1- Sơ mi ép; 2-Vòng định vị; 3-Bánh đĩa; 4 cánh động
3.1.2. Kết cấu cánh động tuabin
Cánh động gắn ở phần vành ngoài bánh động hoặc ở trên mặt rôto đối với tua bin phản kích.
Phần công tác: Gồm hai phía, phần lồi, phần lõm, bề mặt lồi được gọi là lưng cánh, bề mặt lõm gọi là bụng cánh hay bề mặt công tác. Chiều dài công tác của cánh được xác định bởi kích thước hướng kính được làm ướt bởi hơi (phần hơi quét qua).
- Phần đầu mút: (đỉnh) cánh.
- Phần chuôi cánh - nơi ghép cánh với rô to hoặc thân tua bin.
Chiều dài cánh ở các tua bin thuỷ hiện đại dao động trong khoảng rộng: từ 10mm ở tầng đầu tiên đối với tua bin công suất nhỏ tới 500 mm ở các tầng cuối. Đối với tua bin trên bộ công suất lớn chiều dài cánh tầng cuối có thể đạt tới 1016 mm.
Đặc điểm kết cấu của cánh tua bin phụ thuộc vào chức năng của cánh và tải công tác.
Cánh là chi tiết quan trọng của tua bin. Nó quyết định đáng kể tới hiệu suất công tác của tầng tua bin và giá thành chế tạo một động cơ. Bộ cánh tua bin là một trong các chi tiết ảnh hưởng nhiều tới tính an toàn, tin cậy. Vật liệu chế tạo cánh đắt tiền, giá chế tạo cao, sự lựa chọn prôphin cánh động cánh hướng bay hay ống phun hợp lý sẽ xác định chất lượng công tác của cả động cơ hay tính kinh tế còn kết cấu của cánh động cánh hướng và ống phun quyết định tin cậy, tuổi thọ và giá thành chế tạo.
Khi làm việc cánh động, cánh hướng chịu các lực tác dụng sau: * Lực uốn do áp suất thuỷ động của dòng hơi chảy qua rãnh cánh; * Lực uốn do độ chênh lệch áp suất trước và sau cánh;
* Lực kéo do lực ly tâm của bản thân khối khi rô to quay.
Lực thứ nhất thì đối với tất cả các cánh động và cánh hướng đều phải chịu dù là cánh ở tầng xung kích hay phản kích.
Lực thứ hai có đối với tất cả các cánh động của tầng phản kích và cả tầng xung kích có mức độ nào đó. Lực thứ ba chỉ tác động vào cánh động.
Phụ tải của lực ly tâm tác dụng do khối lượng bản thân của cánh lớn hơn rất nhiều so với áp suất động của dòng hơi và do hiệu số áp suất hơi tác dụng lên cánh, vì thế, trong điều kiện khai thác cánh động chịu tải lớn hơn nhiều so với cánh hướng hoặc ống phun. Phụ tải lớn nhất tác dụng vào chân cánh.
Theo công nghệ chế tạo cánh có thể chia ra các nhóm: 1. Cánh chế tạo theo phương pháp kéo hoàn chỉnh
2. Phương pháp chế tạo bằng cách phay bán hoàn chỉnh Mặt cánh phía lõm (bụng) được chế tạo bằng cán tinh còn phía lưng và chuôi cánh được chế tạo bằng cách phay.
3.Cách chế tạo bằng cách phay hoàn chỉnh
Hình 3.13 Cánh động tua bin
1- Bánh động; 2-Chân cánh; 3-Tấm chèn; 4- Bụng cánh; 5-Đai đỉnh cánh; 6-Chuôi đỉnh cánh
Để chế tạo người ta chỉ dùng phương pháp phay. Cả hai phương pháp kể trên ứng dụng cho cánh động chịu tải lớn, ví dụ như tầng đầu của tua bin nhiều tầng. Nhưng cánh chế tạo bằng phương pháp phay hoàn chỉnh không kinh tế vì kim loại phế thải nhiều còn phương pháp phay bán hoàn chỉnh tiết kiệm hơn.
Ngày nay cánh tua bin được đúc nên rẻ tiền, tiết kiệm kim loại, (kim loại phế thải không quá 10% khi gia công). Sau khi đúc các cánh được gia công cơ khí, đánh bóng bề mặt.... Nên cánh đúc được sử dụng rộng rãi.
Cánh 3 và chuôi 4 chế tạo bằng cách kéo (chuốt) hoặc cán tinh rồi đánh bóng bề mặt. Kiểu chế tạo này chỉ dùng sản xuất cánh hướng và cánh động của một số tầng công tác nhẹ tải. Để tạo nên rãnh giữa các cánh người ta ghép chi tiết 6 vào thân 5 (đặt giữa 2 cánh).
Kết cấu phần chuôi cánh rất đa dạng, tuy nhiên dựa trên cánh ghép chân cánh vào đĩa hay rô to người ta chia làm hai kiểu sau:
* Kiểu ghép chân chìm
Ghép kiểu này chuôi (chân) cánh nằm hoàn toàn trong rãnh trên đĩa hay trên mặt rôto. * Kiểu ghép chân nổi
Kiểu ghép này này phần chuôi cánh lộ ra phía ngoài gờ trên mặt đĩa và được gia cường cẩn thận phần chuôi với gờ đĩa.
Các kiểu 1, 2, 3 ở hình 3.14 thường dùng cho cánh hướng hoặc cánh động tầng công tác nhẹ tải có tốc độ vòng không quá 200 m/s.
Hình 3.14. Các kiểu chân cánh
Trong các tầng điều chỉnh của tổ hợp tua bin cánh phải làm việc với hơi có thông số cao, chịu tải lớn người ta gia cường cánh vào rôto bằng cách hàn
Dưới tác dụng của dòng hơi thổi ra từ ống phun cánh động tua bin có thể có các dao động sau đây: - Dao động theo mặt quay của bánh động tức là sự rung động theo phương pháp tiếp tuyến;
- Dao động theo mặt vuông góc với phương quay của bánh động, tức rung động dọc trục; - Dao động xoắn.
Rung động dọc trục của các cánh có liên quan tới rung động của bánh động. Dao động xoắn của các cánh được đặc trưng bằng sự dao động rất mạnh phần đỉnh cánh của nó.
Độ tin cậy công tác của cánh tua bin phụ thuộc vào độ lớn và tính chất rung động phát sinh trong cánh cũng như bánh động (bánh mà cánh công tác được ghép vào). Ngoài ra cánh là chi tiết đàn hồi (có chể uốn được) nên nó có thể rung động theo tần số riêng. Nếu tần số dao động riêng của cánh bằng với tần số dao động của các ngoại lực gây ra dao động đó thì có khả năng xuất hiện dao động cộng hưởng. Dao động cộng hưởng này sẽ tồn tại đến khi thôi tác dụng bên ngoài gây ra cộng hưởng hoặc khi thay đổi tần số của ngoại lực ấy. Dao động cộng hưởng làm phá hỏng cánh công tác và bánh động. Để tránh sự cộng hưởng, các bánh động có gắn cánh động ở các tua bin thuỷ cỡ lớn, trước lúc lắp đặt lên trục đều phải thay đổi tần số dao động riêng của chúng.
- Để chống lại sự rung động cánh, người ta có kết cấu các cụm dải dài hoặc dây kim loại
Các dây đai kim loại bố trí theo chu vi thành từng cụm dài từ 20 ÷ 400 mm giữa các cụm dây đai có khe hở nhiệt, đường kính dây đai phụ thuộc vào chiều rộng cánh và thường từ 4 ÷ 9 mm.
Để làm giảm dao động giữa các cụm cánh bố trí các dây đai người ta đặt ống dây dao động 2 một đầu dây này được liên kết với 2 ÷ 3 cánh của cụm, còn đầu kia của dây đi tự do qua một vài lỗ khoét ở cụm cánh đối diện. Lực ma sát của dây 2 phát sinh khi đi cọ sát vào các lỗ trên cánh (lúc các cụm cánh dao động) sẽ làm giảm biên độ dao động này. Nhờ có các lỗ 5 nên đặt dây 2 rất đơn giản.
Vật liệu chế tạo cánh cần có độ bền ở nhiệt độ cao, có khả năng gia công cơ khí dễ dàng, chịu ăn mòn và xói mòn. Cánh công tác ở nhiệt độ hơi dưới 125oC chế tạo bằng thép không gỉ Crôm mác 1X13 và 2X13 với hàm lượng Crôm 12,5 ÷ 14,5% ở nhiệt độ hơi cao hơn (480 ÷ 500oC) sử dụng thép không gỉ Crôm Niken có hàm lượng Niken 14%, cánh công tác ở nhiệt độ hơi 500 ÷ 5500C chế tạo từ thép Austenit
∋U 123 và ∋U405 có hàm lượng Niken từ 12 ÷ 14, Crôm 14 ÷ 16%. Cánh đúc chế tạo từ thép 2X13. Vật liệu cho các tấm đệm để tạo rãnh giữa hai cánh chế tạo từ thép Các bon mác 15; 25 và 35, với các dây đai, dây chống dao động, các chốt tán gia cường chân cánh v.v... dùng thép không rỉ 1X13.
Để hàn các dây đai và dây chống dao động người ta dùng que hàn bạc mác ΠCP45 và ΠCP 65. Có hàm lượng bạc lớn nhất là 15% và 65%.