Цельнокованые роторы
Цельнокованые роторы широко применяются в активных , которые работают с температурой пара выше 400 °С. В этих роторах диски с валом вытачивают из одной поковки, поэтому ослабление дисков из-за релаксации напряжений на переменных режимах работы исключается.
Цельнокованые роторы можно применять с дисками диаметром до 1 м; превышение этого размера резко осложняет получение высококачественных поковок.
В цельнокованом роторе отсутствуют ступицы дисков, поэтому длина проточной части определяется только толщиной диафрагмы . и полотна дисков, а не длиной ступиц, что сокращает его длину по сравнению с ротором, имеющим наборные диски. Кроме того, уменьшаются диаметры диафрагмениых уплотнений, а это, в свою очередь, снижает утечки пара через иих и повышает к. п. д. проточной части турбины.
Цельнокованые дисковые и барабанные роторы применяют и в .
На рисунке ниже показан ротор части высокого давления, представляющий собой комбинацию цельнокованого ротора и ротора с насадными дисками. Такую конструкцию применяют в активных паровых турбинах, где в одном цилиндре происходит изменение температуры пара в большом интервале.
Сварные роторы
Сварные конструкции барабанного типа применяют в ЦВД паровых турбин и осевых компрессорах. Такая конструкция может быть применена только при умеренных окружных скоростях (приблизительно до 140—150 м/с) и при реактивном облопачивании без диафрагм. Сварные роторы состоят из трех частей, сваренных вместе по наружной окружности. Части ротора имеют небольшие размеры, что дает возможность получить равномерную структуру металла по всему объему поковки.
В ЦВД турбины К-150-130 (ХТГЗ) применен ротор, который сварен по наружной окружности из семи частей. Сварной ротор имеет меньшую длину, чем роторы с наборными дисками, так как в кем отсутствуют ступицы, определяющие осевые размеры ротора. Для уменьшения напряжений диски рабочих колес сварного ротора изготовляют без центрального отверстия.
Для стационарной газовой турбины мощностью 120 МВт типа ГТ-12-650 (ЛМЗ) был также применен (учитывая высокие температуры газа) сварной ротор из стали аустенитного класса. Роторы, сваренные из отдельных дисков, имеют:
- меньшие (почти вдвое) напряжения в центральных точках дисков;
- большую критическую частоту вращения по сравнению с наборными или цельноковаными роторами;
- высокую тепловую стабильность при высоких температурах (почти без изгиба при нагреве) и большие окружные скорости.
Кроме того, можно применять различные марки сталей (аустенитного и перлитного класса) для изготовления отдельных составных частей ротора и получать поковки высокого качества.
Составные роторы
В газовых турбинах и компрессорах получили распространение составные роторы с центральными или периферийными болтами, стягивающими элементы ротора в осевом направлении. Для передачи крутящего момента используют торцовые шлицы, осевые или радиальные штифты и т.д., допускающие некоторую свободу перемещения (по радиусу) сопрягаемых деталей. Эти роторы имеют высокую жесткость и прочность.
Ротор состоит из дисков, стягиваемых центральным стяжным болтом. Крутящий момент передается с помощью торцовых треугольных шлицев. Компенсатор обеспечивает необходимый натяг стяжного болта при всех режимах работы турбины. Так как центральный стяжной болт в одном или нескольких местах опирается на соответствующие посадочные места в диске, то это позволяет избежать его резонансных колебаний и прогиба. Точность установки стяжного болта обеспечивается сферическими кольцами. Диск последней ступени приварен к участку вала, изготовленному из перлитной стали.
Для крупных и тяжелых роторов характерны периферийные, равномерно расположенные по окружности стяжные болты. В такой конструкции диски изготовляют без центрального отверстия, что снижает напряжения в их центральной части. Взаимное центрирование дисков производят по пояскам на периферийных полках. Стяжные болты затягивают с помощью динамометрических приспособлений, так как неправильная затяжка может вызвать вибрацию. Во избежание изгиба длинных стяжек под действием центробежных сил на них делают центрирующие пояски.Системы охлаждения ротора газовых турбин. Роторы газовых турбин имеют меньшее количество рабочих решеток и работают при более высокой температуре рабочего газа, чем роторы паровых турбин. Поэтому необходимо применение соответствующих легированных сталей для деталей ротора или охлаждение массивных дисков и вала воздухом.При температурах свыше 560 °С для деталей ротора применяют аустеиитные, а при температурах ниже 560 °С — перлитные стали.
В газовых турбинах, работающих в области высоких температур, применяют в основном три способа воздушного охлаждения роторов. В первом случае воздух подают от компрессора к ротору под давлением, немного превышающим давление газа в данном месте турбины.
Во втором случае воздух подают через отверстия к ободу диска. В третьем случае охлаждающий воздух продувается через зазоры в хвостовом соединении рабочих лопаток с ротором турбины.