Колеса турбодетандерів

року міністерство освіти Украины.

Одеська Державна Академія Холода.

Кафедра більш ширших машин.

Колеса турбодетандеров.

Студента 231 гр.

Тарасенко Е.А.

Одеса 1997 г.

Колеса турбодетандеров.

Обертове ротор є дуже відповідальної частиною турбодетандера. Він повинен мати високими аеродинамічними якостями і необхідної міцністю як у нормальних температурних умовах, і у умовах низьких температур. Конструкція реактивного колеса з довгими лопатками значною мірою залежить від кількості лопаток. Перші конструкції коліс робилися з великим (порядку 80) числом лопаток. Проте конструктивно і технологічно колеса з великою кількістю лопаток виходять порівняно складними, бо їх доводиться робити складальними, зі вставними лопатками, изготовляемыми з тонких платівок. Колеса малим числом щодо товстих лопаток можуть бути цельнофрезерованными, більш вже непохитними й легкими, що дозволяє приймати значно більшу допустиму окружну швидкість, т. е. отримати більший теплоперепад лише у щаблі. Тож у останніх конструкціях турбодетандеров застосовуються цельнофрезерованные колеса з гаком числом лопаток.

Досвід показав, що колеса з 17−20 лопатками є цілком задовільними і з газодинамічної, і конструктивної точки зрения.

Окружні швидкості робочих коліс реактивних турбодетандеров перебувають у межах 150−400 м/с. Тому колеса повинні мати високими газодинамическими якостями, достатньої механічної міцністю при нормальних і низьких температурах і «малим вагою. Перші вітчизняні реактивні турбодетандеры, розроблені під керівництвом акад. П. Л. Капіци, мали робочі колеса з двостороннім виходом газу (рис. 1). Колесо складається з стрілки, в прорізу якої вставляються лопатки, одержані із листової сталі. У середній частини лопаток є заплечики, що входять до кільцеві пази покрывных дисків, а верхню частину — виступи, які расклепываются в прорізах покрывных дисків. Щоб запобігти усунення і вібрації лопаток заплечики уводять у кільце з прорізами. Кількість лопаток в колесах такий конструкції став значним — 36 довгих і 36 коротких. Стрілка і покрывные диски виготовлялися з поковок нержавіючої стали, а лопатки з листового прокату тієї ж стали.

Рис. 1, Робоча колесо реактивного турбодетандера з двостороннім виходом газу: 1 — стрілка; 2 — покрывные диски; 3 — лопатки; 4 — кольцо.

Через те, що такі колеса мають значна питома вага, містяться у середині ротора і віддалені від опор, критичне число оборотів ротора зазвичай буває нижче робочого числа оборотів, т. е. вал виходить «гнучким». Щоб запобігти значних коливань і великих прогибов валу при переході через критичне число оборотів одну опору постачають демпфирующим устройством.

У середовищі сучасних турбодетандерах зазвичай застосовуються закриті і напіввідкриті робочі колеса з одностороннім виходом газу, розташовані на консолі валу. Закрите ротор з одностороннім виходом газу (рис. 2) складається з покрывного і лопаточного дисків, соединяемых заклепками. Плечовий диск може виготовлятись фрезерованием, штампуванням чи методом точного лиття по выплавляемым моделям. Проте, зважаючи на те, що його випущених однотипних робочих коліс порівняно невелика, зазвичай лопаточные диски виконуються фрезерованием. Обидва диска виготовляються з поковок алюмінієвого сплаву марки АК6. Клепки, що з'єднують диски робочого колеса, виготовляються з алюмінієвого сплаву марки В65. [pic] Рис. 2. Закрите ротор реактивного турбодетандера з одностороннім виходом газу: 1 — лопаточной диск; 2 — покрывной диск: 3 — заклепка; 4 — гребені лабіринтових уплотнении.

Кількість лопаток робочих коліс такого типу зазвичай одно 17—21. Товщина лопатки робиться на 1—1,5 мм більше діаметра клепки й у межах від 8 мм для великих коліс до 2,5 мм для малих. Для зменшення діючих на ротор осьових сил на лопаточном диску робиться розвантажувальний бурта, у якому розташовуються лабіринтові ущільнення, а кільцева порожнину між лабіринтами розвантажувального бурту і лабіринтами валу з'єднується отворами з вихідний воронкою колеса.

Для зменшення витікання газу лабіринтові ущільнення на маточині покрывного диска і разгрузочном бурте можуть виконуватися ступенчатыми.

Гребені лабіринтових ущільнень виготовляються з латунною чи нікелевої фасонной стрічки і зачеканиваются в пази дисків робочого колеса мідної дротом. Остаточна механічна обробка робочих коліс і зачеканка лабіринтових гребенів виробляються після клепки. Робітники колеса з одностороннім виходом газу, наявні на консолі валу, поєднано з аналітичними валом на конічній посадці з конусностью 1: 10. Для передачі крутящего моменту служать дві призматичні шпонки. Колесо кріпиться до валу болтом, голівка якого утворює внутрішні стінки вихідного каналу воронки робочого колеса. Применене конічній посадки дає змогу виробляти багаторазові розбірку і складання ротора без порушення характеру посадки. Робітники колеса малих турбодетандеров (діаметром d1 < 100 мм) виконуються здебільшого у вигляді напіввідчинених коліс радиально-осевого типу з кутом установки лопаток на вході, рівним 90° (рис. 3). Такі робочі колеса мають великий механічної міцністю, оскільки лопатки відчувають лише розтягують навантаження; одержані із алюмінієвого сплаву АК6, можуть надійно працювати у окружної швидкості до 500 м/с. Товщина лопаток біля підніжжя зазвичай дорівнює 1−1,5 мм, а кількість їх у діаметрі [pic] визначається мінімальним діаметром фрезы.

Нині у турбодетандерах знайшли широке застосування радиально-осевые робочі колеса закритого типу (рис. 4). [pic] Рис. 4. Закрите ротор реактивного турбодетандера радіальноосьового типу: 1 — плечовий диск; 2 — проноситись; 3 — покрывной диск; 4 — клепки; 5 — гребінь лабіринтового ущільнення. У експлуатації ще є турбодетандеры активного типу. Колеса цих машин виконані складальними чи цельнофрезерованными з велику кількість коротких лопаток — до 125 прим. (рис. 5).

Рис. 5. Робоча колесо активного турбодетандера зі складальними лопатками: 1 — диск робочого колеса; 2 — сопатка; 3 — проставка; 4 — ободок; 5 — замкове кільце; 6 — клиновое кольцо.

Після остаточного виготовлення робочі колеса порівняно великих діаметрів (d1(100 мм) піддаються статичної балансуванню у спеціальних качалках. Припустима величина небаланса приймається такий, щоб викликаного нею усунення центру ваги робочого колеса з осі обертання не перевищувало 5 мкм. ———————————- [pic].