2. Подготовка и разработка технологических процессов изготовления лопаток

1. Основные требования к механической обработке лопаток

Все части лопаток (хвост, рабочая часть и головка) имеют различное служебное назначение. Соответственно устанавливаются технические требова­ния к точности и шероховатости.

Если для хвоста лопатки в соответствии с его служебным назначением - быть конструкторской базой - главным является точность посадочных разме­ров, то для рабочей части, размеры которой не являются посадочными, большее значение имеет степень чистоты обработки. Хорошо отполированная поверх­ность рабочей части содействует уменьшению потерь пара на трение о поверх­ность лопатки, увеличивая в то же самое время антикоррозионную стойкость лопатки.

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

Первая группа. Размеры, от которых зависит характер соединения лопа­ток с другими деталями турбины, т. е. посадочные размеры. Это размеры хво­стов и шипов под насадку бандажных лент. Требования к сопряжениям хвосто­вых соединений приведены на рис. 38.

Вторая группа представляет размеры, не являющиеся посадочными, но требующие повышенной точности. К ним относятся координаты расположения паровых каналов относительно хвостов лопаток; размеры сечений рабочих ча­стей; размеры, определяющие установку лопаток и расположение отверстий под скрепляющую проволоку.

Третья группа. Это свободные размеры, к которым обычно относятся размеры галтелей, фасок и других менее ответственных элементов лопаток. Точность свободных размеров часто не нормируется. Однако даже и в том слу­чае, когда на свободные размеры не установлено никаких допусков, они вы­полняются обычно по допускам, установленным на свободные размеры специ­альными технологическими инструкциями на данном предприятии.

Наиболее ответственными являются посадочные размеры хвостовых со­единений. На рис. 38 приведены допуски на величину зазоров в наиболее рас­пространенных соединениях хвостов лопаток с венцами дисков. Эти допуски, а

163

также и чистота обработки должны быть обеспечены соответствующей точностью станочной обработки и качеством режущего инструмента. Слесарная пригонка посадочного профиля хвоста допускается только для вильчатых соединений.

шшшш

Зазор

+ 0,017

-0,042 Зазор *0,015 -0,052

Натяг

0-0,05

х+О.1'⁰’⁰¹ по хВости ^к к камадп <м.

——к

Зазор

+0,035

'77777777/////. \х⁺⁰>⁰¹д/канцйки ’ д/х$оста

Рис. 38. Типовые хвостовые соединения: а, б, в- Т-образные хвосты; г, д - грибовидные хвосты; е, ж- вильчатые хвосты; и - хвосты с зубчатым профилем; к - елочные хвосты

Т-образные хвосты (см. рис. 38, а, б) обрабатываются профильными фре­зами, хвосты (см. рис. 38, в) — точением на карусельных станках. Для того чтобы выбрать радиальный зазор по размеру 0 (см. рис. 38, б) и этим избежать пригон­ки по размеру Р у этого типа соединений, а также и у хвостов типа в, под хвосты

164

лопаток при облопачивании турбин подкладывают стальные пластинки. Хвосты (см. рис. 38, г, д) называют грибовидными. Их обрабатывают профильными пальцевыми фрезами.

Чистовые фрезы должны обеспечивать очень высокую точность выпол­ненного профиля, чтобы зазор по размеру не превышал 0,03 мм.

Вильчатые хвосты (см. рис. 38, е, ж) бывают одно- и многопазовыми. Существенным недостатком многопазовых вильчатых профилей является си­стема предельных отклонений размеров хвоста лопатки и пазов диска (рис. 39). При этой системе наряду с положительными величинами зазоров появляются отрицательные зазоры - натяги, вызывающие необходимость слесарной пригон­ки. В этом случае переоблопачивание дисков на электростанциях становится весьма затруднительным.

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 лопаток с венцами дисков действующих турбин. Вариант такой системы применительно к профилю 5004 ТМЗ показан на рис. 40. При внедре­нии более прогрессивного метода обработки вильчатых хвостов - протягивания этот вариант допусков даже необходим как обеспечивающий простоту и лег­кость точной настройки на требуемые размеры кондуктора, направляющего протяжки.

Хвосты типа и - с зубчатым профилем и к - «елочные» (см. рис. 38) тре­буют особо точного выполнения. Это достигается фрезерованием прецизион­ными профильными фрезами на двухшпиндельных станках высокой точности и в случае необходимости - шлифованием. Допуск 0,005 мм как для хвоста лопат­ки, так и для канавки в диске предусматривает посадку с нулевым зазором по горизонтальным и наклонным поверхностям.

Хвосты (см. рис. 38, и) хорошо зарекомендовали себя в газотурбинострое- нии, но там канавки в венцах дисков прорезаются параллельно оси ротора (тор­цевая заводка лопаток), вследствие чего хвост лопатки заводится в канавку сво­бодно, прилегая только по опорным горизонтальным площадкам, давая возможность лопатке в холодном состоянии качаться в пазу диска. В рабочем состоянии из-за различия температуры и коэффициентов линейного расширения металлов лопатки и диска сопряжение лопатки с диском становится плотным.

165

аь+0,1

г‘-ПОЛ

л*

47,35

К

Ы

1—1

17,5

V"

--

о

т'

\РН

В —

'С—к

/V

г<(4#Я

7 в

пол

За гор О 0,5 ^ ^

3

сз

♦

1 Т

3 *

§

<ь‘

♦

5 Ь

Рис. 39. Допуски на размеры трехпазового вильчатого хвоста 5004 ТМЗ: а - лопатки; б - диски; в - сопряжения (зазор 0 - 0,5 только по вершинам среднего гребня; по вершинам крайних гребней - посадка с натягом)

а. * О, ПО

Рис. 40. Технологичная конструкция хвоста лопатки: а - лопатки; б - диски; в - сопряжения

Во всех конструкциях хвостов следует избегать острых углов. Особо от­ветственные места отмечены на рисунке буквой К.

Радиусы скругления должны быть не менее 0,5 мм.

Положение лопатки в диске определяется соединением поверхностей профиля хвоста лопатки с сопрягаемыми поверхностями диска. Для многих конструкций соединения лопаток с диском положение лопатки определяется также сопряжением радиальных поверхностей хвоста одной лопатки с поверх­ностью соседних лопаток или промежуточных тел.

На рис. 41 приведены некоторые типы профилей хвоста. Предельные от­клонения на посадочные размеры не зависят от размеров хвоста и устанавлива­ются очень точными. Во всех конструкциях хвостов нежелательны острые пере­ходы в сопряжении поверхностей.

Допуски на размеры толщин хвоста, т. е. размеры, определяющие рассто­яние между радиально расположенными поверхностями хвоста, обычно уста­навливаются равными ± 0,05 мм.

Конструктивное оформление шипа на примере прямоугольного шипа ло­патки приведено на рис. 42.

Предельные отклонения посадочных размеров а и Ь зависят от размеров шипа. Они для размера а в диапазоне 4,5-10 мм обычно заданы в пределах 0,08­

0. 16 мм, свыше 10, до 16 мм - в пределах 0,12-0,24 мм. Размеры длины шипов в обычно заданы в пределах 0,08-0,24 мм.

Предельные отклонения размеров, определяющих расположение рабочей части лопаток относительно хвоста, заданы в трех направлениях: радиальном, аксиальном (вдоль оси ротора) и тангенциальном. Базами при измерении от­клонений в указанных направлениях служат поверхности хвоста, которые определяют положение лопатки после ее сборки с диском ротора. Значения пре­дельных отклонений размеров, определяющих расположение рабочей части ло­паток в радиальном направлении, приведены в табл. 4. Поверхности хвостов ло­паток, являющиеся базами, отмечены на эскизе таблицы буквой Б.

168

гоо*

Рис. 41. Профили хвостов:

а - Т-образный; б - вильчатый двухпазовый; в - грибовидный двухопорный; г - прямозубчиховый; д - елочный

/?2 го

Скругпения /Р

Рис. 42. Конструкция прямоугольного шипа

170