Технология производства и монтажа паровых и газовых турбин

Оглавление
Введение
1. Историческая справка
2. Общая характеристика турбинного производства
3. Станочный парк турбинных заводов
4. Лопаточное производство
4.1. Рабочие и направляющие лопатки паровых и газовых турбин
4.2. Лопаточный аппарат
5. Балансировка
Заключение
Литература

Безусловно, наилучшие результаты в решении проблемы обеспечения вибрационной надежности турбомашин с гибкими роторами могут быть получены при использовании современных методов балансировки гибких роторов во всем диапазоне частот вращения на РБС, но это требует разработки специальных, очень не простых, методик балансировки и, обязательно одновременно с этим, создание условий для осуществления многоплоскостной балансировки роторов, что сопряжено с принятием определенных конструктивных решений.
Вопросам теории высокочастотной балансировки гибких роторов и требованиям к качеству их балансировки всегда уделялось большое внимание. К началу 70-х годов наибольшее распространение получила теория балансировки по собственным формам колебаний, предложенная А. Мельдалем  и наиболее применимая, в основном, к балансировке симметричных роторов с большим количеством плоскостей коррекции, расположенных вдоль оси ротора. Этим требованиям, прежде всего, отвечали роторы генераторов и других крупных электрических машин. 
Конструктивные особенности роторов газовых турбин, компрессоров, нагнетателей, насосов  и т.д., такие как несимметричность, ограниченное количество плоскостей коррекции и жесткая увязка их местоположения с конструкцией, не позволяли эффективно использовать метод собственных форм колебаний, и в этом случае применяется другой метод балансировки гибких роторов – по динамическим коэффициентам влияния (ДКВ), в основе которого лежит доказанная Дж. Ден-Гартогом теорема, согласно которой невесомый ротор с r сосредоточенными массами, опертый на b подшипниках, при любом дисбалансе, как угодно распределенном  вдоль его оси, может быть полностью динамически сбалансирован корректирующими массами, размещенными в М = r + b различных плоскостях коррекции по длине ротора, где r соответствует числу собственных форм гибкого ротора. В практическом плане, использование теоремы  Ден-Гартога означает, что для качественной балансировки роторов современных турбомашин необходимо иметь как минимум  5 - 6 плоскостей коррекции. 
На основе описанной методики был разработан и внедрен типовой технологический процесс, что позволило успешно ввести  с 1976 года многоплоскостную балансировку всех роторов паровых и газовых турбин, выпускаемых на Уральском турбомоторном заводе. В дальнейшем эта методика совершенствовалась и модернизировалась и послужила основой аналогичных методик, разработанных и внедренных и на других энергомашиностроительных предприятиях. 
Практика показала, что массовое внедрение в энергетическом машиностроении РБС было взвешенным и абсолютно оправданным процессом. Освоение РБС сопровождалось истинным прорывом в развитии средств и методов балансировки гибких роторов. С внедрением РБС и с разработкой методики многоплоскостной балансировки резко повысилось качество выпускаемых турбоагрегатов, появилась возможность ужесточить требования к нормированию их вибрации. 
Теперь, совершив исторический экскурс и напомнив этапы развития балансировочной техники и балансировочных технологий в производстве турбомашин, можно рассмотреть эффективность использования того или иного балансировочного оборудования и соответствующих методик и в ремонтном процессе.
Необходимо сразу сказать несколько слов о целесообразности использования  РБС, поскольку часто и не очень корректно высказываются сомнения об их преимуществах по сравнению с низкочастотными станками. Конечно, использование РБС экономически целесообразно только при достаточной загрузке его балансировочными работами. Но следует при этом напомнить, что балансировка роторов на РБС отличается еще как минимум тремя особенностями.
Во-первых, качественная многоплоскостная балансировка закладывает запас вибрационной надежности агрегата и позволяет поддерживать вибрационную надежность агрегата в течение достаточно длительных периодов, включающих и несколько ремонтных циклов. Объясняется это тем, что правильно выполненная многоплоскостная балансировка направлена на устранение дисбалансов в местах их возникновения, и это, обеспечивает устранение (минимизацию) прогибов ротора во всем диапазоне частот вращения, а не компенсацию динамических реакций опор на дискретных частотах вращения. 
Такое первоначальное состояние ротора делает его равновесие более устойчивым к изменению его жесткостных характеристик, которые могут изменяться в процессе эксплуатации под воздействием на сильно нагруженные конструктивные элементы, например крепежные детали,  высоких температур. Длительная эксплуатация сопровождается износом и как результат этого эксплуатационной разбалансировкой. 
Кроме того, ремонтные работы, связанные с заменой лопаточного аппарата, восстановлением уплотнений и др., также могут внести в ротор дисбалансы, но при исходной качественной многоплоскостной балансировке ротора, влияние внесенных дисбалансов значительно мягче, чем при исходной двухплоскостной балансировке, даже, если она выполнялась на рабочей частоте вращения. Кроме того, существует ряд приемов, которые позволяют учитывать, какие и где вносятся дисбалансы при ремонтах, и выполнять компенсацию внесенных дисбалансов в плоскостях, максимально приближенным к ним. 
Эти замечания справедливы для того большинства регламентных ремонтов, которые выполняются без полной разборки роторов, без замены насадных и крепежных элементов, без значительной проточки шеек и т. д. И во всех этих ремонтах роторов, прошедших предварительную балансировку на РБС, именно благодаря этому удается длительное время очень эффективно использовать низкочастотные балансировочные станки.
Во-вторых, при балансировке роторов на РБС существует возможность проведения повторных разгонных испытаний. Эти испытания, проводимые особенно после замены ответственных узлов и деталей роторов или  существенной модернизации роторов, позволяют, выявить и устранить внесенные в процессе ремонтов особо опасные дефекты или выявить и заменить установленные дефектные детали. 
Кроме того, разгон роторов обеспечивает их вибрационную стабилизацию. Это особенно важно для сборных роторов.
В-третьих, вибрационные испытания роторов, выполняемых одновременно с их балансировкой на РБС, дают хорошую возможность диагностирования ряда дефектов возникающих в процессе сборки роторов и, следовательно, имеется возможность  проверить качество выполненных работ. Еще более важным является возможность диагностики роторов, отработавших длительные периоды в эксплуатации, когда возможны процессы релаксации напряжений и соответственно снятие натягов, недопустимое удлинение крепежных элементов, наконец, просто появления усталостных трещин в роторах и их деталях.
Из вышесказанного можно сделать следующий вывод: т.н. «индустриальные ремонты», то есть выполняемые после длительной эксплуатации агрегатов с заменой узлов, исчерпавших свой ресурс, должны, по сути, завершаться повторной балансировкой роторов на РБС, но только в тех случаях, когда такая балансировка осуществлялась и при их изготовлении.
Однако, авторам представляется, что в условиях ремонта на компрессорных станциях магистральных газопроводов и в большей части связанных с ними ремонтных предприятиях, разумным и экономически обоснованным является использование для балансировки роторов только низкочастотных балансировочных станков, тем более, как это показано выше, низкочастотная балансировка роторов прекрасно сочетается с их предварительной высокочастотной балансировкой.

Рис.9
Широкая номенклатура ремонтируемых роторов по их весам и особенностям их конструкции предопределяет технико-экономическую целесообразность применения такого типа балансировочных станков, которые бы сочетали широкую универсальность с хорошими точностными характеристиками и простотой их использования. К таким станкам безусловно относятся горизонтальные мягкоопорные балансировочные станки серии ВМ различной грузоподъемности, производимые московской фирмой «ДИАМЕХ 2000». Эта надежная и высокотехнологичная продукция широко применяется в различных отраслях промышленности (рис. 6).
Применение горизонтальных станков серии ВМ в сочетании с вертикальными станками серии В позволяют обеспечить качественную балансировку изделия.. 

Рис.10
Совокупность указанных подходов позволила разработать обоснованную концепцию низкочастотной балансировки указанных роторов системами распределенных  грузов. Эта методика основана на результатах исследований упрощенных моделей, и предлагает разнообразные максимально приближенные к идеалу решения этой задачи.
Внедрение указанной методики при балансировке некоторых типов роторов дали превосходящие ожидания результаты. Так, например, если в ООО «Тюментрансгаз» при двухплоскостной балансировке роторов турбокомпрессора
турбоагрегата ГТН-16 только около 50% агрегатов после пуска из ремонта имели допустимый уровень вибрации, то после внедрения методики низкочастотной многоплоскостной балансировки доля таких агрегатов составила 100%.
Практика применения различных типов балансировки позволяет сделать следующие выводы.   
Если конструкция роторов предусматривает в процессе изготовления низкочастотную балансировку отдельных деталей и узлов, а также другие технологические приемы, направленные на минимизацию дисбалансов, то и в процессе ремонта целесообразно использовать те же технологи.
Если конструкция роторов предусматривает в процессе изготовления высокочастотную ногоплоскостную балансировку на разгонно-балансировочных стендах, то такая балансировка закладывает запас вибрационной надежности агрегата и позволяет поддерживать вибрационную надежность агрегата в течение нескольких ремонтных циклов, используя в процессе ремонтов низкочастотные балансировочные станки, однако при индустриальных ремонтах желательно повторно балансировать роторы на РБС.
В целом, высокочастотная балансировка роторов является более прогрессивным методом, но ее применение в процессе ремонта возможно только при условии приспособленности роторов к многоплоскостной балансировке. Одновременно РБС позволяют решать проблемы диагностического характера и выполнять разгонные испытания роторов, что является очень важным при индустриальном ремонте.
Разгонно-балансировочные стенды не должны использоваться как инструмент исправления дефектов, возникших в результате нарушения технологии ремонта. Кроме того, балансировка на РБС роторов, неприспособленных для многоплоскостной балансировки, не только малоэффективна, но и может привести к отрицательным результатам.
Балансировка на станках более разумна в условиях небольших и средних ремонтных предприятий. Современные подходы позволяют осуществлять низкочастотную балансировку гибких роторов системами распределенных  грузов, приближая ее в ряде случаев по результативности к многоплоскостной балансировке на РБС.
Заключение
Как видно технология производства паровых и газовых турбин прошла долгий путь с середины 19-го века и по наши дни. Причем на протяжении этого пути технология совершенствовалась, ведь необходимо было соответствовать все возрастающим потребностям энергетического хозяйства.
Сама по себе конструкция турбины не слишком сложна, однако, технология производства ГТД, ГТУ сложна и многогранна. В коротком реферате невозможно охватить все разделы газотурбинного машиностроения и отдельных отраслей (например авиационного двигателестроения). Поэтому мы остановились на некоторых аспектах.
Литература
1. «Технология производства и монтажа паровых и газовых турбин.» Год выпуска: 2005. Автор: Новиков В.А. Учебное пособие. Издательство: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ.
2. «Технология производства паровых и газовых турбин» Бауман Н.Я. Яковлев М.И., И.Н. Свечков. Издательство «Машиностроение» 1973 год.
31