Nello sviluppo dei dischi delle turbine delle turbine a gas, i fori dei tiranti sono una caratteristica fondamentale per il collegamento delle giranti adiacenti e la loro precisione di posizione influisce direttamente sulla qualità dell'assemblaggio del rotore della turbina a gas. Viene esplorata la tecnologia di lavorazione dei fori dei tiranti nei dischi delle ruote delle turbine a gas e, attraverso il posizionamento ad alta precisione e la difficile lavorazione di alesatura, si prevede che fornirà riferimento tecnico per la lavorazione dei fori dei tiranti nei dischi delle ruote delle turbine a gas.
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Essendo il componente principale della turbina a gas, la girante della turbina ha una struttura complessa e richiede un'elevata precisione di lavorazione. Lo sviluppo dei processi e la produzione del prodotto finito sono la chiave. Tra questi, il foro del tirante funge da struttura di collegamento tra le giranti adiacenti e la sua importanza è evidente [1-3].
Come mostrato nella Figura 1, la girante della turbina è collegata mediante ingranamento dei denti all'estremità dell'arco interstadio ed è assemblata in un rotore inserendo tiranti attraverso 12 fori dei tiranti distribuiti circonferenzialmente sulla superficie del disco. Poiché i denti all'estremità dell'arco hanno una funzione autocentrante, la posizione del foro del tirante non può essere regolata dopo l'ingranamento delle giranti a due stadi adiacenti. Per questo motivo vengono imposti requisiti estremamente elevati alla posizione del foro del tirante.
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Figura 1 Schema di collegamento del sistema dell'albero della turbina
Il diametro del foro del tirante è di 42 mm, che viene generalmente lavorato mediante foratura e alesatura. Il suo rapporto d'aspetto massimo supera 5 volte il diametro e il valore di rugosità superficiale richiede Ra=1,6μm, il che rappresenta una grande sfida per il processo di alesatura.
Alla luce dei suddetti requisiti di lavorazione ad alta difficoltà, ci concentriamo principalmente su due aspetti: posizionamento ad alta precisione e alesatura ad alta difficoltà.
2.1 Tecnologia di elaborazione della posizione del foro del tirante
I requisiti di disegno per i fori dei tiranti sono: φ42,58 mm, posizione φ0,12 mm e cilindricità 0,012 mm. Per garantire un assemblaggio regolare, i requisiti del processo vengono aumentati a: φ42,58 mm, posizionamento φ 0,05 mm e cilindricità 0,012 mm. Pertanto è necessaria la verifica del test di processo. Questo test simula la lavorazione dei fori dei tiranti della girante e la struttura del campione è mostrata nella Figura 2. Viene utilizzata una macchina alesatrice e fresatrice, il metodo di bloccaggio è una piastra di bloccaggio in ferro angolare e il campione viene bloccato verticalmente.
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Figura 2: Provino per il foro del tirante
(1) Il tradizionale metodo di elaborazione del foro distribuito assialmente consiste nel "ruotare il centro" dell'indicatore del quadrante a leva, trovare la posizione delle 4 a sinistra e a destra del cielo e della terra, determinare il centro del cerchio, utilizzare un trapano a T per praticare il foro inferiore in base al cerchio primitivo di φ420 mm e forare con precisione il foro del tirante.
1) Risultati del rilevamento a tre coordinate. Il valore di posizione massimo è 0.0756 mm e la rotondità del cerchio esterno D600 mm è 0,0056 mm (vedi Tabella 1).
Tabella 1: La prima immagine dei dati di rilevamento a tre coordinate
2) Ordinamento dei dati. Come mostrato nella Figura 3, la posizione del foro viene spostata complessivamente nella direzione Y positiva.
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Figura 3: diagramma dei dati di rilevamento a tre coordinate
3) Analisi dei dati. Prendendo come esempio la posizione I nella Figura 3, la deviazione della direzione X è piccola e l'offset è di circa 0.01 mm; la deviazione della direzione Y è ampia e l'offset è di circa 0,035 mm. La direzione Y è il principale fattore che influenza la deviazione della posizione. Se si esclude l'offset della direzione Y di 0,03 mm, la situazione di posizionamento sarà notevolmente migliorata e il contorno complessivo dei punti misurati sarà migliore, il che dimostra che la precisione di posizionamento ripetuto della macchina utensile stessa è migliore. I dati angolari dopo la conversione dei dati di rilevamento a tre coordinate sono mostrati nella Tabella 2. Si può chiaramente constatare che l'offset principale è nella direzione Y.
Tabella 2: I primi dati di conversione del rilevamento a tre coordinate [Unità: (gradi)] Immagine
4) Analisi delle possibili cause. Il metodo di allineamento della direzione X è il seguente: il comparatore a leva tocca due punti sul cerchio esterno del campione nelle direzioni sinistra e destra per determinare la direzione orizzontale; il metodo di allineamento della direzione Y è: il comparatore a leva tocca due punti sul cerchio esterno del campione nelle direzioni su e giù per determinare la direzione verticale. direzione per determinare la posizione centrale del campione. In questo caso, quando il comparatore della direzione Y tocca i due punti dei cerchi esterni superiore e inferiore, a causa della gravità dello stilo del comparatore, potrebbe ritardare o ritrarsi, determinando una deviazione tra la posizione effettiva e la posizione visualizzata. Una volta completata l'elaborazione del foro, potrebbe essere il fattore principale che causa la deviazione della direzione Y. Inoltre, la precisione del quadrante è 0.01 mm e il suo errore influenzerà anche la deviazione della direzione Y, che è un fattore d'influenza secondario con un impatto minimo. La direzione X è nella direzione orizzontale e non vi è alcuna deviazione di posizione relativa causata dalla gravità. Il fattore determinante è l'errore di precisione del comparatore stesso, che ha un impatto minore e prestazioni migliori.
(2) Metodo di miglioramento: utilizzare il suddetto comparatore a leva per "girare il centro" per trovare il centro e inizialmente praticare due fori in posizioni simmetriche. Il comparatore misura la dimensione dal punto del cerchio esterno in ciascuna direzione fino all'estremità più lontana del foro attraverso il movimento della macchina utensile, quindi sottrae i due set di dati rispettivamente nelle direzioni X e Y per ottenere i valori di deviazione in le direzioni X e Y, viene compensato e 12 fori vengono finalmente forati con precisione.
Come mostrato nella Figura 4, la compensazione della direzione X è I dati misurati con questo metodo sono valori relativi, che possono eliminare l'influenza della gravità sulla retrazione del comparatore. Allo stesso tempo, poiché la misurazione avviene sullo stesso comparatore, è possibile eliminare anche l'influenza dell'errore di precisione dello strumento di misurazione. Dopo la perforazione di precisione, ricontrollare i dati di posizione utilizzando tre coordinate. Sulla base del metodo di cui sopra, è stato effettuato il secondo test di elaborazione posizionale. Lo stato dell'elaborazione è mostrato nella Figura 5.
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Figura 4: diagramma di compensazione delle coordinate
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a) Stato 1 b) Stato 2
Figura 5 Stato dell'elaborazione
1) Risultati del rilevamento a tre coordinate. Il grado di posizione massimo è 0.0501mm (vedere Tabella 3).
Tabella 3: La seconda immagine dei dati di rilevamento a tre coordinate
2) Ordinamento dei dati. I dati di conversione del secondo rilevamento a tre coordinate sono mostrati nella Tabella 4.
Tabella 4: Dati di conversione del secondo rilevamento a tre coordinate [Unità: (gradi)] Immagine
3) Analisi dei dati. Le principali direzioni di offset del foro sono la direzione X negativa e la direzione Y positiva e il cerchio primitivo ha una buona rotondità. Sulla base di questo metodo di elaborazione, il grado di posizionamento è stato in una certa misura migliorato.
(3) Secondo metodo di miglioramento Sulla base del metodo di cui sopra, è stato effettuato il terzo test di elaborazione posizionale e il metodo di alimentazione è stato modificato in alimentazione da tavolo.
1) Risultati del rilevamento a tre coordinate. Il valore di posizione massimo è 0.0269 mm e la rotondità del passo di 12 fori è 0,0106 mm (vedere Tabella 5).
Tabella 5: La terza immagine dei dati di rilevamento a tre coordinate
2) Ordinamento dei dati. I dati di conversione del terzo rilevamento a tre coordinate sono mostrati nella Tabella 6.
Tabella 6: I terzi dati di conversione del rilevamento a tre coordinate [Unità: (gradi)] Immagine
3) Analisi dei dati. La rotondità del passo del foro è migliore. Questo metodo di lavorazione migliora sensibilmente la posizione del foro tirante.
2.2 Ricerca sulla lavorazione dei fori difficili
Il materiale della girante del quarto stadio della turbina è 21501-5 (grado di fabbrica), che ha un elevato contenuto di Cr e Ni, scarse prestazioni di taglio del materiale e il rapporto lunghezza/diametro del foro del tirante supera 5 volte il diametro, rendendo difficoltose le lavorazioni noiose.
Questo test si basa su un blocco di prova in materiale omogeneo della girante e come attrezzatura viene utilizzata la stessa alesatrice e fresatrice.
1) Barra portautensili modulare Walter. Quando si utilizzano utensili di alesatura convenzionali per lavorare fori con proporzioni ampie, i modelli di vibrazione superficiale sono evidenti e la lavorazione non è ideale. I parametri di taglio sono mostrati nella Tabella 7.
Tabella 7 Parametri di taglio 1
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2) Scegliere una barra portautensili per alesatura antivibrante. I parametri di taglio sono mostrati nella Tabella 8. Gli inserti Kyocera si usurano rapidamente durante l'uso, quindi utilizziamo una combinazione di barra di alesatura antivibrante + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (o Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125) per elaborare fori così profondi. Confronto della qualità di lavorazione buono. Il confronto della qualità della superficie è mostrato nelle Figure 6 e 7.
Tabella 8 Parametri di taglio 2
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Figura 6: Scarsa qualità della superficie
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Figura 7: Migliore qualità della superficie
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Applicazione della tecnologia di lavorazione ad alta precisione dei fori dei tiranti sulla girante della turbina
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3.1 Piano di bloccaggio
La girante adotta il metodo della piastra di montaggio in ferro angolare ed è fissata verticalmente. Prima del bloccaggio, assicurarsi che la superficie verticale dell'angolare sia perpendicolare all'asse Z della macchina utensile. Calcolare e determinare la posizione del blocco pad in base all'altezza del blocco a V e alle dimensioni complessive della girante. Tutte le posizioni a contatto con il pezzo da lavorare sono protette da ferro ramato (vedere Figura 8).
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Figura 8 Metodo di bloccaggio della girante della turbina
Dopo il bloccaggio, allineare la posizione della piastra di pressione della girante in 4 punti sui lati sinistro e destro della faccia terminale, con un errore inferiore o uguale a 0,01 mm.
3.2 Percorso del trattamento
Il percorso di lavorazione del foro del tirante della girante della turbina è la perforazione del foro inferiore → foratura grossolana → foratura fine. Innanzitutto vengono utilizzati metodi di allineamento tradizionali per completare la lavorazione e la semifinitura dei fori dei tiranti. In secondo luogo, utilizzare il comparatore a leva e gli assi X e Y della macchina utensile per misurare rispettivamente i dati di lunghezza di A, B, C e D (vedere Figura 9). Utilizzare il micrometro per diametro interno per misurare i due diametri dei fori D1 (φ42,3 mm) e D2 (φ42,3 mm). 4mm).
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Figura 9 Dati di compensazione delle coordinate
L'offset dell'asse X è [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2 e l'offset dell'asse Y è [(C-D1/2)-(D-D2/2)] /2.
I dati nella Figura 9 sono i dati misurati durante l'elaborazione effettiva. /2= 0.025 (mm), ovvero la posizione zero dell'asse X della macchina utensile viene regolata di 0.025mm nella direzione positiva. Asse Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300,05 (mm), 321,33 ‒ (42,3/2)=300,18 (mm), offset asse Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}.065 (mm), ovvero macchina utensile Y La posizione zero dell'asse viene regolata di 0,065 mm nella direzione negativa.
Infine, attraverso il calcolo di cui sopra, si conclude che il centro X del cerchio del pezzo viene regolato di {{0}},025 mm nella direzione positiva e Y nella direzione negativa di 0,065 mm. Eseguire la lavorazione di finitura di 12 fori con il nuovo centro del cerchio ottenuto.
3.3 Effetti dell'applicazione
Per la girante con fori per tiranti realizzati con questo processo, dopo la maglia autocentrante dei denti frontali, i fori per tiranti delle giranti a due stadi adiacenti hanno un'elevata coassialità, i tiranti possono essere inseriti liberamente e la turbina a gas il rotore è assemblato con successo.
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Conclusione
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La ricerca sulla tecnologia di lavorazione ad alta precisione dei fori dei tiranti per le giranti delle turbine a gas fornisce garanzie per l'assemblaggio del rotore della turbina a gas. Allo stesso tempo, questo processo può essere ampiamente utilizzato nella lavorazione di vari tipi di fori assiali, che possono migliorare efficacemente la qualità di lavorazione delle parti e migliorare la precisione di assemblaggio dei prodotti.
