Механическая обработка поверхностей элементов соединения с хвостами лопаток у роторов и дисков паровых турбин при изготовлении на производстве

Турбинный зал (photo by Werni1 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) / commons.wikimedia.org)
Автор фото Werni1, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

Конструкции элементов соединения с хвостами лопаток паровых турбин как цельных роторов, так и насадных дисков идентичны между собой. Это приводит к идентичности содержания многих основных переходов операций механической обработки поверхностей элементов вне зависимости расположены ли они на роторе или на отдельном диске. Аналогичны также режущие, измерительные инструменты и другая применяемая оснастка.

Часть конструкций элементов роторов паровых турбин или насадных дисков, предназначенных для соединения с хвостами лопаток, ограничены поверхностями, которые могут быть в процессе механической обработки образованы только при вращении детали вокруг своей оси. Поверхности элементов другой части конструкций образуются на невращающемся роторе. Указанное различие подразделяет технологические процессы обработки на две схемы: токарная обработка; фрезерование, протягивание, растачивание.

По первой технологической схеме механически обрабатываются поверхности конструкций элементов турбин, изображенных на рис. 7.4, а—д, вне зависимости от того, являются ли они элементами насадного диска или выполнены на неотъемном диске цельнокованой или сварной заготовки. Элемент (см. рис. 7.4, л) является частью конструкции ротора барабанного типа и обработка его поверхностей также производится по рассматриваемой схеме. Для любой из конструкций элементов характерен процесс обработки поверхностей резцом на токарных станках для цельных турбинных роторов и на токарно-лобовых — для отдельных дисков. Исключение составляет лишь процесс черновой обработки обода отдельных дисков под соединение с хвостами лопаток вильчатого профиля (см. рис. 7.4, г).

Вначале рассмотрим этот исключительный случай. Кроме чернового точения пазов в ободе диска паровой турбины под вильчатый хвост лопатки находит применение и фрезерование на фрезерном станке набором трехсторонних фрез. Главным движением в этом случае является вращение инструмента, а вращение обрабатываемого диска вокруг параллельной оси шпинделя станка — движением подачи. В зависимости от глубины пазов механическая обработка осуществляется в один или несколько проходов за один или несколько оборотов турбинного диска.

На рис. 7.36 приведена схема инструментальной наладки токарной обработки грибовидного профиля. Обработка ведется в одиннадцать групп переходов, каждая из которых связана с формообразованием определенного участка профиля набором резцов, размещенных в одном блоке. Установка резцов в блоки осуществляется вне станка. В переходах I—III групп поверхности подготавливаются к чистовой механической обработке, в остальных группах переходов (IV—XI) поверхности поочередно обрабатываются начисто.

Схемы инструментальных наладок токарной обработки грибовидного профиля

Рис. 7.36. Схемы инструментальных наладок токарной обработки грибовидного профиля.

Пазы соединения с хвостами лопаток турбин, расположенные поперечно-наклонно или по кривой к ободу, обрабатываются механически методом фрезерования, протягивания или растачивания.

Фрезерование пазов в дисках паровой турбины, выполненных в одно целое с валом, производится на специализированных роторофрезерных станках.

Специализированный роторофрезерный станок модели КУ-324Ф1 изображен на рис. 7.37. Станки такого типа предназначены для механической обработки елочных, в том числе и расположенных по радиусу, пазов. Станина станка имеет два ряда направляющих. На одном ряде размещены два главных люнета, подпорные люнеты и делительная бабка. Ротор укладывается опорными шейками на главные люнеты, а в средней части поддерживается подпорными люнетами. Кроме того, подпорные люнеты фиксируют положение ротора вдоль оси и предохраняют его от осевого смещения при ведении процесса резания. Станок оборудован двумя силовыми стойками, размещенными на направляющих второго ряда. Это делает возможным одновременную механическую обработку ротора с двух сторон. Радиусные пазы елочного профиля обрабатываются торцовыми резцовыми головками. Каждая шпиндельная бабка кроме главного шпинделя оснащена быстроходным шпинделем для фрезерования Т-образных и прямых елочных пазов концевыми фрезами. Сменные планетарная и угловая фрезерные головки устанавливаются на шпиндельной бабке одной из силовых стоек. Планетарная фрезерная головка предназначена для фрезерования радиусных и наклонных к ободу пазов концевыми фрезами. Угловую фрезерную головку применяют для фрезерования также концевыми фрезами замковых вырезов.

Специализированный роторофрезерный станок модели КУ-324Ф1: 1 — станина; 2, 6 — силовые стойки; 3, 5 — главные люнеты; 4 — подпорный люнет; 7 — делительная бабка; 8 — главный шпиндель; 9 — скоростной шпиндель; 10 — пульт управления; 11 — шпиндельная бабка.

Рис. 7.37. Специализированный роторофрезерный станок модели КУ-324Ф1: 1 — станина; 2, 6 — силовые стойки; 3, 5 — главные люнеты; 4 — подпорный люнет; 7 — делительная бабка; 8 — главный шпиндель; 9 — скоростной шпиндель; 10 — пульт управления; 11 — шпиндельная бабка.

Поворот ротора турбины на угол окружного шага производится путем единичного деления и осуществляется автоматическим механизмом, встроенным в делительной бабке. Для контроля положения ротора после поворота и для деления с повышенной точностью делительная бабка оснащена оптической головкой с ценой деления 5".

Станок оборудован трехкоординатной системой цифровой индикации и преднабором. Управление станком может осуществляться в наладочном, кнопочном и автоматическом режимах. Изменение всех скоростей главного привода и привода подач осуществляется бесступенчато с пультов управления. Конструкцией станка предусмотрены гидроразгрузка продольных салазок стоек, ротора в главных люнетах и гидростатические подшипники главных шпинделей.

На станке предусмотрена и механическая обработка одного или нескольких дисков паровых турбин. Для этого диск или комплект из дисков устанавливаются на оправку. Кроме фрезерования пазов, в которых размещаются хвостовые части лопаток, на станке возможна также обработка шпоночных и другого назначения пазов.

На рис. 7.38 изображен специализированный комбинированный станок с ЧПУ, предназначенный для механической обработки пазов для хвостовой части лопаток в роторах, а также в отдельных насадных дисках турбин.

Специализированный комбинированный станок с ЧПУ для фрезерования пазов для хвостовой части лопаток в роторах и дисках паровых турбин

Специализированный комбинированный станок с ЧПУ для фрезерования пазов для хвостовой части лопаток в роторах и дисках паровых турбин

Рис. 7.38. Специализированный комбинированный станок с ЧПУ для фрезерования пазов для хвостовой части лопаток в роторах и дисках паровых турбин.

Станина станка состоит из трех частей: двух наружных с направляющими 1 и 5; средней с направляющими 3. На направляющих средней части станины размещено делительное устройство 4 и люнеты 2 и 8 для укладки в них обрабатываемого ротора на опорные шейки, а также основание с поворотным столом 9, предназначенным для установки диска. На направляющих каждой из наружных станин размещены силовые стойки, две из которых (10 и 11), установленные по обе стороны от люнетов, предназначены для механической обработки пазов в дисках роторов, а две (6 и 7), размещенные по обе стороны от поворотного стола, — для фрезерования пазов в отдельных дисках паровых турбин.

На станке как у роторов, так и у отдельных дисков возможна механическая обработка пазов, расположенных перпендикулярно, наклонно и по дуге к ободу. Шпиндели, предназначенные для работы с большой нагрузкой, установлены на вращающемся барабане. Путем его вращения достигается выполнение высокоточных пазов по дуге окружности.

Индексирующее устройство, управляемое с помощью системы ЧПУ, предназначено для периодического поворота детали и управления циклом работы, включая перемену скоростей и подач.

Гидростатические опоры облегчают поворот при индексировании и гарантируют высокую точность позиционирования.

На станке механически обрабатываются роторы паровых турбин диаметрами от 710 до 1930 мм и диски диаметрами от 1220 до 3050 мм. Наибольшая масса обрабатываемых роторов — 45 500 кг.

Механическая обработка пазов для хвостовой части лопаток в роторах и отдельных дисках турбин осуществима и на модернизированном оборудовании. Токарный станок после модернизации становится многоцелевым (рис. 7.39). Он обеспечивает как токарную обработку, так и фрезерование профильных пазов.

Модернизированный станок для обработки пазов для хвостовой части лопаток паровых турбин

Рис. 7.39. Модернизированный станок для обработки пазов для хвостовой части лопаток паровых турбин.

Ротор турбины устанавливается на люнетах станка. Планшайба связана пальцем с одним из отверстий во фланце ротора. Ролики упора 4 заводятся между дисками, что гарантирует фиксацию положения ротора вдоль оси и предохраняет его от смещения в процессе механической обработки. На заднем фланце ротора устанавливается делительный диск 9. Расположение рядов отверстий и количество отверстий в каждом из рядов соответствует количеству пазов на ободе диска той или иной ступени. Предварительная установка ротора в позицию осуществляется поворотом шпинделя бабки станка при помощи поводкового устройства планшайбы. Точное угловое перемещение ротора паровой турбины при позиционировании осуществляется дополнительным поворотным устройством 2. Оно состоит из полуколец, установленных и закрепленных в виде хомута 8 на шейке ротора рядом с делительным диском. В полукольцах хомута имеются кольцевой формы полость и упор. В полость помещен ползун, на котором шарнирно закреплены рычаги, другие концы которых взаимодействуют с гидроцилиидром. В ползуне установлен рычаг, соединенный с кареткой, которая, в свою очередь, соединена с редуктором. При включении гидроцилиндра рычаги ползуна прижимаются к выступу хомута. Вращение рукоятки передается на подвижную каретку и через рычаг на ползун. Последний перемещается по кольцевой полости и через рычаги передает вращение ротору до совмещения отверстия в делительном диске с пальцем фиксатора стойки 1. Перемещающийся палец при этом воздействует на конечный выключатель и тем самым блокирует передачу вращения ротора от планшайбы.

Фрезерные головки состоят из оснований 3, 5 и перемещающихся частей 6, 7. Основания выполнены в виде плит с направляющими, закрепляющимися на суппортах станка. Верхняя часть каждой из головок имеет два шпинделя: ось одного находится в горизонтальной плоскости, а другого — в вертикальной. В горизонтальный шпиндель устанавливается концевая фреза, а вертикальный несет дисковую трехстороннюю фрезу. Шпиндель в корпусе может поворачиваться на угол 5° в обе стороны от вертикали и в таком состоянии фиксируется. В качестве привода применен двигатель постоянного тока с питанием от машинного генератора привода главного движения станка.

При механической обработке пазов, перпендикулярных ободу диска турбинного ротора, подача осуществляется перемещением суппорта станка, при обработке наклонных пазов движение подачи суппорта станка выключено, а верхняя подвижная часть фрезерной головки перемещается по наклонным направляющим установленного на неподвижном суппорте станка основании. В первых переходах производится прорезка паза дисковой трехсторонней фрезой, в последующий — формирование фасонных поверхностей концевыми профильными фрезами.

Прогрессивным является механическая обработка пазов в дисках паровой турбины под хвосты лопаток протягиванием. На рис. 7.40 изображена схема протягивания в дисках газовых турбин пазов зубчикового профиля. Протягивание осуществляется блоками протяжек. На позициях I—III обрабатывается паз, ограниченный прямолинейными участками. Дно паза начисто обрабатывается механически в позиции V. Фасонная часть профиля предварительно обрабатывается с припусками под чистовое протягивание так, как это показано в позиции VII. В остальных позициях (VIII—XI) чистовыми протяжками поочередно симметрично с двух сторон обрабатываются отдельные участки профильных поверхностей. Припуски под чистовое протягивание зубчиковых участков назначаются в пределах 0,1—0,3 мм.

Схема протягивания пазов в дисках паровых турбин

Рис. 7.40. Схема протягивания пазов в дисках паровых турбин.

В рассматриваемом случае блоки представляют собой коробчатой формы корпуса, в пазы которых устанавливаются и закрепляются по несколько протяжек длиной до 875 мм. Сопрягаемые с приспособлением протяжного станка поверхности блоков определяют положение протяжек в процессе механической обработки.

Протягивание осуществляется на модернизированном горизонтально-протяжном станк модели 7А540. Сущность модернизации заключается в доукомплектовании его рядом узлов. Модернизированный станок изображен, на рис. 7.41.

Диск паровой турбины перед протягиванием устанавливается на планшайбе 11, закрепляется зажимами 3 центрирующего устройства 7, помещенного на салазках 12. Центрирующее устройство имеет возможность перемещаться вместе с диском и планшайбой по вертикально расположенным направляющим 2. Ось поворота планшайбы наклонена соответственно углу наклона пазов в диске. Деление на заданный шаг производится делительным механизмом 6, а фиксация в позиции — фиксирующим механизмом 5. Оба механизма расположены в корпусе салазок. Вдоль станка в полости станины 1 расположен силовой гидравлический цилиндр 14, поршень которого штоком 13 связан с ползуном 9, перемещающим протяжку 4. Последняя поддерживается опорами 10. Под протягивание первого паза турбинный диск ориентируется фиксатором 8.

Модернизированный горизонтальнопротяжной станок для протягивания пазов в дисках паровых турбин

Рис. 7.41. Модернизированный горизонтальнопротяжной станок для протягивания пазов в дисках паровых турбин.

Базирование осуществляется по полости во втулочной части диска турбины и торцовой части обода. В тех случаях, когда цилиндрическая поверхность полости не задана с необходимой для базирования точностью, вводится выверка положения диска по цилиндрической поверхности обода. Допускаемое биение поверхности после выверки должно находиться в пределах 0,02 мм.

В сборных роторах требуется строгое совмещение пазов состыкованных между собой дисков. В обеспечение этого условия поворот диска, устанавливаемого под протягивание, ограничивается относительно приспособления станка фиксацией по поверхности одного из отверстий под стяжные болты. Это отверстие помечается и служит в дальнейшем базой при сборке.

При протягивании пазов в турбинных дисках из стали марки 15Х12ВНМФ скорость резания определена в пределах 0,9—1,1 м/мин. Эти режимы, по определению предприятия, внедрявшем протягивание, оптимальны при применении СОЖ следующего состава (% по массе):

Сульфофрезол: 25—30;
Техническая олеиновая кислота: 20—25;
Касторовое масло: 40—50;
Четыреххлористый углерод: 10—12;

Кроме того, чистовую протяжку рекомендуется смазывать составом (кг):

Техническая олеиновая кислота: 1,0;
Стеарин: 0,5;
Сернортутная мазь: 0,3;
Молотая сера: 0,2;

На шероховатость поверхности и стойкость протяжки влияет шероховатость обработки режущих кромок протяжек. Для достижения требуемой шероховатости кромки доводятся кругами из сверхтвердых синтетических материалов. При доводке передних граней используются круги Л1T75×20×3 зернистостью Л5; при доводке задних граней — круги ЛЧК125×20×5 или АЧК125×20×5 зернистостью Л6—Л8. Концентрация — 100%, связка — КБ.

Дальнейшее совершенствование процессов протягивания пазов в дисках заключается в применении длинномерных (свыше 6 м) протяжек, обеспечивающих протягивание на специально созданных для этого длинноходовых горизонтально-протяжных станках за небольшое число проходов.

Освоено протягивание пазов в дисках турбин из аустенитной стали с наибольшим диаметром более 1000 мм и с массой, превышающей 800 кг. Для каждого диска предусматривается три комплекта протяжек. Один комплект предназначен для черновых проходов, второй — для чистового прохода и третий — для калибровки на размер. Скорость протягивания — от 4,5 м/мин для первого чернового прохода, до 1,8 м/мин для калибровочного прохода.

в системах efi windows можно установить только на gpt диск
Закладка Постоянная ссылка.

Обсуждение закрыто.