Назначение и характеристика изделия — лопатка турбины высокого давления. Конструктивно-технологический анализ.

Основной раздел.

Назначение и характеристика изделия — лопатка турбины высокого давления. Конструктивно-технологический анализ.

Лопатка – это деталь лопаточных машин, предназначенная для изменения параметров жидкости или газа.

Направляющие и рабочие лопатки по своему служебному назначению являются основными деталями паровых и газовых турбин как лопаточных двигателей. В совокупности они образуют проточную часть турбины, в которой происходит преобразование тепловой энергии рабочей среды (пара, газа) в механическую работу вращающегося ротора. Совокупность направляющих и рабочих лопаток называют лопаточным аппаратом турбины.

Газовые турбины применяются во многих областях для приведения в действие генераторов или рабочих машин. При этом внутренняя энергия топлива используется для создания вращательного движения вала турбины. Для этого топливо сжигается в нескольких горелках, причем сжатый воздух подается воздушным компрессором. В результате сжигания топлива создается находящаяся под высоким давлением рабочая среда с высокой температурой. Эта рабочая среда направляется в последующий турбинный блок, где она расширяется, совершая работу.

Лопатки турбин работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются сильному воздействию центробежной силы, изгибающему и пульсирующему воздействию рабочей среды, вызывающему вибрации лопаток, в которых легко могут быть возбуждены резонансные колебания. Все это происходит в первых ступенях турбины при высоких температурах рабочей среды, воздействующей на лопатки как химически, так и механически; в последних ступенях имеет место разъедание (эрозия) входных кромок лопаток частицами воды, содержащейся во влажном паре.

Как правило, направляющая лопатка имеет также называемую хвостовиком лопатки полку, которая для фиксации соответствующей направляющей лопатки расположена на внутреннем корпусе турбины в виде стенового элемента и которая формирует внешнюю границу канала горячего газа для проходящей через турбину рабочей среды. Перо лопатки представляет собой лопасть переменного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориентированную в пространстве по отношению к замку. Точность изготовления пера находится в пределах 0,05¸0,15 мм. Замковую часть, при помощи которой лопатки крепятся к дискам, изготовляют с точностью 0,01¾0,02 мм.

Для эффективного направления потока рабочей среды, в направлении примыкающего к ряду направляющих лопаток ряда рабочих лопаток принадлежащая ряду направляющих лопаток направляющая лопатка обычно имеет изогнутый, крыловидный профиль поперечного сечения, так что при удерживаемых максимально незначительными потерях на трение на соответствующей направляющей лопатке устанавливается предусмотренное направление потока и таким образом ряд направляющих лопаток или, соответственно, согласованная с ним ступень турбины имеет максимально высокий коэффициент полезного действия. Для этого передняя кромка направляющей лопатки имеет круглое поперечное сечение, которое сужается в остро сходящуюся заднюю кромку направляющей лопатки. Рабочая лопатка выполнена аналогично, причем, как правило, специфические параметры, как например, максимальная толщина профиля, радиус кривизны на передней кромке и тому подобное, согласованы с соответствующей целью применения, т.е. оптимизированы для особенно эффективной импульсной передачи рабочей среды на соответствующую рабочую лопатку.[17]

Рабочая лопатка турбины высокого давления расположена на листе №1 графической части работы.

Подготовительные операции.

2.1 Подготовка деталей перед наплавкой[15].

Импульсная лазерная наплавка в среде защитных газов с использованием присадочного материала в виде проволоки выполняется с обязательной подготовкой зон дефектов и присадочной проволоки под наплавку.

Подготовка зон дефектов под импульсную лазерную наплавку включает в себя следующие подготовительные технологические операции:

- механическую обработку места дефекта под наплавку;

- обезжиривание места дефекта;

- рафинирование поверхности места дефекта импульсным лазерным излучением.

Подготовка поверхности дефекта включает в себя механическую обработку (разделку) места дефекта, пневмоструйную обработку, обезжиривание и рафинирование поверхности места импульсным лазерным излучением в среде защитных газов.

Технологию разделки поверхности дефекта выбирают с учетом особенностей конкретных дефектов.

Разделку дефектов выполняют механообработкой путем удаления из зоны дефекта (выборка, разделка) повреждённого слоя металла до здоровой основы.

Поврежденный металл удаляется механическим способом – вышлифовкой, фрезерованием борфрезой или слесарной обработкой.

Обезжиривание механически обработанной поверхности зоны дефекта производить с использованием:

- бензином-растворителем БР-1 «Галоша» ГОСТ 443-76 или бензином авиационным Б-70 по ТУ 38-101913-82;

- техническим ацетоном марки А (ГОСТ 2767-84) или ЧДА (ГОСТ 2603-79);

- этиловым спиртом ГОСТ 18300-87, хранящимися в непроливающихся закрытых емкостях в количестве, необходимом для работы в течение смены.

Для обезжиривания поверхности используются хлопчатобумажные салфетки и бязь по ГОСТ 29298-92.

Операции обезжиривания проводить в хлопчатобумажных перчатках светлых тонов по ГОСТ 5007-87.

Подготовленные к наплавке детали или инструмент должны храниться в таре, предохраняющей их от попадания пыли, влаги и других загрязнений, при больших геометрических размерах пресс-форм необходимо обеспечивать их локальную защиту, руководствуясь ГОСТ В 9.003-80.

Контроль над отсутствием загрязнений поверхности зоны дефекта проводить протиркой белой х/б салфеткой смоченной спиртом или ацетоном. На поверхности салфетки после протирки не должно быть следов загрязнений.

После обезжиривания, непосредственно перед наплавкой, поверхность выборки места дефекта подвергается обработке расфокусированным лазерным излучением с минимальным оплавлением поверхностного слоя, в среде защитных газов для очистки поверхности от органических и неорганических загрязнений, а также рафинирования поверхностного слоя от вредных примесей – серы, фосфора и удаление микроскопической металлической пыли, аэрозолей.

Под рафинированием поверхностного слоя понимается переплав поверхностного слоя на глубину несколько десятков микрон с целью минимизации неметаллических включений на поверхности и поверхностном слое.

Усиление (превышение) наплавленного слоя по отношению к заданным геометрическим размерам детали удаляется с помощью механической обработки.

Качество поверхности наплавленного слоя проверяется и принимается после механической обработки контролером ОТК.

При отработке технологии импульсной лазерной наплавки необходимо предусмотреть также изготовление технологических образцов-свидетелей, предназначенных для подтверждения выбора режима импульсной лазерной наплавки.

Технологические образцы-свидетели должны изготовляться из стали одноименной с восстанавливаемой деталью и с аналогичной термической обработкой. Количество образцов в комплекте для каждой конкретной детали устанавливается главным инженером или главным сварщиком (главным металлургом) в соответствии с действующими на предприятии технологиями ремонта.

2.2 Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке.

Со склада лопатка помещается на участок очистки. Очищаются с помощью вращающейся проволочной щетки из нержавеющей стали 12Х18Н9. Далее лопатки отправляют на дефектовочный участок осматриваются на наличие дефектов. Поврежденный места помечаются маркером. На слесарном участке произвести разделку дефектов, находящихся в пределах допуска, выходящие за пределы – забраковать. Удалить все имеющиеся трещины. Очистить места дефектов от жировых загрязнений путем окунания в бензин БР-1 «Галоша». После очистки промыть детали в проточной воде. Далее они покрываются консервационной смазкой, упаковываются и доставляются на склад участка лазерной наплавки.

 

 

Таблица 2.1 – Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке

Участок	Операция	Наименование, содержание	Оборудование, материалы
Участок мех. обработки		Очистка лопатки от загрязнений	Вращающаяся проволочная щетка
Дефектовочный участок		Дефектация. Определение величины и мест износа	Маркер. Линейка, штангенциркуль ШЦ I-125-0,1 ГОСТ 166-89
Слесарный участок		Разделка дефектов. Удаление трещин	Пневмошарошка, пневмошабер
Участок очистки		Обезжиривание мест дефектов	Бензин БР-1 «Галоша»
Участок очистки		Покрытие консервационной смазкой

 

Технология наплавки.

Технологический раздел.

Заключение

Выполнение данного курсового проекта позволило закрепить теоретические знания, полученные при изучении дисциплины «Производство сварных конструкций»

В ходе выполнения данного курсового проекта был разработан технологический процесс наплавки изделия “Лопатка ТВД”. Для этого был проанализирован традиционный заводской технологический процесс и произведена замена существующего способа ручной дуговой наплавки на импульсную лазерную наплавку порошковой проволокой. Подобрано необходимое оборудование. Выполнен расчет режимов импульсной лазерной наплавки. Произведены необходимые расчеты для определения площади производственных помещений и разработана планировка цеха. Также выбраны необходимые способы контроля качества и методы исправления дефектов.

 

 

 

Основной раздел.

Назначение и характеристика изделия — лопатка турбины высокого давления. Конструктивно-технологический анализ.

Лопатка – это деталь лопаточных машин, предназначенная для изменения параметров жидкости или газа.

Направляющие и рабочие лопатки по своему служебному назначению являются основными деталями паровых и газовых турбин как лопаточных двигателей. В совокупности они образуют проточную часть турбины, в которой происходит преобразование тепловой энергии рабочей среды (пара, газа) в механическую работу вращающегося ротора. Совокупность направляющих и рабочих лопаток называют лопаточным аппаратом турбины.

Газовые турбины применяются во многих областях для приведения в действие генераторов или рабочих машин. При этом внутренняя энергия топлива используется для создания вращательного движения вала турбины. Для этого топливо сжигается в нескольких горелках, причем сжатый воздух подается воздушным компрессором. В результате сжигания топлива создается находящаяся под высоким давлением рабочая среда с высокой температурой. Эта рабочая среда направляется в последующий турбинный блок, где она расширяется, совершая работу.

Лопатки турбин работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются сильному воздействию центробежной силы, изгибающему и пульсирующему воздействию рабочей среды, вызывающему вибрации лопаток, в которых легко могут быть возбуждены резонансные колебания. Все это происходит в первых ступенях турбины при высоких температурах рабочей среды, воздействующей на лопатки как химически, так и механически; в последних ступенях имеет место разъедание (эрозия) входных кромок лопаток частицами воды, содержащейся во влажном паре.

Как правило, направляющая лопатка имеет также называемую хвостовиком лопатки полку, которая для фиксации соответствующей направляющей лопатки расположена на внутреннем корпусе турбины в виде стенового элемента и которая формирует внешнюю границу канала горячего газа для проходящей через турбину рабочей среды. Перо лопатки представляет собой лопасть переменного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориентированную в пространстве по отношению к замку. Точность изготовления пера находится в пределах 0,05¸0,15 мм. Замковую часть, при помощи которой лопатки крепятся к дискам, изготовляют с точностью 0,01¾0,02 мм.

Для эффективного направления потока рабочей среды, в направлении примыкающего к ряду направляющих лопаток ряда рабочих лопаток принадлежащая ряду направляющих лопаток направляющая лопатка обычно имеет изогнутый, крыловидный профиль поперечного сечения, так что при удерживаемых максимально незначительными потерях на трение на соответствующей направляющей лопатке устанавливается предусмотренное направление потока и таким образом ряд направляющих лопаток или, соответственно, согласованная с ним ступень турбины имеет максимально высокий коэффициент полезного действия. Для этого передняя кромка направляющей лопатки имеет круглое поперечное сечение, которое сужается в остро сходящуюся заднюю кромку направляющей лопатки. Рабочая лопатка выполнена аналогично, причем, как правило, специфические параметры, как например, максимальная толщина профиля, радиус кривизны на передней кромке и тому подобное, согласованы с соответствующей целью применения, т.е. оптимизированы для особенно эффективной импульсной передачи рабочей среды на соответствующую рабочую лопатку.[17]

Рабочая лопатка турбины высокого давления расположена на листе №1 графической части работы.