Лабораторная работа № 3 Анализ технического процесса изготовления ротора турбины

1. Черновая обработка заготовки

Предварительная обработка. Обработку вала начинают с зачистки торцов поковки, которая облегчает её проверку и разметку. На торцах зачищают набольшие площадки; при разметке на этих площадках наносят по две пересекающиеся линии, определяющие положение оси поковки.

После очистки поковку вала устанавливают на разметочную плиту и разбивают мелом на сечения. С обеих сторон поковки ставят угольники. Верхнюю поверхность поковки окрашивают меловой краской. От угольника откладывают отрезки, равные радиусу увеличенному на величину припуска для чистовой обработки. Расстояние между точками в одном сечении показывает на диаметр, который нужно удалить при черновой обработке.

Соединив середины расстояний между этими точками в каждом сечении, получим среднее положение осевой линии поковки. Для определения правильного положения оси вдоль вала натягивают струну, которая должна проходить между намеченными точками. Струну можно натянуть так, чтобы припуски с обеих сторон расположились по возможности одинаково. Положение струны у торцов отмечают рисками. По положению струны накернивают точки, которые соединяют риской.

Повернув вал приблизительно на 90⁰ ,повторяют разметку в другой плоскости и наносят на торцах риски. В точках пересечения рисок намечают места центровых отверстий. Если при разметке будет установлено, что величина припусков является недостаточной или она вовсе отсутствует и поковка не поддаётся правке, то поковку бракуют, не приступая к дальнейшей обработке.

Центровка вала. У валов турбин центровые отверстия выполняют с углом зенковки 90⁰ и добавочным предохранительным конусом с углом 120⁰. размеры центровых отверстий приведены в табл.

Диаметр вала в мм.	Масса в кг.	D	d	l	L	a
160 – 300	2000	48	12	15	32	4
300 – 500	5000	70	18	18	44	7
500 – 900	20000	100	20	20	60	8
900 - 1300	40000	120	20	32	72	10

Обдирка валов. Валы обдирают согласно обдирочному чертежу, оставляя припуски для дальнейшей обработки по 15 – 20 мм. на сторону. Обдирочный чертёж разрабатываются также с учётом припусков, необходимых для подвешивания вала в процессе его термической обработки. Термически обрабатывают валы, подвешивая их вертикально шахтных печах.

Сверление и растачивание центральных отверстий. Центральные отверстия у валов стационарных турбин предусматриваются для контроля качества металла путём перископического осмотра. Большинство отверстий выполняется сквозными одного диаметра, но бывают ступенчатые и бутылочные формы. Размеры отверстия зависят от размеров вала и достигают 200 – 250 мм. в диаметре и 8000 мм. по длине центральные отверстия валов турбин относятся к глубоким отверстиям. Отношение их длины к диаметру достигает 40 и более. На заводе для выполнения отверстий используются станки 2А656РФ

Обработка вала под тепловое испытание. Под тепловое испытание вал обрабатывается с припуском 2 мм. на сторону. Шероховатость поверхностей средней части вала, где устанавливается индикатор биения, и двух опорных шеек должна быть не ниже 7 – го класса чистоты, остальных поверхностей вала – приблизительно 2ь – го класса. Вал обрабатывают с одной установкой по всей длине за исключением левого конца, закреплённого в кулаках планшайбы, который обрабатывается со второй установки. Затем вал проходит тепловое испытание. Тепловое испытание имеет целью проверить однородность структуры материала поковки для вала по всей её толщине. Неравномерность структуры, наличие рыхлот и других дефектов металла может приводить к появлению различных коэффициентов линейного расширения на противоположных сторонах поковки, что неизбежно приведёт к изгибанию вала при его нагревании и, как следствие, к образованию недопустимой вибрации турбины в процессе её работы. Тепловое испытание позволяет своевременно отбраковывать дефектные ротора. Этому виду испытания подвергаются заготовки роторов, имеющих в рабочих температуру в какой – либо части не менее 250⁰ С.

Процесс теплового испытания заключается в следующем. Вал при медленном вращении (0,5 – 3 об/мин) постепенно нагревают при скорости нагрева, не большей 50⁰С/ч, до температуры, превышающей рабочую на 50⁰ С. Не снижая частоты вращения, вал выдерживают при этой температуре 72 ч. Затем, не прекращая вращения, вал медленно охлаждают вместе с печью до температуры 200⁰ С, после чего процесс испытания прекращают. Во избежание искривления вал продолжают вращать пока его температура не понизиться до 50⁰ С. На протяжении всего режима испытания через каждый час измеряют биение (прогиб) вала индикатором и температуру, как в рабочем пространстве печи, так и внутри центрального отверстия вала. Скрытые дефекты и внутренние напряжения вызывают искривления вала при таком испытании. По величине и степени постоянства искривлений определяют пригодность вала к работе. По техническим условиям обычно допускается прогиб валов, испытываемых при нагревании до температуры, превышающей рабочую на 50⁰ С, не более чем 0,05 мм.

Черновая обработка ротора, на заводе, происходит с помощью тяжелого токарного станка 1А670 предназначенного для обработки массивных деталей из стали или чугуна. На станке можно производить обточку наружных цилиндрических поверхностей как в центрах, так и с установкой в планшайбу передней бабки и центра задней бабки, обработку роторов турбин, обточку конусных поверхностей, нарезку метрических, дюймовых резьб и спиралей, обработку деталей сложного профиля при установке специальных приспособлений.

2. Окончательная чистовая обработка.

При окончательной обработке цельнокованых роторов особое внимание следует уделять правильной установке и проверке их положения на станке. Известно, что при обработке деталей типа тел вращения самой надёжной базой являются центровые отверстия.

На чистовую обработку валы турбин поступают с просверленными и окончательно обработанными центральными отверстиями. Сборные валы газовых турбин перед чистовой обработкой окончательно собирают и стягивают болтами.

Одним из основных требований к качеству окончательной обработке валов и роторов является обеспечение концентричности их центральных отверстий и наружных поверхностей. Чтобы 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 обработки, как базовых крайних шеек, так и всего вала. В дальнейшем, при необходимости, положение вала на станке можно контролировать по базовым шейкам.

При обработке ступенчатых валов наиболее ответственным процессом является получение точных размеров длины отдельных ступеней. Допуски на размеры этих длин задаются, обычно, в пределах 0,02 – 0,1 мм, что по численным значениям совпадает примерно с допусками 2 – го и 3 – го классов точности. Такой высокой точности обработки длин ступеней вала можно достичь несколькими способами.

Наиболее совершенный способ состоит в применении приспособления с индикатором и набором штихмасов. За базу при измерении положения торцов отдельных ступеней принимается вертикальная плоскость среднего цилиндрического выступа. На станине станка после обработки торца среднего выступа, не отводя резца, устанавливают стойку с индикатором . штифт индикатора подводят к упорному пальцу 3, установленному на суппорте станка, и замечают показание индикатора. Для подрезки следующих торцов суппорт переводят соответственно на какое – нибудь расстояние, помещая между индикатором и упорным пальцем штихмас соответствующего размера; показание индикатора при измерении положения конца каждой ступени обрабатываемого вала должно оставаться равным его показанию при первом суппорта. Штихмас поддерживают две стойки . этот способ позволяет длину уступов с точностью до 0,03 мм. И отказаться от применения шаблонов, дающих меньшую точность измерений. Для получения более точных результатов измерений торцы штихмасов делают сферическими. При единичном изготовлении валов применяют составные наборные штихмасы с микрометрической головкой.

Диаметры цельнокованых роторов достигают 1500 – 2000 мм. Измерения больших диаметров, имеющих допуски второго класса, производят специальным микрометрическими скобами. После снятия замера, для чего обычно требуется два человека, скобу проводят микрометрическим штихмасом; во избежание влияния деформации скобы на точность промеров скобу необходимо проверять в том же положении, в каком производилось ею измерение диаметра обрабатываемого ротора.

При обработке в роторах галтелей, радиусы которых имеют величину 1 – 100 мм, применяют специальные галтельные резцы и приспособления.

В роторах цельнокованых и барабанного типа, в которых рабочие лопатки набираются в пазы, проточенные в телах барабанов, точение пазов производиться методом постепенного приближения их вида к окончательной их форме и размерам, аналогично точению пазов в дисках. Шаг пазов выдерживается с помощью делительного диска, закрепляемого на роторе, и фиксатора, устанавливаемого на столе станка.

Чистовая обработка ротора, на заводе, производится с помощью станка  Hoesch MFD DF-2000 M-YF-1, а также на станке КЖ – 1631