Способ изготовления составного ротора мощного турбогенераторапйтентно'пхк^у^жгбиблиотека

30III3

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сова Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.Х.1969 (№ 1368153/24-7) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 041Х.1972. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 12.Х.1972

М. Кл. Н 02k 15, 02

1(омитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621 313.044,52.002. ,2 (088.8) Авторы изобретения

Н. Н. Зорев, В, В. Черных, Л. Я. Станиславский, М. М. Тимофеев, И. В. Кудрявцев, А. И. Исаев, H. Г. Гринченко и Б. В. Спивак

Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения

1;1 СеС Ю -1

Заявитель

11:Д БИ-ПЩ",.-.;-

БИБЛИОТЕКР, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОТОР

МОЩНОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к изготовлению крупных роторов турбогенер атаров.

В настоящее время проблемным вопросом энергетического машиностроения является создание мощных турбогенераторов, в частности генераторов атомных электростанций, имеющих при меньших числах оборотов соответственно увеличенные крутящий момент и габариты ротора.

Одним из факторов, ограничивающих освоение производства все более крупных турбогенераторов, является трудность изготовления поковок роторов.

Так, например, для генераторов атомной электростанции мощностью 500 мв по предварительным данным требуются поковка весом

200 т и слиток весом 370 т.

Однако с увеличением размеров слитка и поковки снижается качество металла, так как возрастают ликвация, газонасыщенность, содержание и размеры неметалличеоких BKJIIoчений, уменьшаются степень и равномерность укова, ухудшается прокаливаемость при термообработке. Кроме того, существенно снижается эффективность дефектоскапии и контроля качества металла поковок.

С целью преодоления трудностей, связанных с дальнейшим увеличением веса слитка, проводятся oпыты по изготовлению поковок из предварительно сваренных заготовок, что позволит увеличить вес поковки до 140 т.

Однако дальнейшее увеличение веса сварнокованых роторов ограничивается возможностями оборудования для ковки и термообработки. Примерно на таком же уровне находятся возможности мировой техники по производству цельных поковок роторов.

В настоящее время известен ряд способов

10 изготовления составных роторов мощных турбогенераторов путем соосного соединения кольцевых секций между собой и с одной из концевых секций сваркой и стягиванием элементов ротора в аксиальном направлении

15 стяжками.

Изготовление роторов генераторов без использования цельнокованых заготовок основано на следующих двух методах:

1. Сборка из отдельных частей с последую20 щей стяжкой механическими устройствами или предварительно нагретыми элементами.

2. Сборка из отдельных частей с последующей сваркой в цельный ротор.

Каждый из этих методов имеет опецифиче25 ские недостатки, значение которых возрастает с увеличением размеров роторов в такой степени, что они не могут быть успешно использованы для изготовления особо крупных роторов.

З0 Недостатки сборных роторов с центральной

301113

65 стяжкой заключаются в том, что крутящий момент передается только за счет сил трения между стыкующимися деталями. Для мощных генераторов, имеющих большие крутящие моменты, стыки ротора, расположенные ближе к приводной муфте, становятся ненадежными, так как сила трения в этих стыках может оказаться недостаточной для передачи крутящего момента, особенно в случае короткого замыкания.

Недостатки сборных роторов с периферийными стяжками заключаются в том, что периферийные стяжки неприменимы для двухполюсных роторов, а для крупных четырехполюсных роторов количество их становится столь большим, что для равномерного их нагруження требуется повышенная точность изготовления, которая не может быть обеспечена обработкой на металлорежущих станках, применяемых в генераторостроении. При неравномерном нагружении периферийных стяжек возникает опасность расшатывания и вибраций элементов сборного ротора или разрушения отдельных стяжек.

Недостатки сварных роторов (например, патент Броун-Бовери Ме 150099 или Эшер

Висс Мо 520324) заключаются в том, что существующие методы сварки и дефектоскопии сварных соединений не могут гарантировать отсутствия дефектов, особенно в корневой части шва (непровары, включения, трещины).

Вероятность возникновения этих дефектов возрастает с увеличением размеров роторов.

Одновременно увеличивается опасность этих дефектов из-за увеличения нагрузок на сварные соединения. Дефекты сварных соединений, являясь концентраторами напряжения, могут развиваться под действием циклических растягивающих напряжений, возникающих при знакопеременном изгибе, Возможность развития дсфектов увеличивается еще и тем, что при сварке высо копр очных роторных сталей трудно гарантировать стабильную высокую пластичность и ударную вязкость.

Целью изобретения является предупреждение развития сварочных дефектов при длительном воздействии знакопеременных изгибающих моментов. Предлагаемый способ отличается тем, что элементы ротора стягивают в аксиальном направлении после наложения сварных швов с усилием, обеспечивающим превышение напряжения сжатия над изгибающими напряжениями, возникающими при вращении ротора.

На чертеже приведена схема составного ротора.

Ротор состоит из образующего бочку набора соосно скрепленных кольцевых секций

1 с центрирующими выступами 2 на торцовых поверхностях. Секции соединены кольцевыми сварными швами 8. С внешних торцовых сторон бочка сжата концевыми ведущей и ведомой секциями 4 и 5, соединенными стяжным стержнем б. Обе концевые секции и стержень имеют в осевой части полости, при

60 сборке образующие единый канал 7 для подсоединения к источнику теплоносителя, например пара.

Ведущая секция 4 жестко соединена со смежной секцией бочки сваркой. Концевая ведомая секция 5 свободно прижата к торцовой поверхности (бочки) и соединена со стержнем винтовой резьбой.

Для сжатия сварных швов 8 ведомую секцию 5 навинчивают на локально нагретый стержень б. При этом температура теплоносителя должна обеспечить заданные напряжения сжатия сварных соединений при последующем охлаждении стержня.

Это открывает перспективы применения наиболее прогрессивных методов выплавки металла, в частности электрошлакового и вакуумно-дугового переплава, коренным образом улучшающих эксплуатационные и технологические свойства металла.

На данном чертеже все стыки частей ротора, образующих бочку, соединены, кольцевыми сварными швами, кроме последнего стыка (наиболее удаленного от ведущей секции). Можно применить сварные соединения только на первых стыках, количество которых, а также глубина сварного шва определяются величинами крутящих моментов, передаваемых стыками.

Расчеты показывают, что необходимая глубина сварного шва обычно невелика. Даже для первого стыка четырехполюсного ротора мощностью 2000 мв глубина шва составляет

100 — 150 мм. При такой относительно небольшой глубине шва становится возможным применение таких прогрессивных методов сварки, как электроннолучевая сварка в вакууме.

В случае необходимости размер сварного шва первого стыка может быть уменьшен путем увеличения размера первой секции, что соответственно уменьшает крутящий момент, передаваемый первым стыком, С целью унификации все сварные,соединения могут быть одинаковыми (такими же как первое, наиболее нагруженное).

Усилие предварительного сжатия сварных швов должно обеспечить создание в них напряжений сжатия, исключающих возможность возникновения растягивающих напряжений при воздействии изгибающего момента. Для этого создаваемые осевые сжимающие напряжения должны превышать расчетные изгибающие напряжения от собственного веса ротора. Сварно-сборная конструкция роторов позволяет выполнить это условие с больши,м запасом. Например, для сварно-сборного ротора генератора мощностью 2000 мв по схеме, приведенной на чертеже, для наиболее нагруженных стыков могут быть созданы предварительные напряжения сжатия, в 5 раз превышающие напряжения изгиба, Предмет изобретения

Способ изготовления составного ротора мощного турбогенератора путем соосного сое301113

Составитель Г. Бокман

Редактор Б. Федотов

Техред Е. Борисова

Корректор О. Волкова

Заказ 3518/17 Изд. № 1455 Тираж 406 Подписное

Ц11ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2 динепия кольцевых секций между собой и с одной из концевых секций сваркой и стягиванием элементов ротора в аксиальном направлении стяжками, отличающийся тем, что, с целью предупреждения развития сварочных дефектов при длительном воздействии знакопеременных изгибающих моментов, стягивание элементов ротора в аксиальном направлении производят после наложения сварных швов с усилием, "беспечивающим превышение напряжения сжатия над изгибающими напряжениями, возникающими при вращении ротора.