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

А - А

Рис. 16. Обод рабочего колеса с приваренными лопатками:

а — лопатка; б — обод после сварки и механической обработки

Рис. 17. Сварной пакет лопаток 1-го венца колеса турбины 50 МВт

1 — хвост; 2 — рабочая часть или перо лопатки; 3 — голов­ ная часть или головка; 4 — радиальный угол; 5 — торец хвоста; 6 — внутренняя радиальная плоскость хвоста; • 7 — полуотверстия под заклепки; 8 —■ внутренняя галтель; 9 — наружная радиальная плоскость хвоста; 10 — наружная гал­ тель; 11 — выходная боковая плоскость хвоста; 12 — отверстия для скрепляющей проволоки; 13 — пазы хвоста; 14 — входная боковая плоскость хвоста; 15 — шип; 16 — торец головной части; 18 — профили сечения лопатки (вогнутый — внутренний, выпуклый — наружный); 19 — выходная кромка; 20 — входная

кромка; 21 — профиль головной части

ч

установку лопаток. На рис. 16, а показана рабочая лопатка, из­ готовленная под приварку, а на рис. 16, б — обод диска с при­ варенными лопатками іТосле механической обработки.

Рис. 21. Лопатка литой диафрагмы последней ступени тур­ бины мощностью 50 МВт (Т-50-130):

/ — XIV — номера сечений

Электросварка начинает прочно входить в практику лопаточ­ ного производства; она применяется для приварки лопаток к дискам, для приварки лопаток к диафрагмам, для сварки па­ кетов лопаток (рис. 17).

Каждая часть и отдельные поверхности лопаток имеют свои названия, выработанные практикой (рис. 18). Наиболее распро­

72

Рис. 22. Детали литой регулирующей двухъ­ ярусной диафрагмы:

стали, изготовляться из светлокатаных профильных полос, фре­ зероваться из отдельных заготовок (рис. 20 и 21) и отливаться методом точного литья по выплавляемым моделям (рис. 22), что особенно эффективно при весьма сложных формах лопаток. Мостики А более технологично выполнять приварными.

4. Основные требования к механической обработке лопаток

Хорошее качество лопаток, как и всех прочих деталей тур­ бины, зависит от правильного выполнения установленных в чер­ тежах конструктивных размеров и чистоты обработки поверх­ ностей.

Каждые части лопатки (хвост, рабочая часть и головкр) име­ ют различное назначение. Хвост служит для надежного и плот­ ного закрепления лопатки на рабочем колесе (рабочая лопатка) или в корпусе турбины (направляющая лопатка). Рабочая часть предназначена для восприятия давления пара, а головка для крепления бандажа. Если у хвоста лопатки в соответствии с его служебным назначением большое значение имеет степень точ­ ности, с которой выполнены все посадочные размеры хвоста, то

73

для рабочей части, размеры которой не являются посадочными, большее' значение, имеет степень чистоты обработки. Хорошо от­ полированная поверхность рабочей части содействует уменьше­ нию потерь пара на трение о поверхность лопатки, увеличивая в то же самое время антикоррозионную стойкость лопатки.

Рис. 23. Технические требования к сопряжениям типовых хвостовых сое­ динений

Все размеры лопаток, по требованиям к их точности, можно разбить на три группы.

Первая: размеры, от которых зависит характер соединения лопаток с другими деталями турбины, т. е. посадочные разме­ ры. К ним относятся в первую очередь размеры хвостов и ши­ пов под насадку бандажных лент. Требования к сопряжениям хвостовых соединений показаны на рис. 23. Диаметр шипа (при круглом шипе) и ширина и толщина шипа (при прямоугольном шипе) выполняются по ходовым посадкам 4-го класса.

74

Вторая: размеры, не являющиеся посадочными, но требую­ щие повышенной точности. К ним относятся координаты распо­ ложения паровых каналов относительно хвостов лопаток; разме­ ры сечений рабочих частей; размеры, определяющие установку лопаток и расположение отверстий под скрепляющую проволоку и т. п. Выполняются эти размеры или по 3 и 4-му классам точ­ ности, или по свободным нестандартным допускам в пределах от ±0,1 мм до ±0,5 мм, в зависимости от размеров лопатки.

Третья: свободные размеры, к которым обычно относятся размеры галтелей, фасок и других менее ответственных элемен­ тов лопаток. Точность свободных размеров или совсем не нор­ мируется или ограничивается допусками 7-го класса точности. Однако даже и в том случае, когда на свободные размеры не установлено никаких допусков, они выполняются обычно по до­ пускам, установленным на свободные размеры специальными технологическими инструкциями, выпускаемыми на данном предприятии.

Чистота обработки посадочных поверхностей выдерживается в пределах 6-го класса, рабочих профилей и галтелей у рабочих частей — 8—9-го классов.

Наиболее ответственными являются посадочные размеры хвостовых соединений. На рис. 23 приведены допуски на вели­ чину зазоров в наиболее распространенных соединениях хвостов лопаток с венцами дисков. Эти допуски, а также и чистота об­ работки должны быть обеспечены соответствующей точностью станочной обработки и качеством режущего инструмента. Сле­ сарная пригонка посадочного профиля хвоста допускается толь­ ко для вильчатых соединений.

Т-образные хвосты типа а и б обрабатываются профильными

также и у хвостов типа в, под хвосты лопаток при облопачивании турбин подкладывают стальные пластинки. Хвосты типов г и д называют грибовидными. Их обрабатывают профильными пальцевыми фрезами.

Чистовые фрезы должны обеспечить очень высокую точность выполнения профиля, для того чтобы зазор по размеру t не превышал 0,03 мм.

Вильчатые хвосты типа е й ж бывают одно- и многопазовы­ ми. Существенным недостатком многопазовых вильчатых про­

При этой системе наряду с положительными величинами зазо­ ров существенную долю могут составлять отрицательные зазо­ ры — натяги, вызывающие необходимость слесарной пригонки. Особенно затруднительно в этом случае переоблопачивание дис­ ков на электростанциях.

75

Опыт ТМЗ показывает возможность создания такой системы предельных отклонений, при которой полностью исключается появление натягов и при этом обеспечивается (что очень важно) удовлетворительное сопряжение новых профилей хвостов лопа­ ток с венцами дисков действующих турбин. Вариант такой си­ стемы применительно к профилю 5004 ТМЗ показан на рис. 25.

Хвосты типа з — с зубчатым профилем и и — «елочные» (см. рис. 23) требуют особо точного выполнения. Это достигается фрезерованием прецизионными профильными фрезами на двух­ шпиндельных станках высокой точности и, в случае необходимо­ сти, шлифованием. Допуск 0,005 мм как для хвоста лопатки, так и для канавки в диске предусматривает посадку с нулевым за­ зором не только по горизонтальным, но и по наклонным поверх­ ностям.

Хвосты типа и хорошо зарекомендовали себя в газотурбиностроении, но там канавки в венцах дисков прорезаются парал­ лельно оси ротора (торцовая заводка лопаток), вследствие чего хвост лопатки заводится в канавку свободно, прилегая только по опорным горизонтальным площадкам, давая возможность ло­ патке в холодном состоянии качаться в пазу диска. В рабочем состоянии, вследствие различия температуры и коэффициентов линейного расширения металлов лопатки и дисйа, сопряжение лопатки с дисков становится плотным.

Во всех конструкциях хвостов следует избегать острых уг­ лов. Особо ответственные места отмечены на рисунке буквой R. Радиусы скругления должны быть не менее 0,5 мм; чистота об­ работки посадочных поверхностей — не ниже 6-го класса.

Допуски на другие части лопаток даны при описании техно­ логических операций их обработки.

5. Технологичность конструкций лопаток

Как указывалось ранее, лопаточный аппарат является самой ответственной и наиболее дорогой частью турбины. Совершен­ ствование конструкции и технологии изготовления лопаток, изы­ скание новых более совершенных методов их обработки, отра­ ботка норм точности изготовления частей лопаток, а также и классов чистоты их поверхностей являются весьма актуальными задачами как с точки зрения повышения надежности и эконо­ мичности турбин, так и с точки зрения снижения их себестои­ мости.

За более чем полувековой период своего развития советское турбиностроение накопцло значительные знания и опыт, достиг­ ло весьма высокого уровня технического прогресса в области проектирования и производства турбин. Одновременно совер­ шенствовалась технологичность всех узлов и деталей, в том чи­ сле и лопаточного аппарата.

77

Восновном широко применяемые детали лопаточного аппа­ рата следует признать достаточно технологичными, однако это не означает того, что возникающие при проектировании и изго­ товлении вопросы можно считать уже окончательно решенны­ ми. Технологичность конструкции лопаток должна постоянно совершенствоваться и это требует постоянной работы по изыска­ нию новых, более прогрессивных решений.

Впрактике имеют место случаи, когда изменение условий производства, например в результате приобретения нового обо­ рудования или улучшения технологического процесса, может приводить к тому, что деталь, ранее удовлетворявшая требова­ ниям производства, становится нетехнологичной. Убедительным примером в данном случае могут служить многопазовые виль­

предельные отклонения размеров его, рассчитанные на слесар­ ную пригонку при сборке, стали нетехнологичными при введении обработки поверхности пазов на шлифовальном станке с полу­ автоматическим циклом. Последнее вызвало необходимость су­ щественного изменения системы координации размеров и норм точности.

Примером нетехнологичной конструкции может служить так­ же профильная часть направляющей лопатки, показанной выше на рис. 21. Входные кромки сечений I и II профильной части резко отклонены в сторону спинки лопатки, а сечений XII, XIII

иXIV — в сторону внутреннего профиля. Это значительно ус­ ложняет технологию обработки лопатки. Неоправданность такой конструкции станет еще более очевидной, если учесть, что соот­ ветствующие места лопаток заливаются в материал диафрагмы

ина аэродинамику каналов диафрагмы влияния не оказывают. При создании новых конструкций лопаток, особенно большой

длины, нельзя устанавливать для них те же нормы точности, ко­ торые приняты для коротких лопаток. Это может приводить к появлению в производстве нетехнологичных конструкций. По­ этому исследование вопросов, касающихся норм точности, долж­ но быть одной из важных задач совершенствования технологич­ ности конструкции лопаток при проектировании новых турбин.

6. Классификация и типизация лопаток

Главной целью классификации и типизации лопаток являет­ ся последующая типизация технологических процессов4 и на этой основе совершенствование технологичности конструкций и тех­ нологии производства лопаток.

Анализ чертежей и технологических процессов механической обработки лопаток позволяет установить следующие основные положения.

1. Несмотря на существующее разнообразие конструкций, ра­ бочие и направляющие лопатки паровых и газовых турбин мо­

79