Технологичность конструкций роторов с верховой посадкой лопаток

Данная статья — ответ на статью инженеров В. В. Кытманова и А. П. Лехтмана «Особенности обработки отверстий в роторах паровой турбины К-1200» (Энергомашиностроение, 1980 г., № 3). Подробное ознакомление с этой работой возникло в связи с подготовкой в серийное производство турбины ТК-450/500, спроектированной по образу и подобию турбины К-1200.
Названная статья весьма полезна, так как подводит итоги первого опыта технологии облопачивания цельнокованых роторов (ЦКР) с верховой посадкой лопаток

Эскиз цельнокованого ротора:
а — габаритные размеры ротора; б - вильчатые профили дисков с шириной обода 104 и 136 мм; в — расположение и размеры отверстий для крепления лопаток (проектные); г — то же (предлагаемые)
(ВПЛ). В статье подробно освещены особенности процесса обработки отверстий и возникавшие при его осуществлении трудности, затронуты вопросы технологичности ЦКР с ВПЛ и возможности ее усовершенствования.
Судя по описанию, процесс обработки весьма сложный, требующий от исполнителей особого искусства. Так, например, сверление и зенкерование отверстий под заклепки (выполняемые к тому же после облопачивания) проводятся за несколько проходов инструментами разной длины, что вызвано малым расстоянием между дисками. Такой метод недопустим для чистового развертывания отверстий под посадку заклепок, осуществляемую методом сборки с групповой взаимозаменяемостью, при котором развертка должна обязательно пройти все отверстие от начала и до конца за один проход, так как допуск зазора при данной посадке составляет всего 0,01 мм.
Применение разверток с кольцевой заточкой (т. е. не имеющих конической режущей части, являющейся одновременно и центрирующей) и укороченными хвостовиками позволило выполнять развертывание отверстий одним инструментом, но при этом несовершенства конструкции ротора и устройства специальной установки для ^горизонтального сверления стали влиять на точность обработки поверхности. Это относится, в первую очередь, к разверткам с кольцевой заточкой
(которые не само-центрируются) без кондуктора (так как его негде разместить). В результате усиливается влияние таких факторов, как биение шпинделя машинки, отклонение от прямолинейности продольного перемещения суппортов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, необходимость частого кантования сверлильной машинки для осмотра качества и смены инструмента и др., приводящие к накоплению отклонений до недопустимых пределов и остающиеся незамеченными вследствие ненадежного визуального и метрологического контроля.
Облопачивание с верховой посадкой для ЦКР применено в отечественном турбиностроении впервые. До этого такой вид облопачивания ЦКР считался допустимым только для первого и последнего дисков и был полностью забракован для промежуточных, так как не мог обеспечить (в силу указанной сложности обработки) высокое качество подготовки отверстий под заклепки, а следовательно, и 100%ную надежность заклепочных соединений, поскольку на ротор набирается от полутора до трех тысяч лопаток.
Опыт ЛМЗ не опроверг существовавшее мнение специалистов, а наоборот подтвердил его, поэтому вряд ли возможно рекомендовать описанный метод обработки отверстий под заклепки в серийное производство без существенной технологической доработки конструкции ЦКР с ВПЛ.
Статья инженеров В. В. Кьггманова и А. П. Лехтма-на создала для этого основание.
Автор провел исследование технологичности облопачивания ЦКР турбины ТК-450/500, спроектированной конструкторами УТМЗ по аналогии с турбиной К-1200 и готовящейся в серийное производство. На рисунке (а, б, в) представлен упрощенный эскиз ротора ТК с точным изображением только элементов облопачивания, относящихся к цели исследования. Ротор имеет две дублированные группы дисков правого и левого потоков одинаковых формы и размеров, поэтому на рисунке а (для его упрощения) показаны полностью только все диски правого потока (7 ... 12 ступени). Из группы дисков левого потока показаны только первый и последний (26 и 31 ступени соответственно).
Диски ступеней 7 и 26, имеющих Т-образные пазы, отработаны на технологичность и при данном исследовании не рассматривались.
За базу для исследования была принята технология облопачивания дисков с верховой посадкой для сборных роторов, хорошо освоенная и проверенная при эксплуатации турбин. Она включает следующие основные операции.
Сверление отверстий под заклепки в дисках и в лопатках предварительно с припуском 1 мм на сторону.
При этом отверстия в дисках располагаются в соответствии с чертежом, а в лопатках — со смещением центров в сторону от оси диска на 0,2 ... 0,4 мм в радиальном направлении.
Наборка лопаток с закреплением их на диске с натягом на вершинах гребней с помощью технологических конических штифтов
Чтобы обеспечить необходимый натяг между лопатками в тангенциальном направлении (в радиальном он создается за счет смещения отверстий в лопатках на первой операции), наборку лопаток ведут пакетами. Сначала устанавливают первую лопатку и стопорят ее коническими штифтами. Затем пригоняют лопатки друг к другу по радиальным плоскостям. Перед установкой последней лопатки все средние (уже насаженные) немного отводят от гребня диска и устанавливают окончательно последнюю лопатку с закреплением ее коническими штифтами. После заклинивания последней лопатки все средние доводят до места ударами молотка по хвосту через медную оправку и закрепляют коническими штифтами. Перед забиванием штифтов проверяют (визуально), чтобы смещение отверстий во всех лопатках против отверстий в дисках было бы только в радиальном направлении. Те отверстия в лопатках, которые имеют смещения и в тангенциальном направлении, должны быть расширены напильниками.
Окончательная обработка отверстий с постановкой заклепок сначала в первом, а затем во втором ряду.
Посадка заклепок осуществляется с высокой степенью точности: благодаря применению метода сборки с групповой взаимозаменяемостью (ГОСТ 14.203—73). Допуск зазора составляет всего 0,01 мм.
Жесткие требования предъявляются к чистоте обработки поверхностей отверстий, которые не должны иметь дефектов в виде задиров, уступов и черновин (проверяются визуально). Размеры отверстий проверяют по заклепкам, устанавливаемым легкими ударами молотка массой не более 300 г. Такого сопряжения добиваются путем сортировки заклепок по размерным группам в пределах разницы в диаметрах до 0,01 мм и подготовки под каждую группу заклепок развертки соответствующего размера. Зенкуют отверстия первого ряда и устанавливают заклепки на место, затем выбивают конические штифты из отверстий второго ряда. Обработку их с установкой заклепок производят в аналогичном порядке. Расклепывание заклепок выполняется с помощью роликовых оправок, но может производиться и обычным способом.
Рассматриваемая конструкция ротора (см. рисунок а, б, в) нетехнологична для серийного производства. Возьмем, например, диски ступеней 8 и 9 (см. рисунок а), в которых требуется просверлить отверстия глубиной 104 мм, а минимальная длина нормального сверла для этого должна быть 206 мм. При таком соотношении длин сверла и расстояния между дисками негде разместить надежный привод, не говоря уже о кондукторе.
Еще хуже обстоит дело с окончательным развертыванием, при котором (как указывалось ранее) развертка должна полностью выйти из отверстия. При этом используются нормальные ручные развертки (ГОСТ 7722—55), имеющие длинную коническую режущую часть с углом <р— 1 ч- 1,5°, обеспечивающим само-центрирование. Однако применение таких разверток для рассматриваемой конструкции ротора возможно только при ручном развертывании отверстий с помощью воротка (как это делается при переоблопачивании роторов на электростанциях). В заводских условиях при серийном производстве следует искать другие решения.