окружающей среды.

При охлаждении вала происходит выравни-

вание температуры от разогретой вверху к защи-

щенной асбестом нижней части вала, в это же

время наблюдается потеря полученного валом

при нагреве дополнительного прогиба и умень-

шение первоначального (выправляемого) проги-

ба.

После охлаждения вала производится про-

верка индикатором полученного от нагрева эф-

фекта в нескольких точках по длине при враще-

нии вала на своих подшипниках. При этих про-

верках должна быть полная уверенность в том,

что прогибы измеряются при полном выравнива-

нии температур выпуклой и вогнутой частей вала,

т. е. действительно после полного охлаждения

вала, так как в противном случае возможно иска-

жение получаемых результатов.

Таблица 9.2. Время, необходимое для нагревания

вала при правке, мин.

Величина прогиба вала, мм

Диа-

метр

вала,

мм

0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6

150 2 3 4 5 6 7

200 3 4 5 6 7 8

250 4 5 6 7 8 9

300 5 6 7 8 9 10

350 6 7 8 9 10 11

400 7 8 9 10 11 12

В результате нескольких нагревов вал мо-

жет быть выправлен в данном сечении до практи-

чески допустимой величины. После устранения

прогиба вала в данном сечении производится тем

же путем правка вала и в других сечениях,

имеющих прогибы выше допустимых.

Перед каждым нагревом вал должен быть

повернут так, чтобы участок его с максимальным

прогибом был сверху. Повторные нагревы в од-

ном и том же месте следует чередовать каждый

раз с местной термической обработкой выпрям-

ляемого участка вала автогенной горелкой при

вращении вала. Если после нескольких нагревов в

данном месте вал не поддается выпрямлению,

следует прекратить нагрев в этом месте и перейти

к нагреву в следующей точке, имеющей наи-

больший прогиб.

В связи с тем что после отжига из-за ос-

таточных внутренних напряжений прогиб вала

частично может возвратиться, рекомендуется при

последних нагревах производить перегиб вала в

сторону, противоположную первоначальному

прогибу, на 0,05—0,07 мм, а в некоторых случа-

ях—до 0,10 мм. Этот перегиб при отжиге обычно

исчезает полностью или остается в допустимых

для вала пределах.

В некоторых случаях описанный метод ме-

стного нагрева для правки вала комбинируется с

холодными компрессами. При этом сейчас же

после нагрева вал быстро охлаждается мокрыми

тряпками или струёй сжатого воздуха. Примене-

ние компрессов ускоряет процесс выправки за

счет ускорения сжатия разогретых волокон; одна-

ко, рекомендовать применение компрессов нель-

зя, так как при сильном нагреве вала и быстром

его охлаждении может произойти местная закалка

и образование поверхностных трещин.

Способом местного нагрева может произ-

водиться правка и ротора барабанного типа, со-

стоящего из нескольких частей, но предва-

рительно необходимо убедиться соответствую-

щей проверкой, что замеренный бой вала и бара-

бана не вызывается ослаблением крепления кон-

цевых частей вала с барабаном. Правка барабан-

ных роторов производится нагревом по дуге до

четверти окружности барабана, а по оси — на

60—70 мм, но не в местах перехода сечений, не в

галтелях и на расстоянии не менее двойной глу-

бины лопаточного паза от ближайшего лопаточ-

ного венца.

9.4. МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРАВКА

ВАЛОВ.

Правка вала механическим путем произво-

дится в холодном состоянии чеканкой в местах

наибольшего прогиба; при этом вал может не

удаляться из цилиндра турбины. При правке этим

методом также необходимо производить первич-

ный отжиг вала (кроме роторов генераторов) для

уменьшения внутренних напряжений, которые

вызвали прогиб вала.

Сущность механической правки вала за-

ключается в том, чтобы чеканкой растянуть во-

локна вала, сжатые за пределы текучести. Для

этого вал одной шейкой кладется на нижний

вкладыш турбины, а под выпуклую сторону дру-

гого конца вала в месте наибольшего прогиба

подкладывается специальная подкладка таким

образом, чтобы шейка этого конца вала не каса-

лась нижнего вкладыша подшипника, а была на-

весу; при этом висящая часть вала своим весом

создает растягивающие напряжения в подлежа-

щих чеканке волокнах. Желательно даже, если

это возможно, свисающий конец вала нагрузить

дополнительно, чтобы увеличить растягивающие

напряжения. Чеканка производится по вогнутой

стороне. При чеканке сжатые волокна растя-

гиваются по направлению к концам вала, т. е. уд-

линяются, и вал выправляется.

Обычно работа производится стальными

чеканками в виде зубил, имеющими ширину 30—

50 мм и толщину 8—10 мм; чеканки должны быть

хорошо подогнаны по окружности подлежащего

чеканке места, с основательно закругленными

краями, чтобы не повредить поверхность вала.

Внешний вид чеканки для места между гребнями

лабиринта показан на рис. 9.6,а; необходимо тща-

тельно следить за тем, чтобы чеканка была не-

много уже расстояния между гребнями лабиринта

и стояла вертикально, чтобы не отогнуть, не сру-

бить и вообще не испортить гребней лабиринто-

вых уплотнений. Такие же чеканки применяются

при правке барабанного ротора в лопаточном пазе

(рис. 9.6, б) после удаления из него лопаток.

Время от времени нужно проверять тол-

щину чеканки, так как, если она изготовлена из

сравнительно мягкой стали, она будет раздаваться

(садиться) под действием ударов и может закли-

ниться между гребнями лабиринтов или в лопа-

точном пазе; такую чеканку следует заменить

новой. Материал для чеканок надлежит выбирать

твердости большей, чем материал вала, и всегда

иметь резервные чеканки для замены поврежден-

ных.

Правка начинается от точки 1 (рис. 9.6, б) с

постепенным передвижением чеканки к точкам 4

и 5 до тех пор, пока не будет прочеканена 1/3 ок-

ружности. Удары по чеканке производятся с по-

мощью молотка весом 1—3 кг, наиболее силь-

ные—в точке 1 и постепенно ослабляющиеся к

точкам 4 и 5.

Так же, как и при правке термическим пу-

тем, при чеканке одного конца вала естественно

происходит выпрямление всей линии вала, если

максимальные прогибы лежат в одной плоскости,

поэтому чеканку других сечений вала следует

производить после выправки места максимально-

го прогиба.

Чеканка вообще достигает результата

только в том случае, если одно сечение вала про-

чеканивается не более 2—3 раз; дальнейшая че-

канка по этому самому месту создает в нем на-

столько значительный наклеп, что сжатые волок-

на уже дальше не раздаются.

Особо сильных ударов по чеканке наносить

не следует, так как уже легкими ударами можно

достигнуть значительного результата. Режим че-

канки устанавливается после первых же ударов

по чеканке в зависимости от их влияния на вы-

прямление вала.

В процессе чеканки одного сечения необ-

ходимо производить контрольные промеры линии

вала индикатором; для этого конец вала, который

чеканился, приподнимается краном, из-под него

удаляется подкладка, вал опускается на свой

вкладыш и при его вращении производятся заме-

ры индикатором по всем контролируемым сече-

ниям вала. После замера подкладка вновь уста-

навливается на место, производится чеканка и так

продолжается до получения допустимых значе-

ний прогиба вала.

По окончании чеканки и выпрямления ро-

тора необходимо произвести отжиг вала (§ 9.6).

После отжига обычно вновь возникает небольшой

прогиб, поэтому приходится вести повторную

чеканку с последующим отжигом и так до тех

пор, пока не будет получена линия вала с изгиба-

ми в допустимых пределах. Чтобы несколько со-

кратить время на эти операции, обычно идут на

незначительный перегиб вала в сторону, проти-

воположную первоначальному прогибу (до 0,05—

0,08 мм), который после отжига не должен пре-

вышать 0,03 мм в ту или другую сторону.

Рисунок 9.6. Механическая правка вала. а — чеканка

для вала между гребнями лабиринта; б — чеканка для

лопаточного паза; в—чеканка по 1/3 части

окружности вала.

По окончании работ места, подвергавшие-

ся чеканке, обрабатываются личной пилой для

снятия заусениц и неровностей и отшлифовыва-

ются тонкой наждачной шкуркой; протачивать

чеканенные места не следует, так как вал при

этом опять будет прогибаться.

Недостатком правки чеканкой является на-

клеп и порча поверхностного слоя металла в про-

чеканенном участке. Однако этот способ правки,

являющийся одним из самых старых и простых,

несмотря на указанные недостатки, и сейчас при-

меняется при правке валов из материала с преде-

лом текучести ниже 30 кг/мм2 и с небольшими

искривлениями (до 0,1—0,3 мм). Этот способ

применяется и при больших искривлениях, на-

пример, при правке цельнокованых роторов, ко-

гда небольшие расстояния между дисками за-

трудняют правку термическим способом или спо-

собом релаксации из-за трудностей изоляции

дисков от пламени горелок, которое может вы-

звать трудно устранимые коробления дисков;

применяется этот способ и при правке валов ге-

нераторов, так как он не требует нагрева до высо-

кой температуры, которая может повредить изо-

ляцию ротора генератора.

9.5. ПРАВКА ВАЛОВ СПОСОБОМ

РЕЛАКСАЦИИ.

Основным достоинством способа правки,

основанного на использовании явления релак-

сации напряжений (см. стр. 27), является вы-

прямление вала с обеспечением стабильности

формы при дальнейшей его работе. Этим спосо-

бом производится правка валов, работающих при

сверхвысоких параметрах пара и изготовленных

из релаксационных жаропрочных легированных

сталей, так как описанные выше способы в этих

случаях не могут быть применены.

Релаксационный способ правки заключает-

ся в том, что участок вала, имеющий макси-

мальный прогиб, прогревается до определенной

температуры (обычно 600—650° С) не на не-

большом «местном» участке, а по всей ок-

ружности и на глубину всего сечения вала. На-

грев производится при вращении вала на малых

оборотах; после выдержки при указанной темпе-

ратуре (около 1 ч) вал устанавливается прогибом

вверх, и сразу же на нагретый участок вала про-

изводится нажим специальным приспособлением

в сторону, противоположную первоначальному

прогибу. Нажим производится для создания оп-

ределенного небольшого напряжения в материале

нагретого вала (упругая деформация); при этом

напряжение не должно превышать 3— 5 кг/мм

при всех условиях должно быть значительно ни-

же предела текучести, благодаря чему не могут

возникнуть опасные для вала внутренние напря-

жения. Время, в течение которого вал, нагретый

до указанной температуры, выдерживается в на-

пряженном состоянии, должно быть достаточ-

ным, чтобы под действием нагрузки и высокой

температуры необходимая часть упругой дефор-

мации перешла в пластическую (остаточную), т.

е. чтобы произошло явление, называемое релак-

сацией напряжений. Благодаря этому после прав-

ки в вале будут сняты остаточные внутренние

напряжения, что в свою очередь обеспечит ста-

бильность формы вала в процессе дальнейшей

длительной эксплуатации. Время выдержки для

релаксации напряжений определяется по скоро-

сти релаксации напряжений в данном металле при

определенной температуре и колеблется в преде-

лах 1—5 ч.

Для определения режима правки, который

должен определить температуру нагрева на уча-

стке прогиба, время выдержки в напряженном и

нагретом состоянии и величину внешней нагруз-

ки на вал, кроме величины прогиба вала, необхо-

димо знать марку стали, из которой изготовлен

вал, или произвести анализ металла для установ-

ления его качества и релаксационной характери-

стики (табл. 9.3).

Вал при этом расчете рассматривается как

балка, лежащая на двух опорах. Ориентиро-

вочный расчет усилия нажима, которое необхо-

димо приложить к валу для того, чтобы получить

в вале напряжения, соответствующие заданной

величине, производится по формуле: P=(σWl)/ab;

где σ—заданное напряжение, кг/мм

; d—диаметр

вала, мм; W=0,l*d

—момент сопротивления сече-

ния вала, мм3; l=а+Ь—длина вала между центра-

ми опор (рис. 9.7); а и Ь—длины плеч вала, мм, от

места правки до центра соответствующей опоры.

Величина допустимого прогиба вала, полу-

чающегося от приложения усилия нажима Р, ко-

торый необходим для выравнивания искривления

вала, определяется по формуле: f=(Pa

)/3Eil; где

Е—модуль упругости, кг/мм

(Е=1,5*10

, кг/мм

); I—момент инерции сечения

вала, мм

; (I=0,05d

Для определения усилия нажима Р и ве-

личины прогиба вала f при правке способом ре-

лаксации на основании указанных формул по-

строены номограммы, приведенные на рис. 9.7 и

9.8; в этих номограммах размерность усилия на-

жима Р в тоннах, длины вала I и его плеч а и Ь в

метрах; размерности остальных величин соответ-

ствуют размерностям, приведенным в формулах.

Примеры пользования приведены на номо-

граммах пунктирными линиями. При диаметре

вала 400 мм, напряжении 3 кг/мм

, длине вала

между опорами 5 м, размерах плеч а =4,2 м,

b=0,8 м, величина усилия нажима Р=30 т, а ве-

личина прогиба вала 1,1 мм.

Таблица 9.3. Релаксационные характеристики сталей.

Релаксация в процентах при

температуре, град

Марка

стали

Вы-

держ-

ка, ч

450 550 600 650

1 30 60 70 90

5 36 66 76 92

10 40 70 85 94

1 28 66 74 90

5 40 71 77 92

10 45 73 84 94

1 24 66 86 90

5 30 79 89 92

25Н

10 30 82 90 94

1 20 69 85 90

5 28 80 91 93

25НМ

10 34 82 93 95

1 20 28 63 86

5 24 33 68 92

30ХМ

10 26 35 76 94

1 36 58 77 90

5 41 66 80 93

30ХНМ

10 48 70 90 96

1 60 69 83 92

5 70 75 88 94

30ХН3М

10 73 82 92 95

1 40 57 70 92

5 62 76 90 94

35ХНМ

10 63 79 94 95

Перед проведением правки способом ре-

лаксации напряжений следует произвести терми-

ческую обработку места максимального прогиба

вала при непрерывном медленном его вращении

до полного охлаждения. Эта обработка заключа-

ется в нагреве участка максимального прогиба до

600—650° С, т.е. до температуры, при которой

производится правка способом релаксации, и вы-

держке при этой температуре в течение 3—5 ч.

Такая термическая стабилизация может дать

предварительное выпрямление вала, особенно

значительное при малых прогибах вала. После

полного охлаждения производится проверка ли-

нии вала, и расчет режима правки производится

на основании кривой прогиба, полученной после

стабилизации.

Нагрев вала производится одним из спо-

собов, описанных выше, но лучшим в данном

случае является нагрев с помощью индукци-

онного нагревателя, охватывающего вал на участ-

ке, подлежащем правке. Между нагревателем и

валом должен быть оставлен концентрический

зазор 5—10 мм, что обеспечит свободное враще-

ние вала без снятия нагревателя. Для предохране-

ния от коробления и действия потоков воздуха

ближайшие к месту нагрева поверхности должны

быть хорошо заизолированы асбестом.

Правка вала производится на специальном

станке с прочными металлическими стойками, на

которые устанавливаются подшипники, привод

для вращения вала со скоростью 15— 25 об/мин и

нажимное устройство. Для предохранения от по-

вреждения собственных подшипников вал на

станке устанавливается на бронзовые или бабби-

товые подшипники, специально изготовляемые

для целей правки и ведения других работ по об-

работке вала.

Нажим на вал при правке производится в

зависимости от конструкции станка и мест вала,

подлежащих правке, траверсами, домкратами и

хомутами (рис. 9.9); при любой принятой конст-

рукции станка важно, чтобы была предусмотрена

возможность регулирования нажимного усилия

на вал (болтами, тягами и т.д.) для создания в

месте правки заданного напряжения.

Контроль за величиной прогиба вала под

влиянием нажима и за изменениями прогиба в

процессе правки производится индикатором, ус-

танавливаемым вблизи места правки и за-

щищенном от нагрева; контроль за температурой

нагрева ведется с помощью термопар.

После окончания нагрева при вращении

вала и выдержки в нагретом и напряженном со-

стояниях нагревание прекращается, нажим сни-

мается, вал на участке правки покрывается тепло-

вой изоляцией и его охлаждение ведется при

вращении вала. Проверка результатов правки

производится после охлаждения поверхности ва-

ла до 50—60° С; проверка при более высоких

температурах может привести к искажению ре-

зультатов правки.

Если первая правка не дала должных ре-

зультатов, необходимо провести вторую, третью

правку указанным выше способом; для каждой

последующей правки по результатам предыдущей

решаются вопросы увеличения или уменьшения

времени нагрева, времени выдержки под нажи-

мом и величины нажима.

После получения удовлетворительных ре-

зультатов правки производится при вращении

вала вторичный отжиг путем нагрева участка вала

до температуры на 60—80° С выше температуры,

при которой ротор работает в турбине. По окон-

чании нагрева участок вала изолируется и вал

вращается до полного его охлаждения.

9.6. ОТЖИГ ВАЛОВ.

Перед правкой вала любым способом и во

всех случаях после окончания правки, места, под-

лежащие правке, и все места, подвергшиеся прав-

ке, должны быть отожжены для снятия остаточ-

ных напряжений. Исключение должно делаться

только для роторов генераторов во избежание

повреждения изоляции их обмотки.

Отжиг вала перед правкой, так называемый

первичный отжиг, рекомендуется производить

как термообработку (отпуск) для уменьшения

остаточных напряжений, полученных валом в

результате местного нагрева при его задевании;

правильно проведенный отжиг с учетом качества

металла вала снижает величину остаточного про-

гиба, так как снимает часть остаточных напряже-

ний.

Отжиг вала после правки производится не

только для снятия остаточных напряжений, но и

для того, чтобы убедиться что вал в эксплуатации

под действием рабочей температуры пара не из-

менит своей формы, полученной после правки;

если при отжиге опять появится прогиб выше

допустимой величины, вал подлежит повторной

правке.

Отжиг вала может производиться различ-

ными способами, но все они сводятся к двум ос-

новным: 1) местный, когда кольцевой нагрев вала

при отжиге производится только на участке, под-

вергавшемся правке; 2) общий, когда производит-

ся нагрев всего ротора или вала (при снятии с

него всех деталей) и который в условиях электро-

станции мало применим.

Одним из наиболее простых способов от-

жига местным нагревом является отжиг с по-

мощью двух-трех горелок № 7 или индукторов

промышленной частоты, осуществляемый при

равномерном вращении ротора со скоростью 15—

25 об/мин; этими горелками или индукторами

производится нагрев места правки ротора высо-

кого давления до температуры, на 50—75° С вы-

ше температуры свежего пара, а других роторов

до температуры во всяком случае не ниже 500—

550° С.

При отжиге общее время нагрева опреде-

ляется необходимостью подъема температуры со

скоростью 150—200 град/ч и поддержания мак-

симальной температуры в течение времени, опре-

деляемого по релаксационной характеристике для

данной стали (табл. 9.3). Обычно это время для

углеродистых сталей составляет 7—8 ч, а для ле-

гированных—10—12 ч. Поэтому перед отжигом,

во избежание перерывов при нагреве должна

быть обеспечена бесперебойная работа нагрева-

тельных устройств (снабжение кислородом, аце-

тиленом и др.).

Рисунок 9.7. Номограмма для определения усилия нажима.

100