Při vývoji kotoučů plynových turbín jsou otvory pro spojovací tyče klíčovým prvkem pro připojení sousedních oběžných kol a jejich přesnost polohy přímo ovlivňuje kvalitu montáže rotoru plynové turbíny. Je zkoumána technologie zpracování otvorů pro spojovací tyče v discích kol plynové turbíny a očekává se, že díky vysoce přesnému polohování a obtížnému vrtání poskytne technickou referenci pro zpracování otvorů pro spojovací tyče v discích kol plynových turbín.
#01
Oběžné kolo turbíny jako hlavní součást plynové turbíny má složitou konstrukci a vyžaduje vysokou přesnost zpracování. Jeho vývoj procesů a výroba hotových produktů jsou klíčové. Mezi nimi otvor pro spojovací tyč slouží jako spojovací struktura mezi sousedními oběžnými koly a jeho důležitost je zřejmá [1-3].
Jak je znázorněno na obrázku 1, oběžné kolo turbíny je spojeno mezistupňovým obloukovým koncovým ozubením a je sestaveno do rotoru vložením spojovacích tyčí skrz 12 obvodově rozmístěných otvorů spojovacích tyčí na povrchu disku. Protože koncové zuby oblouku mají samostředící funkci, nelze po záběru sousedních dvoustupňových oběžných kol upravit polohu otvoru pro spojovací tyč. Na polohu otvoru pro táhlo jsou proto kladeny extrémně vysoké požadavky.
obrázek
Obrázek 1 Schéma zapojení systému hřídele turbíny
Průměr otvoru pro spojovací tyč je 42 mm, který se obecně zpracovává vrtáním a vyvrtáváním. Jeho maximální poměr stran přesahuje 5násobek průměru a hodnota drsnosti povrchu vyžaduje Ra=1.6μm, což představuje velkou výzvu pro proces vyvrtávání.
S ohledem na výše uvedené požadavky na vysokou obtížnost zpracování se zaměřujeme především na dva aspekty: vysoce přesné polohování a velmi obtížné vyvrtávání.
2.1 Technologie zpracování polohy otvoru spojovací tyče
Požadavky na výkresy pro otvory pro spojovací tyče jsou: φ42,58 mm, poloha φ0,12 mm a válcovitost 0.012 mm. Aby byla zajištěna hladká montáž, byly požadavky na proces zvýšeny na: φ42,58 mm, umístění φ 0,05 mm a válcovitost 0,012 mm. Proto je vyžadováno ověření procesním testem. Tento test simuluje opracování otvorů pro spojovací tyče oběžného kola a struktura vzorku je znázorněna na obrázku 2. Použije se vyvrtávací a frézovací stroj, metoda upínání je úhelníková ocelová upínací deska a vzorek je upnut svisle.
obrázek
Obrázek 2: Zkušební vzorek otvoru pro spojovací tyč
(1) Tradiční metodou zpracování axiálně rozdělených otvorů je „otočit střed“ pákového číselníku, najít polohu 4 hodin vlevo a vpravo od oblohy a země, určit střed kruhu, použít vrták T pro vyvrtání spodního otvoru podle roztečné kružnice φ420 mm a přesné vyvrtání otvoru pro spojovací tyč .
1) Výsledky detekce tří souřadnic. Maximální hodnota polohy je 0.0756 mm a zaoblení vnějšího kruhu D600 mm je 0,0056 mm (viz Tabulka 1).
Tabulka 1: První třísouřadnicový detekční datový obrázek
2) Třídění dat. Jak je znázorněno na obrázku 3, poloha otvoru je celkově posunuta do kladného směru Y.
obrázek
Obrázek 3: Diagram dat detekce se třemi souřadnicemi
3) Analýza dat. Vezmeme-li jako příklad polohu I na obrázku 3, odchylka ve směru X je malá a posun je přibližně 0.01 mm; odchylka ve směru Y je velká a posun je asi 0,035 mm. Směr Y je hlavním faktorem ovlivňujícím odchylku polohy. Pokud se vyloučí ofset ve směru Y 0,03 mm, situace polohování se výrazně zlepší a celkový obrys měřených bodů je lepší, což ukazuje, že přesnost opakovaného polohování samotného obráběcího stroje je lepší. Úhlová data po převodu třísouřadnicových detekčních dat jsou uvedena v tabulce 2. Lze jasně zjistit, že hlavní offset je ve směru Y.
Tabulka 2: První převodní data detekce tří souřadnic [Jednotka: ( stupeň )] Obrázek
4) Analýza možné příčiny. Metoda zarovnání ve směru X je: pákový úchylkoměr se dotýká dvou bodů na vnějším kruhu vzorku ve směru doleva a doprava, aby se určil vodorovný směr; metoda zarovnání ve směru Y je: pákový číselník se dotýká dvou bodů na vnějším kruhu vzorku ve směru nahoru a dolů, aby se určil vertikální směr. směru k určení středové polohy vzorku. Zde, když se úchylkoměr ve směru Y dotkne dvou bodů horního a spodního vnějšího kruhu, může se vlivem gravitace dotykového hrotu úchylkoměru zpozdit nebo zatáhnout, což má za následek odchylku mezi skutečnou polohou a zobrazenou polohou. Po dokončení zpracování díry to může být hlavním faktorem způsobujícím odchylku ve směru Y. Přesnost úchylkoměru je navíc 0,01 mm a jeho chyba ovlivní i odchylku směru Y, což je sekundární ovlivňující faktor s malým dopadem. Směr X je v horizontálním směru a nedochází k žádné odchylce relativní polohy způsobené gravitací. Ovlivňujícím faktorem je chyba přesnosti samotného úchylkoměru, který má menší dopad a lepší výkon.
(2) Metoda vylepšení: Pomocí výše uvedeného pákového úchylkoměru "otočte střed" a najděte střed a zpočátku vyvrtejte dva otvory v symetrických pozicích. Číselník měří velikost od vnějšího kruhového bodu v každém směru k nejvzdálenějšímu konci otvoru pohybem obráběcího stroje a poté odečte dvě sady dat ve směru X a Y, aby získal hodnoty odchylky v směr X a Y a je kompenzován a 12 otvorů je nakonec přesně vyvrtáno.
Jak je znázorněno na obrázku 4, kompenzace směru X je Data naměřená touto metodou jsou relativní hodnoty, které mohou eliminovat vliv gravitace na zatažení úchylkoměru. Současně, protože měření je stejný číselník, lze eliminovat vliv chyby přesnosti měřicího nástroje. Po jemném vyvrtání znovu zkontrolujte údaje o poloze pomocí tří souřadnic. Na základě výše uvedené metody byl proveden druhý test polohového zpracování. Stav zpracování je znázorněn na obrázku 5.
obrázek
Obrázek 4: Diagram kompenzace souřadnic
obrázek
a) Stav 1 b) Stav 2
Obrázek 5 Stav zpracování
1) Výsledky detekce tří souřadnic. Maximální stupeň polohy je 0,0501 mm (viz tabulka 3).
Tabulka 3: Druhý obrázek dat detekce se třemi souřadnicemi
2) Třídění dat. Údaje o převodu druhé detekce tří souřadnic jsou uvedeny v tabulce 4.
Tabulka 4: Konverzní data druhé třísouřadnicové detekce [Jednotka: ( stupeň )] Obrázek
3) Analýza dat. Hlavní směry odsazení díry jsou záporný směr X a kladný směr Y a roztečná kružnice má dobré zaoblení. Na základě této metody zpracování se do určité míry zlepšil stupeň polohování.
(3) Druhá metoda vylepšení Na základě výše uvedené metody byl proveden třetí test polohového zpracování a způsob podávání byl změněn na podávání stolu.
1) Výsledky detekce tří souřadnic. Maximální hodnota pozice je 0.0269 mm a kruhovitost 12 otvorů je 0,0106 mm (viz Tabulka 5).
Tabulka 5: Třetí třísouřadnicový detekční datový obrázek
2) Třídění dat. Údaje o převodu třetí třísouřadnicové detekce jsou uvedeny v tabulce 6.
Tabulka 6: Třetí převodní data detekce tří souřadnic [Jednotka: ( stupeň )] Obrázek
3) Analýza dat. Kulatost rozteče otvoru je lepší. Tento způsob zpracování výrazně zlepšuje polohu otvoru pro spojovací tyč.
2.2 Výzkum obtížného zpracování otvorů
Materiál oběžného kola čtvrtého stupně turbíny je 21501-5 (tovární jakost), který má vysoký obsah Cr a Ni, špatný řezný výkon materiálu a poměr délky k průměru otvoru pro spojovací tyč přesahuje 5krát průměr, což ztěžuje nudné zpracování.
Tento test je založen na zkušebním bloku z homogenního materiálu oběžného kola a jako zařízení je použit stejný vyvrtávací a frézovací stroj.
1) Modulární vyvrtávací nástrojová lišta Walter. Při použití konvenčních vyvrtávacích nástrojů pro zpracování otvorů s velkým poměrem stran jsou vzory vibrací povrchu zřejmé a zpracování není ideální. Parametry řezání jsou uvedeny v tabulce 7.
Tabulka 7 Parametry řezání 1
obrázek
2) Vyberte antivibrační vyvrtávací lištu. Řezné parametry jsou uvedeny v tabulce 8. Břitové destičky Kyocera se během používání rychle opotřebovávají, proto pro zpracování takto hlubokých děr používáme kombinaci antivibrační tlumicí vyvrtávací lišty + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (nebo Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125). Srovnání kvality zpracování dobré. Porovnání kvality povrchu je na obrázcích 6 a 7.
Tabulka 8 Parametry řezání 2
obrázek
obrázek
Obrázek 6: Špatná kvalita povrchu
obrázek
Obrázek 7: Lepší kvalita povrchu
#03
obrázek
Aplikace vysoce přesné technologie obrábění otvorů pro spojovací tyče na oběžné kolo turbíny
obrázek
3.1 Upínací plán
Oběžné kolo využívá metodu úhlové montážní desky a je upnuté svisle. Před upnutím se ujistěte, že svislá plocha úhelníku je kolmá k ose Z obráběcího stroje. Vypočítejte a určete polohu bloku podložek na základě výšky bloku ve tvaru V a celkových rozměrů oběžného kola. Všechny polohy v kontaktu s obrobkem jsou chráněny železem plátovaným mědí (viz obrázek 8).
obrázek
Obrázek 8 Způsob upnutí oběžného kola turbíny
Po upnutí vyrovnejte polohu přítlačné desky oběžného kola ve 4 bodech na levé a pravé straně koncového čela s chybou menší nebo rovnou 0,01 mm.
3.2 Cesta zpracování
Postup zpracování otvoru pro táhlo oběžného kola turbíny je vrtání spodního otvoru → hrubé vyvrtávání → jemné vyvrtávání. Nejprve se pro dokončení zpracování a polodokončování otvorů pro spojovací tyče používají tradiční metody vyrovnání. Za druhé použijte úchylkoměr a osu X a osu Y obráběcího stroje k měření délkových dat A, B, C a D (viz obrázek 9). Pomocí mikrometru vnitřního průměru změřte dva průměry otvorů D1 (φ42,3 mm) a D2 (φ42,3 mm). 4 mm).
obrázek
Obrázek 9 Data kompenzace souřadnic
Posun osy X je [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2 a posun osy Y je [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Data na obrázku 9 jsou data naměřená během skutečného zpracování. /2= 0.025 (mm), to znamená, že nulová poloha osy X obráběcího stroje je upravena o 0,025 mm v kladném směru. Osa Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300,05 (mm), 321,33 ‒ (42,3/2)=300,18 (mm), posunutí osy Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}.065 (mm), tj. obráběcí stroj Y Nulová poloha osy je nastavena o 0,065 mm v záporném směru.
Nakonec se na základě výše uvedeného výpočtu dospělo k závěru, že střed X kruhu obrobku je upraven o {{0}},025 mm v kladném směru a Y v záporném směru o 0,065 mm. Proveďte dokončovací obrábění 12 otvorů s novým získaným středem kruhu.
3.3 Účinky aplikace
U oběžného kola s otvory pro spojovací tyče obrobenými tímto procesem, po samostředícím pletivu čelních zubů, mají otvory pro spojovací tyče sousedních dvoustupňových oběžných kol vysokou souosost, spojovací tyče lze volně zasouvat a plynová turbína rotor je úspěšně sestaven.
#04
obrázek
Závěr
obrázek
Výzkum vysoce přesné technologie zpracování otvorů pro ojnice pro oběžná kola plynových turbín poskytuje záruku na montáž rotoru plynové turbíny. Zároveň lze tento proces široce použít při zpracování různých typů otvorů axiálního pole, které mohou účinně zlepšit kvalitu zpracování dílů a zlepšit přesnost montáže výrobků.
