книги из ГПНТБ / Бауман, Н. Я. Технология производства паровых и газовых турбин

лее сложными; для их изготовления применяют ^ специальные инструменты и приспособления, которые по своей конструкции являются весьма разнообразными. Технология обработки таких дисков и конструкции применяемой оснастки в значительной

Рис. 85. Диск турбины большой мощности

степени зависят от количества деталей в партии, т. е. от серий­ ности производства дисков. Подробное описание технологии об­ работки дисков с пальцевыми втулками (рис. 86, б) имеется

в специальной литературе [4].

Существует большое количество конструкций пазов и венцов для крепления рабочих лопаток, однако по методу обработки их можно свести.к сравнительно небольшому числу типов. Об­ работка пазов в дисках является наиболее сложной и ответст­ венной частью работы, так как иногда даже незначительные отклонения влекут за собой брак всего диска. Для обработки

170

В = 1772с

' а)

пазов применяют разнообразные профильные режущие и изме­ рительные инструменты, весьма сложные в изготовлении.

Способы обработки рабочих колес сводятся к нескольким типовым технологическим процессам, описание которых дается ниже.

3. Применяемые материалы, виды заготовок и их испытания т

Турбинные диски изготовляются из поковок углеродистой и легированной стали. Процесс изготовления поковок должен обеспечить однородную структуру и высокие механические свойства материала заготовок для дисков. Ось заготовки долж­ на приблизительно совпадать с осью слитка. Внешние очертания поковок приблизительно соответствуют наружным очертаниям дисков с учетом припусков и напусков на обработку. Величина припусков на поковки зависит от размеров и формы дисков (рис. 87).

В местах сложных очертаний заготовкам придают упрощен­ ную форму, т. е. делают напуск.

Стали, применяемые для изготовления турбинных дисков, разделяются на категории, которые определяются величиной напряжения, допускаемого в материале дисков во время рабо­ ты турбины, а также техническими условиями на материал для дисков (см. ОТУ.24.10.003—68 и табл. 14, 15).

Технические требования к материалу дисков предусматри­ вают высокую механическую прочность, чистоту металла и его однородность, отсутствие внутренних пороков 1т высокую хими­ ческую стойкость, а также хорошую обрабатываемость реза­ нием для получения гладкой поверхности в готовом диске.

171

В кузнечно-прессовом цехе поковки проходят следующую обработку. Поковки отжигаются при температуре 700—750° С и медленно охлаждаются в печи. После отжига поковки поступа­ ют в обдирочное отделение, где их сначала грубо обрабатыва­ ют, оставляя припуски по 10—12 мм на сторону, и полируют поверхности отверстий и торцов ступицы и обода. Полирован­

ій

в)

Рис. 87. Внешнее очертание заготовок для дисков:

а, 0 — заготовки для, дисков сложных очертаний; в — заго­ товка для дисков простых очертаний; 1 — контур заготов­ ки; 2 — контур готового диска

ные поверхности травят для выявления внутренних трещин типа флокенов.

При положительных результатах проверки, т. е. при отсут­ ствии дефектов в материале заготовок, диски вновь обрабаты­ вают резанием, оставляя припуски уже по 4—8 мм па сторону, в зависимости от формы и размеров дисков, и производят тер­ мическую обработку заготовок. Термической обработкой при­ даются дискам требуемые свойства и снимаются внутренние напряжения, которые возникают в процессе ковки и последую­ щей обдирки. В зависимости от марок и сортов стали термиче­ ская обработка поковок заключается или в нормализации, или в закалке в масле с последующим отпуском и охлаждением на воздухе, или в закале в масле с отпуском и охлаждением в

172

печи. Режимы термической обработки указываются в техниче­ ской документации на изделие.

Ответственное назначение и высокие требования к качеству турбинных дисков вызывают необходимость проведения следу­ ющих испытаний материала заготовок: определение величины внутренних напряжений; механических свойств металла; отсут­ ствия флокенрв, серных и фосфорных включений, внутренних трещин и других дефектов. Все эти испытания проводятся пе­ ред окончательной механической обработкой дисков.

Внутренние (тангенциальные) напряжения во многих слу­ чаях могут значительно ослабить механическую прочность тур­

са чистоты. Такая обработка обеспечит точность измерений диа­ метра.

2. Окружность полированной поверхности колец делят на восемь равных частей и через намеченные точки в радиальном направлении проводят риски / —8. Риски определяют положе­ ния четырех диаметров, которые тщательно измеряют, и резуль­ таты измерения записывают.

3.Размечают ширину и толщину колец (25 X 25 мм).

4.Отрезают кольца с малой подачей (0,05—ОД мм/об) и ма­ лой скоростью резания (8—10 м/мин) при обильном охлажде­ нии. Такой режим не вызывает дополнительных напряжений при механической обработке.

Отрезанные кольца осторожно отделяют от детали и кладут на торцы с целью предупреждения образования деформаций от собственного веса колец.

После охлаждения кольца до температуры окружающего воздуха производится повторный обмер тех же диаметров. Пов­ торные обмеры должны выполняться тем же работником, кото­ рый производил предварительные обмеры, одним и тем же из­ мерительным инструментом. Допускаемая ошибка обмера не должна превышать 0,01 мм.

173

Величина деформации, определяется как разность диамет­ ров колец до и после их вырезки. Величины внутренних напря­ жений определяются по упрощенной формуле

Остаточные напряжения для дисков с наружным диаметром до 550 мм должны быть не более 30 Н/мм2 (3 кгс/мм2); для дис­ ков диаметром 550—1000 мм не более 40 Н/мм2 (4 кгс/мм2); для дисков больших 1000 мм — не более 50 Н/мм2 (5 кгс/мм2).

Механические свойства определяют испытанием пятикратных тангенциальных образцов. Пробы, из которых изготовляют об­ разцы для испытания, вырезают холодным способом из терми­ чески обработанных поковок (рис. 89). Пробы 1 и 2 берут в куз­ нечно-прессовых цехах, а пробы 3—4 — в механических цехах для повторных испытаний перед окончательной обработкой дис­ ков. У поковок для дисков диаметром свыше 1200 мм (рис. 89, а) пробы берут от ступицы и от обода, а у поковок для дисков диа­ метром до 1200 мм (рис. 89, б, в) — только от ступицы. Пробы клеймятся представителем технического контроля. Из каждой пробы изготовляют два образца на удар и по одному образцу на разрыв и изгиб. Испытание образцов производится в Централь­ ной заводской лаборатории (ЦЗЛ).

174

Поковки, не удовлетворяющие требованиям технических ус­ ловий, подвергаются повторным испытаниям на удвоенном коли­ честве образцов. При этом повторяется тот вид испытания, кото­ рый дал неудовлетворительные результаты. При отрицательных

магнитной машине, магнитно-керосиновой пробой, ультразвуко­ вым и другими методами. Эти испытания должны выявить внут­ ренние дефекты (флокены, трещины и т. п.) [4].

4. Основные технические требования, предъявляемые «с механической обработке дисков

К механической обработке и статической уравновешенности дисков предъявляются высокие требования. Допуски на разме­ ры дисков устанавливают по второму и третьему классам точ­ ности.

Обработанные турбинные диски должны удовлетворять сле­ дующим техническим условиям:

а) чистота поверхности отверстий должна быть 7-го класса; овальность и конусность отверстий дисков не должны выходить за пределы половины допуска на их диаметр;

б) неконцентричность отверстия и наибольшей наружной по­ верхности обода, а также неконцентричность других цилиндри­ ческих поверхностей допускается не более 0,03 мм; биение тор­ цов обода относительно оси отверстия — не более 0,04—0,1 мм, в зависимости от размеров его диаметра;

в) упорный торец ступицы диска и отверстие обрабатывают­ ся с одного установа; отклонение от перпендикулярности торца

175

ступицы к оси отверстия не должно превышать 0,01 мм на всей длине;

г) непараллельность осей пазов или венцов для крепления лопаток допускается не более 0,15 мм на 100 мм длины;

д) непараллельность боковых поверхностей шпоночного паза относительно оси диска допускается не более 0,04 мм на всей его длине;

е) отклонение продольной оси шпоночных пазов от оси отвер­ стия должно быть не более 0,02 мм (при двух шпоночных пазах, диаметрально расположенных в отверстии диска).

5. Типовые технологические процессы механической обработки дисков

На окончательную обработку после обдирки и термической обработки диски поступают с припуском 5 мм на сторону, кроме отверстия, в котором имеется припуск для пробы 3 (рис. 89, а, б). Диски диаметром более 1200 мм имеют еще и припуск 4 (рис. 89, б) на наружном диаметре обода. Механическая обра­ ботка диска начинается с вырезки кольцевых проб 3 и 4 для проведения испытаний. Дальнейшая обработка разрешается только при положительных результатах испытаний.

Основные методы обработки дисков различных конструкций мало чем отличаются друг от друга. Несколько различается об­ работка пазов, венцов и профильных кривых. Диски обрабаты­ вают па токарно-карусельных, лобовых и токарно-центровых станках, а также на лобовых станках с гидроили электрокопи­ ровальными устройствами, специально предназначенных для обработки дисков. С точки зрения повышения производительно­ сти и удобства обработки, отверстие и профильные кривые тела диска целесообразно обрабатывать на токарно-карусельных станках, а пазы или венцы для крепления лопаток — на ло­ бовых.

Перед окончательной механической обработкой дисков по­ верхности отверстия и торцов ступицы и обода проверяют на отсутствие флокенов. Перед проверкой их обрабатывают по 9-му классу чистоты. Диск устанавливают на планшайбе карусельно­ го станка и крепят кулаками за обод. Поверхности торцов обра­ батывают резцами, оснащенными пластинками из твердого спла­ ва марки Т15К6 (ГОСТ 3882—67) или из минералокерамических сплавов, с последующей зачисткой наждачным полотном. От­ верстие диска обрабатывают расточным резцом и шлифуют при помощи шлифовального приспособления, которое устанавливают на суппорте станка вместо резцедержателя. Это дает возмож­ ность обрабатывать оба торца с одной установки. При кр-епле- нии диска кулаки необходимо прижимать равномерно и с боль­ шой осторожностью, не допуская коробления диска. Рекомен­ дуется на торец ступицы устанавливать два-три индикатора.

176

Величина отклонения допускается не более 0,01—0,02 мм. Такая установка и крепление жестких дисков в кулаках за обод, при соблюдении указанных условий, не вызывают деформаций, влия ющих на точность формы дисков.

Отверстие в диске растачивают с припуском 0,5—0,6 мм на диаметр и с одной установки окончательно обрабатывают с двух схорон торцы ступицы (рцс. 90). Такой способ обработки таран тирует требуемую параллельность торцов. После этого обраба тывают торец обода и цилиндрическую наружную поверхності

концентричностью отверстия и обода и параллельностью сторон диска. С этой целью для обработки второй стороны диска на карусельных станках применяется «установка на столбики», по казанная на рис. 91, а. Расположение столбиков 5 на планшай­ бе 1 карусельного станка показано на рис. 91, б.

Столбики представляют собой цилиндрические детали с за точкой у основания, выполненной по размеру паза планшайбы, и центральным отверстием для их крепления. После крепления на планшайбе все столбики Одновременно обтачивают, чем обес печивается абсолютное равенство их по высоте. Диск 4, установ ленный на столбики торцом обода, проточенным при обработке

ряется по индикатору 3 с помощью кулачков 2. Точность вывер

ки — до 0,01 мм.

Обработка профильных кривых. Профильные кривые на те лах дисков имеют весьма разнообразные формы — от простых до сложных. На одной и'той же поверхности диска профиль мо жет состоять из нескольких участков кривых большей или мень шей протяженности (см. рис. 85 и 86).

Для обработки кривых поверхностей дисков применяют раз­ личные методы.

177

Галтели, находящиеся у ступиц и ободов дисков и имеющие небольшую протяженность, а также расположенные у пазов для уравновешивающих грузов, обрабатывают фасонными жестки­ ми или пружинными резцами.

Для обработки профильных кривых дисков турбин станкоин­ струментальной промышленностью созданы специальные копиро­ вальные станки с электрическим, гидравлическим или пневма­ тическим управлением. Однако применение их оказалось целе-

А ~А увеличено

Рис. 91. Схема установки турбиннцго диска на столбики для обработки второй стороны на кару­

сельном станке

сообразным только на сложных профилях, типа показанных на рис. 86, а, и при крупных сериях выпускаемых турбин.

В мелкосерийном производстве более эффективной является обработка профильными резцами на обычных карусельных

производится по шаблону. Тяга 2 одним концом шарнирно свя­ зана с резцовой головкой 1, перемещаемой по направляющим корпуса 3, а другим — с резцедержателем бокового суппорта станка. При боковой подаче горизонтального суппорта тяга тя­ нет за собой резцовую головку с резцом по направляющей, уста­ новленной наклонно. Для устранения возможности образования

178

продольного изгиба тяга работает па растяжение. Это приспо­ собление дает хорошие результаты при обработке пологих кону­ сов с длиной образующих не более 300 мм.

Рис. 92. Специальный суппорт для обработки кониче­ ских поверхностей

Приспособление для обработки криволинейных поверхностей с большими радиусами кривизны показано на рис. 93. Настрой­ ка приспособления по ве­ личине радиуса кривой производится за счет из­ менения вылета резца.

Расстояние от режущей кромки резца до оси вра­ щения рычага с резцом

/ — рычаг;2 — боковой суппорт;3 ~ вер­ тикальный суппорт

устанавливают равным радиусу обрабатываемой кривой. Прин­ цип работы этого приспособления и его установка ясны из ри­ сунка без дополнительных пояснений.

Последовательность обработки профиля тела диска показана на рис. 94. Первоначально обрабатывают торец обода, выдер-» живая размер а от ступицы при помощи контрольной линейки 1 и предельной пластины. Возможно применение штихмаса или мерных плиток в зависимости от величины а. По шаблону 2 об­ рабатывают радиусный переход (галтель) от ступицы к телу

179