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

Т а б л и ц а 16

Размеры центровых отверстий в мм

ливают один люнет на конце вал.а для разгрузки заднего цент­ ра. При обработке длинных валов (/ > 12сі) применяют два люнета.

Валы обдирают согласно обдирочному чертежу, оставляя припуски для дальнейшей обработки по 15—20 мм на сторону. Обдирочный чертеж разрабатывается также с учетом припус­ ков, необходимых для подвешивания вала в процессе его тер­ мической обработки. Термически обрабатывают валы, подве­ шивая их вертикально в шахтных печах.

При обдирке валов применяют резцы из быстрорежущей стали и твердосплавные. Соответственно большим силам реза­

рукции Уралмашзавода (рис. 109). Головки этих резцов выпол­ нены в виде клиновых вкладышей с припаянными к ним плас­ тинками из твердого сплава Т5К10. Вкладыши в клиновом пазу стержня резца закрепляются силами резания. При такой конст­ рукции значительно облегчается и ускоряется переточка рез­ цов.

Сверление и растачивание центральных отверстий. Централь­ ные отверстия у валов стационарных турбин предусматрива­ ются для контроля качества металла путем перископическогоосмотра, а у судовых турбин еще и для снижения веса. Боль­ шинство отверстий выполняется сквозными одного диаметра, но бывают ступенчатые и бутылочной формы. Последние встреча­

200

Центральные отверстия валов турбин относятся к глубоким от­ верстиям. Отношение их длины к диаметру достигает 40 и бо­ лее.

Сверление и растачивание отверстий производят на специ­ альных горизонтально-сверлильных станках для глубокого сверления или на крупных токарных станках, снабженных спе­ циальными приспособлениями. На рис. ПО схематично показа-

4 - 4

Рис. 109. Проходной правый резец с клиновым креп­ лением вкладыша

Рис. ПО. Схема установки вала для глубокого сверления

на установка вала 8 на токарно-центровом станке 10, приспо­ собленном для глубокого сверления.

Обрабатываемый вал устанавливают одним концом в кула­ ки планшайбы, другим в люнет 1. У задней бабки ~3 верхняя часть делается съемной и может заменяться приспособлением 4 для крепления сверлильной или расточной борштанги 6. Зад­ няя бабка имеет механическую подачу, величина которой при помощи зубчатого механизма регулируется в пределах 0,05— 4 мм. Станки снабжаются специальным люнетом 2 для направ­ ления и опоры борштанги. Во время работы борштанга 6 под­ держивается и направляется сменными втулками 9. Сверлиль­ ную головку 5 с установленным на ней сверлом 7 вводят в под­ готовленное заранее в валу направляющее отверстие, расточен­ ное с высокой точностью и без биения.

201

Одновременно с началом сверления включают в работу на­ сос 11, обеспечивающий подачу охлаждающей жидкости. Производительность насоса должна быть не ниже 140— 250 л/мин; давление жидкости — 100—150 Н/см2 (10— 15кгс/см2). Чем меньше диаметр отверстия и больше его дли­ на, тем больше должна быть величина давления жидкости.

Существует два способа подачи охлаждающей жидкости к сверлу. При первом способе охлаждающая жидкость нагнета­ ется к месту резания через центральное отверстие сверлильной головки и потом вместе со стружкой выходит по кольцевому каналу, образованному стенкой отверстия и борштангой (на­ ружный отвод стружки). При втором способе жидкость пода­ ется по внешнему каналу, а выходит со стружкой в отверстие сверла и борштанги (внутренний отвод стружки). Подача жид­ кости в обрабатываемое отверстие при этом способе осуществ­ ляется с помощью специальных устройств [4]. При наружном отводе стружки диаметр борштанги делают наименьшим (при обеспечении достаточной ее прочности, и жесткости), чтобы обеспечить лучшее вымывание стружки.

Для сверления центральных отверстий в турбинных валах применяют сверла двухстороннего резания, т. е. с двумя режу­ щими кромками. Такое сверло диаметром 150 мм (рис. 111) со­

стоит из центрального сверла 1 диаметром 25 мм; двух ножей 2 и корпуса 3 с направляющими колодками 4. Сверла такой кон­ струкции изготовляют диаметром 70—150 мм. В работе они дают хорошие результаты.

При обработке отверстий диаметром более 150 мм после сверления производят растачивание, для чего применяют спе-

202

циалыіые расточные головки (рис. 112). Охлаждающая жид­ кость к резцам подводится через центральное отверстие. Голов­ кой с тремя резцами за один проход диаметр подготовленного сверлением отверстия можно увеличить на размер до 30 мм. На рисунке показана головка с двумя резцами для последнего прохода; второй резец — чистовой.

Рис. 112. Расточная головка для обработки глубоких отвер­ стий

Перед сверлением для сверлильной головки подготовляют направление (заход). С этой целью предварительно сверлят и растачивают отверстие, по глубине и диаметру равное разме­ рам сверлильной головки. Подготовку захода делают как для сверл, так и для расточных головок, перед каждым следующим проходом. Скорость резания при глубоком сверлении и раста­ чивании 14—16 м/мин; подача на оборот 0,2—0,25 мм.

Материалом для направляющих колодок расточной и свер­ лильной головок служит дерево твердой породы — бакаут или самшит. В крайнем случае применяют бук, клен, ясень, дуб или березу. Для обработки колодок по диаметру направляющего отверстия поступают следующим образом. На. торце вала возле отверстия, подготовленного под заход сверла или расточной го­ ловки, делают глубокие насечки зубилом. Эти насечки при вра­ щении вала срезают припуск (1—2 мм) на колодках головки, и она входит в отверстие вала плотно, без зазора.

Поверхность отверстия под перископический осмотр долж­ на быть выполнена не ниже 6-го класса чистоты, но такую чи­ стоту получить резцовой головкой невозможно, поэтому отвер­ стие обычно подвергается дополнительной обработке разверты­ ванием. Операций эта выполняется специальной плавающей разверткой (рис. 113), которую устанавливают в головку, ана­ логичную расточным.

203

В валах и цельнокованых роторах судовых турбин нередко применяются уширенные центральные отверстия так называе­ мой бутылочной формы. Такие отверстия растачиваются с по­ мощью специальных борштанг (рис. 114). Крепление резцов в борштанге осуществляется силой резания. Для этого резцы ус­ танавливаются в конических пазах. Глубина расточки выдер­ живается по упорам или заметкам на борштанге.

При небольших длинах турбинных валов и единичном про­ изводстве, когда изготовление сложной специальной борштанги является нецелесообразным, подобные отверстия растачивают при помощи особой консольной резцовой оправки и шаблона, устанавливаемого около станка возле резцовой оправки. На оп­ равке укрепляется игла. Оперируя двумя подачами, токарь ве­ дет иглу оправки по шаблону, а резец при этом обрабатывает отверстие, копируя движение иглы.

204

Обработка вала под тепловое испытание. Под тепловое ис­ пытание вал обрабатывается с припуском 2 мм на сторону. Шероховатость поверхностей средней части вала, где устанавли­ вается индикатор для контроля биения, и двух опорных шеек должна быть не ниже 7-го класса чистоты, остальных поверхно­ стей вала — приблизительно 2-го класса. Вал обрабатывают с одной установки по всей длине за исключением левого конца, за­ крепленного в кулаках планшайбы, который обрабатывается со второй установки. Затем вал проходит тепловое испытание. Сбор­ ные валы судовых и газовых турбин испытывают в собранном виде.

Тепловое испытание имеет целью проверить однородность структуры материала поковки для вала по всей ее толщине. Неравномерность структуры, наличие рыхлот и других дефек­ тов металла может приводить к появлению различных коэффи­ циентов линейного расширения на противоположных сторонах поковки, что неизбежно приведет к изгибанию вала при его на­ гревании и, как следствие, к образованию недопустимой вибра­ ции турбины в процессе ее работы. Тепловое испытание позво­ ляет своевременно отбраковать дефектные валы или роторы. Этому виду испытания подвергаются заготовки валов или ро­ торов, имеющих в рабочих условиях температуру в какой-либо части не менее 250° С.

Процесс теплового испытания заключается в следующем. Вал при медленном вращении (0,5—3 об/мин) постепенно на­ гревают при скорости нагрева, не большей 50 °С/ч, до темпера­ туры, превышающей рабочую на 50° С. Не снижая частоты вращения, вал выдерживают при этой температуре 72 ч. Затем, не прекращая вращения, вал медленно охлаждают вместе с печью до температуры 200° С, после чего процесс испытания прекращают. Во избежание искривления вал продолжают вра­ щать, пока его температура не понизится до 50° С.

На протяжении всего режима испытания через каждый час

вызывают искривление оси вала при таком испытании. По ве­ личине и степени постоянства искривлений определяют пригод­ ность вала к работе. По техническим условиям обычно допус­ кается прогиб валов, испытываемых при нагревании до темпе­ ратуры, превышающей рабочую на 50° С, не более чем 0,05 мм.

Установка для теплового испытания состоит из специализи­ рованного станка и электропечи (рис. 115). Можно применять также специально приспособленный токарно-центровой станок. Испытываемый вал устанавливают на двух роликовых люне­ тах. При этом биение по контрольным пояскам посредине не должно превышать 0,02 мм. Люнеты располагаются вне печи. Вал в холодном состоянии вращают в течение одного часа, по-

205

еле чего производят повторную проверку установки. Вращение от станка к валу передаётся с помощью поводковых пальцев с гибкой связью или при помощи торсионного валика с фланце­ вым креплением. Станок должен иметь приспособление и для ручного проворачивания вала.

.Во время теплового испытания остановка станка не допус­ кается. В случае неожиданного прекращения подачи электро­ энергии станок проворачивают вручную.

Рис. 115. Схема установки вала для теплового испытания:

1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — гибкая связь; 4 — термопара для опре­ деления температуры пространства печи; 5 — термопара для определения темпера­ туры вала; 6 — индикаторное устройство; 7 — роликовые опоры (люнеты); 8 — планшайба станка

Окончательная чистовая обработка. При окончательной об­ работке валов и цельнокованых роторов особое внимание сле­ дует уделять правильной установке и проверке их положения на станке. Известно, что при обработке деталей типа тел вра­ щения самой надежной базой являются центровые отверстия.

На чистовую обработку валы турбин поступают с просвер­ ленными и окончательно обработанными центральными отвер­ стиями. Сборные валы газовых турбин перед чистовой обработ­ кой окончательно собирают и стягивают болтами.

Одним из основных требований к качеству окончательной обработки валов и роторов является обеспечение концентрично­ сти их центральных отверстий и наружных поверхностей. Что­ бы выполнить это требование, в центральное отверстие с обоих концов устанавливают пробки с точно обработанными в них центровыми отверстиями (центрами), которые и принимают за основную базу для всего процесса последующей чистовой обра­ ботки как базовых крайних шеек, так и всего вала. В дальней­ шем, при необходимости, положение вала на станке можно контролировать по базовым шейкам.

При обработке ступенчатых валов наиболее ответственным процессом является получение точных размеров длины отдель­ ных ступеней. Допуски на размеры этих длин задаются, обыч­ но, в пределах 0,02—0,1 мм, что по численным значениям сов­ падает примерно с допусками 2-го и 3-го классов точности. Та­

206

кой высокой точности обработки длин ступеней вала можно достичь несколькими способами.

Наиболее совершенный способ состоит в применении приспо­ собления с индикатором и набором штихмасов (рис. 116). За базу при измерении положения торцов отдельных ступеней принимается вертикальная плоскость среднего цилиндрическо­ го выступа. На станине станка после обработки торца среднего выступа (например, справа), не отводя резца, устанавливают стойку 1 с индикатором 2. Штифт индикатора подводят к упор­ ному пальцу 3, установленному на суппорте станка, и замечают показание индикатора. Для подрезки следующих торцов суп­ порт переводят соответственно на величины а—д и т. д., поме­ щая между индикатором и упорным пальцем штихмас 4 соот­ ветствующего размера; показание индикатора при измерении положения торца каждой ступени обрабатываемого вала дол­ жно оставаться равным его показанию при первом положении суппорта. Штихмас поддерживают две стойки 5. Этот способ позволяет измерять длину уступов с точностью до 0,03 мм и от­ казаться от применения шаблонов, дающих меньшую точность измерений. Для получения более точных результатов измерений торцы штихмасов 4 делают сферическими. При единичном из­ готовлении валов применяют составные наборные штихмасы с микрометрической головкой.

Рис. 116. Приспособление с индикатором для обработки и измере­ ния длин ступеней вала

Чтобы избежать применения чрезмерно больших штихмасов при обработке особо длинных валов, их разбивают на несколь­ ко участков, включающих в себя по нескольку уступов. После обработки последнего уступа первого участка положение суп­

207

порта и резца не изменяют, а стойку с индикатором передвига­ ют к суппорту. Обработку уступов второго участка производят описанным выше способов по соответствующим штихмасам. Таким же образом производят настройку положения инстру­ ментов для обработки каждого последующего участка вала.

Диаметры цельнокованых роторов достигают 1500— 2000 мм. Измерения больших диаметров, имеющих допуски' второго класса, производят специальными микрометрическими скобами. После снятия замера, для чего обычно требуется два

Рис. 117. Схема обработки пазов в роторе газовой турбины

человека, скобу проверяют микрометрическим штихмасом; во избежание влияния деформации скобы на точность промеров скобу необходимо проверять в том же положении, в каком про­ изводилось ею измерение диаметра обрабатываемого ротора.

При обработке в валах и роторах галтелей, радиусы кото­ рых обычно имеют величину 1 —100 мм, применяют специаль­ ные галтельные резцы и приспособления.

В роторах цельнокованых и барабанного типа, в которых ра­ бочие лопатки набираются в пазы, проточенные в телах дисков или барабанов, точение пазов производится методом постепен­ ного приближения их вида к окончательной форме и размерам, аналогично точению пазов в дисках (например, см. рис. 98). На рис. 117 показано прорезание пазов в роторе газовой тур­ бины под торцовую заводку лопаток. Шаг пазов выдержива­ ется с помощью делительного диска, закрепляемого на роторе, и фиксатора, устанавливаемого на столе станка (окончатель­ ную обработку таких пазов см. на рис. 15, а установку лопа­ ток — на рис. 7).

208

Окончательную токарную обработку после теплового испы­ тания вала выполняют с припуском под шлифование 0,5— 0,6 мм на диаметр. Шлифуют опорные шейки и места под на­ садку дисков; остальные места, за исключением торцов, галте­ лей и конуса для получения муфты, обрабатывают окончатель­ но. Резьбу на валу точат после шлифования. После чистовой то­ карной обработки производят травление для выявления флокенов на опорных шейках и торцах и для серных проб.

Шлифование ведут в центрах с поддержанием вала люнета­ ми, которые устанавливают на расстояниях друг от друга, рав­ ных 10—12 диаметрам вала. Шлифование разделяют на пред­ варительное и чистовое. Предварительное шлифование ведется кругами зернистостью 24—36, твердостью С или СТ, глубиной 0,03—0,04 мм, при подаче, равной 2/3—3/4 ширины шлифоваль­ ного круга. Под чистовое шлифование следует оставлять 0,04— 0,05 мм.

Чистовое шлифование выполняется кругами зернистостью 40—50 средней и весьма твердой связки (С и ВТ). Глубина при чистовом шлифовании равна 0,01—0,02 мм при подаче, равной 7з—2/з ширины круга.

Процесс шлифования сопровождается обильным охлажде­ нием жидкостью (15—20 л/мин). В качестве охлаждающей жидкости применяется эмульсия или содовая вода (на 100 л воды 2—4 кг кальцинированной соды). Частоту вращения кру­ га ограничивают максимально допустимой окружной скоростью 25—30 м/с. Окружную скорость валов для предварительного шлифования принимают равной 6—8 м/мин; для чистового 4— 6 м/мин. Не снимая вала со станка составляют паспорт замеров диаметров, производят травление на флокены и снимают сер­ ные отпечатки.

Окончательная обработка после шлифования включает подрезку торцов и зачистку галтелей в местах переходов всех ступеней (уступов); нарезание резьб; обработку конуса на кон­ це вала для посадки полумуфты и другие мелкие операции за­ чистки и доделки обрабатываемых валов. Резьбы для крепле­ ния дисков, червяков, полумуфт и других деталей нарезают резцом. При крупных размерах резьб целесообразно вместо резьбовых калибров использовать специально изготовленные образцовые пробки обычной точности резьбы 2-го класса (для гаек), а резьбу на валах нарезать уже по изготовленным гай­ кам. Это вызывается сложностью изготовления крупных резьбо­ вых калибров (особенно колец) в пределах требуемой точности; кроме того, они получаются настолько тяжелыми, что пользо­ вание ими становится ненадежным. Конусы на концах валов для посадки полумуфт также целесообразно контролировать по са­ мим полумуфтам.

Фрезерование шпоночных пазов выполняют по разметке на специализированных фрезерных станках, а при отсутствии тако-

209