Контроль якості лопаток турбін у процесі виробництва, Стаття у журналі «Молодий ученый»

Бібліографічний опис:

У статті розглядається проблема контролю параметрів лопаток турбін у процесі виготовлення. Для контролю профілю пера лопаток запропоновано контрольний пристрій з використанням профільних шаблонів і калібрів, що забезпечує задану точність і продуктивність.

Ключові слова: лопатки турбін, технологічний процес, контроль лопаток, контрольний пристрій.

Розвиток газової промисловості та електроенергетики вимагає застосування виробів все більш складної форми з одночасним посиленням вимог до точності їх виготовлення. При виробництві необхідних складальних одиниць підприємства машинобудівного комплексу використовують досвід, засоби виробництва, методи виготовлення та контролю, а також враховують перспективи появи нових матеріалів, розвитку методів обробки та техніки, освоюють нові технології із застосуванням сучасного обладнання, щоб мати можливість здійснювати постачання конкурентоспроможної продукції.

Одне з підприємств Уральського регіону ВАТ "Уралтурбо" спеціалізується на виробництві запасних частин для підприємств газової та енергетичної промисловості. Наразі освоєно серійне виробництво лопаток газових турбін, для чого було введено необхідне обладнання, що забезпечує гнучку технологію виробництва. Ресурсні характеристики двигунів визначаються надійністю виготовлення лопаток, які є навантаженими деталями. Тому одним з найважливіших завдань виробництва парових та газових турбін є підвищення надійності та точності, а також зниження трудомісткості виготовлення та контролю деталей та вузлів, що входять до турбін. Значною мірою цевідноситься до виробництва лопаток, частка яких у кількості деталей турбіни становить приблизно 50%.

Розрізняють робочі, спрямовуючі та поворотні лопатки. Крім того, у компресорах можуть бути напрямні лопатки, а також вхідні напрямні лопатки, а в турбінах – соплові лопатки та охолоджувані. Робочі лопатки є основними деталями газових та парових турбін як лопаткові двигуни і призначені для зміни параметрів газу в турбіні. Температура газу у турбіні становить 800–1200 °С, у компресорі – 300–600 °С. Багаторазова зміна режимів роботи двигуна, що полягає у швидкому нагріванні в момент пуску та швидкому охолодженні при зупинці двигуна, зумовлює циклічну зміну термічної напруги [1].

Лопатки перших ступенів турбіни піддаються впливу відцентрової сили, сильного впливу робочого середовища, що зумовлює вібрацію лопаток з можливим виникненням резонансних коливань. В останніх щаблях відбувається роз'їдання вхідних кромок лопаток турбін частинками води, що знаходяться у вологій парі. Дані умови вимагають відповідального підходу до питань конструювання та проектування лопаток, вибору матеріалів для їх виготовлення, а також ретельної організації їх виробництва. Конструкція лопаток досить жорстка і складається з профільної частини та хвоста. Особливістю є наявність пера гвинтоподібної форми. Найбільш ретельно слід виконувати всі утворюючі форми лопаток розміри і дотримуватись встановлених для їх виготовлення технічних вимог. Відхилення від креслень та технічних умов можуть спричинити додаткову напругу в лопатках, що, у свою чергу, може призвести до поломки турбін.

Основні проблеми, що виникають при виготовленні лопаток, пов'язані з низькою точністю тапродуктивністю механічної обробки, висока вартість, підвищене зношування різальних інструментів, необхідність полірування пера лопаток. Для вирішення даних завдань на підприємстві ВАТ «Уралтурбо» вводиться в дію нове обладнання – металообробні верстати з ЧПУ, удосконалюється технологія виготовлення та контролю та ін. що зумовлено підвищенням вимог до їх виготовлення та контролю.

Враховуючи, що основною метою діяльності підприємства відповідно до ДСТУ ISO 9000–2015 є своєчасне задоволення потреб замовників, важливим стає як контроль параметрів лопаток турбін, так і контроль технологічного процесу. У зв'язку з цим виникла необхідність удосконалювати технологію контролю робочої лопатки, впровадження якої дозволить випускати продукцію, яка задовольнятиме запити замовника та спроектувати спеціальні засоби контролю, що забезпечують високу продуктивність та необхідну точність контролю лопатки.

Заготівлю для робочої лопатки отримують методом штампування на гарячештампувальному пресі. Механічна обробка заготовки передбачена на фрезерних верстатах із числовим програмним керуванням корпорації OKUMA. Технологічний процес контролю робочої лопатки є невід'ємною частиною технологічного процесу виготовлення деталі та містить операції вхідного, операційного та приймального контролю. Під технічним контролем розуміють перевірку відповідності об'єкта встановленим технічним вимогам.

Оскільки лопатка є виріб зі складним криволінійним профілем і геометричною формою (рис. 1), тонеобхідність вимірювання та контролю геометрії лопаток постає перед виробником цієї деталі дуже гостро. У процесі виробництва контролю підлягає велика кількість геометричних параметрів лопаток, які визначаються вимогами конструкторської та технологічної документації, технічних умов, затвердженими зразками та умовами постачання. Профіль лопатки вимірюють в декількох перерізах: на пере лопатки по всіх елементах профілю спинки, корита, вхідний і вихідний кромок. Якщо лопатка має бандажну полицю, її профіль також вимірюють. Також слід вимірювати профіль кінцевої та кореневої частини пера. Окремим самостійним завданням є контроль профілю хвостовика лопатки.

Для контролю найбільш відповідальних розмірів, вимірювання шаблонів та зразкових деталей застосовуються універсальні координатно-вимірювальні машини, які встановлені у спеціальних приміщеннях. Однак їх застосування не дозволяє повністю розв'язати задачі, пов'язані з контролем геометричних параметрів лопаток. Це пов'язано з тим, що підприємство обмежене невеликою кількістю таких машин через високу вартість, складність їх обслуговування та експлуатації, низьку продуктивність, а також складність базування лопатки. Так, для вимірювання однієї лопатки необхідно витратити близько години за наявності відповідного висококваліфікованого персоналу.

Мал. 1 – Лопатка турбіни

Для підвищення продуктивності контролю, зниження трудомісткості та вартості контролю профілю пера лопатки було спроектовано контрольний пристрій (рис. 2). Пристосування складається з плити, на яку встановлюються штифти через певну відстань для встановлення шаблонів, в яку колодки встановлюється лопатка і підтискається гвинтом, стійки центрової для підтискання лопатки вторець гвинтом. Затискні пристрої сприяють підвищенню надійності установки деталі на пристрої, не викликаючи при цьому збільшення трудомісткості користування контрольним пристроєм. Вони повинні закріплювати деталь, не викликаючи при цьому її зміщення та деформацій, і забезпечувати надійність установки деталі, що перевіряється щодо вимірювального пристрою. Необхідною вимогою до затискних пристроїв є швидкість керування затискачем, що зменшує допоміжний час контрольної операції.

Мал. 2. Пристрій для контролю пера лопатки

Для контролю лопатки за допомогою даного пристрою з високою продуктивністю були передбачені спеціальні засоби контролю – профільні шаблони та калібр-пробки. Профільні шаблони спроектовані для кожного перерізу профілю пера лопатки за допомогою 3D-моделювання у спеціальній системі автоматизованого проектування NX, яка широко використовується у машинобудуванні. Усього 16 шаблонів.

Контроль лопатки здійснюється так:

1. Встановити лопатку в колодку пристрою до упору вихідною кромкою вгору. Підтиснути лопатку в торець хвоста притискним гвинтом, потім підтиснути центром.

2. Перевірити положення вхідної кромки калібр-пробкою по копіру. При цьому прохідна частина калібр-пробки має проходити, а не прохідна не повинна.

3. Встановити профільний шаблон у паз пристрою відповідно до перерізів по кресленню.

4. Перевірити прозорі зазори робочої частини за допомогою щупа. Допускається зазор трохи більше 0,1 мм.

5. Перевірити зазори по зачепі. Зазор не допускається.

6. Повторити пункти 3–5 для всіх перерізів внутрішнього та зовнішнього профілів.

Мал. 3. Схема контролю профілю пера лопатки

Незважаючи на те щоУ процесі виробництва лопаток турбін застосовуються технологічні рішення, створені задля автоматизацію цього процесу, технологічний цикл перестав бути повністю автоматизованим і закінченим, оскільки операції контролю геометричних параметрів лопаток виконуються переважно вручну.

На підприємстві ВАТ «Уралтурбо» розроблений контрольно-вимірювальний пристрій з використанням профільних шаблонів набув широкого поширення завдяки простоті в експлуатації. Використання комплекту шаблонів для контролю профілю лопатки шляхом поєднання робочої поверхні шаблону з поверхнею лопатки дозволяє виявити в кожному контрольованому перерізі наявність відхилення дійсної форми профілю лопатки від заданої форми, що допускається. Послідовний контроль форми та положення профілю лопатки в заданих перерізах дозволяє забезпечити перевірку будь-якого перерізу лопатки із заданою точністю та отримати загальне уявлення про відповідність виготовленої лопатки допущеним вимогам.

Дьомін Ф. І. Технологія виготовлення основних деталей газотурбінних двигунів [Електронний ресурс]: підручник / Ф. І. Дьомін, Н. Д. Проничов, І. Л. Шитарьов; за заг. ред. Ф. І. Дьоміна. 2-ге вид. Самара: Вид-во СДАУ, 2012. 1 ел. опт. диск (CD-ROM).