3. Виды заготовок и применяемые материалы

Цельнокованые роторы и валы роторов турбин изготовляют из поковок. Поковки для валов, работающих при температуре металла не свыше 450 °С, из­готовляют из углеродистых и легированных сталей шести категорий (по проч­ности). Рекомендуемые марки стали согласно отраслевым техническим услови­ям (ОТУ 24-10-004-68) указаны в табл. 20.

Таблица 20

Механические свойства поковок валов и цельнокованых роторов судовых и стационарных паровых турбин из некоторых марок сталей по отраслевым техническим условиям

Кате­	Механические свойства продольных образцов’					Рекомендуемые ста­
гория			б5,%	у ,%	Угол загиба (в град), на оправке не менее й =40 мм	ли для работы при температурах 400-450 °С
	в Н/мм2	в кгс/мм2
I	520	52	19	40	180	35, 40
II	580	58	17	40	180	34ХМ1А
III	650	65	15	40	160	34ХМ1А, 35ХМ,
IV	720	72	15	40	160	34ХН1М
V	820	82	14	40	150	34ХМ1А
VI	870	87	13	40	150	34ХН1М, 34ХНЭМ 34ХН1М, 34ХНЗМ

'Различные механические свойства одних и тех же сталей достигаются за счет изме­

нения режима термической обработки, который устанавливается в зависимости от химиче­ского состава, размера поковки и требуемых механических свойств материала.

"Указанные марки стали применяются и для дисков турбин.

В паровых и газовых турбинах для валов и цельнокованых роторов, рабо­тающих при температурах свыше 500 °С, где требуется высокий уровень жаро­прочных свойств материала, применяют молибденсодержащие стали, например хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфра­мованадиевые. При температурах свыше 700 °С применяют сплавы на никеле­вой основе, а также на кобальтовой, молибденовой и смешанных основах. Не­которые из марок сталей, наиболее широко применяемых для деталей роторов, работающих при температурах выше 500 °С, приведены в табл. 21.

264

Таблица 21

Механические свойства поковок валов, цельнокованых роторов и дисков паровых и газовых турбин

Марка стали	Механические свойства				Термическая обра­ботка	Температура рабочей сре­ды, °С
			8„%	\|/,%
	в Н/мм2	в кгс/мм2
Р2МА	690-740	69-74	15-19	41-64	Двойная нормализа­ция 970-990 °С и 930-950 °С; отпуск при 680-700 °С	535-540
20ХЗМВФ	800	80	13	40	Закалка при 1050 °С в масле, отпуск при 700 °С	До 550
1Х12ВНМФ	750	75	15	45	Закалка при 1050 °С в масле, отпуск при 680-700 °С	До 580
1Х16Н13М2 Б	580	58	30	35	Закалка при 1100— 1050 °С в воздухе, старение при 750 °С 12 ч	До 600
ХН35ВТ	650	65	15	35	Закалка при 1080 °С в воде; старение при 850 °С; при 700 °С 50 ч	До 650

Для изготовления поковки вала отливают слиток, у которого отношение длины к его диаметру равно примерно двум. От слитка отрезают верхнюю при­быльную часть весом около 25% от полного веса слитка, а снизу - донную часть не менее 5% от веса слитка. Проверка материала поковки по химическому составу и механическим свойствам должна подтвердить соответствие их техни­ческим условиям.

Ось поковки должна совпадать с осью слитка. Внешнее очертание поко­вок должно приблизительно соответствовать наружным очертаниям валов (рис. 96, а) с учетом припусков по 30-40 мм на сторону для последующей обработки. В местах сложных очертаний поковкам придают упрощенную форму, т. е. де­лают напуск. Тогда короткие ступени, уступы и выемки не обжимаются, а ку­ются по диаметру ближайшей большой стороны (см. рис. 96, б).

265

<2 526,5

а

Ь2Ь9

ю

О'

"I!
Ц| 1 —щ.
20	5	А 150
200

Рис. 96. Ступенчатый вал (а) и поковка для него (б):

А - припуски для проб на заводе -изготовителе поковки; Б - припуски для проб на заводе-изготовителе вала; сплошными линиями

изображен контур поковки; штриховыми - контур вала

Нормы припусков для поковок, указанные в некоторых стандартных справочниках, для валов турбин неприменимы. При назначении припусков для таких уникальных поковок исходят из технологических возможностей выпол­нения кузнечных операций, необходимости компенсации деформаций при тер­мической обработке и ряда специфических требований и условий. С обоих кон­цов поковка выполняется удлиненной на 400 мм. От каждого конца поковки отрезают по две пробы длиной по 200 мм для испытаний. Одну пробу отрезают на заводе-изготовителе поковки после ее обдирки и термической обработки; вторую - на заводе-изготовителе вала. Вырезку проб производят на фрезерно­отрезных станках дисковыми пилами.

Металлургические заводы поставляют заготовки после черновой обра­ботки и термообработки с припусками 15-20 мм на сторону в радиальном направлении и 10 мм в осевом направлении на каждый участок вала. Для кон­трольных испытаний материала на концах ротора предусмотрены припуски для вырезки продольных образцов, а на «бочке» ротора припуски для вырезки и определения остаточных напряжений. На рис. 97 приведены эскизы заготовок цельнокованого ротора высокого давления и вала низкого давления турбины К- 200-130 в состоянии поставки (тонкой линией показаны чистовые контуры) с указанием припусков. После грубой механической обработки с припусками и предварительного сверления центрального канала заготовки ротора из стали 15Х12ВМФ подвергаются двойной нормализации при температуре 970-990°С с последующим отпуском при температуре 600-700°С. Каждая заготовка ротора или вала проходит индивидуальный контроль на механические испытания и подвергается специальной проверке, позволяющей определить качество на ме­таллургическом заводе материала поковки. Испытания проводят после черно­вой обработки и термообработки дважды (на заводах поставщика и заказчика).

Одно из направлений совершенствования турбин заключается в увеличе­нии мощности турбоагрегатов. При этом значительно возрастают габариты ро­торов и их массы. Так масса полностью механически обработанного РИД тур­бины мощностью 500 МВт и частотой вращения 1500 об/мин составляет 138 т.

Трудность получения крупногабаритных заготовок большой массы по­требовала иных технических решений. Одно из них связано с созданием кон­струкций сварных заготовок. Сварная заготовка упомянутого выше ротора тур-

267

бины 500 МВт имеет массу 160 т. Отдельные части сварной заготовки ротора (рис. 98) представляют собой поковки. Они подвергаются грубой механической обработке, а полости в центре концевых частей обрабатываются начисто. У всех составляющих заготовку сварного ротора отдельных частей со стороны присоединения друг к другу обрабатываются торцовые и сопрягаемые поверх­ности, а также поверхности, формирующиеся при сварке швы.

Рис. 97. Поковки турбины К-200-130: а — цельнокованый ротор; б - вал

1 2 3 Ч 5 8 7

Рис. 98. Сварная заготовка ротора:

1,7- концевые части; 2, 3, 5, 6 - диски; 4 - промежуточная часть

268