Построение технологических процессов изготовления валов компрессора и турбины

Тема 15. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ ТУРБИНЫ И КОМПРЕССОРА

Конструкция, технические условия и материалы валов

Валы турбины и компрессора работают с большими нагрузками и высокой частотой вращения, поэтому к прочности, точности, сбалансированности и массе валов предъявляются высокие требования, что приводит к значительному усложнению конструкции валов и технологии их изготовления, и соответственно к высокой трудоемкости.

В частности, чтобы уменьшить массу, приходится усложнять форму валов, делать их пустотелыми и тонкостенными.

Внешние поверхности валов турбины (рис. 15.1 а, б) и компрессоров (рис. 15.1 в) представляют собой раз­личные сочетания гладких шеек, шлицев резьбы, зубчатых венцов, флан­цев и т.п.

Фланцы некоторых валов часто имеют внутренние или торце­вые шлицы, отверстия под крепежные болты.

Форма осевых отверстий задается в основном из условий равнопрочности детали, поэтому они бывают прямыми, ступенчатыми, сферическими и др.

Большинство валов, кроме осевых, имеет и радиальные отверстия для подвода масла из внутренней полости к наружным трущимся поверхностям.

Рис.15.1.Валы:

а) турбины низкого давления; б) турбины высокого давления; в) компрессора

Тяжелые условия работы валов обуславливают высокие требования к точности их обработки:

- точность рабочих шеек - 6 ... 7-й квалитет, а нерабочих - 8 ... 12-й квалитет;

- отклонение геометрической формы рабочих шеек допускается в пре­делах 0,005 ... 0,02 мм, а нерабочих - 0,04 ... 0,1 мм;

- биение рабочих шеек относительно друг друга допускается в пределах 0,01 ...0,04 мм;

- взаимное биение рабочих и нерабочих шеек допускается в пределах 0,05 ... 0,2 мм;

- точность сопрягаемых отверстий - 5 ... 7-й квалитет;

- точность осевых отверстий - 8 ... 11-й квалитет;

- разностенность не более 0,1 мм;

- точность резьбы - 6 ... 7-й квалитет;

- точность шлицев - 6 ... 7-й квалитет;

- шероховатость рабочих поверхностей Ra = 0,16 ... 1,25 мкм, а остальных- 1,25 ... 5 мкм.

Некоторые валы статически и динамически балансируются с высокой точностью (остаточный дисбаланс 20 ... 40 г см).

Рабочие поверхности валов часто цементируют на глубину от 0,7 до 1,2 мм. Твердость цементируемых поверхностей после закалки - HRC = 58.

В некоторых случаях рабочие поверхности валов азотируют. Глубина азотируемого слоя 0,6 ... 0,9 мм, а твердость HRC = 65.

Дефекты поверхностного слоя (трещины, надиры, риски и прижоги) на валах турбины и компрессора не допускаются.

В двигателях четвертого и пятого поколений для изготовления валов компрессора и турбины применяются - 1Х15НМФАБК4 (ЭП866), Х12НМБФ (ЭП609Ш0) (валы компрессоров) и ХН70МВТЮБ (ЭИ598), ХН77ТЮ (ЭИ437А), ЭП741НП (валы турбин).

Построение технологических процессов изготовления валов компрессора и турбины

Заготовки валов, как правило, получают горячим деформированием (1050 ... 1200 °С).

Одним из рациональных способов изготовления деталей цилиндриче­ской, конической и овальной форм является ротационная вытяжка, по­зволяющая:

- повысить КИМ с 0,1 ... 0,3 до 0,4 ... 0,7;

- обеспечить высокие механические характеристики материала;

- снизить деформирующее уси­лие в 100 и более раз.

Ротационной вытяжкой можно получать полые заготовки с посто­янной и переменной толщиной стенки, имеющие широкий диапазон раз­меров (диаметром до 4000 мм, толщиной стенки до 70 мм и длиной до 6000 мм).

Ротационная вытяжка может осуществляться без специального нагрева заготовок, с нагревом и в изотермических условиях.

Припуски на механическую обработку в зависимости от формы и размеров валов:

- 6 ... 12 мм на диаметр для штамповок;

- 0,5 ... 2 мм после ротационного выдавливания.

Технологический процесс изготовления вала турбины низкого давления можно условно разделить на следующие семь этапов:

1.Получение исходной заготовки вала методом штамповки на КГШП;

2.Подготовка баз и предварительная обработка вала на высокопроизводительном токарном оборудовании;

3.Термическая обработка;

4.Восстановление баз и получистовая обработка основных поверхностей вала;

5.Чистовая обработка основных поверхностей вала;

6.Окончательная, отделочная обработка вала;

7. Окончательный контроль

Особенность механической обработки валов: вначале производится обработка отверстия, а затем выполняется наружный контур вала.

Это позволяет уменьшить возможную погрешность расположения внутреннего и наружного контуров заготовки друг относительно друга.

Процесс обработки валов условно разбивается на несколько этапов. В каждом из них выполняется приведенная выше последовательность обработки.

На этапе механической обработки заготовки вала ротора низкого давления ГТД принята такая последовательность обработки:

1)создание базовых установочных поверхностей для обработки отверстия вала; базами являются цилиндрические наружные пояски и торцовые поверхности;

2) обработка внутренней полости вала;

3) создание (обработка) базовых установочных поверхностей для обработки наружного контура вала; это, как правило, центровые фаски или специальные расточенные пояски (при подготовке таких базовых поверхностей их строго ориентируют относительно внутреннего контура вала);

4) обработка наружного контура вала (на подготовленных базовых фасках);

5) подготовка базовых установочных поверхностей на наружном контуре заготовки дляпроведения второго этапа технологического процесса обработки вала.

Такая последовательность обработки принята для всех этапов технологического процесса изготовления валов. При этом учитываются возможные смещения, ("уводы") при обработке внутренних поверхностей валов, которые можно устранить на последующих операциях технологического процесса, а обработка наружных поверхностей вала осуществляется на подготовленных базах, которые имеют минимальное смещение относительно внутреннего контура.

Рассмотрим технологический процесс изготовления термоулучшаемых валов. К таким валам можно отнести ротор низкого давления (НД) (см. рис. 15.2).

Исходную заготовку вала получают методом горячего деформирования на горячештамповочном прессе.

Исходная заготовка вала ротора НД имеет относительно небольшие припуски на механическую обработку.

План изготовления вала ротора НД

Первый этап. Получение заготовки.

№ 5. Штамповка.

Второй этап. Подготовка баз. Предварительная обработка вала.

№ - №10- 30. Обработка базовых поверхностей. Предварительная токарная обработка внутреннего кон­тура вала. Предварительная токарная обработка наружного кон­тура вала.

Третий этап. Термическая обработка.

№№ 35. Термическая обработка.

Четвертый этап. Восстановление баз. Получистовая обработка основных поверхностей вала.

№40. Восстановление базовых поверхностей.

№№ 45 - 80. Получистовая расточка внутреннего контура вала, сня­тие напряжений, контроль и подготовка базовых поверхностей.

Пятый этап. Чистовая обработка основных поверхностей вала.

№№ 85 - 100. Чистовая токарная обработка "стебля" вала и подго­товка наружных базовых поверхностей.

Шестой этап. Окончательная, отделочная обработкавала. Обработка легкоповреждаемых поверхностей.

№№ 105 - 115. Окончательная токарная обработка фланца и внут­реннего контура.

№№ 120 - 125. Шлифование внутренних цилиндрических поверх­ностей.

№ 130. Полирование внутреннего контура и конуса вала.

№№ 135-140. Промывка и контроль качественных показателей.

№№ 145 - 150. Алмазное выглаживание внутренних поверхностей вала.

№ 155. Окончательная обработка наружного профиля вала.

№ 160. Обработка отверстий во фланце.

№№ 165-175. Проточка лабиринтных уплотнений и канавок. Шли­фование наружных базовых поверхностей. Контроль качественных пока­зателей вала.

№№ 180-195. Обработка технологического образца, его монтаж на валу, долбление и шлифование шлиц на образце.

№№ 200 - 215. Обработка шлиц на валу.

№ 220. Слесарная обработка вала.

№ 225. Контроль.

№№ 230 - 240. Дробеструйная обработка и доводка поверхностей шлиц.

№№ 245 - 270. Фрезерование небольших выемок и обработка впа­дин и отверстий методом сверления и зенкерования.

№ 275. Слесарная обработка.

Седьмой этап. Окончательный контроль вала.

№№ 280 - 290. Магнитный контроль материала вала. Окончательный контроль вала.

Поиск по сайту: