авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 16 |

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» ...»

-- [ Страница 7 ] --

3.5. Обработка рабочих частей лопаток Поверхности рабочей части даже самых простых лопаток, не име ющих хвостов (например, открытые направляющие лопатки), имеют слож ную форму. Их сложная внутренняя профильная поверхность сопрягается с не менее сложной наружной поверхностью, поверхностями входной и выходной кромок. У лопаток с хвостом, головной частью и перемычками рабочая часть сопрягается дополнительными переходными поверхностями галтелей с названными элементами конструкции.

Многие конструкции лопаток имеют сложные пространственные профильные поверхности рабочей части. Сложность поверхности характе ризуется большой длиной рабочей части и большой шириной профиля хвостовых сечений, знакопеременной закруткой профильной части, дости гающей 70° и более, криволинейными кромками. Большие длина и ширина рабочей части при малых толщинах сечений значительно снижают жест кость лопатки. Поверхности рабочей части содержат и утолщения со сто роны наружной профильной поверхности около отверстия под скрепляю щую проволоку.

Указанные выше и другие признаки конструкций лопаток в значи тельной степени влияют на выбор технологического процесса обработки поверхностей рабочей части лопаток.

Для учета этого влияния рабочие части лопаток паровых и газовых турбин можно подразделить на 4 вида: открытые, полуоткрытые, полуза крытые и полностью закрытые (см. табл. 17).

Профили рабочих частей лопаток можно разделить на две группы:

постоянного и переменного сечения. С точки зрения формообразования профилей переменного сечения их можно подразделить на два вида: ли нейчатые и нелинейчатые. Определение принятой терминологии видов да но в табл. 16 и 17.

Независимо от групп и видов рабочих частей, технология обра ботки должна обеспечить (в допустимых пределах) точность размеров и форм профиля рабочей части (см. табл. 7), а также точность размеров, оп ределяющих расположение рабочей части относительно хвоста в радиаль ном, аксиальном (вдоль оси ротора) и тангенциальном направлениях. Пре дельные отклонения этих размеров указаны соответственно в табл. 4, 5 и 6.

Знание допустимых предельных отклонений необходимое условие для разработки качественной технологии с соответствующим оснащением и измерительной техникой.

Рассматриваемые в данной теме вопросы касаются лопаток по стоянного и переменного сечений с длиною рабочей части до 700 мм. Тех нология производства лопаток длиною более 700 мм существенно отлича ется от технологии производства более коротких. Изменяется порядок оче редности обработки частей (хвост рабочая часть или рабочая часть хвост), изменяются способы установки заготовок под обработку, появля ются новые методы измерения и др. Поэтому технология обработки длин ных лопаток рассматривается самостоятельно в п. 3.6 данной главы.

На рис. 72, а показана лопатка открытого вида с рабочей частью по стоянного сечения. Высадка в хвостовой части высотой 1 мм, необходимая для прочного соединения хвоста лопатки с промтелом, образуется с помо щью гидравлического пресса после образования профиля хвоста. Рабочие части лопаток открытого вида постоянного сечения, как в данном случае, могут быть изготовлены из светлокатаного профиля или фрезерованием.

Выбор заготовки определяется экономическим расчетом (п. 2.3 данной главы). При изготовлении таких лопаток фрезерованием из горячекатаного полосового проката заготовки (при малой длине лопаток) обычно делают достаточно длинными для получения возможности изготовления несколь ких лопаток из одной заготовки. Однако общая длина заготовки не должна превышать 300-350 мм, что необходимо для удобства выполнения первых операций, связанных с образованием профильных поверхностей. В рас сматриваемом примере (см. табл. 20) заготовки следует рубить длиною 290 мм с допуском минус 2 мм.

При фрезеровании длинных и тонких пластин, а также профильных заготовок возникают затруднения, связанные с креплением их в приспо соблениях. При обычном креплении в торец тонкая заготовка выпучивает ся, вследствие чего толщина заготовки при фрезеровании получается не равномерной. Кроме того, тонкая заготовка при обработке может вырвать ся из приспособления. Во избежание указанных явлений при обработке тонких пластин применяется приспособление (рис.72, д), состоящее из двух частей, которые непосредственно не связаны друг с другом. Первая часть, корпус приспособления (поз. 17), закрепляется на столе станка и служит для фиксирования обрабатываемой заготовки 16, которая уклады вается в корпус приспособления свободно, без крепления, и доводится вручную до специального упора. Вторая часть приспособления крепится на хоботе 6 фрезерного станка и служит для прижима обрабатываемой за готовки к корпусу приспособления. Эта часть состоит из плиты 3 с прива ренной накладкой 5, в которой обработан паз для соединения с хоботом станка. Прочное соединение осуществляется при помощи клина 7 и болтов 8. С нижней стороны плиты приварены четыре планки 11, между которы ми помещаются рычаги 12 и 14, свободно качающиеся вокруг осей 10.

Обрабатываемая заготовка подводится столом станка к фрезе 13 и при помощи винта 4 прижимается рычагом 14 к корпусу приспособления.

Затем включается подача и начинается процесс фрезерования заготовки.

Когда часть заготовки оказывается профрезерованной, винтом 9 подводит ся рычаг 12, которым деталь прижимается к корпусу приспособления до окончания фрезерования. Пружины 1, закрепленные винтом 2, служат для отжимания рычагов от обрабатываемой заготовки при освобождении вин тов 4 и 9. Концы рычагов 12 и 14 снабжены наконечниками 15, изготов ленными из красной меди, что предупреждает образование задиров и ца рапин на поверхности заготовки при скольжении по ней рычагов, допол нительные отверстия в планках 2 даны для перестановки рычагов в зави симости от диаметра фрезы. Плечи рычагов, обращенные к фрезе, значи тельно увеличены, чтобы создать условия для амортизации рычагов при неровностях и изменении толщины обрабатываемых заготовок. Форма ре активного профиля лопатки дает возможность одновременного фрезерова ния профиля и бока заготовки одной фрезой соответствующего профиля, не прибегая к набору комплекта фрез. Профили таких фрез показаны на рис. 72, в и 72, г.

Для проверки взаиморасположения внутреннего и наружного про филей применяют раздвижные профильные шаблоны в рамках (см. рис. 66). Вставка внутреннего профиля закрепляется в рамке непод вижно. Вставка наружного профиля подвижная. При правильном изго товлении профильной части лопатки должно быть обеспечено плотное прилегание заготовки по профилям вставок и выходной кромке. Для удоб ства пользования рамочным шаблоном рычажок 1 с помощью кулачка с накатанной головкой может быть введен в выемку 3 вставки наружного профиля. Тогда рычажок под действием плоской пружины 2 постоянно бу дет отводить вставку наружного профиля в верхнее крайнее положение. На практике устройством отвода обычно не пользуются.

Для контроля размера максимальной толщины сечения используют специальные скобы (рис.66, б).

Обработка профилей лопаток сверлением применяется для коротких лопаток постоянного профиля длиной до 120-150 мм (табл. 20, опера ция 11) и может осуществляться на сверлильных, револьверных и верти кально-фрезерных станках. Наиболее целесообразно использовать револь верные станки. Этот процесс имеет значительные преимущества перед фрезерованием, так как позволяет:

применять стандартные режущие инструменты вместо дорогих профильных фрез;

Рис. 72. Схема обработки профиля реактивной лопатки постоянного сечения открытого вида:

а – эскиз лопатки;

б – профиль заготовки и последовательность обработки;

в – г – профили фрез;

д – приспособление для фрезерования плоских и профильных длинных и тонких пластин;

1 – пружина;

2, 4, 9 – винты;

3 – плита;

5 – накладка;

6 – хобот фрезерного станка;

7 – клин;

8 – болт;

10 – ось;

11 – планка;

12, 14 – ры чаги;

13 – фреза;

15 – наконечник;

16 – заготовка;

17 – корпус приспособления увеличивать производительность труда (при сверлении обра батываются одновременно две лопатки);

сокращать цикл обработки, так как после обработки разверт ками отпадают операции, связанные с получением внутренней галтели фрезерованием и шлифованием.

Фрезерование внутренних галтелей производится цилиндрическими фрезами в поперечном направлении и является необходимой операцией после обработки внутренних профилей закрытых лопаток профильными фрезами. В этом случае на выходе фрезы у хвостовой части обрабатывае мой лопатки (рис. 73, а) остается недофрезерованным участок, который тем больше, чем глубже профиль и чем больше радиус фрезы. Поэтому фрезы для обработки внутреннего профиля лопатки следует брать по воз можности меньшего диаметра.

Операция выполняется цилиндрической фрезой, имеющей на торце соответствующий радиус. Длина фрезы должна быть больше величины l, указанной на рис. 73. Когда внутренний профиль очерчен одним радиусом, направление подачи фрезы вертикальное (рис. 73, б). При наличии прямо линейного участка лопатки устанавливается так, как показано на рис. 73, г.

В случае, приведенном на рис. 73, в, остается увеличенный припуск, для снятия которого требуется дополнительная обработка в процессе шлифо вания профиля.

Вследствие сравнительно большой длины лопаток обработку галте лей производят со стороны хвоста. Поэтому приходится пользоваться фре зами с ограниченным по величине диаметром. Чтобы предупредить воз можные при этом поломки оправок, их надо делать из особо прочных ста лей, наиболее устойчивых против усталости и, где возможно, устанавли вать для них специальные поддержки (кронштейны). При особо малых диаметрах оправок необходимо изготовлять цельные фрезы вместе с хво стовиком и работать на малых подачах. Для предохранения от врезания фрезы в лопатку рядом с фрезой устанавливает ролик, который должен свободно вращаться на оправке (рис. 73, б). Прикоснувшись к лопатке, ро лик останавливается, что служит сигналом рабочему для прекращения по дачи.

Фрезерование косых внутренних галтелей производится в две опера ции: фрезерование прямой галтели и фрезерование косой галтели. Прямая галтель выполняется в соответствии со схемой, изображенной на рис. 73.

Фрезерование косой галтели, т. е. галтели, расположенной под некоторым углом, производится на том же приспособлении, но повернутом на нужный угол (рис. 74). Фреза для фрезерования галтели под углом представляет собой цельную грибовидную фрезу с радиусным профилем. Бугры, ос тающиеся в местах перехода от прямой галтели к косой, выбираются шли фованием вручную с использованием шлифовальной бабки.

Рис. 73. Схема фрезерования внутренней галтели Рис. 74. Схема фрезерования внутренней галтели под углом:

а – расположение фрезы относительно заготовки и приспособления;

б – вид готовой лопатки Фрезерование наружного профиля рабочих частей лопаток слож ная и ответственная операция, при выполнении которой должны быть вы держаны правильное взаиморасположение внутреннего и наружного про филей, заданная толщина профиля на кромках и в максимальном сечении, а также установленная длина хвостовой части лопатки.

Наиболее целесообразным видом оборудования для обработки на ружных профилей лопаток данного типа являются специальные копиро вально-фрезерные станки, например типа ОФ-8 или 6М42К, выпускаемые отечественными станкостроительными заводами. На них могут быть обра ботаны профили любого очертания (однорадиусные и многорадиусные).

Рабочие части лопаток переменного сечения (см. рис. 31) имеют бо ка, которые выполнены с наклоном, образующим сужение рабочей части по направлению к головке. Фрезерование боков лопатки по уклону может выполняться на горизонтальных или вертикально-фрезерных станках.

Наиболее пригодными для этой работы являются двухшпиндельные вер тикально-фрезерные станки, допускающие перемещение одного из шпин делей по наклонной линейке (копиру).

Контроль правильности фрезерования боков лопаток по уклону вы полняется в специальном контрольном приспособлении с индикаторами.

Базирование лопаток в приспособлении осуществляется по посадочному профилю хвоста.

Косое фрезерование профилей переменного сечения является наибо лее распространенным процессом при обработке сравнительно коротких лопаток. Схема косого фрезерования лопатки переменного профиля пока зана на рис. 75. Радиусы r1 и r2, которыми очерчены внутренняя и наруж ная поверхности сечений (рис. 75, б) не меняются по высоте лопатки.

Центры этих радиусов лежат на прямых АВ (для наружного профиля) и CD (для внутреннего профиля), наклоненных по отношению к осевой (радиальной) линии УУ лопатки. По направлению ВА лопатка должна перемещаться при фрезеровании наружного профиля, по направлению DC при фрезеровании наружного профиля. Линии центров наклонены также и к базовой плоскости лопатки, проведенной через выходную кром ку в сечении у хвоста лопатки. В поперечных сечениях эта плоскость изо бражена линиями. Наклон линий центров к базовой плоскости изменяется отрезками a1, a2, a3 для внутренней поверхности и b1, b2, b3 для наруж ной.

Для фрезерования обрабатываемая лопатка должна быть установлена с соответствующим наклоном к столу станка. Наклон лопатки рассчитыва ется так, чтобы линии центра АВ и CD были параллельны горизонталь ной плоскости и продольной оси стола станка. На рис. 75, б показано и формообразование профиля фрезы. Последний образуется путем совмеще ния и соответствующего координирования профилей крайних сечений.

Аналогично определяется ширина совмещенного профиля фрезы.

Если профиль лопатки очерчивается несколькими радиусами, как это схематично показано на рис. 35, а, то для возможности осуществления ко сого фрезерования профильной фрезой необходимо, чтобы линии центров одной и той же поверхности были параллельны друг другу. Если это усло вие не соблюдено, косое фрезерование невозможно.

Проверка профиля лопатки после фрезерования производится отно сительно боков лопатки при помощи шаблонов (рис. 76). Кроме формы профиля должно быть проверено его положение по отношению к плоско сти хвоста лопатки. Этой проверкой устанавливается правильность поло жения рабочей части по отношению к линии центра тяжести и средней ли нии.

Наиболее употребительные схемы измерения показаны на рис. 77, а для лопаток с линейчатыми профилями и на рис. 77, б с нелинейчаты ми. В первом случае измерение ведут в двух крайних сечениях, во втором обязательно в каждом контрольном сечении в приспособлении для про верки профилей с помощью глубиномера. Отклонение от заданного разме ра определяют по зазору предельной пластиной или щупом.

Обработка рабочих частей коротких лопаток газовых турбин и осевых компрессоров длиною до 300 мм со сложнопространственными профилями производится несколькими способами фрезерования с приме нением объемных копиров (моделей) на полуавтоматических копироваль но-фрезерных станках, электрическими методами или прецизионной штамповкой с последующей безразмерной обработкой шлифованием.

Для лопаток газовых турбин и осевых компрессоров из известных способов копировально-фрезерной обрабоки наиболее хорошо зарекомен довали себя следующие: а) фрезерование поперечными строчками цилинд рической фрезой на станках типа ОФ-31М;

б) круговое фрезерование про дольными и поперечными строчками.

Схема обработки на станке ОФ-31М показана на рис. 78. Копи рование ведется автоматически по модели с масштабом 1:1. Метод по строчного фрезерования цилиндрической фрезой базируется на том усло вии, что кривизна любого сечения обрабатываемой поверхности вдоль оси детали невелика, а продольные образующие профиля внутри каждой вы бранной величины строки приближаются к прямой и образуют с горизон том угол не более 18°. Наибольший суммарный угол наклона образующих относительно друг друга не должен превышать 36°.

Обрабатываемая лопатка крепится в приспособлении, установленном поперек стола в направлении УУ. Фреза имеет только вращательное дви жение. Движения копирования вертикальное и покачивание стола вокруг ХХ осуществляется за счет перемещений стола при одновременном дей ствии двух гидроцилиндров, получающих команды от двух копирных зо лотников. Подачи вдоль и поперек лопатки осуществляются также при по мощи стола от отдельных гидроцилиндров.

Ширина фрезы выбирается в зависимости от кривизны профиля с та ким расчетом, чтобы величина ступеньки между двумя параллельными строчками не превышала 2/3 величины припуска на шлифование, т. е. при близительно 0,1-0,15 мм. Увеличение угла закрутки резко снижает допус тимую ширину строки и увеличивает трудоемкость обработки лопаток. Ра боты технологов в области совершенствования обработки таких лопаток должны направляться на получение точных штамповок и точного литья с оставлением минимальных припусков на шлифование и полирование. Не исключена возможность обработки таких лопаток методом обтачивания и растачивания по копиру.

Рис. 75. Схемы формообразования:

а – переменного профиля лопаток методом косого фрезерования;

б – профилей фасонных фрез для косого фрезерования (1 и 2 – схемы фасонных фрез) Рис. 76. Проверка профиля лопаток переменного сечения:

1 – корпус контрольного приспособления;

2 – проверяемая лопатка;

3 – шаблон профиля лопаток Рис. 77. Проверка расположения профиля:

а – у лопаток с линейчатым профилем;

б – с нелинейчатым;

1 – плита;

2 – лопатка;

3 – глубиномер;

4 – фиксирующие штифты по сечениям;

5 – базирующие элементы Рис. 78. Схема фрезерования лопаток по объемному копиру на станках ОФ-31 и ОФ- Однако наиболее эффективными методами обработки рабочих и на правляющих лопаток ГТ, изготовляемых из жаропрочных сталей и спла вов, остаются электрофизические и электрохимические, описание которых дано в п. 7.3 первого раздела.

Рассмотрим методы обработки и предназначенные для этого станки, которые применимы к лопаткам большинства типов.

Внутренние сложнопространственные профильные поверхности об рабатываются на копировально-строгальных станках ГД-19 и ГД-20 в на правлении продольной оси. Для сохранения в определенном диапазоне оп тимальных значений углов резания на всем протяжении длины и ширины рабочей части лопатке сообщается поворот относительно вершины резца.

Круговое фрезерование профильных поверхностей осуществимо как поперечными, так и продольными строчками. Для этого созданы специали зированные копировально-фрезерные станки-полуавтоматы. На рис. приведена схема круговой обработки фрезерованием профильной поверх ности поперечными строчками одновременно шести лопаток на копиро вально-фрезерных станках-полуавтоматах моделей ГФ-1344 и ГФ-1345.

ГФ-1344 предназначен для обработки лопаток длиной 630 мм и шириной 160 мм, ГФ-1345 для обработки поверхностей длиной 1300 мм и шири ной 190 мм. Обработка ведется специальными насадными фрезами. Подача на соседнюю строчку осуществляется периодически во время обработки входной и выходной кромок, т. е. в точках 1 и 2 схемы. Приближенное по стоянство круговой подачи лопатки обеспечивается на всем цикле обра ботки автоматическим бесступенчатым регулированием частоты вра щения при помощи гидроследящего устройства.

Круговым фрезерованием, но продольными строчками об рабатываются внутренняя, наружная профильные поверхности и входная кромка одновременно у двух лопаток на копировально-фрезерном станке модели УФ-106. На нем возможна обработка направляющих лопаток дли ной 500-1250 мм.

Если процесс обработки профильных поверхностей лопатки не был совмещен с обработкой кромок, то кромки обрабатываются в отдельных операциях. Процесс фрезерования кромок может быть расчленен на две операции: отдельная обработка только выходной кромки;

обработка только входной кромки. Для раздельного и совмещенного фрезерования кромок созданы копировально-фрезерные станки.

Копировально-фрезерный станок-полуавтомат модели ГФ- предназначен для обработки по нормали выходных кромок одновременно двух лопаток длиной 80-250 мм с наибольшим углом закрутки рабочей части до 80°. При обработке формируемая поверхность кромки обкатыва ется по цилиндрической поверхности насадной фрезы. Диаметр фрезы и ее длина не могут быть назначены произвольно. Указанные размеры взаимо зависимы, а также зависят от конструктивных особенностей лопатки.

Рис. 79. Схема кругового фрезерования профильных поверхностей лопаток на станках ГФ-1344 и ГФ- Диаметр фрезы определяется конструктивно и должен находиться в пределах 60-80 мм.

Длина фрезы, мм, определяется формулой L = a max + (40 K 50 ), где amax наибольшее расстояние от оси поворота лопатки до выходной кромки в двух крайних сечениях лопатки.

Назначенный диаметр фрезы проверяют, а величину amax устанав ливают графической обкаткой выходной кромки лопатки. К полученному значению amax прибавляют суммарную величину запаса длины фрезы.

Обработка входной и выходной кромок с одного установа одновре менно у двух лопаток выполнима на копировально-фрезерных полуавто матах моделей ГФ-1326С1, ГФ-1327, ГФ-1328. На станке модели ГФ 1326С1 обрабатываются лопатки длиной 250-400 мм, на станке модели ГФ-1327 400-630 мм, на станке модели ГФ-1328 630-1250 мм. Пре дельный угол закрутки лопаток, обрабатываемых на станках этой группы, 80°. Достижимая точность обработки находится в пределах ± 0,2 мм, а па раметр шероховатости поверхности Rz = 20 мкм.

При создании специализированного оборудования для обработки профильных поверхностей рабочей части лопаток, при проектировании наладок к нему, а также при разработке технологических процессов стре мятся к тому, чтобы недоработанные переходы от профильных поверхно стей рабочей части к замку, к головной части имели возможно меньшую протяженность. В оптимальном случае их протяженность не должна пре вышать ширину галтелей. Однако достигают этого редко, и поэтому про цесс формообразования галтелей совмещается с дообработкой со прягаемых с галтелями переходных поверхностей.

Один из способов обработки галтелей лопаток это фрезерование переходных участков насадными дисковыми фрезами на копировально фрезерных станках. Копировально-фрезерный станок модели ГФ- предназначен для обработки переходных поверхностей со стороны наруж ной и внутренней галтелей лопаток длиной 100-1250 мм. Обработка пере ходных поверхностей со стороны внутреннего и наружного профилей про изводится раздельно, т. е. в двух операциях. На станке возможна обработка поперечными и продольными строчками, как это графически изображено на схемах (рис. 80).

Переходные поверхности со стороны наружного и внутреннего про филей могут быть обработаны и специальной пальцевой фрезой с радиу сом при вершине, равным радиусу галтели. Эта схема обработки избрана при создании вертикального копировально-фрезерного станка модели ГФ 1330, предназначенного для обработки переходных поверхностей одно временно двух лопаток длиной до 1250 мм. Наладочная схема станка на Рис.80. Схемы обработки переходных поверхностей лопаток на копировально-фрезерном станке ГФ-1329:

а - одной поперечной строчкой;

б - несколькими поперечными строчками;

в - продольными строчками Рис. 81. Схема наладки вертикального копировального фрезерного станка модели ГФ- на обработку переходной поверхности со стороны наружного профиля:

1 – синусный стол;

2 – приспособление;

3 – копир профиля сечения лопатки и галтели;

4 – копир конической поверхности полки хвоста;

5, 6 – фрезы;

7, 8 – пальцы копира обработку переходной поверхности со стороны наружного профиля изо бражена на рис. 81.

Разворот лопаток на угол установки в пределах 0-30° осуществляется двумя синусными столами, на которых крепятся зажимные приспособле ния и копиры. Копирование происходит по двум копирам: профиля сече ния лопатки у галтели и конической поверхности полки хвоста. Угол кону са режущей части фрезы (вид Б схемы) выбирается конструктивно из условий жесткости и прочности инструмента и зависит от угла установки лопатки относительно стола станка. Угол определяется равенством = ±, где угол конуса полки хвоста лопатки. Знак «плюс» принимается при обработке переходной поверхности со стороны внутреннего профиля, а знак «минус» берется при обработке со стороны наружного профиля.

На станке возможна обработка поперечными и продольными стро ками при бесступенчатом в обоих случаях регулировании подач на строч ку.

3.6. Некоторые особенности обработки профильных частей длинных лопаток Рост мощности турбин сопровождается увеличением длины рабочих частей лопаток последних ступеней. Это можно видеть на рис. 82. При создании турбины К-300-240 лопатки последней ступени в конструкции Харьковского турбинного завода (ХТЗ) (рис. 83, а) выполнены с длиною рабочей части 1050 мм, а в конструкции Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) 960 мм (рис. 83, б). В турбинах мощностью 1000 МВт для АЭС эти заводы спроектировали еще более длинные лопатки. В турбине К 1000-60/3000 ЛМЗ (быстроходной) последняя лопатка выполнена длиною 1200 мм, в турбине K-1000-60/1500 ХТЗ (тихоходной) 1450 мм. Увеличе ние длины лопаток на ЛМЗ достигнуто за счет применения титанового сплава марки ТС5 (см. п. 2.3 данной главы), а XTЗ путем снижения числа оборотов с 3000 до 1500 в минуту.

Штампованные заготовки для длинных лопаток отличаются боль шими габаритами и массой, превышающей массу готовой лопатки более чем в два раза. С возрастанием длины неизбежно увеличивается и слож ность профиля лопатки. Для примера на рис. 55 показана лопатка послед ней ступени турбины 100 МВт ХТЗ. Из анализа этого чертежа можно уста новить следующие конструктивно-технологические особенности длинных лопаток:

большая ширина профиля корневых сечений;

малые толщина и жесткость периферийных сечений и выходных кромок;

значительное различие углов входа потока по высоте лопатки и связанная с этим большая закрутка профильной части, достигающая у от дельных лопаток 72о (например, рис. 83, б и 83, в);

наличие утолщения сечений в местах отверстий под скрепляющую проволоку не только со стороны наружного, но и внутреннего профиля (см. рис. 55, сечение ГГ);

сложные криволинейные поверхности рабочей части и кри волинейные кромки со знакопеременной закруткой;

непомерно высокая точность обработки профильных поверхностей для лопаток большой длины (свыше 1000 мм) и хорд сечений профиля;

отсутствие на радиальных поверхностях хвоста плоских площадок, служивших надежными базами на всех операциях от начала и до конца об работки коротких лопаток. В конструкции лопаток ХТЗ и УТМЗ радиаль ные поверхности выполнены по дуге (на рис. 55, радиусы 198 и 198,1).

В процессе организации производства длинных лопаток возникло много новых сложных технологических задач и выявилась необходимость создания новых крупных специальных и специализированных станков.

Практика показала, что принципы построения технологических процессов обработки коротких лопаток не могут быть использованы при обработке длинных лопаток. Принятое для коротких лопаток чередование этапов об работки (подготовка баз, обработка хвостов, затем рабочей части и голов ки) также требует пересмотра. Необходимы существенная доработка и со вершенствование технологичности конструкции длинных лопаток, осо бенно в отношении определения наиболее рациональных технических тре бований точности изготовления и разработки средств контроля.

Начиная с 60-х годов прошлого века, процесс изготовления длинных лопаток находился в стадии становления и развития, его изучение сопро вождалось изготовлением специальных станков, оснащения и т. п. Указан ную стадию еще нельзя считать законченной. Многие операции выполня ются на старинных модернизированных станках. Именно по этой причине в табл. 19-23 нет схем типовых технологических процессов изготовления длинных лопаток.

В табл. 24-27 дано содержание действующих маршрутов технологи ческих процессов наиболее распространенных типов длинных лопаток.

Хотя они еще и не окончательно отработаны, но крайне необходимы. Без знания маршрутного процесса нельзя получить правильное представление об обработке профильных частей лопаток. Так, например, в табл. 25 из операций 17 составляют процесс обработки рабочей части, в том числе и профилирование. Техническая и учебная литература по технологии турбо строения освещает обычно только операции чистовой обработки. В связи с этим у читателей создается представление, что знания способов профили рования вполне достаточно, чтобы изготовить турбинную лопатку.

Наличие таблиц с эскизом лопатки исключает возможность по явления таких ошибочных представлений и суждений.

Табл. 24 и 25 сопровождаются эскизом типового представления (см. рис. 54 с указанием номеров обрабатываемых поверхностей, что дела ет таблицы ясными без дополнительных пояснений).

Сложнопространственная форма рабочих частей длинных лопаток (см. рис. 55) сопровождалась поисками методов ее выполнения. Изобрета лись и осуществлялись идеи создания нового специального и специализи рованного оборудования. В результате были отобраны (из многих сущест вующих) пять основных способов обработки профильных частей длинных лопаток:

первый круговое фрезерование внутреннего и наружного профилей поперечными строчками;

второй круговое фрезерование внутреннего и наружного профилей продольными строчками;

третий раздельная обработка внутреннего и наружного профилей;

четвертый размерная электрохимическая обработка внутреннего и наружного профилей одновременно (главу 7 первого раздела);

пятый точная штамповка (с вальцеванием) и последующим безраз мерным шлифованием и полированием (для длинных лопаток, находящих ся в стадии освоения и изучения).

В отечественном турбостроении наиболее широкое применение по лучил первый метод. В приведенных маршрутных технологических про цессах (табл. 24, операция 15 и табл. 25, операция 25) обработка про фильных частей лопаток выполняется с применением кругового фрезеро вания поперечными строчками.

Круговое фрезерование рабочих частей лопаток производится попе речными строчками на специальных многошпиндельных станках, копиро вально-фрезерных, предназначенных только для этой цели.

Фрезерование поперечными строчками выполняется на станках мо делей ГФ-1344 и ГФ-1345. Длина лопаток соответственно 630 и 1350 мм.

На станках того же назначения ST-215 и других фирмы "Штарраг" (Швей цария) длина обработки достигает 2000 мм15.

Круговое фрезерование продольными строчками осуществляется на копировально-фрезерных станках УФ-106. На них возможна обработка на правляющих лопаток длиною от 600 до 1250 мм. Одновременно у двух ло паток обрабатываются внутренняя и наружная поверхности, входная и вы ходная кромки.

У станков для длинных лопаток (модель ST-215) копир располагают не позади шпин дельной бабки на одной оси с крайней лопаткой, а на дополнительном шпинделе в од ном ряду с обрабатываемыми лопатками.

Рис. 82. Диски последних ступеней паровых турбин:

а 18-я ступень К-50;

б – 22-я ступень К-150-1;

в – 26-я ступень К-200-2;

г – 27-я ступень К-200-1;

д – 21-я ступень Т-100;

е 21-я ступень К- Рис. 83. Рабочие лопатки последних ступеней турбин К-300-240:

а – лопатка 5-й ступени;

б – лопатка 29-й ступени Станки кругового фрезерования поперечными строчками изго товляются многошпиндельными. При полуавтоматическом цикле работы они имеют три, четыре, пять и восемь шпинделей. При обработке лопатка, установленная в приспособление, вращается вокруг неподвижной оси, а ось режущего инструмента (дисковой фрезы) совершает возвратно поступательное движение по копиру в прямолинейном направлении, пер пендикулярном к оси лопатки. Копир выполняется по форме рабочей части готовой лопатки. В качестве копира можно пользоваться эталонными ло патками.

С помощью одного и того же копира можно изготовлять лопатки правого и левого вращений. Последнее достигается за счет сообщения ко пиру вращения в обратном направлении, не изменяя направления враще ния лопатки. При фрезеровании круговыми поперечными строчками заго товкам придается вращательное движение с переменной угловой скоро стью. Обработка осуществляется за два прохода: первый, предваритель ный, составляет припуск 1-1,5 мм на сторону (достигается за счет умень шенного диаметра обдирочных фрез);

второй, окончательный, с припуском на шлифование. При втором проходе одновременно обрабатывают пло щадки под стеллитовые пластинки и утолщения под скрепляющую прово локу со стороны внутреннего и наружного профилей.

При обработке длинных, недостаточно жестких лопаток исполь зуются специальные люнеты с гидравлическими или болтовыми зажи мами. Эти люнеты, предусмотренные конструкцией станков, обеспечивают надежное крепление вдоль всего переменного профиля лопатки.

Преимуществом кругового фрезерования перед всеми другими ви дами обработки профильных частей длинных лопаток является по стоянство технологических баз. При обработке внутреннего и наружного профилей используется одна установка без смены положения и перезакре пления лопатки. Отклонения поверхностей профиля от теоретического при изготовлении турбинных лопаток круговым фрезерованием находятся в пределах ± 0,3 мм.

С внедрением кругового фрезерования поперечными строчками все предшествующие виды раздельной обработки профильных частей длин ных лопаток по объемным копирам (на продольно-фрезерных станках УФ 30 и УФ-508, строгальных станках ГД-19 и ГД-20) потеряли свое прогрес сивное значение.

Раздельная бескопирная обработка профилей длинных лопаток. Ра бота выполняется по программе пальцевыми фрезами, продольными строчками, что значительно упрощает разработку программы.

Одновременно обрабатывается две лопатки правого и левого вра щений. Работа может выполняться также и поперечными строчками, на пример, для обработки галтелей или переходных поверхностей от профиля рабочей части к хвосту лопатки (см. рис.54, позиции 11 и 18, б).

Рекомендации по выбору наиболее рационального вида обработки профильных частей лопаток. В связи с успешным освоением кругового фрезерования рабочих частей длинных лопаток поперечными строчками встречаются примеры применения этого метода даже в тех случаях, когда обработка может быть выполнена профильными фрезами. Сравнительные исследования, проведенные на базе объема стружки, которую снимают в единицу времени, показали, что фасонное фрезерование лопатки профиль ной фрезой является наиболее производительным среди других методов.

Производительность фасонного фрезерования значительно возрастает (более чем в три раза) при использовании острозаточенных фрез вместо за тылованных.

При сравнении метода фасонного фрезерования с наиболее перспек тивным в настоящее время методом кругового фрезерования можно отме тить преимущество по производительности (до девяти раз) в пользу фа сонного фрезерования профильными острозаточенными фрезами16.

Внедрение в производство длинных лопаток нового специального копировально-фрезерного оборудования и станков с ЧПУ позволяет суще ственно изменить состав и содержание технологических операций. Это можно показать на примере сравнения двух действующих схем технологи ческого процесса обработки одной и той же лопатки, приведенных в табл. 22 и 26. При наличии и использовании современного оборудования (см. табл. 24) количество операций сокращается в три раза. Точность изго товления лопаток в приведенном примере достигается не только за счет точности оборудования, но и главным образом за счет появления возмож ности объединения нескольких операций в одну. Исключение ряда переус тановок и перезакрепления деталей позволяет для объединяемых операций выдержать принцип единства баз. В качестве заготовок в том и другом примерах приняты горячештампованные заготовки обычной точности.

В качестве типа базирования приняты центровые отверстия, что ста ло возможным в связи с появлением нового специального центровального станка (см. рис. 59) с автоматическим управлением. Описание частей кон струкции станка дано в п. 3.3 данной главы.

Приведение двух различных схем технологического процесса на од ну и ту же лопатку (см. табл. 22 и 26) должно дать читателю наглядное представление о возможностях нового оборудования в части выполнения различных видов обработки в одной операции. Для более полного понима ния возможностей нового оборудования в табл. 26 помещена графа 3, в ко торой указаны номера операций табл. 22, объединяемых в операциях табл.

26, при использовании функций нового оборудования. Объединение опе раций, указанных в графе 3, не только повышает точность изготовляемых Кудевицкий Я.В. Анализ методов обработки пера лопаток //Энергомашиностроение.

1975. № 8. С. 31-33.

лопаток за счет выдерживания принципа единства баз, но и резко сокраща ет цикл производства.

Для тем курсовых и дипломных проектов в табл. 27 (дополнительно) приведен действующий маршрут обработки длинной направляющей ло патки.

Вопросы совершенствования технологии длинных лопаток являются наиважнейшими из поставленных перед турбиностроителями в свете по вышения единичных мощностей и совершенствования турбоустановок.

С переориентировкой турбинной промышленности на выпуск турбин большей единичной мощности 500, 800 МВт для ТЭС и 800, 1600 МВт для АЭС, – потребность в длинных лопатках будет непрерывно возрастать.

Увеличение мощности турбин, как известно, осуществляется за счет уве личения ступеней низкого давления с длинными лопатками.

Чтобы удовлетворить потребность в длинных лопатках, для турбин ных заводов создаются высокопроизводительные многошпиндельные ко пировально-фрезерные станки, многопозиционные копировально строгальные станки для длинных направляющих лопаток, высокоточные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры. В связи с этим резко повышают ся производительность труда и точность станочной обработки. Однако возможности нового оборудования полностью не используются. Причиной тому является неотработанность параметров точности на изготовление длинных лопаток. С увеличением длины лопаток требования к точности обработки рабочих частей остаются на уровне коротких лопаток, т. е.

практически неизменными, и, следовательно, недостижимыми при лез вийной обработке даже на особо точных копировально-фрезернах станках, из-за чего резко возрастает объем тяжелых и весьма трудоемких (мало поддающихся механизации) ручных шлифовальных работ по доводке ра бочих частей лопаток после фрезерования. Наряду с этим задерживается проведение поисковых работ по освоению производства точноштамповоч ных заготовок.

Вопрос о параметрах допустимой точности изготовления про фильных частей длинных лопаток неоднократно поднимался как в практи ческой работе, так и в технической литературе. Однако он до сих пор не получил научного обоснования. Исследования следует проводить не толь ко на лабораторных установках, но и на работающих турбинах. При иссле дованиях за основу следует принять параметры точности, достижимые на современном технологическом оборудовании после последующего безраз мерного полирования.

3.7. Обработка головок, сверление и шлифование лопаток Головки лопаток можно разделить на 3 основные группы:

с шипами;

с утонением;

с бандажными полками.

Шипы бывают профильные, прямоугольные и круглые. Размеры шипов выполняют по 4-му классу точности.

Процесс обработки круглых шипов у головок лопаток (рис. 84) со стоит из следующих операций: 1) фрезерование (прорезка) шипов;

2) фре зерование прорезанных шипов на прямоугольник (при больших размерах профилей);

3) закругление первого шипа;

4) закругление второго шипа. На рис. 84, а показано положение лопатки под фрезерование на прямоуголь ник (операция 2) и закругление шипов (операции 3 и 4). Черным показан слой металла, снимаемый при обтачивании, штриховкой при дополни тельном фрезеровании.

Закругление шипов выполняется на горизонтально-фрезерных стан ках при помощи патрона, показанного на рис.42, 6. Патрон имеет ползуш ку, в которой закрепляется резец. Передвигая ползушку, можно установить резец для обточки шипов разных размеров.

На рис. 84, в, г показаны формы утонения головок, а на рис. 84, д способ установки и обработки. Головки лопаток с утонением обрабатыва ются в две операции: подрезка головного торца и фрезерование утонения.

Схема универсального приспособления для фрезерования утонения пока зана на рис. 84, д. Лопатка 2 закрепляется на пружинном столе 4 приспо собления. К торцу стола крепится копир 3. Ролик 1 свободно вращается на оправке. При движении стола станка пружинный стол 4 приспособления под давлением ролика совершает движение в вертикальном направлении, а фреза обрабатывает утонение эквидистантно профилю лопатки. Толщина 0,5 мм выдерживается за счет соответствующей разницы в диаметрах ро лика и фрезы. Если утонение угловое (рис. 84, г), то фрезе придается кони ческая форма. Этот метод вполне удовлетворителен для лопаток длиною до 500 мм.

Для лопаток, у которых обработка утонения сопряжена с обработкой головки по дуге радиуса облопаченного диска (из-за большой ширины го ловного профиля), обработка выполняется на специальных двухшпиндель ных копировально-фрезерных станках двумя концевыми фрезами:

одна подрезает торец;

вторая фрезерует утонение (см. табл. 20, операция 14).

При обработке должны быть достигнуты заданная форма и толщина утонения по профилю, а также размеры и расположение торцевой поверх ности утонения. Обработка поверхностей, образующих утонение, возмож на на однотипных копировально-фрезерных станках-полуавтоматах моде Рис. 84. Формы головных частей лопаток и инструменты для их обработки:

а – круглые шипы;

б – патрон для обтачивания шипов;

в, г – формы утонения;

д – схе мы обработки утонения;

е – головки лопаток с бандажными полками -лей ГФ-1331 и ГФ-1332. На первом из них концевыми фрезами при гори зонтальном расположении обрабатываются лопатки длиной 100-630 мм, а на втором 630-1250 мм. Схема наладки станков изображена на рис. 85.

Диаметр фрезы для обработки утонения, поверхность которого эквиди стантна внутреннему профилю рабочей части лопатки, выбирается конст руктивно с соблюдением условия Dф 2Rmin, где Rmin наименьший радиус внутреннего профиля сечения утонения.

Если утонение угловое, то концевой фрезе придается коническая форма с конусностью, равной удвоенному углу утонения.

Обработка на станке ведется по траектории, повторяющей движение копировальных пальцев по поверхности двух копиров: копира обработки торца лопатки и самоустанавливающегося копира обработки поверх ности утонения.

На рис. 84 показаны головки с бандажными полками. Наличие со единительного шлица, выступающего за радиальную плоскость, делает конструкцию лопатки и соединения нетехнологичными. То же происходит и в других видах подобных соединений. Задача конструктора и техноло гов найти технологичное соединение, например, при помощи круглой шпонки с расклепкой.

Отверстия для скрепляющей проволоки сверлят по кондуктору с по следующим зенкерованием фасок. У сечений с большой закруткой профи ля, при которой заход и выход сверла приходятся на косой срез (см. рис.55, сечение ГГ), зенкерование фасок (где возможно) производят предвари тельно на вертикально-фрезерных станках (см. табл. 24, операция 19), а окончательно слесарным способом (табл. 25, операция 32 и табл. 24, операция 26) напильниками и ручными шлифовальными машинками, про веряя качество обработки по эталону.

Полуотверстия (см. рис. 31, позиция 12) в плоских хвостах лопаток с вильчатыми профилями фрезеруют дисковыми радиусными фрезами. При пуск для обработки этих отверстий (рассверливание и развертывание) в сборе после облопачивания оставляют 2 мм на диаметр.

После механической обработки лопатки шлифуют и полируют.

Раздельная механическая обработка сложнопространственных про фильных поверхностей рабочей части лопаток осуществляется двумя ме тодами шлифования: бесконечной абразивной лентой, профильной по верхностью шлифовального круга. Для шлифования широкой абразивной лентой внутренней профильной поверхности создан ряд конструкций станков-полуавтоматов. Модель ДШ-46 предназначена для шлифования лопаток с длиной рабочей части 250 мм и наибольшим углом закрутки 60°.

Шлифование широкой абразивной лентой наружных профильных поверх ностей возможно на шлифовальных станках ДШ-45, ДШ-44, ХШ-616 и не которых других. Первая из названных моделей предназначена для обра ботки лопаток длиной 250 мм, вторая до 500 мм и последняя до 630 мм.

Рис. 85. Схема наладки горизонтального копировально-фрезерного станка для обработки утонения:

1 приспособление;

2 самоустанавливающийся копир приспособления;

3 копир обработки торца лопатки;

4 палец копира обработки торца лопатки;

5 палец копира обработки профиля утонения Достижимая точность обработки на шлифовальных станках с широ кой абразивной лентой ± 0,1 мм и параметр шероховатости поверхности Ra =1,25 мкм.

Шлифование наружных профильных поверхностей шлифовальными кругами возможно на станке, конструктивная схема которого представлена на рис. 86. Принципиально новая схема процесса шлифования на рассмат риваемом станке заключается в следующем. Набору шлифовальных кругов сообщается вращение вокруг вертикальной оси со скоростью резания. Ка ждый из кругов установлен на своей оси и совместно с осью имеет враща тельное перемещение со скоростью подачи. Обрабатывающим поверхно стям шлифовальных кругов придается такая форма, которая при обкатыва нии обрабатываемой поверхности в процессе совместных синхронизиро ванных движений шлифовального круга и лопатки формирует поверхность рабочей части. Заданная и точная форма придается обрабатывающим по верхностям шлифовальных кругов их правкой в процессе движения обкат ки алмазоносным блоком, имеющим форму коноида. Процесс обработки Рис. 86. Конструктивная схема для шлифования наружных профильных поверхностей:

1 – станина;

2, 5, 13 – ролики;

3 – приспособление;

4 – лопатка;

6 – синхронизирующая гильза;

7 – обойма;

8 – шлифовальная головка;

9, 10 – приводы;

11 – колонна;

12, 18 – винты;

14, 24, 27 – рычаги;

15, 26 – шестерни;

16 – правящий алмазноносный блок;

17 – гайка;

19 – приводная головка угловых подач;

20 – качающаяся платформа;

21 – натяжной механизм;

22 – шлифовальный круг;

23 – вал;

25 кольцо на станке происходит следующим образом. Синхронизирующая гильза опускается и переводит в исходное положение шлифовальные круги, ка чающиеся платформы с приспособлениями и деталями, а также правящий блок. После этого включается привод, приводящий во вращение шлифо вальную головку с набором шлифовальных кругов. Обойма со шлифоваль ной головкой при помощи винтового механизма опускается до контакта шлифовальных кругов с обрабатываемыми лопатками, после чего включа ется привод коробки угловых подач синхронизирующей гильзы. В сечении АА синхронизирующая гильза показана в развернутом на плоскость виде.

Перемещаясь вверх по колонке, синхронизирующая гильза торцами круго вых пазов воздействует на ролики, вследствие чего будут приведены в действие механизмы перемещения шлифовальных кругов, и они повернут ся вокруг своих осей. Рычаги механизма поворота шлифовальных кругов, несущие ролики, в исходном положении устанавливаются под углом = 45° к направлению кольцевых пазов синхронизирующей гильзы, благодаря чему при перемещении гильзы вверх рычаги могут повернуться на угол 2, т. е. на 90°. Шлифовальные круги могут перемещаться одновременно и синхронно с поворотом качающейся платформы с приспособлениями, при водимыми в движение также синхронизирующей гильзой и механизмом поворота. В процессе совмещенных перемещений произойдет обработка сложной профильной поверхности лопаток.

Перед чистовым проходом обрабатывающие поверхности шлифо вальных кругов восстанавливаются их обкаткой по коноидной форме по верхности правящего алмазоносного блока. Блок связан с синхронизи рующей гильзой кинематической цепью. Передаточные отношения меха низмов поворота шлифовальных кругов, качающейся платформы и алма зоносного блока взаимосвязаны и определяют размеры и форму поверхно сти правящего блока. Процесс правки обрабатывающих поверхностей шлифовальных кругов аналогичен процессу шлифования. Синхронизи рующая гильза отводится в исходное положение, вслед за тем ей сообща ется движение подачи, в процессе которого происходят синхронизиро ванные повороты шлифовальных кругов и правящего блока и осуществля ется правка.

После фрезерования шлифованием кромок достигают повышения точности поверхностей до 0,1 мм и доведения параметра шероховатости до Ra = 1,25 мкм. Один из способов шлифования кромок это шлифо вание абразивной лентой, осуществляемое на специализированных стан ках. На одном из таких станков модели ДШ-113 возможно шлифование лопаток с длиной рабочей части до 500 мм. Максимальный припуск при этом виде шлифования не должен превышать 0,6 мм. Скорость резания, определяемая скоростью перемещения шлифовальной ленты, постоянна и равна 20 м/с.

Переходные поверхности, включая галтели, после фрезерования шлифуются на специализированных станках узкой шлифовальной лентой. Для станка модели ДШ-62М, предназначенного для обработки ло паток длиной 500 мм и шириной 200 мм, установлены следующие режимы шлифования при наибольшем припуске под шлифование до 0,5 мм: ско рость резания постоянная 25 м/с, ширина шлифования 30 мм.


Совершенствование процессов обработки поверхностей рабочей час ти лопаток обеспечивает достижение заданной точности размеров и форм без полирования, но указанный процесс полирования необходим для дос тижения установленных конструкцией лопаток параметров шероховатости поверхностей.

Полирование осуществляется процессом резания абразивными зер нами или процессом электролитического растворения. По характеру при вода режущих инструментов механизированные процессы полирования ре занием подразделяются на механическое полирование и абразивно жидкостное. Оба вида полирования резанием первоначально получили распространение в авиационной промышленности в производстве лопаток газотурбинных двигателей и в порядке перенесения опыта стали находить применение при производстве стационарных энергетических машин.

Для механического полирования лопаток газотурбинных двигателей и лопаток небольшой длины стационарных энергетических машин разра ботаны конструкции ленточных виброполировальных станков. Полирова ние осуществляется благодаря вибрирующему движению лопатки между неподвижными абразивными лентами, прижимаемыми к обрабатываемым поверхностям рабочей части с определенным механическим напряжением.

Абразивные ленты, сматываемые с бобин, перемещаются протяжным уст ройством подачи ленты.

Виброполирование полного профиля лопатки может быть осу ществлено на станке-полуавтомате модели ДШ-71. Станок предназначен для полирования абразивной лентой шириной 150 мм лопаток длиной мм с углом закрутки профиля 30°. Обработка может быть осуществлена при следующих значениях величин относительных перемещений лопатки, определяющих режимы полирования. Вибрирование лопатки в вертикаль ном и горизонтальном направлениях регулируется в пределах 0-0,15 мм при максимальном угле поворота ± 5°. Число двойных ходов в минуту равно 1330 в вертикальном направлении и 1125 в горизонтальном. В соот ветствии с этим вертикальная скорость полирования равна 0,332 м/с, а го ризонтальная 0,28 м/с. Создана также конструкция станка-полуавтомата модели ДШ-64, которой обеспечивается полирование узким (ширина мм) бесконечным полировальным ремнем. Станок предназначен для поли рования обеих кромок в двух позициях. Скорость перемещения полиро вального ремня постоянна и составляет 20 м/с. Абразивно-жидкостное по лирование, или гидрополирование, применяют главным образом для глян цевания. Абразивно-жидкостное полирование проводится в специальных камерах. Лопатки закрепляются в приспособлении, связанном со шпинде лем бабки так, чтобы поверхности хвоста, не подвергающиеся обработке, изолировались, после этого лопаткам придается вращение. Через форсунку на полируемую поверхность подается воздушная смесь жидкости с абра зивными зернами.

Применение станочного и механизированного шлифования и поли рования при малом объема производства лопаток часто оказывается эко номически нецелесообразным. Кроме того, использование этих методов предполагает достаточно высокий технологический уровень выполнения предыдущих этапов механической обработки рабочих и сопловых лопаток.

Поэтому часто после механической обработки лопатки шлифуют и поли руют вручную.

Шлифование ведется абразивными кругами или войлочными круга ми и лентами с наклеенным абразивом зернистостью номеров 25-16 по ГОСТ 3647-71. Полирование лопаток производят войлочными или фетро выми кругами с наклеенным абразивом зернистостью 10. На полирование оставляют припуск не более 0,05 мм. Практически полирование является безразмерным. После полирования шероховатость поверхности должна быть в пределах 1,25-0,63 мкм.

3.8. Контроль параметров лопаток Контроль параметров лопаток производится после каждой операции (межоперационный) и после полного их изготовления (окончательный).

Последний включает внешний осмотр на отсутствие поверхностных де фектов, проверку формы, размеров параметров шероховатости поверхно стей. Затем производятся магнитно-кислотные испытания, виброконтроль, измерение статического момента.

Для охлаждаемых лопаток газовых турбин дополнительно проверя ют расход воды через внутреннюю полость (испытания лопаток на про лив).

При необходимости проводят испытания, направленные на выявле ние дефектов металла.

Контроль геометрических размеров, формы профилей пера и замка и их взаимного расположения. Операции этого вида технического контро ля лопаток наиболее трудоемкие. Приборы, применяемые на этих операци ях, можно разделить на две основные группы: бесконтактные оптико проекционные и контактные механические, оптико-механические, пнев матические и пневмогидравлические.

Контроль формы, размеров и шероховатости поверхностей про изводится в процессе выполнения каждой из операций.

Процесс контроля параметров лопатки может быть подразделен на контроль хвоста, рабочей части и контроль головной части. Контроль хво ста лопатки заключается в проверке соответствия значений неплоскостно сти поверхностей с допустимой, проверке соблюдения допусков, в контро ле взаимного расположения поверхностей, а также положения хвоста от носительно рабочей части.

Контроль рабочей части заключается в проверке формы, размеров профилей сечений, их взаимного расположения, проверке сопряжений пе рехода профильной части в хвост и в головную часть и др.

Наиболее распространенными средствами контроля радиальных по верхностей хвоста являются контрольно-измерительные приспособления.

Профильные поверхности хвоста контролируются шаблонами и ин дикаторными скобами. Созданы специальные приборы для контроля виль чатого, Т-образного и зубчиковых профильных поверхностей хвостов.

В практике энергетического турбостроения используется первый ме тод, с шаблонами. На рис. 66, 76 и 77 представлены способы контроля профиля лопаток постоянного сечения и переменного (нелинейчатого), по лучаемого методом косого фрезерования. Там же показан метод контроля расположения сечений относительно оси симметрии хвоста лопатки. Ука занный метод контроля можно считать вполне удовлетворительным для лопаток с линейчатым профилем. Однако для контроля длинных лопаток с нелинейчатым профилем этот метод требует значительного изменения в направлении увеличенного охвата измеряемых параметров.

На рис. 87 изображено приспособление с шаблонами для контроля по сечениям рабочей части длинной лопатки с нелинейчатым профилем.

Изменение проводится в каждом контрольном сечении. Просветы измеря ют щупом.

Применение шаблонов и щупов весьма несовершенно, однако среди названных их использование оказалось единственно пригодным для при менения на рабочих местах в цеховых условиях. Недостатком устройства (рис. 87) с точки зрения метрологии является расположение оси лопатки в горизонтальном положении, что не соответствует рабочему положению лопатки на вращающемся роторе. Правильным положением лопатки при измерении должно быть вертикальное при незакрепленном состоянии го ловной части.

В серийном производстве использовались механические приборы с индикаторами часового типа, настраиваемые по эталонной лопатке. Они просты и удобны в работе, но малопроизводительны. Многомерные при боры и измерительные машины производительны. Их можно быстро пере налаживать на контроль других лопаток по эталонной лопатке. Базой для крепления лопатки является замок или центровые углубления, два из кото рых имеются на боковых поверхностях замка и одно у конца пера. К числу таких приборов относятся универсальные многомерные оптико механические приборы типа ПОМКЛ для одновременного контроля про филя пера, смещения пера с оси замка, угла закрутки и толщины пера в поперечных сечениях лопатки компрессора (рис. 88).

Отклонения от заданного профиля вызывают перемещения контакт ных стержней, передающиеся на измерительные стержни и далее на ры чажки с соотношением плеч 5:1. Концы рычажков проектируются на экран с увеличением 10:1, обеспечивая общее увеличение 50:1. На экране уста навливаются границы поля допуска, по которым можно определять при годность контролируемой лопатки. В зависимости от погрешности профи ля в контролируемом сечении концы рычажков на экране либо отклоняют ся по отдельности от базовых прямых (при местных погрешностях про филя), либо все сместятся параллельно базовым прямым (при смещении всего сечения), либо расположатся на одной прямой под углом к базовой линии (при погрешности в угле закрутки). Контроль производится по точ кам с шагом 5 мм. Точность измерения 0,02 мм, производительность до 250 лопаток в час.

Основные геометрические параметры замков лопаток турбины и компрессора обычно проверяются механическими приборами с индика торными часами, настраиваемыми по эталону.

Рис. 87. Мерительное приспособление с шаблонами для проверки профилей контрольных сечений рабочих частей длинных лопаток с нели нейчатым профилем (разрез по контролируемому сечению):

1 лопатка;

2 плита, основание приспособления;

3 плита каления, направляющая;

4 штифты фиксации шаблонов по сечениям;

5 шаблоны профильные по сечениям;

6 передвижной упор для прижима шаблонов к направляющей плите в момент изме рения щупом просветов между шаблоном и лопаткой Рис. 88. Схема оптико-механического прибора ПОМКЛ-4 для контроля пера лопаток компрессора:

1 лопатка;

2, 3 контрольный и измерительный стержни;

4 рычаг;

5 зеркало;

6 экран ТВД проверяют на специальной установке. Лопатка устанавливается в приспособление и проливается водой при избыточном давлении в (4 ± 0,05) кгс/см2 [(0,3 ± 0,005) МПа] и температуре (20 ± 5) °С в течение 20 с. Проверяют пропускную способность внутреннего канала у всего комплекта лопаток данной ступени. Определяют среднее значение рас n хода воды в комплекте по формуле Рср = Pi n ( n число лопаток в i = данной ступени). Сравнивают среднее значение расхода с результатом пролива каждой лопатки в комплекте. Различие по расходу воды у рабочих лопаток в комплекте (разнорасходность) должна составлять не более 13 15 % от среднего расхода воды в комплекте лопаток. Вода должна выте кать по всей длине щели в выходной кромке.


Частоты собственных колебаний рабочих лопаток турбины и ком прессора проверяют на электродинамических вибростендах.

Расход воды через внутреннюю полость пера охлаждаемых лопаток Контроль внешних и внутренних дефектов материала лопаток по зволяет выявить трещины и волосовины на поверхности, раковины, порис тость, расслоения, инородные включения и флокены в материале. Для этой цели применяют травление, цветную дефектоскопию, люминесцентный, магнитный и ультразвуковой методы контроля.

Магнитопорошковый метод основан на притяжении частиц порошка железа (или его окислов) к магнитным полюсам, образующимся у намаг ниченной детали в местах нарушения сплошности. Осевший порошок де лает невидимые до этого дефекты хорошо видимыми невооруженным гла зом. По характеру оседания порошка можно определить не только место расположения дефекта, но также его примерные размеры. Для осуществ ления магнитопорошкового контроля необходимы специальные аппараты (магнитные дефектоскопы типа УМДЭ-2500), в комплект которых входят приспособления для намагничивания контро лируемых лопаток (соленоид или электромагнит), устройство для опыле ния порошком или полива жидкостью, в которой находится во взвешенном состоянии железный порошок, а также приспособление для размагничива ния лопаток после контроля. Магнитопорошковым методом выявляются трещины с шириной раскрытия 0,001 мм и более, глубиной 0,01 мм и бо лее. Относительная простота и довольно высокая надежность этого метода способствовали его широкому внедрению. Им можно контролировать стальные лопатки компрессора, а также шестерни, валы, оси, силовые сварные рамы и другие детали из ферромагнитных материалов с отно сительной магнитной проницаемостью не менее 40.

Цветной и люминесцентный методы контроля (капиллярные методы дефектоскопии) применяются для выявления дефектов, выходящих на по верхность детали. Метод цветной дефектоскопии основывается на спо собности специальной красной краски проникать вглубь поверхностных дефектов и белой краски впитывать в себя красную краску из дефекта. По сле нанесения и удаления с контролируемой поверхности красной краски часть ее сохраняется внутри дефекта. При последующем нанесении на очищенную поверхность белой краски последняя впитывает в себя из де фекта красную краску и, окрашиваясь, выявляет дефект.

Красная краска смесь анилинового красителя "Судан IV" с бензо лом и трансформаторным маслом. Белая краска окись цинка (цинковые белила), разведенная в коллодии, бензоле, ацетоне.

Метод обнаруживает трещины шириной от 0,01 мм, по глубине от 0,05 мм и по протяженности от 0,3 мм.

Люминесцентный метод (ЛЮМ-А) основан на способности некото рых жидкостей светиться при облучении ультрафиолетовым светом. Кон тролируемую деталь после тщательной очистки и обезжиривания погру жают в ванну с индикаторной жидкостью, легко проникающей в трещины, поры и другие поверхностные несплошности. Затем деталь промывают, удаляя жидкость только с поверхности, тогда как полости дефектов оста ются заполненными индикаторной жидкостью. Далее деталь протирают насухо и поверхность ее покрывают из пульверизатора проявляющей крас кой, обладающей высокой поглощающей способностью. Индикаторная жидкость выступает из дефектных мест на поверхность пленки, образо ванной проявляющим составом. Наличие дефектов устанавливают, осмат ривая лопатку (деталь) в темном помещении при ультрафиолетовом осве щении: трещины и поры обнаруживаются в виде светящихся желто зеленым цветом линий и пятен. После контроля деталь промывается в аце тоне.

В качестве люминофора применяют жидкость ЛЖ-6А (ТУ6-09-1042 84), состоящую из бутилового спирта, эмульгатора (ОП-7) и химического продукта ЛЖ-6А. Люминофор с поверхности детали удаляется водой и очищающей жидкостью ОЖ-1 (ТУ6-09-1043-84), состоящей из этилового спирта и эмульгатора ОП-7. Проявляющей жидкостью (ТУ6-09-1092-84) служит белая нитроэмаль "Экстра", разведенная в смеси коллодия и ацето на.

Люминесцентный метод ЛЮМ-А надежно выявляет выходящие на поверхность трещины, поры, рыхлоты, окисные пленки, засоры и т. д. Он обнаруживает трещины шириной от 0,01 мм, по глубине от 0,05 мм и по протяженности от 0,2 мм. Чувствительность метода ЛЮМ-А несколько выше метода цветной дефектоскопии.

Внутренние дефекты материала лопаток проверяются рентгеновским и ультразвуковым методами.

Рентгеновский (радиографический) метод обнаружения дефектов ос новывается на ослаблении рентгеновского излучения материалом детали, при котором теневое изображение просвечиваемой детали регистрируется на рентгенографической пленке. Достоинством метода является высокая чувствительность к выявлению в материале детали внутренних пор, рако вин, инородных включений и др.

Для просвечивания литых лопаток турбины используются пере движные кабельные рентгеновские аппараты типа РУП-100-10, РУП-150 10-1 и др.

Ультразвуковой метод контроля с использованием поверхностных волн позволяет выявлять поверхностные трещины и металлургические де фекты материала. Данный метод применяется обычно для выявления тре щин входной и выходной кромок, реже на поверхности спинки и корыта, возникающих при изготовлении и эксплуатации лопатки. Метод основан на прозвучивании контролируемого материала кратковременными им пульсами ультразвуковых колебаний, распространяющихся по поверхно сти лопатки, и улавливании их отражений (эхо-сигналов) от дефектов.

Контроль кромок пера проводится следующим образом. Контактная поверхность головки ультразвукового дефектоскопа, покрытая тонким слоем масла, прикладывается к кромке пера у замка лопатки так, чтобы ультразвуковые волны были направлены к другому концу пера лопатки. О наличии дефекта судят по форме осциллограммы. Если при контроле на экране дефектоскопа между начальным и концевым импульсами нет про межуточных импульсов, то это подтверждает отсутствие трещин на кон тролируемой кромке лопатки. Появление промежуточных импульсов на экране дефектоскопа будет указывать на наличие препятствий, способных отражать ультразвуковые волны при прозвучивании лопаток вдоль кромки (микрорастрескивание поверхностного слоя, глубокие риски на кромке пе ра, внутренние дефекты материала и др.).

Шероховатость обработанных поверхностей лопаток проверяют внешним осмотром путем сравнения с эталоном или непосредственным измерением шероховатости поверхности профилометром типа 253 или другим прибором.

4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЛОПАТОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА 4.1. Повышение ресурса и надежности работы лопаток паровых и газовых турбин технологическими методами Повышение долговечности и надежности работы деталей и узлов па ровых и газовых турбин важнейшая задача. Работоспособность турбо установки в целом определяется прежде всего работоспособностью рабо чих лопаток. Повысить ресурс и надежность их функционирования можно металлургическими, конструкторскими, технологическими и эксплуатаци онными мероприятиями. Опыт режимных исследований и эксплуатации турбин показывает, что наиболее эффективным из них является техноло гическое направление обеспечение заданной точности и оптимальных параметров поверхностного слоя лопаток.

Технологические методы обеспечения необходимых параметров по верхностного слоя с учетом реальных условий эксплуатации лопаточного аппарата можно разделить на основные группы:

методы деформационного упрочнения;

поверхностная термическая обработка;

образование защитных покрытий;

модифицирование и легирование поверхностного слоя тонко лучевой обработкой.

Деформационное упрочнение широко используется для повышения сопротивления усталости гладких поверхностей деталей, особенно с кон центраторами напряжений, работающих при умеренных температурах на грева (до температур возврата).

Термическая и химико-термическая поверхностно-упрочняющая об работки (поверхностная закалка, цементация, алитирование, борирование и др.) позволяют резко изменить физико-химическое состояние поверхност ного слоя детали и обеспечить требуемые эксплуатационные свойства (из носостойкость, усталостную прочность, жаростойкость и др.). Их приме нение часто является единственно возможным методом для обеспечения заданного ресурса и надежности работы деталей.

Защитные покрытия позволяют существенно повысить жаростой кость, износостойкость и сопротивление коррозии.

Плазменное напыление – процесс, при котором соединение двух ма териалов происходит в результате молекулярной диффузии при темпера турах в несколько тысяч градусов, – обеспечивает высокую теплостой кость детали.

Лазерная обработка, полное легирование одновременно повышают сопротивление усталости, коррозии, эрозии и улучшают другие эксплуата ционные свойства детали.

Деформационное упрочнение лопаток. Поверхностному пластиче скому деформированию подвергается перо лопаток из сталей и титановых сплавов, работающих при температуре нагрева не более 350-400 оС, т. е.

ниже температур, вызывающих релаксационные, а тем более рекристалли зационные процессы в деформированном поверхностном слое.

Поверхностное пластическое деформирование лопаток на оптималь ных режимах для реальных условий их эксплуатации повышает сопротив ление усталости на 15-20 %.

Основные методы деформационного упрочнения пера лопаток:

пневмогидродробеструйный, гидродробеструйный, струйно-механический, гидрогалтовка, виброупрочнение, ультразвуковое упрочнение стальными шариками и упрочнение микрошариками.

Пневмо- и гидродробеструйное упрочнение пера лопатки производят стальными шариками (диаметром 0,5-2,0 мм) с эмульсией или трансфор маторным маслом на эжекторных установках типа УГП-200 (для лопаток длиной до 200 мм) и УГП-400 (для лопаток длиной до 520 мм). После де формационного упрочнения шероховатость поверхности возрастает при мерно с Ra = 0,63 мкм до Ra = 2,5 мкм, требуется повторное виброконтакт ное полирование до Ra = 0,63 мкм.

Гидрогалтовка лопаток (струйно-механическое упрочнение) произ водится на специальных установках типа ГРП-300, способных одновре менно обрабатывать 20 лопаток стальной дробью ДСЛ № 1 в смеси масел МК-8 (60 %) и МС-20 (40 %). Лопатки крепятся в кассетах, а кассеты – на диске. В процессе обработки лопатки совершают реверсивно планетарное движение в рабочей смеси – вращаются вокруг своей оси, находясь в кас сетах (относительное движение), и участвуют в движении при вращении диска. Лопатки вращаются сначала в одну сторону, а затем в другую. Ра бочая смесь в процессе обработки хорошо перемешивается лопастями и направляется с определенной скоростью осевым насосом в зону обработки.

Шероховатость поверхности пера лопатки после гидрогалтовки Ra = 0,32-0,63 мкм.

Виброупрочнение лопаток производят на специальных установках с инерционным приводом типа ВГМ-5, ВГМ-6, одновременно обрабатывая до 200 лопаток. Установка состоит из рабочей камеры, в которой находят ся приспособление роторного типа с обрабатываемыми лопатками и рабо чая смесь. Рабочая камера жестко крепится на раме. В процессе обработки приспособление с лопатками вращается в рабочей смеси, а рабочая камера совершает колебания в вертикальной плоскости. Раму и рабочую камеру подвергают колебаниям при помощи неуравновешенного ротора, в кото ром специально создан большой дисбаланс. При вращении ротора возни кают неуравновешенные центробежные силы, создающие вибрацию рамы и рабочей камеры. Шероховатость поверхности после упрочнения Ra = 0,32-0,63 мкм.

В процессе упрочнения данным способом возможен расклеп кромок пера. В связи с этим лопатки с кромками радиусом, равным или более 0, мм, должны обрабатываться шариками диаметром 2,5-3,5 мм, а лопатки с кромками радиусом 0,1-0,2 мм - шариками диаметром 1,8-2,0 мм. Лопатки, кромки которых имеют радиус 0,15-0,08 мм, должны обрабатываться с применением специальных экранирующих приспособлений. Резьбы и от верстия, выполненные по 7-9-му квалитетам, нужно предохранять от кон такта с шариками.

Ультразвуковое деформационное упрочнение лопаток. Лопатки уп рочняют на специальных установках. Основными узлами установки явля ются магнитострикционный преобразователь типа ПМС-15А-18 с контей нером (волноводом) и источник питания вибратора (генераторы типа УЗГ-2-10, УЗ Г-1-14). Стенки контейнера совершают колебательное дви жение сложной формы. Стальные шарики совершают в основном колеба ния в горизонтальной плоскости с различной амплитудой по высоте. Уда ряясь о поверхность пера, они деформируют поверхностный слой пера ло патки. Шероховатость пера несколько увеличивается и составляет Ra = 0,32-0,63 мкм.

Процесс упрочнения пера лопаток имеет следующие основные пара метры: рабочая частота колебаний 16-20 кГц;

диаметр стальных шариков 1-3 мм, число одновременно загружаемых шариков в полость волновода 200-800 шт., смачивающая жидкость – вода с антикоррозионными добав ками, количество ее 0,12 % рабочего объема, продолжительность обработ ки 3-15 мин.

Деформационное упрочнение лопаток микрошариками. Перо лопа ток компрессора упрочняют микрошариками (диаметром 100-400 мкм) на специальных установках типа УДМ-3. Преимущество данного метода – возможность деформационного упрочнения лопаток с тонкими кромками пера и малыми радиусами переходов с обеспечением шероховатости по верхности Ra = 0,15-0,63 мкм.

Защитное покрытие применяется в основном для лопаток высокого давления газовых турбин и лопаток осевого компрессора ГТУ. Для лопаток турбины, работающих при температуре нагрева до 1000 оС, чаще всего ис пользуются алитирование и хромоалитирование пера лопаток, которое на дежно защищает от высокотемпературной газовой коррозии в течение 1000 ч и более. При температуре нагрева более 1000 °С на перо лопатки наносятся многокомпонентные жаростойкие покрытия.

Лопатки компрессора в условиях эксплуатации подвергаются меха ническим и коррозионно-эрозионным воздействиям (солевая, электрохи мическая и газовая коррозия, пылевая эрозия). Механические повреждения (забоины) обычно располагаются в верхней части пера лопаток, а коррози онно-эрозионные – в прикомлевой, т. е. в зоне максимальных напряжений.

Это снижает усталостную прочность лопаток. Для защиты от коррозионно эрозионных повреждений на перо лопатки наносят покрытия. Основные методы нанесения покрытий: электролитическое осаждение, диффузион ное насыщение и вакуумно-плазменное напыление.

Диффузионные покрытия Алитирование (диффузионное насыщение алюминием) осуществля ют несколькими способами: в порошковых смесях с активатором, нанесе нием суспензии с последующим отжигом в жидких средах.

Алитирование в порошковых смесях проводят в герметичных кон тейнерах при температуре 850-1050 оС в течение 2-6 ч. Толщина алитиро ванного слоя 0,02-0,08 мм;

твердость HM = (550…800)•103 Н/мм2, макси мальная концентрация алюминия в поверхностном слое до 30 мас. %. По рошковая смесь имеет следующий состав: ферроалюминий (FeAl, содер жащий 70-75 % Al и 30-25 % Fe) – 98% и хлористый аммоний (NH4Cl, ак тиватор) – 2 % или порошок алюминия - 40%, оксид алюминия (Al2O3 – шамот) – 50 % и хлористого аммония – 2 %. Режим алитирования – 850 оС, продолжительность 4 ч с последующим старением при этой температуре, выдержка 35 ч.

Алитирование осуществляется нанесением суспензии (для лопаток из сплавов ЖС6К, ЭС3ЛС, ВЖЛ12У), состоящей из мелкодисперсного алюминиевого порошка АСД4 (225 г) и органической связки (350 мл ко локселина). Диффузионный отжиг – 950 оС, выдержка – 2-6 ч.

Хромоалитирование (диффузионное насыщение алюминием и хро мом) внутренней полости охлаждаемых рабочих лопаток ТВД обеспечи вает более высокую жаростойкость и механические свойства покрытия по сравнению с алитированием, осуществляется способом порошков в ваку умных электропечах типа СЭВ-5,5/11,5-М. Лопатки заполняются порош ковой смесью следующего состава: алюминий АСД-43 – 9 %, хром в по рошке ПХ1М или ПХ1С-41-47 %, оксид алюминия ГН-1, ГН-2, ГК – ос тальное. Лопатки укладываются на поддон. Поддоны через проставки за кладываются в муфель, устанавливаемый в электропечь. Режим хромоали тирования – нагрев до температуры 1050-1200 0С, выдержка 2-5 ч, давле ние в вакууме 6,55-13,33 Па. Максимальная концентрация в поверхност ном слое пера: алюминия до 15 %, хрома 8–10 %. Толщина защитного по крытия 0,01-0,03 мм.

Для стальных лопаток компрессора применяют два вида диффузион ных покрытий: диффузионное хромоалюминидное X-ДифА и диффузион ное алюминидно-силикофосфатное (алюминидокерамическое) ДифА-СФ.

Технология нанесения хромоалюминидного покрытия X-ДифА со стоит в следующем. На перо лопатки после полирования ( Ra = 0,32-0, мкм) электролитическим методом осаждается слой хрома толщиной до 3- мкм. Затем в порошковой смеси производится диффузионное алитирова ние в герметизированном контейнере при температуре 490 °С на глубину 8-20 мкм. Концентрация алюминия на поверхности пера C Al 60...80 %.

Твердость алитированного слоя НМ = (650...750)·103 Н/мм. Состав порош ка для низкотемпературного алитирования: алюминиевый порошок ПА- (чистота 99,9 %, дисперсность 200-400 мкм) – 92-99 % и треххлористый алюминий (активатор) – 8-1 %.

Технология нанесения алюминидокерамического покрытия ДифА СФ такова. Производится низкотемпературное алитирование (при 500 °С) в порошковой смеси. Толщина алюминидного слоя (FеА13) 8-20 мкм. За тем в водных солевых растворах на поверхность алитированного слоя на носится последовательно сперва силикатный слой с последующим диффу зионным отжигом при температуре 500 °С, выдержке 10 мин, а затем нано сится фосфатный слой, диффузионный отжиг при температуре 500 °С, вы держке 10 мин. Толщина силикатно-фосфатной пленки примерно 3 мкм.

Твердость керамической пленки НМ = (1000...1200)·103 Н/мм2. Замок ло патки в процессе нанесения покрытия защищают специальным покрытием из фосфата алюминия, которое затем удаляют промывкой лопаток в воде.

Наилучшей коррозионно-эрозионной стойкостью обладают алюми нидные покрытия X-Диф А и ДифА-СФ. Покрытия ДифА-СФ более тех нологичны. Технология их нанесения на стальные лопатки достаточно проста. Процесс нанесения покрытия X-ДифА более трудоемок, при галь ваническом хромировании хром осаждается на кромках пера неравномер но, что снижает усталостную прочность лопаток.

Жаростойкие диффузионные покрытия, получаемые из газовой фазы циркуляционным методом. В основе этого метода лежит явление переноса диффундирующего элемента в замкнутом рабочем пространстве установки при систематическом восстановлении газа-переносчика в результате обра тимых химических реакций. Особенно перспективен метод при нанесении покрытий на внутреннюю поверхность охлаждаемых лопаток турбин.

Циркуляционный метод по сравнению с порошковой диффузией со кращает технологический цикл в 1,5-2,5 раза, позволяет наносить покры тия на детали любой конфигурации, повышает качество покрытий за счет высокой их сплошности, процесс экологически чист. Этим методом можно наносить однокомпонентные (А1, Сr и др.) и многокомпонентные (CrAl, AlSi, NiCrAl и др.) покрытия.

Теплозащитные покрытия на основе керамики. При конструирова нии и изготовлении газовых турбин усиливается интерес к использованию керамических теплозащитных покрытий (ТЗП) на основе диоксида цирко ния с оксидами иттрия (ZrO2 – Y2O3), церия (ZrO2 – 20СеO2 – КДП-5) и ни келя (ZrO2 – 8Y2O3 – 5NinOm – КПД-4) для рабочих лопаток турбины, нано симых электронно-лучевым испарением и конденсацией их в вакууме.

Конденсация керамики на подогретую до 850-900 °С поверхность пера ло патки формирует на ней покрытие с высокой термостойкостью (повышен ным термическим сопротивлением кристаллической решетки) и достаточ но высокой прочностью сцепления с поверхностью пера лопатки. Толщина керамического слоя до 200 мкм. Применение ТЗП увеличивает ресурс ра бочих лопаток турбины в 3-5 раз, уменьшает расход воздуха на охлажде ние лопаток.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 16 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.