сталлоотборник обеспечивает прирастание через него только одного зерна и препятствует массопереносу оксидов через газовую фазу на затравку.

С целью повышения надежности передачи структуры затравки в состав сплава в них было введено 0,10%. С и повышено содержание вольфрама до 35%. Углерод, введенный в состав затравок, является активным восстановите­лем и препятствует образованию оксидных налетов.

Технология изготовления монокристаллических отливок турбинных ло­паток, разработанная в ФГУП «ВИАМ» на основе комбинированного метода, позволяет получать достаточно современные монокристаллы любой заданной ориентации - как аксиальной, так и азимутальной, т.е. реализует преимущества технологии получения монокристаллов методами отбора и затравок. Техноло­гия с применением комбинированного метода «затравка-кристаллоотборник» обеспечивает практически 100%-ную передачу структуры от затравки к отливке лопаток.

2. Перспективные научные исследования и разработки в области разви­тия технологии лопаточного производства

Исследования должны проводиться постоянно по всем направлениям, связанным как с совершенствованием методов обработки, так и с проблемами контроля технологических параметров и результатов обработки. Работы по со­вершенствованию технологии необходимо вести совместно с конструкторами, решая вопросы сочетания формы профиля с методом получения производящих линий, определения научно-обоснованных допусков от проектных размеров профильных частей. Важность работ обусловливается следующими особенно­стями лопаточного аппарата:

1. Надежностью и безопасностью работы паровых и газовых турбин, ко­торые в решающей степени определяют лопатки. Ресурс работы турбин опре­деляется, как правило, работоспособностью лопаток. В связи с этим технология изготовления и контроля лопаток должна обеспечивать стабильность качества их изготовления и исключать возможность установки в турбине лопаток с от­клонениями по геометрическим размерам, качеству поверхности, с металлурги­ческими и иными дефектами.

252

2. Сложностью геометрических форм и требованиями высокой точности изготовления лопаток. Перо лопатки представляет собой лопасть переменного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориенти­рованную в пространстве по отношению к замку. Точность изготовления пера находится в пределах 0,05-0,15 мм. Замковую часть, при помощи которой ло­патки крепятся к дискам, изготовляют с точностью 0,01-0,032 мм.

3. Массовостью изготовления лопаток. Современная турбина насчиты­вает до 2000 лопаток. В связи с этим даже при выпуске опытных образцов тур­бин изготовление лопаток носит серийный характер.

4. Применением дорогостоящих и дефицитных материалов для изготов­ления лопаток, поэтому технологический процесс производства лопаток дол­жен гарантировать минимальный процент брака.

5. Плохой обрабатываемостью материалов, применяемых для изготовле­ния лопаток. Лопатки турбины изготовляют из легированных и жаропрочных сталей и сплавов на никелевой основе, имеющих относительно большую твер­дость при высокой вязкости. Лопатки компрессора изготовляют из высоколеги­рованных и титановых сплавов, также характеризующихся плохой обрабатыва­емостью.

253

Раздел 3. Организация подготовки изготовления роторов

1. Общие сведения о роторах турбин

   1. Конструкция роторов

Ротором называется вращающаяся часть турбины, несущая на себе рабо­чий лопаточный аппарат, с помощью которого осуществляется преобразование кинетической и потенциальной энергии рабочей среды (пар, газ) в механиче­скую работу путем вращения турбиной подсоединенного к ней ротора генера­тора или любой другой рабочей машины.

Ротор является наиболее ответственной частью турбины. В условиях экс­плуатации турбины ротор подвергается действию центробежных сил, крутяще­го и изгибающего моментов, растягивающих осевых сил и нагрузки от соб­ственного веса. Лопатки и диски ротора при действии на них возмущающих сил как от рабочей среды (пар, газ), а также и по другим причинам, работают в условиях вибрации со знакопеременными напряжениями.

По конструкции роторы паровых и газовых турбин разделяются на цель­нокованые (диски отковывают за одно целое с валом), наборные (диски наса­живают на вал с натягом), комбинированные (передняя часть ротора цельноко­ваная, задняя - наборная) и барабанные (с наборкой лопаток непосредственно на барабан). В зоне высоких температур паровых турбин (в частях высокого давления и при промежуточном перегреве в частях среднего давления) обычно применяют цельнокованые роторы (рис. 91, а). Конструкция цельнокованых роторов проще и технологичнее, чем наборных. При изготовлении таких рото­ров концентрация напряжений в пазах диска, т.е. так называемая опасность «ослабления» дисков исключена. В эксплуатационных условиях цельнокованые роторы показали высокую степень надежности. Однако при повреждении како­го-либо диска необходима замена ротора. Такие роторы необходимо изготов­лять из материала высокой прочности.

Конструкция ротора с наборными дисками (см. рис. 91, в) применяется в современных турбинах в частях низкого давления или одноцилиндровых тур­бинах для низких и средних параметров пара, где не возникает ослаблений дис-

254

ков на валу, обусловленных высокими температурами. Преимуществом таких роторов является то, что они более просты в изготовлении поковок вала и дис­ков, а их габаритные размеры и масса меньше, чем габаритные размеры и масса поковок цельнокованых роторов. Изготовление деталей наборного ротора в ме­ханическом цехе осуществляется параллельно, что сокращает сроки его произ­водства.

а /	1 ■111	Ж	9 й р 5 §Г 1 и	н	МУ	К	+1 -э- III Щ	1' 1Ш111111
И	1131±0,1		1		7т±о,1		110±Ц02	ть±о,!
				шо

б

Рис. 91. Цельнокованые (а), комбинированные (б) и наборные роторы (в)

В цилиндрах среднего давления мощных паровых турбин, имеющих про­межуточный перегрев пара, применяют обычно комбинированные роторы (см. рис. 91, б). В зоне высоких температур диски отковывают за одно целое с валом, а в зонах, где температура пара снижается примерно до 300 °С, диски насаживают с определенным натягом.

Барабанным ротором называется барабан (рис. 92), откованный заодно с валом, в пазы которого вставляют рабочие лопатки. Такие роторы делают со­ставными, что обеспечивает возможность их облегчения путем растачивания бочкообразной плоскости в барабане. Отдельные части ротора соединяются го­рячей посадкой и скрепляются между собой при помощи болтов. В газовых

255

турбинах применяются преимущественно роторы барабанного типа. Барабан­ная часть ротора может иметь еще и насадные диски. В таком случае роторы называются комбинированными.

Большое распространение получили также роторы барабанного типа, ко­торые выполняют сварными (рис. 93, а) из отдельных, предварительно обрабо­танных дисков, без центрального отверстия, а также сборными с центральным отверстием (когда ротор конструктивно состоит из трех или четырех частей, стянутых центральной стяжкой) и без центрального отверстия (когда стяжки расположены по окружности на периферии полотна диска - см. рис. 93, в).

Вид А

Рис. 92. Барабанный ротор

По сравнению со сборными роторами дискового или барабанного типа сварной ротор имеет ряд значительных технологических достоинств: упроща­ются поковки, сокращается цикл механической обработки. Изготовление свар­ных роторов требует весьма высокого уровня сварочной техники. С точки зре­ния технологичности роторы турбин достаточно хорошо отработаны.

Обычно в цилиндрах низкого давления (ЦНД) турбин мощностью 500 и 800 МВт используют роторы с насадными дисками. Предельные напряжения на расточке дисков последних ступеней составляют 45-10⁶ МПа. В ТТНД перспек-

256

тивных быстроходных турбин роторы с насадными дисками из-за больших предельных напряжений при расточке непригодны. Поэтому роторы ЦНД тур­бины мощностью 1200 МВт выполняют сварными. Сварные роторы обладают преимуществами, основным из которых являются более низкие, чем в насадных дисках, напряжения, что обусловлено отсутствием центрального отверстия. Вследствие этого преимущества и большой жесткости они получили широкое применение в современном турбостроении. Но сварные конструкции роторов имеют и недостатки. Для получения качественного сварного шва необходимо применять малоуглеродистые слаболегированные стали. Этим объясняется сравнительно низкий предел текучести материала сварных роторов

а₀,2 — (5... 6) 10⁴ МПа.

Роторы быстроходных турбин можно выполнять сболченными, состоя­щими из трех или четырех частей (см. рис. 93, б). Сболчиваемые части с флан­цами изготовляют из высоколегированной стали с пределом текучести

°о,2 =(7... 8)10⁴ МПа.

В настоящее время для крупных электрических генераторов применяют роторы, образованные из трех или четырех частей, стянутых центральной стяж­кой диаметром до 500 мм. Однако для роторов паровых турбин, испытывающих большие нагрузки от центробежных сил лопаток последующих ступеней, такая конструкция неприменима в основном из-за наличия центральной расточки.

Преимущества конструкции сболченного фланцевого ротора ТЩД сле­дующие: наиболее нагруженные концевые диски могут быть выполнены без центральной расточки, а средняя часть - с центральной расточкой небольшого диаметра; можно осуществлять проверку качества отдельных поковок до их сбалчивания; применение высокопрочной легированной стали с пределом теку­чести <5о,2 — (7 8) 10⁴ МПа и более повышает надежность турбины, особенно в

аварийных ситуациях, что позволяет применять стальные лопатки длиной 1200 мм с умеренной хордой корневого сечения взамен титановых лопаток (при об­наружении дефектов или повреждений в одной из частей ротора заменена мо­жет быть только поврежденная часть, а не весь ротор).

257

Рис. 93. Сварные и сборные роторы: а - сварной ротор; б - сборный ротор из четырех частей; в - сборный ротор из отдельных дисков

258