WorldodTech

Колеса турбодетандеров.

Вращающееся рабочее колесо является очень ответственной частью турбодетандера. Оно должно обладать высокими аэродина­мическими качествами и необходимой прочностью как в нормальных температурных условиях, так и в условиях низких температур.

Конструкция реактивного колеса с длинными лопатками в большой мере зависит от числа лопаток. Первые конструкции колес делались с большим (порядка 80) числом лопаток. Однако конструктивно и технологически колеса с большим числом лопаток получаются сравнительно сложными, так как их приходится делать наборными, со вставными лопатками, изготовляемыми из тонких пластинок. Колеса с малым числом относительно толстых лопаток могут быть цельнофрезерованными, более прочными и легкими, что позволяет значительно увеличить допустимую окружную скорость, т. е. получить больший теплоперепад в одной ступени. Поэтому в последних конструкциях турбодетандеров применяются цельнофрезерованные колеса с небольшим числом лопаток.

Опыт показал, что колеса с 17-20 лопатками являются вполне удовлетворительными как с газодинамической, так и конструктивной точки зрения.

Окружные скорости рабочих колес реактивных турбодетандеров находятся в пределах 150-400 м/с. Поэтому колеса должны обладать высокими газодинамическими качествами, достаточной механической прочностью при нормальных и низких температу­рах и малым весом.

Первые отечественные реактивные турбодетандеры, разрабо­танные под руководством акад. П. Л. Капицы, имели рабочие колеса с двусторонним выходом газа (рис. 1).

Колесо состоит из стрелки, в прорези которой вставляются лопатки, изготовленные из листовой стали.

В средней части лопаток имеются заплечики, входящие в кольцевые пазы покрывных дисков, а в верх­ней части - выступы, которые рас­клепываются в прорезях покрывных дисков. Для предотвращения смеще­ния и вибрации лопаток заплечики вводятся в кольцо с прорезями. Чи­сло лопаток в колесах такой кон­струкции было значительным - 36 длинных и 36 коротких. Стрелка и покрывные диски изготовлялись из поковок нержавеющей стали, а ло­патки из листового проката этой же стали.

Рис. 1, Рабочее колесо реак­тивного турбодетандера с двух­сторонним выходом газа:

1 - стрелка; 2 - покрывные диски; 3 - лопатки; 4 – кольцо

Ввиду того, что подобные колеса имеют значительный вес, располага­ются в средней части ротора и уда­лены от опор, критическое число обо­ротов ротора обычно бывает ниже ра­бочего числа оборотов, т. е. вал получается «гибким». Для предотвращения значительных колебаний и больших прогибов вала при переходе через критическое число оборотов одну опору снабжают демпфирующим устройством.

В современных турбодетандерах обычно применяются закры­тые и полуоткрытые рабочие колеса с односторонним выходом газа, расположенные на консоли вала.

Закрытое рабочее колесо с односторонним выходом газа (рис. 2) состоит из покрывного и лопаточного дисков, соединяе­мых заклепками. Лопаточный диск может изготовляться фрезе­рованием, штамповкой или методом точного литья по выплавляе­мым моделям. Однако, ввиду того, что количество выпускаемых однотипных рабочих колес сравнительно невелико, обычно лопа­точные диски выполняются фрезерованием. Оба диска изгото­вляются из поковок алюминиевого сплава марки АК6. Заклепки, соединяющие диски рабочего колеса, изготовляются из алюминие­вого сплава марки В65.