При разработке дисков газовых турбин отверстия под тяги являются ключевым элементом соединения соседних рабочих колес, точность их положения напрямую влияет на качество сборки ротора газовой турбины. Исследована технология обработки отверстий для рулевых тяг в дисках колес газовых турбин, и ожидается, что благодаря высокоточному позиционированию и сложной расточной обработке она предоставит технические рекомендации по обработке отверстий для рулевых тяг в дисках колес газовых турбин.
#01
Рабочее колесо турбины, являющееся основным компонентом газовой турбины, имеет сложную конструкцию и требует высокой точности обработки. Ключевыми моментами являются разработка процессов и производство готовой продукции. Среди них отверстие под тягу служит соединительной конструкцией между соседними рабочими колесами, и его важность очевидна [1-3].
Как показано на рисунке 1, рабочее колесо турбины соединено межступенчатым зацеплением зубьев на конце дуги и собрано в ротор путем вставки тяг через 12 распределенных по окружности отверстий для тяг на поверхности диска. Поскольку зубья на конце дуги имеют функцию самоцентрирования, положение отверстия рулевой тяги невозможно отрегулировать после того, как соседние двухступенчатые рабочие колеса вошли в зацепление. Поэтому к положению отверстия под рулевую тягу предъявляются чрезвычайно высокие требования.
картина
Рисунок 1 Схема подключения системы валов турбины
Диаметр отверстия рулевой тяги составляет 42 мм, которое обычно обрабатывается путем сверления и растачивания. Его максимальное соотношение сторон превышает диаметр в 5 раз, а значение шероховатости поверхности требует Ra=1,6 мкм, что представляет собой серьезную проблему для процесса растачивания.
Учитывая вышеупомянутые требования к высокой сложности обработки, мы в основном фокусируемся на двух аспектах: высокоточном позиционировании и расточке высокой сложности.
2.1 Технология обработки положения отверстия рулевой тяги
Требования к чертежам отверстий для рулевых тяг: φ42,58 мм, положение φ0.12 мм и цилиндричность 0.012 мм. Чтобы обеспечить плавную сборку, технологические требования увеличены до: φ42,58 мм, позиционирования φ 0,05 мм и цилиндричности 0,012 мм. Поэтому требуется проверка процесса испытаний. Это испытание имитирует обработку отверстий под стяжку рабочего колеса, а структура образца показана на рисунке 2. Используется расточно-фрезерный станок, метод зажима — угловая железная зажимная пластина, образец зажимается вертикально.
картина
Рисунок 2. Образец для испытания отверстий под рулевую тягу
(1) Традиционный метод обработки аксиально-распределенных отверстий заключается в том, чтобы «повернуть центр» циферблатного индикатора рычага, найти положение 4 часов слева и справа от неба и земли, определить центр круга, использовать Т-образное сверло для сверления нижнего отверстия в соответствии с делительной окружностью φ420 мм и прецизионного растачивания отверстия для рулевой тяги.
1) Результаты трехкоординатного обнаружения. Максимальное значение положения составляет 0.0756 мм, а округлость внешнего круга D600 мм составляет 0,0056 мм (см. Таблицу 1).
Таблица 1: Первое изображение данных трехкоординатного обнаружения
2) Сортировка данных. Как показано на рисунке 3, положение отверстия в целом смещается в положительном направлении Y.
картина
Рисунок 3: Диаграмма данных трехкоординатного обнаружения
3) Анализ данных. Если взять в качестве примера положение I на рисунке 3, то отклонение в направлении X небольшое, а смещение составляет около 0.01 мм; отклонение в направлении Y велико, а смещение составляет около 0,035 мм. Направление Y является основным фактором, влияющим на отклонение положения. Если исключить смещение 0,03 мм в направлении Y, ситуация с позиционированием будет значительно улучшена, а общий контур измеряемых точек улучшится, что показывает, что повторяющаяся точность позиционирования самого станка лучше. Данные угла после преобразования данных трехкоординатного обнаружения показаны в Таблице 2. Ясно видно, что основное смещение происходит в направлении Y.
Таблица 2: Первые данные преобразования трехкоординатного обнаружения [Единица измерения: (градус)] Изображение
4) Анализ возможных причин. Метод выравнивания в направлении X заключается в следующем: рычажный циферблатный индикатор касается двух точек на внешнем круге образца в левом и правом направлениях для определения горизонтального направления; Метод выравнивания в направлении Y заключается в следующем: рычажный циферблатный индикатор касается двух точек на внешнем круге образца в направлениях вверх и вниз для определения вертикального направления. направлении для определения центрального положения образца. Здесь, когда циферблатный индикатор в направлении Y касается двух точек верхнего и нижнего внешних кругов, из-за силы тяжести стилуса циферблатного индикатора он может отставать или втягиваться, что приводит к отклонению между фактическим положением и отображаемым положением. После завершения обработки отверстия это может быть основным фактором, вызывающим отклонение в направлении Y. Кроме того, точность циферблатного индикатора составляет 0,01 мм, и его погрешность также будет влиять на отклонение в направлении Y, которое является второстепенным влияющим фактором с небольшим влиянием. Направление X находится в горизонтальном направлении, и нет отклонения относительного положения, вызванного силой тяжести. Влияющим фактором является погрешность самого циферблатного индикатора, которая имеет меньшее влияние и лучшую производительность.
(2) Метод улучшения: используйте вышеупомянутый рычажный индикатор, чтобы «перевернуть центр», чтобы найти центр, и сначала просверлите два отверстия в симметричных положениях. Циферблатный индикатор измеряет размер от точки внешнего круга в каждом направлении до самого дальнего конца отверстия посредством движения станка, а затем вычитает два набора данных в направлениях X и Y соответственно, чтобы получить значения отклонения в Направления X и Y, и это компенсируется, и 12 отверстий, наконец, точно рассверливаются.
Как показано на рисунке 4, компенсация в направлении X представляет собой относительные значения, которые позволяют исключить влияние силы тяжести на втягивание циферблатного индикатора. В то же время, поскольку измерение осуществляется тем же циферблатным индикатором, можно также исключить влияние погрешности измерительного инструмента. После чистового растачивания еще раз проверьте данные положения по трем координатам. На основе описанного выше метода был проведен второй тест позиционной обработки. Статус обработки показан на рисунке 5.
картина
Рис. 4. Диаграмма компенсации координат.
картина
а) Состояние 1 б) Состояние 2
Рисунок 5. Статус обработки
1) Результаты трехкоординатного обнаружения. Максимальный уровень положения составляет 0.0501 мм (см. Таблицу 3).
Таблица 3: Второе изображение данных трехкоординатного обнаружения
2) Сортировка данных. Данные преобразования второго трехкоординатного обнаружения показаны в таблице 4.
Таблица 4. Данные преобразования второго трехкоординатного обнаружения [Единица измерения: (градус)] Изображение
3) Анализ данных. Основными направлениями смещения отверстия являются отрицательное направление X и положительное направление Y, а делительная окружность имеет хорошую округлость. На основе этого метода обработки степень позиционирования была в определенной степени улучшена.
(3) Второй метод улучшения На основе описанного выше метода был проведен третий тест позиционной обработки, и метод подачи был изменен на подачу со стола.
1) Результаты трехкоординатного обнаружения. Максимальное значение положения составляет 0.0269 мм, а округлость шага 12 отверстий составляет 0,0106 мм (см. Таблицу 5).
Таблица 5: Третье изображение данных трехкоординатного обнаружения
2) Сортировка данных. Данные преобразования третьего трехкоординатного обнаружения показаны в таблице 6.
Таблица 6: Данные преобразования третьего трехкоординатного обнаружения [Единица измерения: (градус)] Изображение
3) Анализ данных. Округлость отверстия лучше. Этот метод обработки значительно улучшает положение отверстия под рулевую тягу.
2.2 Исследования по обработке сложных отверстий
Рабочие колеса четвертой ступени турбины изготовлены из материала 21501-5 (заводского сорта), который имеет высокое содержание Cr и Ni, плохую производительность резки материала, а соотношение длины и диаметра отверстия под тягу превышает 5 раз. диаметр, что затрудняет расточную обработку.
Это испытание основано на испытательном образце рабочего колеса из однородного материала, а в качестве оборудования используется тот же расточно-фрезерный станок.
1) Модульная расточная оправка Walter. При использовании обычных расточных инструментов для обработки отверстий с большим удлинением характер вибрации поверхности очевиден и обработка не идеальна. Параметры резания приведены в Таблице 7.
Таблица 7 Параметры резки 1
картина
2) Выберите расточную оправку с антивибрационной амортизацией. Параметры резания приведены в Таблице 8. Пластины Kyocera быстро изнашиваются в процессе эксплуатации, поэтому для обработки таких глубоких отверстий мы используем комбинацию антивибрационного расточного инструмента + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (или Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125). Сравнение качества обработки хорошее. Сравнение качества поверхности показано на рисунках 6 и 7.
Таблица 8 Параметры резки 2
картина
картина
Рисунок 6. Плохое качество поверхности.
картина
Рисунок 7: Улучшение качества поверхности
#03
картина
Применение технологии высокоточной обработки отверстий под рулевые тяги на рабочем колесе турбины
картина
3.1 Схема зажима
Рабочее колесо выполнено с использованием угловой железной монтажной пластины и закреплено вертикально. Перед зажимом убедитесь, что вертикальная поверхность уголка перпендикулярна оси Z станка. Рассчитайте и определите положение блока колодок, исходя из высоты V-образного блока и габаритных размеров рабочего колеса. Все позиции, соприкасающиеся с заготовкой, защищены омедненным железом (см. рисунок 8).
картина
Рисунок 8. Способ крепления крыльчатки турбины.
После зажима выровняйте положение нажимной пластины рабочего колеса в 4 точках на левой и правой сторонах торцевой поверхности с погрешностью менее или равной 0,01 мм.
3.2 Маршрут обработки
Маршрут обработки отверстия под рулевую тягу рабочего колеса турбины: сверление нижнего отверстия → черновая расточка → чистовая расточка. Во-первых, для завершения обработки и получистовой обработки отверстий под рулевые тяги используются традиционные методы центровки. Во-вторых, используйте рычажный индикатор, а также оси X и Y станка для измерения данных длины A, B, C и D соответственно (см. Рисунок 9). С помощью микрометра внутреннего диаметра измерьте диаметры двух отверстий D1 (диаметр 42,3 мм) и D2 (диаметр 42,3 мм). 4 мм).
картина
Рисунок 9. Данные компенсации координат.
Смещение оси X составляет [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2, а смещение оси Y равно [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Данные на рисунке 9 — это данные, измеренные во время фактической обработки. /2= 0.025 (мм), то есть нулевое положение станка по оси X корректируется на 0.025 мм в положительном направлении. Ось Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300,05 (мм), 321,33 ‒ (42,3/2)=300,18 (мм), смещение оси Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}.065 (мм), то есть станок Y. Нулевое положение оси регулируется на 0,065 мм в отрицательном направлении.
Наконец, в результате приведенного выше расчета делается вывод, что центр окружности заготовки X корректируется на {{0}},025 мм в положительном направлении и Y в отрицательном направлении на 0,065 мм. Провести чистовую обработку 12 отверстий с полученным новым центром окружности.
3.3 Эффекты применения
Для рабочего колеса с отверстиями под стяжку, обработанными в ходе этого процесса, после самоцентрирующейся сетки торцевых зубьев отверстия под стяжку соседних двухступенчатых рабочих колес имеют высокую соосность, стяжные тяги могут быть свободно вставлены, и газовая турбина Ротор успешно собран.
#04
картина
Заключение
картина
Исследования по технологии высокоточной обработки отверстий под рулевые тяги рабочих колес газовых турбин обеспечивают гарантию сборки ротора газовой турбины. В то же время этот процесс может широко использоваться при обработке различных типов отверстий осевого массива, что позволяет эффективно улучшить качество обработки деталей и повысить точность сборки изделий.
