Заготовки лопаток паровых турбин и технические требования по их механической и электрохимической обработкам при изготовлении на производстве

Паровая турбина (photo by Александр Ситенький (Alexander Seetenky) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) / commons.wikimedia.org)На механическую обработку заготовки лопаток паровых турбин поступают в виде отрезанных частей полосового профильного горячекатаного и холоднокатаного проката, вырезки из листового проката, в виде кованых в штампе заготовок нормальной и высокой точности, а также в виде отливок, полученных методом точного литья.

Горячекатаный профильный прокат предназначается для изготовления заготовок открытых направляющих лопаток паровых турбин постоянного профиля, а также для полуоткрытых лопаток постоянного профиля.

Холоднокатаный профильный прокат применим для заготовок турбин как с припусками по одной из поверхностей рабочей части, так и без припусков. В первом случае заготовки предназначаются для получения из них полуоткрытых лопаток постоянного профиля, а также открытых направляющих лопаток постоянного профиля, имеющих канал. Холоднокатаный прокат, поверхность которого по размерам профильной части и по параметрам шероховатости соответствует требованиям чертежа готовой лопатки, разрезается на заготовки для изготовления из них открытых лопаток постоянного профиля с отдельным промежуточным телом, а также открытых направляющих лопаток.

В соответствии с ОСТ 24.260.03—74 ширина хорды профиля сечения холоднокатаного проката установлена до 165 мм. Наибольшее распространение в турбостроении получили заготовки, изготовленные различными методами горячей деформации. Классификация заготовок, получаемых горячей деформацией, приведена на схеме 6.3.

Схема 6.3 - Классификация заготовок лопаток паровых турбин

В зависимости от последующего за изготовлением заготовки процесса обработки классификацией предусматривается деление на две группы: на заготовки лопаток паровых турбин с небольшим припуском на поверхности рабочей части под шлифование и полирование или только полирование; на заготовки с большим припуском по поверхности рабочей части под обработку резанием или электрохимическим способом. Заготовки первой группы, как это показано на схеме, получаются методами точного горячего формообразования: точная горячая объемная штамповка, выдавливание с последующей чеканкой. При этом имеется в виду, что поверхность рабочей части заготовок лопаток из хромистых сталей не должна иметь заложенного припуска, а ее отделка должна выполняться с сохранением допуска, установленного для окончательно обработанной лопатки. Вторая группа заготовок получается методом горячей объемной штамповки.

Припуски под последующую механическую или электрохимическую обработку, допуски и кузнечные напуски на штампованные заготовки рабочих и направляющих лопаток паровых и газовых турбин, компрессорных машин устанавливаются ОСТ 24.020.08, а другие технические требования к ним — ОСТ 24.020.03—75.

Припуски на сторону и предельные отклонения по длине и ширине определяются в зависимости от длины заготовки. Численные значения припусков и предельных отклонений сведены в табл. 6.6.

Таблица 6.6 - Припуски штампованных заготовок лопаток паровых турбин и предельные отклонения по длине и ширине, мм

Для лопаток паровой турбины, ширина которых превышает 1/3 длины, припуск по сечениям увеличивается до 1 мм на сторону. При изготовлении заготовок из жаропрочных сплавов припуск может быть увеличен также до 1 мм на сторону.

Предельные отклонения, вызванные недоштамповкой или износом штампов, проявляющиеся смещением в плоскости разъема штампа и остатком облоя по периметру среза, определяются в зависимости от массы штампованной заготовки. Значения предельных отклонений приведены в табл. 6.7.

Таблица 6.7 - Предельные отклонения, вызванные недоштамповкой или износом штампов

Значение верхнего отклонения на недоштамповку или износ штампов для заготовок лопаток турбины, изготавливаемых из жаропрочных сплавов, может быть увеличено в 1,5 раза. Штамповочные уклоны назначаются для заготовок из нержавеющих и жаропрочных сталей: внешние — 5°, внутренние — 10°, а для сплавов типа марки ХН65ВМТЮ — соответственно 7 и 12°. Радиусы закруглений внешних углов берутся равными припуску на последующую обработку. Внутренние углы скругляются радиусами, численные значения которых зависят от величин перепадов между сечениями и принимаются равными одному из четырех размеров: 5, 10, 15 и 20 мм.

В целях спрямления линии разъема штампов допускаются напуски на кромки и на переходах рабочей части в хвост.

На рис. 6.9, а — приведены конструктивные формы и размеры лопаток паровых турбин, а на рис. 6.9, б — чертеж ее заготовки.

Механически обработанная лопатка паровой турбины и ее заготовка: а — лопатка; б — заготовка; 1 — бобышка под базу для механической обработки; 2, 3 — напуски.

Рис. 6.9. Механически обработанная лопатка паровой турбины и ее заготовка: а — лопатка; б — заготовка; 1 — бобышка под базу для механической обработки; 2, 3 — напуски.

Припуск на обработку в соответствии с данными табл. 6.6 на лопатку длиной 272 мм принят равным 2,5 мм по сечениям и 3,5 мм по элементам длины. Радиусы скругления внешних углов назначены равными припуску по сечениям, а радиусы по галтели со стороны внутреннего профиля определены в 5 мм, а со стороны наружного профиля в 10 мм.

С припусками и напусками масса заготовки равна 2,3 кг. По ее значению (табл. 6.7) назначаются предельные отклонения на недоштамповку и износ штампов, на поперечное и продольное смещение в плоскости разъема, на общую длину и длину хвостовой части, на ширину, максимальное значение остатка облоя по периметру среза.

Методом точного литья по выплавляемым моделям могут быть изготовлены заготовки как направляющих, так и рабочих турбинных лопаток. Однако указанный метод получил распространение преимущественно при изготовлении заготовок направляющих лопаток.

Заготовки могут быть отлиты с небольшим припуском по поверхности рабочей части и с такой шероховатостью, при которой требования к окончательно обработанной рабочей части могут быть обеспечены только финишной механической или электрохимической обработкой. Еще одно преимущество метода точного литья по выплавляемым моделям заключается в том, что при его применении могут быть получены заготовки пустотелых лопаток паровых турбин.

Важным общим фактором оценки прогрессивности заготовок является коэффициент использования материала. Для основных видов заготовок указанный коэффициент имеет следующие значения.

Виды заготовок Значение коэффициента использования материала
Точное литье 0,80—0,97
Точная штамповка 0,75—0,85
Холоднокатаный профильный прокат 0,70—0,85
Горячекатаный профильный прокат 0,60—0,70
Штамповка с припуском 3 мм 0,30—0,50
Листовой прокат 0,30—0,50
Сортовой прокат 0,10—0,25

Сокращение массового расхода материала на заготовку, как правило, сопровождается и снижением трудоемкости последующих процессов механической или электрохимической обработки. Однако выбор того или иного вида заготовки для турбин зависит и от многих других факторов: обеспечения прочности, серийности, обрабатываемости материала, проявляемой при изготовлении заготовки и в процессе дальнейшей обработки, технологических возможностей заготовительных производств и др.

Сдерживающие переход на более прогрессивный вид заготовки факторы не являются постоянными. Повышение прочности литых заготовок для паровых турбин приводит ко все большему расширению их применения. Освоение процессов холодного проката, точной штамповки, точного литья, создание средств, стабилизирующих качество заготовительных процессов и обеспечивающих высокую производительность, расширяют объем производства прогрессивных видов заготовок. Организация производства на основе групповой обработки позволяет изготовить прогрессивные виды заготовки при все меньшей серийности.

На стадии изготовления заготовки лопаток проходят ряд контрольных операций, целями которых является исключение недопустимых внутренних и поверхностных дефектов, а также контроль размеров и формы.

Поступающий прокат, предназначенный для изготовления из него заготовок для лопаток паровых турбин методами штамповки, вальцевания, выдавливания, профильного прокатывания, при поставке подвергается ультразвуковой дефектоскопии для возможного выявления внутренних дефектов. Контроль проводится и для выявления поверхностных дефектов.

Заготовки для паровых турбин, полученные методом точного литья, в целях обнаружения внутренних дефектов проходят ультразвуковой контроль. Качество наружной поверхности и выявление возможных поверхностных дефектов проверяются визуально.

Заготовки лопаток (безразлично, каким методом формообразования они получены) после термической обработки подвергаются контролю качества термической обработки, а также контролю в целях выявления трещин.

Выходной контроль заготовок для паровых турбин заключается в выявлении возможных, оставшихся незамеченными при поэтапном контроле поверхностных дефектов. Он производится средствами люминесцентной и магнитно-порошковой дефектоскопии.

Все большее количество заготовок турбинных лопаток изготавливается методами точного формообразования. Малые припуски исключают возможность исправить профиль в процессе механической обработки. Поэтому процесс и средства контроля размеров, формы рабочей части заготовок лопаток становятся все более идентичными процессу и средствам контроля механически обработанных лопаток.

Закладка Постоянная ссылка.