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 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 16 |

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

-- [ Страница 8 ] --

Деформационное упрочнение рабочих поверхностей зубцов елоч ного профиля замка выполняется на специальной установке микрошари ками диаметром 0,06-0,3 мм из сплавов ЭП741 или ЭП742. Продолжитель ность обработки около 3 мин. Оптимальная степень деформационного уп рочнения устанавливается экспериментально в зависимости от материала лопаток, ресурса и температуры нагрева хвостовика лопатки в условиях эксплуатации. Усталостная прочность хвостовика замка лопатки повыша ется до 20 %.

Технология нанесения металлокерамического покрытия ВП-АФЦ.

На перо лопатки, обдутое электрокорундом, наносится суспензия порош ков оксидов в растворе хроматно-фосфатного связующего с последующей сушкой при температуре 350 °С в течение 30 мин.

Технология нанесения металлокерамического покрытия с подслоем никеля Н-ВП-ВФЦ-2. Производится гальваническое никелирование пера лопатки (обдутого электрокорундом) на толщину 9-12 мкм, а затем – отжиг при температуре 350 °С, выдержке 1 ч, а далее подобно нанесению покры тия ВП-АФЦ.

Металлокерамические покрытия из-за большой толщины (80- мкм) целесообразно применять для крупногабаритных лопаток. Покрытие ВП-АФЦ по сравнению с другими более технологично: процесс его напы ления на перо лопатки менее трудоемок, чем нанесение покрытия гальва ническим способом и алитированием. Покрытие обладает достаточной коррозионно-эрозионной стойкостью до температуры 400 °С. Однако не равномерность напыления и сравнительно низкая эрозионная стойкость приводят к выветриванию его с лопаток в условиях эксплуатации. Места выветривания подвергаются коррозионным повреждениям так же, как и лопатки без покрытия.

Гальваническое никелирование пера лопатки перед напылением (по крытие Н-ВП-ВФЦ-2) расширяет температурные границы применяемости металлокерамических покрытий до 450 °С. Однако при этом трудоемкость процесса нанесения покрытия существенно увеличивается, а при выветри ровании его верхнего слоя процессы коррозии происходят интенсивнее, что практически сводит на нет преимущества Н-ВП-АФЦ-2 перед покры тием ВП-АФЦ и Н-Кд.

Электролитическим осаждением на перо стальных лопаток наносится никель-кадмиевое (Н - Кд) покрытие. Технология нанесения по крытия состоит в следующем. Перо лопатки после обдувки электрокорун дом никелируется в два этапа (толщиной слоя 9-12 мкм) и отжигается при температуре (350 ± 10) оС, выдержке 1,5 ч. Затем осаждается слой кадмия толщиной 1-3 мкм. Покрытие Н-Кд имеет достаточную коррозионно эрозионную стойкость до 350 оС.

Электронно-лучевое осаждение многокомпонентных покрытий (МКП)17 основывается на термическом испарении атомов. Пары металлов или сплавов, осаждаясь на перо лопатки, образуют покрытие. Для испаре ния тугоплавких металлов применяют электронно-лучевой нагрев. Схема рабочей камеры для нанесения МКП электронно-лучевым методом приве дена на рис. 89. Электромагнитными линзами электронный луч направ ляется в испарительный тигель (медный водоохлаждаемый цилиндр 6, дном которого служит пруток испаряемого материала). Испаряемый ме талл осаждается на перо вращающейся лопатки, предварительно нагретой до 900 °С в вакууме ниже 8,75103 Па. Толщина покрытия 80-100 мкм, про должительность напыления 48 лопаток – 2-6 ч. Преимущество этого мето да – возможность нанесения покрытий как металлических, так и любого токонепроводящего материала (керамики и др.). Для нанесения многоком понентных и композиционных покрытий используются электронно лучевые установки типа УЭ175 и УЭ137, разработанные в Институте элек тросварки им. Е.О. Патона.

Вакуумно-плазменное нанесение многокомпонентных покрытий. Ме тод основан на явлении электродугового распыления покрытия в вакууме.

Материал катода (покрытие) преобразуется в поток плазмы. Конденсация вещества осуществляется из пароплазменной фазы. Процесс испарения, конденсации и ионной бомбардировки осуществляется в вакуумной каме ре, металлический корпус которой служит анодом. Катод изготавливается из материала наносимого покрытия. На лопатки подается отрицательный потенциал. В процессе напыления лопатка вращается вокруг своей оси и оси катода. Катод имеет вертикальное перемещение, позволяющее ему равномерно изнашиваться. Одновременно напыляются 24 лопатки. Ско рость испарения катода 220 г/ч, ресурс работы катода без его Чаще всего применяются NiCrAlY (сплав СДП2: Ni – основа, Cr – 20%, Al - 13%, Y – 0,2-0,6 %) и Ni CoCrAlY (сплав СДП4: Ni -основа, Co – 6-9 %, Cr – 14-22%, Al – 13-15%, Y – 0,1-1 %).

замены 10-70 ч. Толщина покрытия на пере – 60-80 мкм. Продолжитель ность нанесения покрытия 3 ч. Для нанесения МКП используются вакуум но-плазменные установки типа МАП-1 и МАП-2.

Рис. 89. Схема вакуумной камеры электронно-лучевой установки для нанесения покрытий на лопатки турбины:

1 – электронная пушка;

2 – вакуумная (рабочая) камера;

3 – подогреватель;

4 – лопатка;

5 – пары испаряемого металла;

6 – водоохлаждаемый тигель;

7 – трубопровод для по дачи воды Схема промышленной установки МАП-1 представлена на рис. 90.

Установка состоит из цилиндрической вакуумной камеры объемом около 0,7 м с системой откачки. В камере размещается цилиндрический катод 1 в виде трубы с внешним диаметром 130 мм, длиной 340 мм, толщиной стен ки 20 мм из материала покрытия. Соосно с катодом расположен анод диаметром 800 мм из нержавеющей стали. В полости охлаждения анода находятся электромагнитная анодная катушка 11, планетарный механизм вращения покрываемых деталей 12, имеющий 24 позиции на диаметре мм для установки обрабатываемых лопаток турбины 7, верхний и нижний экраны 8 и 9 из нержавеющей стали, охватывающие катод с зазором мм друг от друга по вертикали. На нижнем основании вакуумной камеры, в промежутке между катодом и планетарным приводом, расположен меха низм для зажигания дугового разряда 14, состоящий из поджигающего электрода и тягового магнита. Катод 1 размещен на водоохлаждаемой оп равке 3, которая через штангу соединена вне камеры с приводом, обеспе чивающим возвратно-поступательное движение катода относительно не подвижного электромагнитного фиксатора катодных пятен вакуумной ду ги 4. Фиксатор выполнен в виде трехсекционной катушки. Питание ваку умной дуги при работе установки осуществляется от трехфазного регули руемого выпрямителя типа ВВН-1250. Установка также снабжена регули руемым источником постоянного тока 10, подающим отрицательный элек Рис. 90. Схема промышленной установки МАП-1 для вакуумно-плазменного осаждения защитных покрытий на перо рабочих лопаток турбины:

1 – катод;

2 – анод;

3 – водоохлаждаемая оправка;

4 – электромагнитный фиксатор катодных пятен вакуумной дуги;

5 – электропривод;

6 – привод;

7 – покрываемая лопатка;

8 – нижний экран;

9 – верхний экран;

10 – регулируемый источник;

11 – электромагнитная анодная катушка;

12 – планетарный механизм вращения покрываемых лопаток;

13 – электропривод ме ханизма вращения лопаток;

14 – механизм зажигания дуги;

15 – выпрямитель ВВН-1250;

16 – коммутатор трический потенциал на лопатки 7 относительно экрана 9, и источником для питания электромагнитных катушек.

Установка работает следующим образом. Лопатки турбины, пред варительно подготовленные к нанесению защитных покрытий, устанавли ваются в приспособление планетарного механизма. Камера вакуумируется до остаточного давления не выше 10-1 Па. После включения электроприво дов 5 и 13 лопаткам сообщается планетарное вращение вокруг собственной оси и одновременно вокруг катода 1, который вместе с оправкой 3 совер шает возвратно-поступательное движение по вертикали со скоростью 0, мм/с. С помощью механизма зажигания между катодом 1 и анодом 2 путем кратковременного пропускания тока между поджигающим электродом и катодом и размыканием этой цепи возбуждается вакуумный дуговой раз ряд. Выпрямитель ВВН-1250 обеспечивает горение разряда при силе тока вакуумной дуги до 1000-1200 А и напряжении 40-45 В. Генерация плазмы осаждаемого вещества на установке осуществляется в вакуумном дуговом разряде с внешней поверхности катода. Катод эродирует под действием катодных пятен вакуумной дуги, плотность теплового потока в которых достигает 109-1010 Вт/м2. Пятна являются источником потоков сильно ио низированной металлической плазмы, в которых присутствуют твердые и жидкие микрочастицы материала покрытия. Степень ионизации плазмы и доля в потоке микрочастиц определяются теплофизическими свойствами материала катода и условиями горения вакуумной дуги на его поверхно сти. Покрытие формируется в процессе конденсации продуктов эрозии ка тода на поверхности пера лопатки.

Нитридтитановое покрытие наносится плазменным напылением в вакууме на перо лопатки компрессора, которая нагрета до 450 °С. Плаз менное покрытие из нитрида титана (толщиной до 20 мкм) обладает более низкой коррозионной стойкостью и может применяться до температур эксплуатации лопаток, близких 350 °С. Для нанесения этого покрытия тре буются более высокая чистота поверхности пера и дорогостоящее техноло гическое оборудование.

На рабочие поверхности лопаток турбин наносят многокомпонент ные покрытия: NiCrAlY (сплав СДП2: Ni – основа, Cr – 20 %, Al – 13 %, Y – 0,2-0,6 %) или NiCoCrAlY (сплав СДП4: Ni – основа, Co – 6-9 %, Cr – 14 22 %, Al – 13-15 %, Y – 0,1-1 %).

Ионное легирование пера лопатки – наиболее перспективный метод повышения жаростойкости, т. е. сопротивлению газовой высокотем пературной коррозии, усталостной прочности, сопротивления эрозионному разрушению. Для повышения жаростойкости имплантируются обычно редкоземельные элементы: лантан, гайний, иттрий и др. Ионному легиро ванию можно подвергнуть перо лопатки без покрытий, но можно произве сти ионное облучение до и после нанесения защитного покрытия, сущест венно повысив этим жаростойкость в условиях эксплуатации. Ионная очи стка пера до нанесения жаростойких покрытий повышает их адгезионные свойства.

Ионное легирование изменяет физико-химическое состояние по верхностного слоя материала лопаток, обеспечивая этим повышение экс плуатационных свойств деталей. Исследования показали, что коррозионно эрозионные свойства лопаток из стали ЭП866Ш и никелевого сплава ЭП719ИД можно существенно повысить ионным легированием азотом.

Ионная имплантация бора или азота в лопатки из титановых сплавов ВТ9, ВТ18У, ВТ25У повышает сопротивление усталости на 15-25% при темпе ратуре нагрева 450 и 500 °С. Заметно возрастает сопротивление солевой коррозии лопаток из сплава ВТ9 после ионного легирования такими эле ментами, как бор, палладий, лантан. Внедрение ионного легирования лопа ток в серийное производство сдерживается из-за отсутствия технологиче ского оборудования.

4.2. Совершенствование заготовок и освоение технологии изготовления турбинных и компрессорных лопаток из новых мате риалов В соответствующих разделах пособия достаточно подробно изложе ны принцип и перспективы применения различных типов заготовок и ме тоды обработки. Приведен анализ трудозатрат на обработку большинства из них.

Значительные успехи достигнуты в области интенсификации режи мов обработки жаропрочных и титановых сталей и сплавов. Однако необ ходимо отметить, что до настоящего времени режимы резания и стойкость режущего инструмента не соответствуют требованиям массового произ водства лопаток. В связи с этим значительный интерес представляет опыт применения электрических методов обработки для съема основного при пуска металла по перу лопатки. Следует ожидать, что в ближайшем буду щем электрические методы в сочетании с механической обработкой най дут более широкое применение при производстве лопаток.

Не оправдались надежды на организацию центрального проектиро вания и изготовления лопаток ни на одном специализированном заводе для всех турбостроительных предприятий.

Такая концентрация производства предполагала широкую типиза цию и унификацию всех применяемых конструкций лопаток и обработку их на поточных автоматических линиях. Это должно было осуществиться на Заводе турбинных лопаток в г. Санкт-Петербурге. Удалось добиться то го, чтобы данное предприятие стало основным поставщиком штампован ных заготовок лопаток паровых и газовых турбин.

Рассмотрим некоторые перспективные виды материалов и заготовок лопаточного аппарата, с которыми технологи-турбостроители должны уметь работать.

Улучшение эксплуатационных характеристик ГТД связано главным образом с повышением температуры газа перед турбиной. В высокотемпе ратурных двигателях пятого поколения эта температура достигнет 1400 1500 оС, а в прогнозируемых – 1800 оС.

Возрастает также тенденция замены жаропрочных сплавов конст рукционными керамическими материалами, имеющими малую удельную (2,5-3,2 г/см3), способными успешно работать при высоких массу нагрузках в условиях термических и химических воздействий. Поэтому создание рабочих и сопловых лопаток из керамических материалов являет ся одним из важных и перспективных направлений дальнейшего совер шенствования ГТД. Наиболее интенсивно работы по применению керами ки в ГТД начали проводиться с 1970-1975 гг. по двум основным направле ниям:

– разработка новых конструктивных решений по лопаткам и спосо бам их крепления в диске;

– технология их формирования из порошковых материалов.

Более активно развиваются работы по совершенствованию химиче ской технологии керамики (на основе карбидов и нитридов), керамики, по лучаемой реакционным спеканием составов, содержащих свободный кремний. Керамические лопатки и диски турбины изготавливают в основ ном из высокотемпературных порошковых композиций на основе нитрида и карбида кремния (Si3N4 и SiC).

Различают рабочие колеса газовых турбин с керамическими лопат ками: с керамическими дисками, однородные или комбинированные, мо нолитные и с металлическими дисками, составные (неразъемные) и сбор ные.

Заготовку керамической рабочей лопатки турбины можно получить:

– шликерным литьем;

– гидростатическим прессованием: в эластичной форме, на жестком основании (со стороны корыта);

– вакуумно-гидростатическим прессованием в эластичной оболочке внутри составной опорной формы с открытой пористостью;

– осадкой с гидростатическим подпором (в условиях трехосного на гружения);

– горячим прессованием в графитовой пресс-форме;

– горячим прессованием с переформовкой;

– горячим гидравлическим прессованием в твердофазовой среде.

Технологические процессы изготовления керамических сопловых лопаток в основном такие же, как и для рабочих лопаток турбины.

Рассмотрев различные способы изготовления рабочих колес турбины с керамическими лопатками, можно сделать следующие выводы и реко мендации.

Наименее трудоемким способом формообразования малоразмерных рабочих колес турбины, сопловых аппаратов и отдельных рабочих и со пловых лопаток турбины является шликерное литье под давлением с по следующим реакционным спеканием или горячим изостатическим прессо ванием в термопластичной оболочке.

Технологическое использование высоких давлений в процессе фор мирования заготовок керамических лопаток турбины является наиболее перспективным направлением как предварительного формирования заго товок посредством гидростатического прессования (в том числе и с жест ким основанием со стороны корыта), так и окончательного горячего изо статического прессования (уплотнения) под высоким давлением газа (ре акционным).

Процессы гидростатического прессования лопаток турбины и сопло вого аппарата осуществляются без введения связок и пластификаторов и являются основой получения высоких и стабильных прочностных характе ристик керамических материалов за счет совершенствования процессов спекания и горячего изостатического прессования.

Наименее трудоемким способом повышения точности размеров ло паток является гидростатическое прессование заготовок на жестком осно вании со стороны корыта (в том числе с возбуждением деформаций сдвига за счет осадки заготовки на жестком основании) с механической обработ кой поверхностей со стороны спинки пера до окончательного спекания.

Наибольшее значение прочности нитридкремниевой керамики дос тигнуто главным образом в результате ее горячего прессования. В связи с этим процесс горячего прессования получил достаточно широкое приме нение для формирования рабочих лопаток турбины с последующей меха нической обработкой алмазным инструментом. Однако данный технологи ческий процесс весьма трудоемок. Альтернативными вариантами являются процессы горячего прессования в так называемой "вязкой жидкости" и с переформовкой заготовки с возбуждением деформаций сдвига, которые позволяют снизить объем механической обработки после спекания.

Дальнейшее повышение прочности и вязкости разрушения керамики связано как с формированием ее структуры (в том числе и с армирующими элементами в виде нитевидных кристаллов карбидов кремния, коротких угольных волокон, покрытых сначала карбидом кремния, а затем нитридом кремния и др.), так и устранением поверхностных дефектов и остаточных напряжений растяжения в материале лопатки.

Развитие работ по конструктивному совершенствованию крепления керамических лопаток турбины и соплового аппарата связано в основном со снижением уровня термических напряжений и уровня концентрации напряжений в замковых соединениях за счет устранения жестких заделок, размещения прокладок из пластичного металла и контактов в системах "керамика-керамика" и "керамика-металл".

Использование композиционных материалов в газотурбостроении снижает массу деталей на 20-50 %, увеличивает коэффициент использова ния материала в 2,5-3 раза, повышает ресурс и надежность, вибрационную и коррозионную стойкость, ударную вязкость.

Перспективным технологическим процессом изготовления вентиля торных и спрямляющих лопаток компрессора из композиционных мате риалов на металлической матрице (бороалюминий и боромагний) является жидкофазная технология. Она снижает трудоемкость, высокотехнологич на, исключает титановые элементы в зоне замка и выход борных волокон на поверхность лопатки и др. Одним из факторов, сдерживающих исполь зование этой технологии для изготовления лопаток из бороалюминия, яв ляется разупрочнение борных волокон в контакте с расплавом алюминия с образованием на поверхности раздела хрупких фаз боридов алюминия. Ор ганизовано производство, серийно изготавливающее волокна бора с по крытием В4С, которое практически исключает разупрочнение волокон при температурах пропитки.

Перспективно также применение жидкофазной технологии для изго товления лопаток из боромагния, так как борные волокна инертны по от ношению к расплаву магния. Но пока нет надежных покрытий для боро магния, обеспечивающих защиту лопаток в эксплуатации от коррозионных и эрозионных разрушений.

Замена металлических вентиляторных, рабочих и спрямляющих ло паток на композиционные существенно снижает трудоемкость изготовле ния и массу изделия (до 30 %), коэффициент использования материала по вышается до 0,8.

Развитие и внедрение технологии для производства деталей из КМ предполагают разработку механизированного и автоматизированного тех нологического оборудования, разработку технологического процесса изго товления высококачественных деталей сложной формы.

4.3. Оптимизация методов и режимов обработки лопаток Использование пооперационной технологии изготовления лопаток, реализующей в значительной мере принцип дифференциации операций, предполагает применение универсального и специального оборудования, составляющего примерно 25-30 % от общего количества. При этом для обработки одной ступени лопаток длиной до 700 мм оборудования. Для По материалам фирмы "Пумори-инжиниринг" (г. Екатеринбург).

каждой ступени лопаток проектируется и изготавливается значительное количество оснастки:

– приспособления для крепления заготовок в процессе обработки на станках – 16-18 шт.;

– специального мерительного инструмента и шаблонов для контроля формы и линейных размеров элементов лопаток – 30-70 шт.;

– режущего и вспомогательного инструмента – 8-12 шт.

Все это приводит к длительной подготовке производства, которая составляет 5-6 мес. и требует больших затрат. В результате трудоемкость и стоимость изготовления лопаточного аппарата составляют 40-45 % от об щей стоимости и трудозатрат.

Необходимость модернизации установленных турбин и изготовления новых типов турбин требует поиска эффективных и экономичных принци пов организации подготовки производства и изготовления рабочих и со пловых лопаток паровых и газовых турбин, обеспечивающих резкое со кращение сроков технологической подготовки производства. Для этого фирмой "Пумори-инжиниринг" разработана и внедрена новая технология механической обработки лопаток. В соответствии с разработанной техно логией создан комплекс для механической обработки лопаток длиной до 700 мм, реализующий в полной мере принцип концентрации (п. 3.6 перво го раздела и п. 2.5 второго раздела).

В качестве заготовки используют:

– прокат;

– штамповку;

– поковку.

Технологический процесс изготовления лопатки состоит из следую щих этапов:

1. Обработка поверхностей технологической базы.

2. Предварительная обработка поверхностей хвостовика и рабочей части.

3. Измерительная обработка.

4. Измерение и паспортизация геометрии рабочей части, линейных и угловых размеров (за исключением размеров головной части).

5. Обработка головной части и отрезка технологической базы в рай оне хвостовика.

6. Маркировка, консервация и упаковка.

Применяемые станки:

1. Трехкоординатный обрабатывающий центр, модель МХ-55VA фирмы OKUMA.

2. Пятикоординатный обрабатывающий центр, модель А17-У фирмы C.B.Ferrari.

Применяемое оборудование и устройства:

1. Контрольно-измерительная машина, модель Mistral 070795 фирмы DEAspa.

2. Установка для балансировки инструмента фирмы Hossman.

3. Установка для термозажима инструмента фирмы C.B.Ferrari.

4. Поворотный стол фирмы Kitagawa.

5. Измерительная головка фирмы Renishow.

6. Измерительная головка фирмы Morpos.

Специально спроектированные и изготовленные приспособления и инструмент:

1. Станочное – 1 шт.

2. Мерительное – 1 шт.

Режущий инструмент:

1. Профильные фрезы с круглыми пластинами и рабочим диаметром 12-50 мм фирмы ISKAR, диаметр пластин – 5-16 мм, число зубьев – 2-4.

2. Копировальные фрезы со сменными твердосплавными вставками диаметром – 10-30 мм фирм ISKAR и Mitsubishi, число режущих кромок – 2-4.

3. Концевые и торцевые фрезы со сменными пластинами диаметром 8-63 мм фирм ISKAR и Mitsubishi.

4. Монолитные твердосплавные сверла и фрезы фирм SGS и Mitsubishi.

Принципы выбора станков, оборудования и инструмента, обеспечи вающих гарантированное получение требуемого качества и точности при изготовлении лопаток, были следующие.

Для обработки технологических базовых поверхностей и для черно вой обработки профильной и хвостовой частей могут быть использованы любые обрабатывающие центры с вертикальным расположением шпинде ля и поворотным столом с горизонтальной осью. Однако предпочтение было отдано вертикальному обрабатывающему центру модели MХ-55VA фирмы "OKUMA". Он отличается от других станков подобного типа каче ством изготовления, жесткостью, долговечностью и лучшим показателем соотношения цена/качество.

При выборе обрабатывающего центра для чистовой обработки были проведены анализ и сопоставление отечественного станка Стерлитамак ского станкостроительного завода и станков западных фирм STARRAG, LIECHTI, HURON и C.B.FERRARI. Все указанные станки предназначены для обработки турбинных лопаток на стадиях предварительной и оконча тельной обработки методом скоростного фрезерования, но имеют различ ные конструктивные особенности. У станков фирмы HURON и Стерлита макского завода три оси перемещения, у других – пять.

Учитывая это, а также цену, был выбран станок модели А17-У фирмы C.B.Ferrari (технические данные см. в табл. 28). Он и вошел в тех нологический процесс изготовления рабочих лопаток.

Отработанная система контроля размеров турбинных лопаток состо ит из этапов:

1) контроль части черновых и чистовых размеров непосредственно на станках после завершения соответствующих операций;

2) контроль всех необходимых размеров на координатно измерительной машине вне станков.

Для обмера лопаток вне станков используется комплекс, состоящий из координатно-измерительной машины контактного типа поточечного режима замера модели Mistral 070705 от фирмы DEAspa с базовым про граммным обеспечением TUTOR for Windows и дополнительным пакетом PROF.

Указанная система позволяет:

1) полностью уйти от использования традиционных контрольных приспособлений;

2) обеспечить высокую точность замеров – 3,5-5,5 мкм для лопатки до 500 мм;

3) выполнить метрологическое сравнение номинальных и измерен ных 2D-сечений лопатки, проанализировать отклонения от профиля ви зуально на экране монитора компьютера и вывести на печать графическое представление профилей и таблицу отклонений.

Оптимизация контроля за счет использования координатно измерительных машин непрерывного режима обмера контактного или ла зерного типа с привлечением программного обеспечения, использующего на входе 3D-модель лопатки, позволит осуществить автоматическую при вязку осей обмеряемой лопатки. При этом обмер всей лопатки может быть выполнен за несколько минут.

Таблица Технические данные станка А17-Е550 фирмы C.B.FERRARI № Характеристика Величина п/п 1 Длина обрабатываемой лопатки, мм 2 Перемещение по осям, мм X Y Z A ± B 3 Скорость перемещения по осям X, Y, Z, мм/мин 1- Окончание табл. № Характеристика Величина п/п 4 Ускоренное перемещение по осям X, Y, Z, мм/мин 5 Количество инструментов в магазине, шт. 6 Время смены инструмента, с 7 Число оборотов шпинделя, об/мин 8 Мощность двигателя шпинделя, кВт 9 Точность перемещения по осям X, Y, Z, мм 0, 10 Точность позиционирования по осям X, Y, Z, мм 0, Важнейшим фактором эффективности обработки и получения тре буемой точности и качества поверхности при изготовлении лопаток на всех стадиях механической обработки является применение твердосплав ного инструмента. Использование высокопроизводительного твердосплав ного инструмента позволяет значительно сократить время обработки, а значит и более эффективно использовать высокопроизводительное обору дование. Несмотря на значительные (по сравнению с инструментом из от носительно дешевой быстрорежущей стали) затраты, за счет более высо кой производительности – 4-6 раз на предварительных операциях, себе стоимость продукции значительно сокращается. Из всей номенклатуры до 95 % приходится на фрезы со сменными пластинами, остальное – моно литные твердосплавные сверла, фрезы и небольшой процент специального инструмента. Это исключает необходимость приобретать дорогостоящее заточное оборудование.

Режимы резания при обработке рабочей лопатки из материала 20Х13Ш с твердостью НИ229-269 приведены в табл. 31.

Работа обрабатывающих центров невозможна без качественных управляющих программ фрезеровки турбинных лопаток.

Таблица Режимы резанья при обработке рабочей лопатки Характеристики Результаты и применяемые материалы/оборудование Предварительная обработка хвоста лопатки на фрезерном центре фирмы OKUMA – МХ55VА Торцевая фреза d = 40 (ISCAR) 3М У90ДХ D40-4-С32-13-С Пластинки (прямоугольные) 3М АХКТ 1304POR-ММ Сплав IS Глубина резания, м/мин 3, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Продолжение табл. Характеристики Результаты и приме няемые материа лы/оборудование Предварительная обработка профиля лопатки на фрезерном центре фирмы OKUMA – МХ55VА Подача, мм/об 1, Подача, мм/мин Торцевая фреза d = 50,7 мм (ISCAR) Е45КТ D40-W32-R Пластинки (круглые d = 15,87 мм) REMT 1505-LM- Сплав IS Глубина резания, мм 1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 1, Подача, мм/мин Чистовая обработка профиля лопатки на фрезерном центре фирмы C.B.FERRARI – А17-Y Профильная фреза d = 32 мм (ISCAR) ЕR D22F32-4-C25- Пластинки (круглые d = 10 мм) RXCW 10Т Сплав IС Глубина резания, мм 0,50…1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 0, Подача, мм/мин Чистовая обработка хвоста лопатки на фрезерном центре фирмы C.B.FERRARI – А17-Y Торцевая фреза d = 50 (ISCAR) F 90AP 50- Пластинки (прямоугольные r = 2 мм) ФРКТ PORT-RM Сплав IS Глубина резания, м/мин 1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 1, Подача, мм/мин Окончание табл. Характеристики Результаты и при меняемые материа лы/оборудование Чистовая обработка хвоста лопатки на фрезерном центре фирмы C.B.FERRARI – А17-Y Концевая фреза d = 50 мм (ISCAR) F90AP 55- Пластинки (прямоугольные r = 2 мм) АРКT 100320PDTR-RM Сплав IC Глубина резания, мм 1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 1, Подача, мм/мин Обработка паза в хвосте лопатки на фрезерном центре фирмы C.B.FERRARI – А17-Y Концевая фреза d = 16 мм (ISCAR) MM E90A-D16-2-C16-C Пластинки (прямоугольные) АРКT 100320PDR-HM Сплав IС Глубина резания, мм 1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 0, Подача, мм/мин Обработка паза в хвосте лопатки на фрезерном центре фирмы C.B.FERRARI – А17-Y Копировальная фреза d = 12 мм (ISCAR) СM D12-B-C Пластинка (радиусная) CRF D120-QF Сплав IС Глубина резания, мм 0,50...1, Скорость резания, м/мин Число оборотов, об/мин Подача, мм/об 0,33...0, Подача, мм/мин 1500... Для их подготовки использованы мощные средства 3-мерного ком пьютерного моделирования, ядро которых составляет программное обес печение фирмы Delcam.plc, а именно:

1) для моделирования поверхностей лопаток – специализированные пакеты инструментального производства DUCT и Power Shape;

2) для разработки 3-х координатных управляющих программ черно вой обработки лопаток – пакет Power MILL;

3) для разработки 5-ти координатных управляющих программ – па кет TS70 от C.B.FERRARI.

Рассмотрим процесс обработки лопатки длиной до 700 мм.

На всех ступенях лопаток создаются единые базы, для обработки ко торых применяется обрабатывающий центр модели MХ-55VA фирмы OKUMA. На этом же центре производится предварительная механическая обработка всех поверхностей хвостовика и рабочей части лопатки, для че го на станок устанавливается поворотный стол фирмы Kitagawa с горизон тальной осью, управляемой от ЧПУ станка. Затем лопатка передается на 5-координатный скоростной обрабатывающий центр модели Ф17-Е фирмы C.B.FERRARI. Здесь методом высокоскоростного фрезерования (НSC) производится окончательная обработка всех поверхностей лопатки.

Этот станок позволяет обрабатывать поверхность хвостовика с точностью 0,03 мм и шероховатостью Ra = 1,6 мкм, а также поверхности рабочей части с отклонением в геометрии в пределах ± 0,63 мкм и поверхности ра бочей части с отклонением в геометрии в пределах ± 0,1 мм от номиналь ного теоретического профиля и шероховатостью поверхности Ra = 0, мкм. После этого лопатка поступает на координатно-измерительную ма шину фирмы DЕA, которая обеспечивает высокую точность и надежность замеров лопатки (за исключением головной части), а также геометрии раз меров рабочей части лопатки. Данные контроля выводятся как графически, так и в виде таблицы. Дальнейшая обработка ведется на станке модели Fgiecut-200 фирмы Agie. На этом станке производится формирование го ловной части лопатки с одновременной отрезкой технологической базы в районе хвостовика.

На каждую готовую лопатку наносят маркировку, затем лопатку по сле консервации, упаковки комплектно со всей необходимой сопроводи тельной документацией сдают на склад.

На всех операциях механической обработки применяется высокока чественный твердосплавный инструмент фирм ISCAR, MITSUBISHI, SGS.

Для устранения дисбаланса инструмент проходит балансировку на уста новке фирмы HOFFMAN, кроме того, используется термозажим инстру мента. Для этой цели предназначена специальная установка фирмы C.B.FERRARI, в которой происходят нагрев зажимной части до 300 оС и принудительное быстрое остывание после установки режущих пластин.

Используемые станки модели МХ-55VA и А17-Y550 снабжены из мерительными головками фирмы RENISHOW и фирмы MARPOS, с помо щью которых по специальным программам измерения производятся как при черновой, так и при окончательной обработке, без снятия лопатки со станка. Это позволяет оператору убедиться в правильности изготовления лопаток и необходимости введения коррекции на износ инструмента.

При реализации технологии изготовления на обрабатывающих цен трах для полного изготовления комплекта лопаток потребовалось спроек тировать и изготовить одно станочное приспособление и одно универсаль ное контрольно-измерительное приспособление.

Применение новой технологии изготовления лопаток позволило:

– резко снизить количество необходимой оснастки;

– механизировать финишную обработку рабочей части (заменить шлифование профилей высокоскоростным высокоточным фрезерованием);

– сократить цикл изготовления комплекта лопаток до 15 дн. (от мо мента получения заказа до отгрузки заказчику);

– создать возможность быстрого изготовления опытных образцов лопаток.

Изготовление длинных лопаток с использованием высокоскоростной обработки (HGC) имеет свои особенности (как и в случае традиционных методов обработки – см. п. 3.6 данного раздела).

Для длинных лопаток обработка заготовок из проката становится не рациональной в связи с большим объемом снимаемого металла. Поэтому заготовка конструируется таким образом, чтобы с двух сторон были круг лые технологические базовые поверхности. При этом заготовка куется на радиально-ковочной машине с ЧПУ из круглого проката с зажимом с двух сторон во вращающихся патронах. После ковки производится термообра ботка. Радиальная ковка позволяет сделать заготовку с припуском 5 мм.

Затем заготовка фрезеруется по торцам и центрируется с двух сто рон.

На станке для чернового фрезерования заготовка устанавливается в центрах в двух приводных бабках, управляемых синхронно системой ЧПУ.

В левой бабке встроен поводковый патрон. Правый и левый патроны ос нащены выдвигающимися по команде ЧПУ зажимными кулачками.

Обработка ведется следующим образом.

Вначале резцом протачивается цилиндрический базовый поясок. За тем выдвигаются кулачки и зажимают заготовку по проточенному пояску.

Подобный технологический переход выполняется и с другой стороны.

Заготовка перед началом обработки ощупывается датчиком по не скольким определяющим точкам профиля. Найденные нулевые положения угла разворота лопатки переносятся на свободную от зажима часть базово го цилиндрического пояска в виде фрезерованной черновой лыски. Фоно вая обработка профиля производится твердосплавными фрезами. Элемен ты хвоста обрабатываются универсальными и специальными фрезами в за висимости от конструкции.

Лыска является базой для выверки углового положения лопатки на станке для чистового фрезерования. Лопатка на чистовом обрабатываю щем центре устанавливается в двух патронах примерно лыской вверх. Дат чик измеряет положение двух точек на лыске, и этим определяется угловой разворот лопатки.

Чистовое фрезерование ведется торцевыми и цельными твердо сплавными фрезами по методу HSC. Места под напайку стеллитовых пла стин фрезеруются в этой же операции.

Состав оборудования для обработки длинных лопаток является не изменным, как и в предыдущем случае для обработки сравнительно корот ких лопаток.

Оборудование для изготовления заготовок может быть частью про изводственной линии. Проектирование и изготовление штампов не встре тят серьезных затруднений.

Концепция измерения, кроме выверки и привязки заготовки по по ложению, включает в себя измерения после обработки на черновой и чис товой операциях, полные приемочные измерения на лазерной сканирую щей установке.

Елочные хвосты могут обрабатываться методом фрезерования на го ризонтальном (продольном) обрабатывающем центре или на шлифоваль ном станке методом глубинного профильного шлифования. При этом тур бинная лопатка базируется по круглым технологическим базам. Затем к профилю в нужных местах подводят опоры и лопатку закрепляют. Убира ется базовый элемент со стороны елочного хвоста. Методом фрезерования удаляется технологическая база и осуществляется обработка елочного хво ста. Приспособление является универсальным и имеет передвижные в двух направлениях подводимые опоры и зажимные элементы.

4.4. Перспективные научные исследования и разработки в области развития технологии лопаточного производства Исследования должны проводиться постоянно по всем направлени ям, связанным как с совершенствованием методов обработки, так и с про блемами контроля технологических параметров и результатов обработки.

Работы по совершенствованию технологии необходимо вести совместно с конструкторами, решая вопросы сочетания формы профиля с методом по лучения производящих линий, определения научно-обоснованных допус ков от проектных размеров профильных частей. Важность работ обуслов ливается следующими особенностями лопаточного аппарата:

1. Лопатки в решающей степени определяют надежность и безотказ ность работы паровых и газовых турбин. Ресурс работы турбин определя ется, как правило, работоспособностью лопаток. В связи с этим технология изготовления и контроля лопаток должна обеспечивать стабильность каче ства их изготовления и исключать возможность установки в турбине лопа ток с отклонениями по геометрическим размерам, качеству поверхности, с металлургическими и иными дефектами.

2. Сложностью геометрических форм и требованиями высокой точ ности изготовления лопаток. Перо лопатки представляет собой лопасть пе ременного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориентированную в пространстве по отношению к замку. Точность изготовления пера находится в пределах 0,05-0,15 мм. Замковую часть, при помощи которой лопатки крепятся к дискам, изготовляют с точностью 0,01-0,032 мм.

3. Массовостью изготовления лопаток. Современная турбина насчи тывает до 2000 лопаток. В связи с этим даже при выпуске опытных образ цов турбин изготовление лопаток носит серийный характер.

4. Применением дорогостоящих и дефицитных материалов для изго товления лопаток, поэтому технологический процесс производства лопа ток должен гарантировать минимальный процент брака.

5. Плохой обрабатываемостью материалов, применяемых для изго товления лопаток. Лопатки турбины изготовляют из легированных и жа ропрочных сталей и сплавов на никелевой основе, имеющих относительно большую твердость при высокой вязкости. Лопатки компрессора изготов ляют из высоколегированных и титановых сплавов, также характеризую щихся плохой обрабатываемостью.

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОКОВАНЫХ, КОМБИНИРОВАННЫХ СБОРНЫХ И СВАРНЫХ РОТОРОВ ПАРОВЫХ И ГАЗОВЫХ ТУРБИН 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОТОРАХ ТУРБИН 1.1. Конструкция роторов Ротором называется вращающаяся часть турбины, несущая на себе рабочий лопаточный аппарат, с помощью которого осуществляется преоб разование кинетической и потенциальной энергии рабочей среды (пар, газ) в механическую работу путем вращения турбиной подсоединенного к ней ротора генератора или любой другой рабочей машины.

Ротор является наиболее ответственной частью турбины. В условиях эксплуатации турбины ротор подвергается действию центробежных сил, крутящего и изгибающего моментов, растягивающих осевых сил и нагруз ки от собственного веса. Лопатки и диски ротора при действии на них воз мущающих сил как от рабочей среды (пар, газ), а также и по другим при чинам, работают в условиях вибрации со знакопеременными напряжения ми.

По конструкции роторы паровых и газовых турбин разделяются на цельнокованые (диски отковывают за одно целое с валом), наборные (дис ки насаживают на вал с натягом), комбинированные (передняя часть рото ра цельнокованая, задняя – наборная) и барабанные (с наборкой лопаток непосредственно на барабан). В зоне высоких температур паровых турбин (в частях высокого давления и при промежуточном перегреве в частях среднего давления) обычно применяют цельнокованые роторы (рис. 91, а).

Конструкция цельнокованых роторов проще и технологичнее, чем набор ных. При изготовлении таких роторов концентрация напряжений в пазах диска, т.е. так называемая опасность "ослабления" дисков исключена. В эксплуатационных условиях цельнокованые роторы показали высокую степень надежности. Однако при повреждении какого-либо диска необхо дима замена ротора. Такие роторы необходимо изготовлять из материала высокой прочности.

Конструкция ротора с наборными дисками (рис. 91, в) применяется в современных турбинах в частях низкого давления или одноцилиндровых турбинах для низких и средних параметров пара, где не возникает ослаб лений дисков на валу, обусловленных высокими температурами. Преиму ществом таких роторов является то, что они более просты в изготовлении поковок вала и дисков, а их габаритные размеры и масса меньше, чем га баритные размеры и масса поковок цельнокованых роторов. Изготовление деталей наборного ротора в механическом цехе осуществляется парал лельно, что сокращает сроки его производства.

в Рис. 91. Цельнокованые (а), комбинированные (б) и наборные роторы (в) В цилиндрах среднего давления мощных паровых турбин, имеющих промежуточный перегрев пара, применяют обычно комбинированные ро торы (рис. 91, б). В зоне высоких температур диски отковывают за одно целое с валом, а в зонах, где температура пара снижается примерно до 300 °С, диски насаживают с определенным натягом.

Барабанным ротором называется барабан (рис. 92), откованный за одно с валом, в пазы которого вставляют рабочие лопатки. Такие роторы делают составными, что обеспечивает возможность их облегчения путем растачивания бочкообразной плоскости в барабане. Отдельные части рото ра соединяются горячей посадкой и скрепляются между собой при помощи болтов. В газовых турбинах применяются преимущественно роторы бара банного типа. Барабанная часть ротора может иметь еще и насадные диски.

В таком случае роторы называются комбинированными.

Большое распространение получили также роторы барабанного типа, которые выполняют сварными (рис. 93, а) из отдельных, предварительно обработанных дисков, без центрального отверстия, а также сборными с центральным отверстием (когда ротор конструктивно состоит из трех или четырех частей, стянутых центральной стяжкой) и без центрального отвер стия (когда стяжки расположены по окружности на периферии полотна диска – рис. 93, в).

Рис. 92. Барабанный ротор По сравнению со сборными роторами дискового или барабанного типа сварной ротор имеет ряд значительных технологических достоинств:

упрощаются поковки, сокращается цикл механической обработки. Изго товление сварных роторов требует весьма высокого уровня сварочной тех ники. С точки зрения технологичности роторы турбин достаточно хорошо отработаны.

Обычно в цилиндрах низкого давления (ЦНД) турбин мощностью 500 и 800 МВт используют роторы с насадными дисками. Предельные на пряжения на расточке дисков последних ступеней составляют 45106 МПа.

В ЦНД перспективных быстроходных турбин роторы с насадными диска ми из-за больших предельных напряжений при расточке непригодны. По этому роторы ЦНД турбины мощностью 1200 МВт выполняют сварными.

Сварные роторы обладают преимуществами, основным из которых явля ются более низкие, чем в насадных дисках, напряжения, что обусловлено отсутствием центрального отверстия. Вследствие этого преимущества и большой жесткости они получили широкое применение в современном турбостроении. Но сварные конструкции роторов имеют и недостатки. Для получения качественного сварного шва необходимо применять малоугле родистые слаболегированные стали. Этим объясняется сравнительно низ кий предел текучести материала сварных роторов 0, 2 = (5…6)·104 МПа.

Роторы быстроходных турбин можно выполнять сболченными, со стоящими из трех или четырех частей (рис. 93, б). Сболчиваемые части с фланцами изготовляют из высоколегированной стали с пределом текуче сти 0, 2 = (7…8)·104 МПа.

Рис. 93. Сварные и сборные роторы:

а – сварной ротор;

б – сборный ротор из четырех частей;

в – сборный ротор из отдельных дисков В настоящее время для крупных электрических генераторов приме няют роторы, образованные из трех или четырех частей, стянутых цен тральной стяжкой диаметром до 500 мм. Однако для роторов паровых тур бин, испытывающих большие нагрузки от центробежных сил лопаток по следующих ступеней, такая конструкция неприменима в основном из-за наличия центральной расточки.

Преимущества конструкции сболченного фланцевого ротора ЦНД следующие: наиболее нагруженные концевые диски могут быть выполне ны без центральной расточки, а средняя часть – с центральной расточкой небольшого диаметра;

можно осуществлять проверку качества отдельных поковок до их сбалчивания;

применение высокопрочной легированной стали с пределом текучести 0, 2 = (7…8)·104 МПа и более повышает на дежность турбины, особенно в аварийных ситуациях, что позволяет при менять стальные лопатки длиной 1200 мм с умеренной хордой корневого сечения взамен титановых лопаток (при обнаружении дефектов или по вреждений в одной из частей ротора заменена может быть только повреж денная часть, а не весь ротор).

Для изготовления сболченных роторов на турбинных заводах не тре буется дополнительных площадей, дорогостоящего специализированного сварочного оборудования и печей для термообработки. Появляется воз можность параллельного изготовления частей ротора (включая оконча тельную механическую обработку) до их сбалчивания, что уменьшает по требность в крупном высокоточном станочном оборудовании. Сболченные роторы менее трудоемки, чем сварные, себестоимость их изготовления ниже. Стоимость заготовок сболченных роторов, поставляемых ме таллургическим заводом для одной турбины К-1200-240, значительно ниже стоимости заготовок сварных роторов для той же турбины, а трудоемкость изготовления сболченных роторов на турбинном заводе на 26 тыс. нормо часов меньше, чем сварных. У сборочных роторов особые требования предъявляются к болтовому соединению ротора (необходимо сохранять затяжку шпильки в течение всего срока службы турбины).

В ЦНД болтовые соединения работают при температуре ниже 350°С.

Материал болтов (например, сталь марки 25ХМФ) при этой температуре не подвержен деформации ползучести (фактор времени после первона чальной затяжки не играет роли). Влияние возможности смятия резьбы или контактных поверхностей гаек может быть исключено при опрессовке болтов. Поэтому до сборки ротора болты нагружают совместно с гайками на специальном приспособлении усилием примерно в 1,2-1,3 раза превы шающим усилие начальной затяжки. Только после проведения таких опе раций болты используют для сборки роторов. Конструкция болтового со единения ротора обеспечивает хорошие условия для осуществления кон троля затяжки шпилек при замере их удлинения и после проведения разго ночных операций на высокооборотном балансировочном станке.

1.2. Детали и элементы роторов Основными деталями ротора являются валы, диски и рабочие лопат ки. Диски с насаженными на них лопатками называют также и рабочими колесами. Посадка дисков на вал осуществляется с натягом, обеспечиваю щим постоянную плотность соединений без возможности ослабления как в рабочих условиях от действия центробежных сил массы диска, так и при пусках турбины, из-за различия температур диска и вала в процессе про гревания. Необходимая величина натяга определяется расчетом.

Ориентировочная величина натяга составляет 0,001 часть диаметра вала. Разность между максимальным и минимальным натягами обычно равна 0,05-0,08 мм, что обеспечивается обработкой посадочных мест диска и вала в пределах 6-го квалитета точности. Посадка дисков с натягом не исключает необходимости применения осевых шпонок (одной или двух на каждый диск), которые обеспечивают передачу крутящего момента от дис ка к валу.

Чтобы не ослаблять осевыми шпоночными канавками ступицу (рис. 94) особо напряженных дисков, вместо обычного осевого шпоночно го соединения применяют радиальные шпонки 2, устанавливаемые в пазах на торце ступицы. В этой конструкции крутящий момент будет переда ваться через две радиальные шпонки на специальную малонагруженную втулку 3, связанную с валом осевой шпонкой 4.

В конструкциях роторов судовых турбин применяют так называемые пальцевые втулки. Втулка своим наружным диаметром точно, но без натя га пригоняется к диску и соединяется с ним при помощи ряда радиальных штифтов. Диск с втулкой насаживается на вал с обычным натягом и удер живается от проворачивания осевыми шпонками, установленными в пазы, выполненные в валу и пальцевой втулке. Если под действием температуры или центробежных сил диаметр отверстия в диске станет больше диаметра пальцевой втулки, то соосность диска и втулки (а следовательно, и вала) все же сохранится из-за наличия радиальных штифтов. В то же время по садка втулки на валу не может ослабеть, так как напряжения во втулке под действием ее центробежной силы незначительны, а температура втулки почти не отличается от температуры вала. Данная конструкция особенно уместна в сильно нагруженных дисках, а также в первых ступенях высоко го давления судовых турбин, где время прогрева турбины обычно очень мало.

Детали собранного ротора должны быть надежно закреплены для противодействия усилиям проходящего пара, стремящегося сдвинуть их вдоль вала. Вместе с этим детали ротора должны иметь возможность сво бодного теплового расширения, что обеспечивается наличием гарантиро ванных тепловых зазоров.


Рис. 94. Конструкция соединения частей ротора:

1 – ступица;

2 – шпонка радиальная;

3 – втулка;

4 – шпонка осевая Кроме рассмотренных элементов на роторе размещены опорные шейки, сопрягаемые в процессе работы со вкладышами подшипников, ци линдрические и конические поверхности, сопрягаемые с деталями муфт, элементы уплотнений, фланцевые элементы муфт, шпоночные пазы и др.

О требуемой точности, шероховатости наружных цилиндрических торцевых и других поверхностей и их взаимного расположения дает пред ставление конструкция РВД паровой турбины мощностью 800 МВт (рис. 95). Длина и диаметр наибольшего диска приведены на упомянутом рисунке.

Для улучшения эксплуатационных условий при обработке роторов кроме указанных должен выполняться еще ряд технических требований.

Допуск на взаимное расположение опорных поверхностей шпоночных па зов, размещаемых по окружности посадочных поверхностей под полумуф ты, в целях обеспечения собираемости должен быть повышен до ± 2'', а по непараллельности опорных поверхностей к плоскостям, проходящим через ось посадочной поверхности, до 0,01 мм на длине 500 мм. "Спаривание" роторов, фланцы муфт которых выполнены непосредственно в теле ротора, может быть обеспечено соблюдением допусков на диаметр межосевых расстояний в пределах 0,01 мм, а по угловому расположению – до 2,0".

При этом общая погрешность расположения отверстий от номинального положения не должна превышать ± 0,0075 мм. Допуск на биение и непер пендикулярность торцовой поверхности фланцев муфт относительно опорных шеек задают в пределах 0,005 мм на ширине кольцевой части торца.

Центральная часть ротора чаще всего представляет сквозную по лость. Встречаются и иные конструкции. В табл. 32 приведены конструк ции полостей и даны их характеристики. Одно из назначений полости – выявление и устранение пороков.

Рис. 95. Размерная и точностная характеристика ротора мощной паровой турбины Таблица Характеристика полостей роторов Эскиз Характеристика Гладкое сквозное отверстие, обра зованное в цельном роторе. Пара метр шероховатости поверхности – Rz = 20 мкм, допуск на цилиндри ческую поверхность – 0,1-0,2 мм.

Преимущественно применяется в конструкциях роторов паровых тур бин Ступенчатые отверстия с обеих сторон. Параметр шероховатости поверхности – Rz = 20 мкм, допуск на цилиндрические поверхности – 0,1-0,2 мм, несоосность полостей между собой – до 0,25 мм, кривизна оси относительно опорных шеек – до 0,2 мм. Преимущественно при меняется в роторах мощных паро вых турбин Ступенчатое отверстие с фасон ным переходом от большего к меньшему. Параметр шероховатости Rz = 2,5 мкм, допуск на цилиндри ческие поверхности полости боль шого диаметра к опорным шейкам – 0,05-0,1 мм. Преимущественно при меняется в конструкциях роторов компрессоров ГТУ Полость с одной стороны имеет закрытую форму. Параметр шерохо ватости поверхности от Rz = =20 мкм до Rz = 2,5 мкм, допуск на цилиндрические поверхности – до 0,15 мм. Преимущественно при меняется в конструкциях роторов ГТУ 2. ОБРАБОТКА ВАЛОВ, ЦЕЛЬНОКОВАНЫХ И СВАРНЫХ РОТОРОВ 2.1. Назначение и условия работы В предыдущей главе были рассмотрены конструкции и условия ра боты роторов. Вал – основная и наиболее нагруженная деталь ротора.

На вал ротора турбины действуют: крутящий момент, соот ветствующий передаваемой турбиной мощности;

изгибающий момент от собственного веса и веса насаженных на него деталей;

силы неуравнове шенного давления пара вдоль оси.

Тяжелые условия работы валов и их ключевая позиция с точки зре ния обеспечения надежности работы всей турбины требуют особо тща тельного подхода к выбору материалов, способов изготовления заготовок и последующей механической обработки, а также методики и средств кон троля качества обрабатываемых валов на всех этапах технологического процесса.

2.2. Виды заготовок и применяемые материалы Цельнокованые роторы и валы роторов турбин изготовляют из поко вок. Поковки для валов, работающих при температуре металла не свыше 450 °C, изготовляют из углеродистых и легированных сталей шести ка тегорий (по прочности). Рекомендуемые марки стали согласно отраслевым техническим условиям (ОТУ 24-10-004-68) указаны в табл. 33.

В паровых и газовых турбинах для валов и цельнокованых роторов, работающих при температурах свыше 500 °С, где требуется высокий уро вень жаропрочных свойств материала, применяют молибденсодержащие стали, например хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хро момолибденовольфрамованадиевые. При температурах свыше 700 °С при меняют сплавы на никелевой основе, а также на кобальтовой, мо либденовой и смешанных основах. Некоторые из марок сталей, наиболее широко применяемых для деталей роторов, работающих при температурах выше 500 °С, приведены в табл. 34.

Для изготовления поковки вала отливают слиток, у которого отно шение длины к его диаметру равно примерно двум. От слитка отрезают верхнюю прибыльную часть весом около 25 % от полного веса слитка, а снизу донную часть не менее 5 % от веса слитка. Проверка материала по ковки по химическому составу и механическим свойствам должна под твердить соответствие их техническим условиям.

Рис. 96. Ступенчатый вал (а) и поковка для него (б):

А – припуски для проб на заводе -изготовителе поковки;

Б – припуски для проб на заводе-изготовителе вала;

сплошными линиями изображен контур поковки;

штриховыми – контур вала Таблица Механические свойства поковок валов и цельнокованых роторов су довых и стационарных паровых турбин из некоторых марок сталей по отраслевым техническим условиям Кате- Механические свойства продольных образцов* Рекомендуемые ста, % Угол загиба ли** для работы при гория 5, % в температурах (в град) в в кгс/мм 400-450 оС на оправке Н/мм не менее d =40 мм I 520 52 19 40 180 35, II 580 58 17 40 180 34ХМ1А III 650 65 15 40 160 34ХМ1А, 35ХМ, IV 720 72 15 40 160 34ХН1М V 820 82 14 40 150 34ХМ1А VI 870 87 13 40 150 34ХН1М, 34ХН3М 34ХН1М, 34ХН3М * Различные механические свойства одних и тех же сталей достигаются за счет изменения режима термической обработки, который устанавливается в зависимости от химического состава, размера поковки и требуемых механических свойств материала.

** Указанные марки стали применяются и для дисков турбин.

Ось поковки должна совпадать с осью слитка. Внешнее очертание поковок должно приблизительно соответствовать наружным очертаниям валов (рис. 96, а) с учетом припусков по 30-40 мм на сторону для после дующей обработки. В местах сложных очертаний поковкам придают уп рощенную форму, т. е. делают напуск. Тогда короткие ступени, уступы и выемки не обжимаются, а куются по диаметру ближайшей большой сторо ны (рис. 96, б).

Нормы припусков для поковок, указанные в некоторых стандартных справочниках, для валов турбин неприменимы. При назначении припусков для таких уникальных поковок исходят из технологических возможностей выполнения кузнечных операций, необходимости компенсации деформа ций при термической обработке и ряда специфических требований и усло вий. С обоих концов поковка выполняется удлиненной на 400 мм. От каж дого конца поковки отрезают по две пробы длиной по 200 мм для испыта ний. Одну пробу отрезают на заводе-изготовителе поковки после ее обдир ки и термической обработки;

вторую – на заводе-изготовителе вала. Вы резку проб производят на фрезерно-отрезных станках дисковыми пилами.

Таблица Механические свойства поковок валов, цельнокованых роторов и дисков паровых и газовых турбин Марка стали Механические свойства Термическая обра- Температу 5,, % ботка ра рабочей в среды, оС % в Н/мм в кгс/мм Р2МА 690-740 69-74 15-19 41-64 Двойная нормали- 535- о зация 970-990 С и 930-950 оС;

отпуск при 680-700 оС 40 Закалка при 1050 оС До 20Х3МВФ 800 80 в масле, отпуск при 700 оС 45 Закалка при 1050 оС До 1Х12ВНМФ 750 75 в масле, отпуск при 680-700 оС 1Х16Н13М2 580 58 30 35 Закалка при 1100- До о Б 1050 С в воздухе, старение при 750 оС 12 ч 35 Закалка при 1080 оС До ХН35ВТ 650 65 в воде;

старение при 850 оС;

при 700 оС 50 ч Металлургические заводы поставляют заготовки после черновой об работки и термообработки с припусками 15-20 мм на сторону в радиаль ном направлении и 10 мм в осевом направлении на каждый участок вала.

Для контрольных испытаний материала на концах ротора предусмотрены припуски для вырезки продольных образцов, а на "бочке" ротора припуски для вырезки и определения остаточных напряжений. На рис. 97 приведены эскизы заготовок цельнокованого ротора высокого давления и вала низко го давления турбины К-200-130 в состоянии поставки (тонкой линией по казаны чистовые контуры) с указанием припусков. После грубой механи ческой обработки с припусками и предварительного сверления централь ного канала заготовки ротора из стали 15Х12ВМФ подвергаются двойной нормализации при температуре 970-990 °С с последующим отпуском при температуре 600-700 °С. Каждая заготовка ротора или вала проходит на металлургическом заводе индивидуальный контроль на механические ис пытания и подвергается специальной проверке, позволяющей определить качество материала поковки. Испытания проводят после черновой обра ботки и термообработки дважды (на заводах поставщика и заказчика).

Одно из направлений совершенствования турбин заключается в уве личении мощности турбоагрегатов. При этом значительно возрастают га бариты роторов и их массы. Так масса полностью механически обработан ного РИД турбины мощностью 500 МВт и частотой вращения 1500 об/мин составляет 138 т.

Трудность получения крупногабаритных заготовок большой мас сы потребовала иных технических решений. Одно из них связано с созда нием конструкций сварных заготовок. Сварная заготовка упомянутого вы ше ротора турбины 500 МВт имеет массу 160 т. Отдельные части сварной заготовки ротора (рис. 98) представляют собой поковки. Они под вергаются грубой механической обработке, а полости в центре кон цевых частей обрабатываются начисто. У всех составляющих заготов ку сварного ротора отдельных частей со стороны присоединения друг к другу обрабатываются торцовые и сопрягаемые поверхности, а также по верхности, формирующиеся при сварке швы.


2.3. Виды испытаний заготовок Последовательность проведения испытаний заготовок следующая.

1. Определение остаточных напряжений. Поковки валов и роторов, имеющие в средней части диаметр более 400 мм, после черновой и термо обработки необходимо контролировать на наличие остаточных напряже ний, которые возникают в результате горячей механической, термической и механической обработок. Определение величины остаточных напряже ний осуществляется методом измерения деформации колец сечением 25 25 мм, вырезанных из припуска на "бочке" ротора или вала со сторо ны, соответствующей максимальному диаметру.

Расчет остаточных напряжений производится на основании замеров диаметров кольца не менее чем в шести точках до и после вырезки кольца с точностью 0,01 мм по формуле = 19,6 106 ( D0 D1 ) D1, где D0 и D1 - средние наружные диаметры кольца соответственно до и после вырезки.

Замеры до и после вырезки производит один и тот же человек, одним и тем же инструментом. Остаточные напряжения для заготовок валов и ро торов с диаметром "бочки" более 400 мм не должны превышать 50 Па. Ва лы и роторы с диаметром "бочки" менее 400 мм на остаточные напряжения можно не проверять.

Рис. 97. Поковки турбины К-200-130:

а – цельнокованый ротор;

б – вал Рис. 98. Сварная заготовка ротора:

1, 7 – концевые части;

2, 3, 5, 6 – диски;

4 – промежуточная часть 2. Проверка на флокены, трещины и неметаллические включения.

Выявление дефектов невооруженным глазом в виде трещин, флокенов и крупных неметаллических включений осуществляют травлением. Травле ние выполняется дважды: первый раз – поставщиками после черновой и термической обработки, а второй – заказчиками после механической обра ботки с припуском 2 мм на сторону.

Травлению подлежат торцы и шейки валов, а у цельнокованых рото ров – дополнительно торцы "бочек" и галтели у перехода от "бочки" к шейке и один промежуток между дисками при наличии паза не менее мм.

Контролируемые поверхности обрабатывают с чистотой поверхно сти Ra = 1,25 мкм и тщательно обезжиривают ватой, смоченной в бензи не. Травление осуществляют 15%-ным водным раствором персульфата аммония в течение 10-15 мин с последующим травлением 10 %-ным вод ным раствором азотной кислоты. Проверку невооруженным глазом произ водят дважды: первый раз – через 10-15 мин после травления, а второй – не менее чем через 12 ч. Кислота проникает в невидимые глазом трещины флокены, разъедает их кромки. Дефекты становятся хорошо видимы не вооруженным глазом.

3. Проверка на равномерность распределения фосфора и серы. Она производится травлением и снятием серных отпечатков. Снятие серных отпечатков осуществляется с поверхностей шеек валов и роторов и торцов "бочки" роторов и валов на полосе шириной не менее 90 мм. Места для проверки обрабатывают и полируют до Ra = 1,25 мкм, а затем обезжири вают бензином. Засвеченную контрастную фотобумагу, смоченную в 5 %-ном водном растворе серной кислоты, накладывают светочувстви тельным слоем на проверяемое место и выдерживают в течение 3-5 мин.

Сернистые включения в металле вступают в реакцию с серной кислотой, и происходит выделение сероводорода, который в свою очередь вступает в реакцию с бромистым серебром фотобумаги. В местах, где скопилась сера в металле, на фотобумаге появляются темные точки бромистого серебра.

Затем фотобумагу промывают водой и помещают для фиксирования в 10 %-ный раствор гипосульфита. Отпечатки промывают в проточной воде и просушивают.

4. Ультразвуковой контроль. С его помощью можно определить внутри заготовки (детали) наличие трещин, флокенов и других неметалли ческих включений любых размеров. Ультразвуковые колебания, посылае мые внутрь детали с помощью пьезодатчиков, расположенных между дву мя металлическими обкладками, на которые подается напряжение от гене ратора высокой частоты, обусловливают высокочастотные колебания пла стины. При помощи щупа, перемещаемого по исследуемой поверхности, ультразвуковые импульсы распространяются в толще металла;

при нали чии дефектов происходит отражение колебаний от дефекта и задней стен ки изделия. Отраженные импульсы возвращаются на приемную кварцевую пластину, вызывая в ней появление электрических разрядов, которые про ектируются на экране осциллографа в виде всплесков. По высоте вспле сков и расстоянию между ними можно судить о глубине и величине дефек та. Как правило, для контроля применяют ультразвуковой дефектоскоп УЗД-7Д с рабочей частотой 2,5 МГц. Все проверяемые поверхности обра батывают с параметром шероховатости Ra = 1,25 мкм.

5. Перископический осмотр. Он осуществляется в каждой заготовке вала или цельнокованого ротора, где сверлится и растачивается централь ное отверстие. Наличие отверстия способствует осуществлению высокока чественной термической обработки (удаляют сегрегационную зону метал ла, несущую наибольшее число усадочных рыхлостей), позволяет вести контроль на отсутствие пороков в центральной части заготовки. Параметр шероховатости обработки не должен быть ниже чем Ra = 2,5 мкм, так как при более грубой обработке выявить имеющиеся дефекты затруднительно.

Для проведения осмотра поверхностей центрального отверстия при меняют специальное оптическое устройство в виде телескопической тру бы, которую устанавливают в отверстие и по мере необходимости выдви гают на требуемую длину. Перемещая трубу в осевом направлении и пово рачивая ее, можно произвести осмотр всей внутренней поверхности цен трального отверстия. При осуществлении такого контроля выявляют ос татки усадочной рыхлости, трещины и скопления мелких неметаллических включений.

6. Тепловые испытания. Такие испытания предназначены для выяв ления металлургических неоднородностей материала в отношении сим метричности структуры поперечного сечения вала и несовпадения оси слитка с осью поковки. Наличие такой неоднородности, как правило, при водит к прогибу ротора или вала при нагреве в период эксплуатации и вы зывает сильные вибрации в турбине, недопустимые при работе.

Таким образом, тепловые испытания позволяют своевременно от браковать валы и роторы, имеющие дефекты. Эти испытания осуществля ются после обработки вала или ротора с припуском 1,5-2 мм на сторону от чистовых размеров. Вал или ротор устанавливают в горизонтальном поло жении на специальной установке (рис. 99), состоящей из специализиро ванного станка и электрической печи, а также на двух роликовых люнетах, с помощью которых осуществляют выверку точности установки в гори зонтальном положении. Биение по контрольным пояскам не должно пре вышать 0,02 мм. Роликовые люнеты расположены вне печи на направляю щих станины станка. Во избежание образования прогиба от массы вал или ротор постоянно вращают с частотой 3-4 об/мин. После установки вал в холодном состоянии вращают в течение 1 ч, затем повторно производят проверку биения. Вращение от станка к валу или ротору передается при помощи поводковых пальцев с гибкой связью или посредством эластичной соединительной муфты.

Электропечь состоит из стальных щитов с изоляционным слоем и электронагревательными элементами на внутренней поверхности. Щиты образуют закрытую со всех сторон коробку с отверстиями в торцовых стенках для выхода концов вала. Коробка снабжена специальными кон тактными термопарами, соединенными с потенциометрами для измерения температуры металла нагреваемого ротора (снаружи и внутри центрально го отверстия), а также температуры печи.

Для измерения величины биения вала в период испытаний имеется специальное приспособление, которое представляет собой корпус в виде трубки. Внутри корпуса расположен стержень, прижимаемый пружиной к измеряемой поверхности вала. На конце корпуса, выступающего из печи, укреплен индикатор. Стержень измерительного устройства расположен в горизонтальной плоскости на уровне оси вала. Корпус измерительного устройства соединен с массивной стойкой, не связанной с каркасом печи и станиной станка. Между замерами стержень измерительного устройства не соприкасается с валом.

Рис. 99. Установка для тепловых испытаний турбинных валов:

1 – электродвигатель;

2 – редуктор;

3 – гибкая связь;

4 – электропечь;

5 – ротор;

6 – индикаторное устройство;

7, 9 – термопары для определения температу ры;

8, 10 – роликовые опоры (люнеты) При термоиспытаниях вал при медленном вращении постепенно на гревают (скорость нагрева не выше 50 °С в час) до температуры, превы шающей рабочую на 50 °С. Вращающийся вал выдерживают при этой тем пературе 72 ч. Затем вал охлаждают до температуры 200 °С. Печь раскры вают, причем вал продолжает вращаться, и при температуре 50 °С вал или ротор снимают с установки. На протяжении всего режима испытания через каждые 30 мин производится запись температуры и прогибов по всем ин дикаторам. По величине и степени изменения прогиба определяют пригод ность вала к работе. Технические условия допускают прогиб валов, испы танных при нагреве до температуры, превышающей рабочую на 50 °С, не более 0,05 мм.

Во время тепловых испытаний останов станка не допускается.

2.4. Технические требования и механической обработке К основным техническим требованиям процесса механической обра ботки валов и роторов относятся следующие:

– все аксиальные и диаметральные размеры необходимо выполнять по 7-му квалитету точности, а отдельные - по 6-му квалителу точности (например, размеры мест под посадку дисков);

– параметр шероховатости обработки поверхностей опорных шеек должен соответствовать Ra = 0,32 мкм;

поверхности под насадку дисков Ra = 1,25 мкм;

остальных участков Ra = 2,5 мкм;

– смещение оси центрального отверстия относительно опорных шеек должно быть не более 0,3 мм;

– овальность и конусность опорных шеек должны быть не более 0,015 мм, а поверхности под насадку дисков и других деталей не более 0,02 мм;

– радиальное биение опорных шеек вала относительно других поса дочных поверхностей должно составлять примерно 0,02 мм для паровых и газовых турбин и 0,05 мм для осевых компрессоров;

– торцовое биение по упорному диску и присоединительному фланцу жесткой муфты не должно превышать 0,01-0,02 мм, а по остальным торцо вым уступам 0,02-0,03 мм;

– перекос шпоночных пазов относительно оси вала или ротора до пускается в пределах 0,015 мм;

– несимметричность расположения двух или трех пазов относитель но оси вала должна быть в пределах 0,05 мм.

2.5. Типовой технологический маршрут обработки валов и роторов Технологический процесс механической обработки валов и цельно кованых роторов состоит из предварительной и окончательной обработки.

Последовательность предварительной механической обработки ва лов и цельнокованых роторов, независимо от их конструкции и размеров, в основном принимается одинаковой и состоит в следующем:

– зачистка торцов поковки;

– проверка поковки для определения размеров припусков на обра ботку и разметка центровых отверстий (гнезд или центров);

– обработка центровых отверстий;

– обдирка поковки с припуском по 15-20 мм на сторону;

– травление поверхностей вала для выявления флокенов и снятие серных отпечатков для выявления неметаллических включений и характе ра их распределения;

– сверление и предварительная расточка центрального отверстия с припуском 15-20 мм на диаметр;

– термическая обработка для повышения механических свойств с по следующим высоким отпуском для снятия внутренних напряжений;

– отрезка проб для изготовления образцов и испытание образцов для определения механических свойств материала;

– обработка под тепловое испытание с припуском 1 мм на сторону и тепловое испытание.

Дальше следует окончательная чистовая обработка до получения не обходимых размеров и качества всех элементов поверхности детали в со ответствии с требованиями чертежа. Основными этапами чистовой обра ботки являются:

– точение с припуском 0,5-0,6 мм на диаметр;

– травление поверхностей опорных шеек и торцов для выявления флокенов и снятие серных отпечатков;

– предварительное шлифование;

– окончательное шлифование;

– обработка после шлифования;

– фрезерование шпоночных пазов;

– обработка пароразгрузочных отверстий.

2.6. Предварительная черновая обработка валов и роторов Зачистка торцов поковки. Обработку вала начинают с зачистки тор цов поковки, которая облегчает ее проверку и разметку. На торцах зачи щают небольшие площадки;

при разметке на этих площадках наносят по две пересекающиеся линии, определяющие положение оси поковки. За чистка выполняется путём фрезерования на горизонтальном свер лильно-фрезерном станке.

После зачистки поковку вала 1 (рис. 100) устанавливают на разме точную плиту и разбивают мелом на сечения аа, бб, вв и т. д. С обеих сто рон поковки ставят угольники 2. Верхнюю поверхность поковки окраши вают меловой краской. От угольника откладывают отрезки (например, от резок М ), равные радиусу, увеличенному на величину припуска для чис товой обработки. Расстояние К между точками в одном сечении показы вает толщину слоя металла на диаметр, который нужно удалить при чер новой обработке.

Соединив середины расстояний между этими точками в каждом се чении, получим среднее положение осевой линии поковки. Для определе ния правильного положения оси вдоль вала натягивают струну АБ, которая должна проходить между намеченными точками. Струну нужно натянуть так, чтобы припуски с обеих сторон расположились по возможности оди наково. Положение струны у торцов отмечают рисками СС. По положению струны кернят точки, которые соединяют риской.

Повернув вал приблизительно на 90°, необходимо повторить размет ку в другой плоскости и нанести на торцах риски ТТ. В точках пересечения рисок намечают места центровых отверстий. Если при разметке будет ус тановлено, что величина припусков является недостаточной или она вовсе отсутствует и поковка не поддается правке, то поковку бракуют и даль нейшая обработка не производится.

Центровка вала. У валов турбин центровые отверстия выполняют с углом зенковки 90о и добавочным предохранительным конусом, имеющим угол 120о (табл. 35). Центровку выполняют на горизонтальном сверлильно фрезерно-расточном станке с обоих концов вала.

Таблица Размеры центровки отверстий в мм a d l D L Диаметр Масса в вала кг 160-300 2000 48 12 15 32 300-500 5000 70 18 18 44 500-900 20000 100 20 20 60 900-1300 40000 120 20 32 72 Обдирка поковки. Обдирку поковок турбинных валов и цель нокованых роторов крупных размеров производят на токарно-центровых станках большой мощности, с двумя или тремя суппортами для одновре менной работы несколькими резцами. При обработке один конец вала кре пят кулаками планшайбы, другой подпирают центром задней бабки.

При обдирке крупных и тяжелых валов необходимо работать с лю нетами, применяя центры лишь в исключительных случаях или в качестве дополнительных опор;

шейки под люнеты точат на центрах. Чистота обра ботки поверхности шеек не ниже Ra = 1.25 мкм. На шейки под люнет це лесообразно насаживать шариковые подшипники, что позволит работать на увеличенных скоростях резания. При обработке коротких валов уста навливают один люнет на конце вала для разгрузки заднего центра. При обработке длинных валов ( l 12d ) применяют два люнета.

Рис. 100. Схема разметки вала турбины:

1 – поковка вала;

2 – угольники Валы необходимо обдирать согласно обдирочному чертежу, оставляя припуски для дальнейшей обработки по 15-20 мм на сторону. Обдирочный чертеж разрабатывается также с учетом припусков, необходимых для под вешивания вала в процессе его термической обработки. Термически обра батывают валы, подвешивая их вертикально в шахтных печах.

При обдирке валов применяют резцы из быстрорежущей стали и твердосплавные. Соответственно большим силам резания сечение резцов составляет 6090 мм. Весьма удачными для применения при обработке валов являются резцы конструкции Уралмашзавода (рис. 101). Головки этих резцов выполнены в виде клиновых вкладышей с припаянными к ним пластинками из твердого сплава Т5К10. Вкладыши в клиновом пазу стержня резца закрепляются силами резания. При такой конструкции зна чительно облегчается и ускоряется переточка резцов.

Для поковок цельнокованых роторов на бочке ротора дополнительно осуществляют ультразвуковой контроль до проточки пазов между диска ми. Поверхность накатывают накатными роликами с параметром шерохо ватости Ra = 1,25 мкм.

Рис. 101. Проходной правый резец с клиновым креплением вкладыша Сверление и растачивание центральных отверстий. Центральные отверстия у валов стационарных турбин предусматриваются для контроля качества металла путем перископического осмотра, а у судовых турбин еще и для снижения веса. Большинство отверстий выполняется сквозными одного диаметра, но бывают ступенчатые и бутылочной формы. Послед ние встречаются у судовых турбин, где снижение веса имеет особенно большое значение. Размеры отверстия зависят от размеров вала и достига ют 200-250 мм в диаметре и 8000 мм по длине. Центральные отверстия ва лов турбин относятся к глубоким отверстиям. Отношение их длины к диа метру достигает 40 и более.

Обработку центрального отверстия осуществляют в два этапа: пер вый - сверление до термической обработки ротора (вала), второй - оконча тельная расточка после термической обработки. Двойная обработка вызва на тем, что после термообработки заготовка деформируется. Смещение оси центрального отверстия устраняется при окончательной расточке.

Сверление и растачивание отверстий производят на специальных станках для глубокого сверления типа КЖ-1920 или крупных токарных станках, снабженных специальными приспособлениями. На рис. 102 пока зан ротор, установленный на токарно-центровом станке для глубокого сверления. Ротор одним концом крепят кулачками планшайбы, а другим устанавливают на люнет и выверяют по ранее проточенным пояскам на концах ротора. Суппортом станка первоначально растачивают начало цен трального отверстия для обеспечения правильного направления сверлиль ной и расточной головок. На специальной стойке 7 и задней бабке 6 уста навливают стебель (трубу) 4 с закрепленной на ней сверлильной головкой с направляющими колодками и сверлом. По шлангу от насоса 9 к борштан ге подводится смазочно-охлаждающая жидкость. Задняя бабка с механиче ской подачей 0,05-4 мм подводит сверлильную головку с борштангой в за ранее подготовленное направляющее отверстие. При сверлении стебель и сверлильная головка со сверлом при помощи задней бабки перемещаются вдоль станины. При вращении детали исключается отклонение оси от верстия. Охлаждающую жидкость подает насос.

Подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания может осуществляться двумя способами. При первом способе СОЖ нагне тают через центральное отверстие сверлильной головки и вместе со струж кой выводят по кольцевому каналу, образованному между стенкой отвер стия и стеблем (наружный отвод стружки). При втором способе СОЖ по дается по внешнему каналу, а выходит со стружкой в отверстие сверла и борштанги (внутренний отвод стружки).

Для сверления центральных отверстий в турбинных валах применя ют сверла двухстороннего резания, т. е. с двумя режущими кромками. Та кое сверло диаметром 150 мм (рис. 103) состоит из центрального сверла диаметром 25 мм, двух ножей 2 и корпуса 3 с направляющими колодками 4. Сверла такой конструкции изготовляют диаметром 70-150 мм. В работе они дают хорошие результаты.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 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.