Корпус цилиндра паровой турбины представляют собой оболочечную конструкцию с наличием фланцевых разъемов, патрубков подвода и отвода водяного пара, расточек под установку обойм и диафрагм. По конструктивным признакам различают одностенные, двустенные и обойменные схемы исполнения корпусов. По технологическому признаку они подразделяются на литые, сварные и сварно-литые. На рис. 27.1 показаны продольные разрезы корпусов ЦВД (рис. 27.1, а) и ЦСД (обойменная конструкция при наличии двустенного исполнения в центральной части цилиндра на рис. 27.1, б) турбины, выполняемых на основе литья из легированных сталей. Эти корпуса помимо силового воздействия подвергаются и существенному температурному воздействию, поэтому их надежность оценивается и с учетом характеристик термоусталости и ползучести. Корпуса ЦНД мощных паровых турбин изготавливают сварными из листов углеродистой стали. При этом они подвержены воздействию разности внешнего атмосферного давления воздуха и разрежения водяного пара внутри корпуса (в выходной части цилиндра). В современных мощных турбинах корпуса ЦНД при их больших размерах выполняются двустенными.
а) б)
Рис. 27.1. Корпуса ЦВД (а) и ЦСД (б) паровой турбины
Обычно на начальной стадии проектирования корпусов используют метод определения напряжений в их стенке, представляя корпус или его фрагмент осесимметричной оболочкой без разъемов и патрубков. Внутри выделенного элемента корпуса действует избыточное давление D р водяного пара по отношению к наружному давлению. Примем, что тангенциальные напряжения st должны быть равны допустимым [ s ]. Тогда формула для определения толщины стенки корпуса имеет вид:
dс=Dрd/(2 [ s ] ), (27.1)
где d – внутренний диаметр корпуса.
Для толстостенных корпусов, в которых отношение наружного диаметра dн к внутреннему диаметру dн/d >1,3, данная формула дает заниженное значение толщины стенки. В этом случае необходимо пользоваться более точными методами, учитывающими сложное напряженное состояние материала корпуса. При проектировании корпусов следует учитывать, что толщина стенки должна меняться плавно, а сопрягаемые элементы должны быть по возможности близким по толщине. Кроме этого, следует избегать элементов типа плоской стенки, а фланцы разъемов должны иметь минимально возможную ширину.
На рис. 27.2 показана конструкция двухкорпусного исполнения ЦВД паровой турбины. Внутренний корпус 1 опирается с помощью четырех лапок в плоскости горизонтального разъема наружного (внешнего) корпуса. В представленной конструкции предусмотрена организация температурных расширений корпусов посредством системы шпоночных соединений.
Рис. 27.2. Фрагмент конструкции двухкорпусного ЦВД паровой турбины:
1 – внутренний корпус цилиндра; 2 – внешний корпус; 3 – элементы опирания внутреннего корпуса во внешнем; 4 – окружная боковая шпонка; 5, 6 – вертикальная центральная шпонка и направляющий паз для нее; 7 – направляющий паз продольной шпонки