Опыт эксплуатации на ГЭС гидроагрегатов со свободными болтами во фланцевых соединениях валов
Во фланцевых соединениях валов энергетических установок используются, как правило, болты, втулки или шпонки, воспринимающие крутящие моменты за счет срезающих напряжений, которые возникают в сечениях этих соединительных элементов, совпадающих с плоскостью разъема фланцев. Для обеспечения работы на срез этих сечений и исключения изгиба соединительных элементов (болтов, втулок и т. д.), а также для более равномерного распределения усилий на них элементы устанавливаются с весьма малыми зазорами в отверстиях соединяемых фланцев.
Для того чтобы исключить несоосность и уступы, детали, фланцы которых подлежат соединению, устанавливают на одном станке для совместной расточки отверстий в них.
Нередко отверстия в этих деталях предварительно растачиваются по зеркальным кондукторам с последующей окончательной совместной расточкой на монтаже при помощи специального станка. Соединение деталей роторов энергетических машин таким способом, в особенности деталей гидроагрегатов, размеры и масса которых значительны, связано с большими затратами времени и средств. Кроме того, существуют трудности, связанные с монтажом и демонтажом фланцевых соединений с припасованными болтами. Они вызваны малыми зазорами между болтами и фланцами, что затрудняет установку болтов во фланцевые отверстия и извлечение их при демонтаже.
Характеристика нагружений агрегатов за 1975 —1979 гг.
Одним из наиболее простых и экономичных способов соединения деталей роторов является использование сильнозатянутых болтов, установленных во фланцевые отверстия с зазорами в 1 ... 3 мм. Однако фланцевые соединения со свободными болтами в энергетических машинах не используются. Главная причина этого состоит в отсутствии натурного опыта длительной эксплуатации агрегатов со свободными сильнозатянутыми болтами во фланцевых соединениях и в том, что традиционно во всех странах и отраслях машиностроения во фланцевых соединениях роторов используются припасованные болты или другие срезные устройства.
Имея в виду важность и прогрессивность использования фланцевых соединений роторов со свободно установленными болтами, обосновав решение лабораторными экспериментами и расчетами [1] на шести агрегатах Перепадных ГЭС-11-1V, были использованы такие конструкции. Эти конструкции успешно эксплуатируются с 1971 г. Наиболее интенсивно агрегаты работают с 1975 г. по настоящее время.
Нижеследующая таблица дает представление о режимах работы агрегатов за последние годы.
Необходимо отметить следующие важные обстоятельства: общее число циклов переменных напряжений, воспринятых болтами за рассматриваемый период надежной эксплуатации узлов гидроагрегатов (принимая за цикл полный оборот ротора, горизонтальная ось которого испытывает знакопеременный изгиб), значительно превзошло обычную базу испытаний на усталость и релаксацию (107 циклов). Для агрегатов 5 и 8 это число в 5—5,6 раза больше;
базу стандартных испытаний превзошло также число циклов переменных напряжений, воспринятых болтами при максимальной мощности агрегата (для агрегатов 5 и 8 — в 3—3,2 раза);
из-за определенных особенностей ГЭС-П-1У общее число изменений режима работы гидроагрегатов, а также число изменений режима из-за пусков и остановов агрегатов также значительны.
Из анализа фактических материалов видно, что гидроагрегаты Перепадных ГЭС-11-1V, во фланцевых соединениях которых установлены не припасованные болты с высокими напряжениями начального затяга, за последние годы эксплуатировались в весьма напряженных условиях, а также с большим числом изменений режимов, пусков и остановов агрегатов. Однако узлы оказались не только надежными, но ни один из них не достиг допустимого предельного состояния, при котором фланцы могли сдвинуться на величину 0,1 мм по дуге наружной окружности фланцев. Такое смещение, если бы оно имело место, автоматически зафиксировалось бы с помощью специального устройства, установленного на фланцевых соединениях. Выводы
1. Фланцевые соединения роторов, в которых использованы затянутые до напряжений 200 ... 400 МПа и выше болты, установленные с зазорами во фланцевые отверстия, могут обеспечить высокую надежность и жесткость соединения деталей роторов энергетических машин, в частности гидротурбин.
2. Положительный опыт надежной и длительной эксплуатации рассматриваемой конструкции на гидроагрегатах Перепадных ГЭС Каскада Ингури ГЭС можно распространить на более мощные агрегаты, обеспечив существенное упрощение их изготовления и монтажа.
3. Монтаж и демонтаж фланцевых соединений с крупными сильнозатянутыми неприпасованными болтами с диаметрами до 100 ... 200 мм может выполняться путем их нагрева одним из известных способов [2], не допускающих непосредственного газопламенного разогрева крепежа.