Реферат: Колеса турбодетандеров

Министерствообразования УкраиныОдесская Государственная АкадемияХолодаКафедрарасширительных машин.Колесатурбодетандеров.Студента 231 гр.Тарасенко Е.А.Одесса1997 г.
Колеса турбодетандеров.

Вращающееся рабочее колесо является очень ответственной частью турбодетандера. Оно должно обладать высокимиаэродина­мическими качествами и необходимой прочностью как в нормальныхтемпературных условиях, так и в условиях низких температур.

Конструкция реактивного колеса с длинными лопатками в большой мерезависит от числа лопаток. Первые конструкции колесделались с большим (порядка80) числомлопаток. Однако конструктивнои технологически колеса с большим числом лопатокполучаются сравнительно сложными, так как ихприходится делать наборными, со вставными лопатками,изготовляемыми из тонких пластинок. Колеса с малым числом относительно толстыхлопаток могут быть цельнофрезерованными,более прочными и легкими, что позволяетзначительно увеличить допустимую окружную скорость, т. е.получить больший теплоперепад в одной ступени. Поэтому впоследних конструкциях турбодетандеров применяются 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 турбодетандеровнаходятся в пределах150-400 м/с. Поэтомуколеса должны обладать высокимигазодинамическими качествами, достаточной механической прочностью принормальных и низких температу­рах и малымвесом.

<img src="/cache/referats/3151/image002.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">Первыеотечественные реактивные турбодетандеры,разрабо­танные под руководством акад. П. Л. Капицы, имели рабочие колеса с двустороннимвыходом газа (рис.1).

Колесосостоит из стрелки, в прорези которой вставляются лопатки, изготовленные излистовой стали.

Всредней части лопаток имеются заплечики, входящие в кольцевые пазы покрывныхдисков, а в верх­ней части- выступы,которые рас­клепываются в прорезях покрывных дисков. Для предотвращения смеще­нияи вибрации лопаток заплечики вводятся в кольцо с прорезями. Чи­сло лопаток вколесах такой кон­струкции было значительным — 36 длинных и36 коротких. Стрелкаи покрывные диски изготовлялись из поковок нержавеющей стали, а ло­патки излистового проката этой же стали.

Рис. 1, Рабочее колесо реак­тивного турбодетандерас двух­сторонним выходом газа:

1 — стрелка; 2 — покрывные диски;3 — лопатки;  4 – кольцо

Ввидутого, что подобные колеса имеют значительный вес, располага­ются в среднейчасти ротора и уда­лены от опор, критическое число обо­ротов ротора обычнобывает ниже ра­бочего 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 турбодетандерах обычноприменяются закры­тые и полуоткрытые рабочиеколеса с односторонним выходом газа, расположенные на консоли вала.

Закрытое рабочее колесо с односторонним выходом газа (рис.2) состоит из покрывного и лопаточного дисков,соединяе­мых заклепками. Лопаточный диск может изготовляться фрезе­рованием,штамповкой или методом точного литья по выплавляе­мым моделям. Однако, ввидутого, что количество выпускаемых однотипных рабочих колес сравнительноневелико, обычно лопа­точные диски выполняются фрезерованием. Оба диска изгото­вляютсяиз поковок алюминиевого сплава марки АК6. Заклепки, соединяющие диски рабочего колеса,изготовляются из алюминие­вого сплава марки В65.

<img src="/cache/referats/3151/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис.2. Закрытое рабочее колесо реактивного турбодетандерас односторонним выходом газа: 1-лопаточной диск;2 - покрывной  диск:3 -заклепка;4 - гребни лабиринтныхуплотнении

Число лопаток рабочих колес подобного типа обычно равно 17—21. Толщина лопатки делается на1—1,5 мм больше диаметра заклепки и находитсяв пределах от8 мм для больших колес до 2,5 мм для малых.

Для уменьшения действующих на рабочееколесо осевых сил на лопаточном диске делается разгрузочный бурт, на которомрасполагаются лабиринтные уплотнения, а кольцевая полость между лабиринтами разгрузочного бурта и лабиринтами валасоединяется отверстиями с выходной воронкой колеса.            Для уменьшения утечек газалабиринтные уплотнения на ступице покрывного диска и на разгрузочном буртемогут выполняться ступенчатыми.

<img src="/cache/referats/3151/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1030">
Гребнилабиринтных уплотнений изготовляются из латунной или никелевой фасонной ленты изачеканиваются впазы дисков рабочего колеса медной проволокой.

Окончательная механическая обработка рабочих колес и зачеканка лабиринтных гребней производятсяпосле клепки.

Рабочие колеса с односторонним выходом газа, располагае­мые на консоливала, 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. Применене конической посадки поз­воляет производитьмногократные разборку и сборку ротора без нарушения характера посадки.

Рабочие колеса малых турбодетандеров(диаметром d1<100мм) выполняются большей частью в видеполуоткрытых колес радиально-осевого типа с углом установки лопаток на входе,равным90° (рис.3).

Подобныерабочие колеса обладают большой механической прочностью, так как лопатки испытывают только растягивающие нагрузки;изготовленные из алюминиевого  сплаваАК6, они могут надежно работать при окружной скоростидо500 м/с.

Толщина лопаток у основания обычно равна1-1,5 мм, а количество их на диаметре <img src="/cache/referats/3151/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> определяетсяминимальным диаметром фрезы.

В настоящее время в отечественных турбодетандерахнашли широкое применение радиально-осевые рабочие колеса закрытого типа (рис.4).

<img src="/cache/referats/3151/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

Рис. 4. Закрытое рабочее колесо реактивного турбодетандерарадиально-осевого типа:             1 — лопаточный диск; 2 — крыльчатка;3 — покрывной диск;4 — заклепки;

5 - гребень лабиринтногоуплотнения.

Вэксплуатации еще находятся турбодетандерыактивного типа. Колеса этих машин выполнены наборными или цельнофрезерованными с большим количествомкоротких лопаток — до125 шт. (рис.5).

<img src="/cache/referats/3151/image012.gif" align=«right» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032"><img src="/cache/referats/3151/image014.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031">

Рис.5.Рабочее колесо активноготурбодетандера с наборными лопатками:

1 -диск рабочего колеса;2 - сопатка;3 – проставка;4 - ободок;5 - замковое кольцо;                    6 - клиновое кольцо.

После окончательного изготовления рабочие колеса сравни­тельнобольших диаметров (d1<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; color:black;mso-ansi-language:EN-US;layout-grid-mode:line;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">³

100мм)подвергаются стати­ческой балансировке в специальных качалках. Допустимая вели­чина небаланса принимается такой,чтобы вызываемое ею смеще­ние центра тяжестирабочего колеса с оси вращения не превышало 5мкм.