Колеса турбодетандеров

Колеса турбодетандеров.Вращающееся рабочее колесо является очень ответственнойчастью турбодетандера. Оно должно обладатьвысокими аэродина мическими качествами и необходимой прочностью как внормальных температурных условиях, так и в условиях низких температур.Конструкция реактивного колеса с длинными лопатками в большой мерезависит от числа лопаток.Первые конструкции колесделались с большим порядка 80 числомлопаток. Однако конструктивно и технологически колеса сбольшим числом лопаток получаются сравнительносложными, так как их приходится делать наборными, со вставными лопатками, изготовляемыми из тонких пластинок.

Колеса смалым числом относительно толстых лопаток могут бытьцельнофрезерованными, более прочными илегкими, что позволяет значительно увеличитьдопустимую окружную скорость, т. е. получить больший теплоперепадв одной ступени.Поэтому в последних конструкциях турбодетандеровприменяются цельнофрезерованныеколеса с небольшим числом лопаток.Опыт показал, что колеса с 17-20 лопатками являются вполнеудовлетворительными как с газодинамической, так и конструктивной точки зрения.Окружные скорости рабочих колес реактивных турбодетандеров находятся в пределах 150-400 м с. Поэтому колеса должны обладатьвысокими газодинамическими качествами,достаточной механической прочностью при нормальных и низких температу рах и малым весом.

Первые отечественные реактивные турбодетандеры,разрабо танные под руководством акад. П. Л. Капицы, имели рабочие колеса с двустороннимвыходом газа.Колесо состоит из стрелки, в прорези которой вставляютсялопатки, изготовленные из листовой стали.В средней части лопаток имеются заплечики, входящие вкольцевые пазы покрывных дисков, а в верх ней части - выступы, которые рас клепываются в прорезях покрывных дисков.

Для предотвращения смеще ния и вибрации лопаток заплечики вводятся в кольцо спрорезями. Чи сло лопаток в колесах такой кон струкции было значительным - 36 длинных и36 коротких.Стрелка и покрывные диски изготовлялись из поковокнержавеющей стали, а ло патки из листового проката этой же стали.Ввиду того, что подобные колеса имеют значительный вес,располага ются в средней части ротора и уда лены от опор, критическое число обо ротовротора обычно бывает ниже ра бочего числа оборотов, т. е.вал получается гибким . Для предотвращения значительных колебаний и больших прогибоввала при переходе через критическое число оборотов одну опору снабжаютдемпфирующим устройством.

В современных турбодетандерахобычно применяются закры тые и полуоткрытыерабочие колеса с односторонним выходом газа, расположенные на консоли вала.Закрытое рабочее колесо с односторонним выходом газа рис. 2 состоит из покрывного илопаточного дисков, соединяе мых заклепками.

Лопаточный диск можетизготовляться фрезе рованием, штамповкой или методом точного литья по выплавляе мыммоделям. Однако, ввиду того, что количество выпускаемых однотипных рабочихколес сравнительно невелико, обычно лопа точные диски выполняютсяфрезерованием.Оба диска изгото вляются из поковок алюминиевого сплава марки АК6. Заклепки,соединяющие диски рабочего колеса, изготовляются из алюминие вого сплава маркиВ65.Рис. 2. Закрытоерабочее колесо реактивного турбодетандера содносторонним выходом газа 1 -лопаточной диск 2 - покрывной диск 3 -заклепка 4 - гребни лабиринтныхуплотненииЧисло лопаток рабочих колес подобного типа обычно равно 21. Толщина лопатки делается на 1 1,5 мм больше диаметра заклепки и находитсяв пределах от 8 мм для больших колес до 2,5 мм для малых.Для уменьшениядействующих на рабочее колесо осевых сил на лопаточном диске делаетсяразгрузочный бурт, на котором располагаются лабиринтные уплотнения, а кольцеваяполость между лабиринтами разгрузочного буртаи лабиринтами вала соединяется отверстиями с выходной воронкой колеса.

Для уменьшения утечек газалабиринтные уплотнения на ступице покрывного диска и на разгрузочном буртемогут выполняться ступенчатыми.Гребни лабиринтных уплотнений изготовляются из латуннойили никелевой фасонной ленты и зачеканиваютсяв пазы дисков рабочего колеса медной проволокой.

Окончательная механическая обработка рабочих колес и зачеканка лабиринтных гребней производятся послеклепки.Рабочие колеса с односторонним выходом газа, располагае мыена консоли вала, соединяются с валом на конической посадке с конусностью 1 10. Для передачи крутящего момента служатдве призматические шпонки.

Колесо крепится к валу болтом, головка которогообразует внутренние стенки выходного канала воронки рабочего колеса.

Примененеконической посадки поз воляет производить многократные разборку и сборку роторабез нарушения характера посадки.Рабочие колеса малых турбодетандеров диаметром d1 lt 100 мм выполняются большей частьюв виде полуоткрытых колес радиально-осевого типа с углом установки лопаток навходе, равным 90 рис. 3 .Подобные рабочие колеса обладают большой механическойпрочностью, так как лопатки испытывают толькорастягивающие нагрузки изготовленные из алюминиевого сплава АК6, они могут надежно работать приокружной скорости до 500 м с. Толщина лопаток у основания обычно равна 1-1,5 мм, а количество их на диаметре определяется минимальным диаметром фрезы.В настоящее время в отечественных турбодетандерах нашли широкое применениерадиально-осевые рабочие колеса закрытого типа рис. 4 .Рис. 4. Закрытое рабочее колесо реактивного турбодетандера радиально-осевого типа 1- лопаточныйдиск 2 - крыльчатка 3 - покрывной диск 4 -заклепки 5 - гребень лабиринтногоуплотнения.

В эксплуатации еще находятся турбодетандерыактивного типа. Колеса этих машин выполнены наборными или цельнофрезерованными с большим количеством короткихлопаток - до 125 шт. рис. 5 .Рис. 5. Рабочее колесо активного турбодетандера с наборными лопатками 1 - диск рабочего колеса 2 -сопатка 3 проставка 4 - ободок 5 -замковое кольцо 6 - клиновое кольцо.После окончательного изготовления рабочие колеса сравни тельнобольших диаметров d1 sup3 100 мм подвергаются стати ческойбалансировке в специальныхкачалках.

Допустимая вели чина небаланса принимается такой, чтобы вызываемое ею смеще ние центра тяжести рабочего колеса с оси вращения непревышало 5 мкм.