En el desarrollo de discos de turbina de turbina de gas, los orificios de los tirantes son una característica clave para conectar impulsores adyacentes, y la precisión de su posición afecta directamente la calidad del ensamblaje del rotor de la turbina de gas. Se explora la tecnología de procesamiento de los orificios de los tirantes en los discos de las ruedas de las turbinas de gas y, mediante un posicionamiento de alta precisión y un procesamiento de perforación difícil, se espera que proporcione una referencia técnica para el procesamiento de los orificios de los tirantes en los discos de las ruedas de las turbinas de gas.
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Como componente central de la turbina de gas, el impulsor de la turbina tiene una estructura compleja y requiere una alta precisión de procesamiento. Su desarrollo de procesos y fabricación de productos terminados son la clave. Entre ellos, el orificio del tirante sirve como estructura de conexión entre impulsores adyacentes, y su importancia es evidente [1-3].
Como se muestra en la Figura 1, el impulsor de la turbina está conectado mediante un engranaje de dientes del extremo del arco entre etapas y se ensambla en un rotor insertando tirantes a través de 12 orificios para tirantes distribuidos circunferencialmente en la superficie del disco. Debido a que los dientes del extremo del arco tienen una función de autocentrado, la posición del orificio del tirante no se puede ajustar después de que los impulsores de dos etapas adyacentes estén engranados. Por lo tanto, se imponen requisitos extremadamente altos a la posición del orificio del tirante.
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Figura 1 Diagrama de conexión del sistema del eje de la turbina
El diámetro del orificio del tirante es de 42 mm, que generalmente se procesa mediante perforación y perforación. Su relación de aspecto máxima supera 5 veces el diámetro y el valor de rugosidad de la superficie requiere Ra=1.6μm, lo que plantea un gran desafío para el proceso de perforación.
En vista de los requisitos de procesamiento de alta dificultad mencionados anteriormente, nos centramos principalmente en dos aspectos: posicionamiento de alta precisión y mandrinado de alta dificultad.
2.1 Tecnología de procesamiento de la posición del orificio de la barra de acoplamiento
Los requisitos de dibujo para los orificios de los tirantes son: φ42,58 mm, posición φ0.12 mm y cilindricidad 0.012 mm. Para garantizar un montaje sin problemas, los requisitos del proceso aumentan a: φ42,58 mm, posicionamiento φ 0.05 mm y cilindricidad 0,012 mm. Por lo tanto, se requiere la verificación de la prueba del proceso. Esta prueba simula el procesamiento de los orificios de los tirantes del impulsor y la estructura de la muestra se muestra en la Figura 2. Se utiliza una máquina perforadora y fresadora, el método de sujeción es una placa de sujeción de hierro en ángulo y la muestra se sujeta verticalmente.
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Figura 2: Pieza de prueba del orificio de la barra de acoplamiento
(1) El método tradicional de procesamiento de orificios distribuidos axialmente es "girar el centro" del indicador de cuadrante de palanca, encontrar la posición de las 4 en punto de la izquierda y la derecha del cielo y la tierra, determinar el centro del círculo, usar un taladro en T para perforar el orificio inferior de acuerdo con el círculo de paso de φ420 mm y taladrar con precisión el orificio del tirante.
1) Resultados de detección de tres coordenadas. El valor de posición máximo es 0.0756 mm y la redondez del círculo exterior D600 mm es 0,0056 mm (consulte la Tabla 1).
Tabla 1: La primera imagen de datos de detección de tres coordenadas
2) Clasificación de datos. Como se muestra en la Figura 3, la posición del orificio se desplaza en general hacia la dirección Y positiva.
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Figura 3: Diagrama de datos de detección de tres coordenadas
3) Análisis de datos. Tomando la posición I en la Figura 3 como ejemplo, la desviación de la dirección X es pequeña y el desplazamiento es de aproximadamente 0.01 mm; la desviación de la dirección Y es grande y el desplazamiento es de aproximadamente 0.035 mm. La dirección Y es el principal factor que influye en la desviación de posición. Si se excluye el desplazamiento de la dirección Y de 0,03 mm, la situación de posicionamiento mejorará enormemente y el contorno general de los puntos medidos será mejor, lo que demuestra que la precisión de posicionamiento repetido de la propia máquina herramienta es mejor. Los datos del ángulo después de la conversión de los datos de detección de tres coordenadas se muestran en la Tabla 2. Se puede encontrar claramente que el desplazamiento principal está en la dirección Y.
Tabla 2: Los primeros datos de conversión de detección de tres coordenadas [Unidad: (grado)] Imagen
4) Análisis de posibles causas. El método de alineación en la dirección X es: el indicador de cuadrante de palanca toca dos puntos en el círculo exterior de la muestra en las direcciones izquierda y derecha para determinar la dirección horizontal; El método de alineación en la dirección Y es: el indicador de cuadrante de palanca toca dos puntos en el círculo exterior de la muestra en las direcciones hacia arriba y hacia abajo para determinar la dirección vertical. dirección para determinar la posición central de la muestra. Aquí, cuando el indicador de cuadrante en dirección Y toca los dos puntos de los círculos exteriores superior e inferior, debido a la gravedad del lápiz del indicador de cuadrante, puede retrasarse o retraerse, lo que resulta en una desviación entre la posición real y la posición mostrada. Una vez completado el procesamiento del orificio, puede ser el factor principal que causa la desviación de la dirección Y. Además, la precisión del indicador de cuadrante es de 0.01 mm y su error también afectará la desviación de la dirección Y, que es un factor de influencia secundario con un impacto pequeño. La dirección X es horizontal y no hay desviación de posición relativa causada por la gravedad. El factor que influye es el error de precisión del propio reloj comparador, que tiene un impacto menor y un mejor rendimiento.
(2) Método de mejora: utilice el indicador de cuadrante de palanca mencionado anteriormente para "dar la vuelta al centro" para encontrar el centro e inicialmente taladrar dos agujeros en posiciones simétricas. El indicador de cuadrante mide el tamaño desde el punto del círculo exterior en cada dirección hasta el extremo más alejado del orificio mediante el movimiento de la máquina herramienta, y luego resta los dos conjuntos de datos en las direcciones X e Y respectivamente para obtener los valores de desviación en las direcciones X e Y, se compensa y finalmente se perforan con precisión 12 agujeros.
Como se muestra en la Figura 4, la compensación de la dirección X es. Los datos medidos con este método son valores relativos que pueden eliminar la influencia de la gravedad en la retracción del indicador de cuadrante. Al mismo tiempo, debido a que la medición es el mismo indicador de cuadrante, también se puede eliminar la influencia del error de precisión de la herramienta de medición. Después del taladrado fino, vuelva a verificar los datos de posición usando tres coordenadas. Basándose en el método anterior, se llevó a cabo la segunda prueba de procesamiento posicional. El estado de procesamiento se muestra en la Figura 5.
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Figura 4: Diagrama de compensación de coordenadas
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a) Estado 1 b) Estado 2
Figura 5 Estado de procesamiento
1) Resultados de detección de tres coordenadas. El grado de posición máximo es 0.0501 mm (consulte la Tabla 3).
Tabla 3: La segunda imagen de datos de detección de tres coordenadas
2) Clasificación de datos. Los datos de conversión de la segunda detección de tres coordenadas se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4: Datos de conversión de detección de segundas tres coordenadas [Unidad: (grado)] Imagen
3) Análisis de datos. Las principales direcciones de desplazamiento del agujero son la dirección X negativa y la dirección Y positiva, y el círculo primitivo tiene buena redondez. Basado en este método de procesamiento, el grado de posicionamiento se ha mejorado hasta cierto punto.
(3) Segundo método de mejora Con base en el método anterior, se llevó a cabo la tercera prueba de procesamiento posicional y el método de alimentación se cambió a alimentación en mesa.
1) Resultados de detección de tres coordenadas. El valor de posición máximo es 0.0269 mm y la redondez del paso de 12 orificios es 0,0106 mm (consulte la Tabla 5).
Tabla 5: La tercera imagen de datos de detección de tres coordenadas
2) Clasificación de datos. Los datos de conversión de la tercera detección de tres coordenadas se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6: Datos de conversión de detección de tres coordenadas [Unidad: (grado)] Imagen
3) Análisis de datos. La redondez del paso del agujero es mejor. Este método de procesamiento mejora significativamente la posición del orificio del tirante.
2.2 Investigación sobre el procesamiento de agujeros difíciles
El material del impulsor de cuarta etapa de la turbina es 21501-5 (grado de fábrica), que tiene un alto contenido de Cr y Ni, un rendimiento de corte de material deficiente y la relación longitud-diámetro del orificio del tirante supera 5 veces. el diámetro, lo que dificulta el procesamiento aburrido.
Esta prueba se basa en un bloque de prueba de material homogéneo del impulsor, y se utiliza la misma máquina perforadora y fresadora como equipo.
1) Barra de herramientas de mandrinado modular Walter. Cuando se utilizan herramientas de mandrinado convencionales para procesar agujeros con una gran relación de aspecto, los patrones de vibración de la superficie son obvios y el procesamiento no es ideal. Los parámetros de corte se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7 Parámetros de corte 1
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2) Elija una barra de herramientas de perforación con amortiguación antivibraciones. Los parámetros de corte se muestran en la Tabla 8. Las plaquitas Kyocera se desgastan rápidamente durante el uso, por lo que utilizamos una combinación de barra de herramientas de mandrinado con amortiguación antivibraciones + Taguk TCMT 110204 FG CT3000 (o Sandvik Coromant TCGT 110204L-K1125) para procesar agujeros tan profundos. Comparación de calidad de procesamiento buena. La comparación de la calidad de la superficie se muestra en las Figuras 6 y 7.
Tabla 8 Parámetros de corte 2
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Figura 6: Mala calidad de la superficie
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Figura 7: Mejor calidad de la superficie
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Aplicación de tecnología de mecanizado de orificios de tirantes de alta precisión en impulsores de turbinas
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3.1 Plan de sujeción
El impulsor adopta un método de placa de montaje de hierro en ángulo y se sujeta verticalmente. Antes de sujetar, asegúrese de que la superficie vertical del ángulo de hierro sea perpendicular al eje Z de la máquina herramienta. Calcule y determine la posición del bloque de almohadilla según la altura del bloque en forma de V y las dimensiones generales del impulsor. Todas las posiciones en contacto con la pieza de trabajo están protegidas por hierro revestido de cobre (ver Figura 8).
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Figura 8 Método de sujeción del impulsor de la turbina
Después de sujetar, alinee la posición de la placa de presión del impulsor en 4 puntos en los lados izquierdo y derecho de la cara del extremo, con un error menor o igual a 0.01 mm.
3.2 Ruta de procesamiento
La ruta de procesamiento del orificio del tirante del impulsor de la turbina es perforar el orificio inferior → mandrinado en bruto → mandrinado fino. En primer lugar, se utilizan métodos de alineación tradicionales para completar el procesamiento y semiacabado de los orificios de los tirantes. En segundo lugar, utilice el indicador de cuadrante de palanca y los ejes X e Y de la máquina herramienta para medir los datos de longitud de A, B, C y D respectivamente (consulte la Figura 9). Utilice el micrómetro de diámetro interior para medir los dos diámetros de los orificios D1 (φ42,3 mm) y D2 (φ42,3 mm). 4 mm).
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Figura 9 Datos de compensación de coordenadas
El desplazamiento del eje X es [(A-D1/2)-(B-D2/2)]/2 y el desplazamiento del eje Y es [(C-D1/2)-(D-D2/2)] / 2.
Los datos de la Figura 9 son los datos medidos durante el procesamiento real. /2= 0.025 (mm), es decir, la posición cero del eje X de la máquina herramienta se ajusta en 0.025 mm en la dirección positiva. Eje Y: 321,25 ‒ (42,4/2)=300.05 (mm), 321,33 ‒ (42,3/2)=300.18 (mm), desplazamiento del eje Y (300,18 ‒ 300,05) / {{ 24}}.065 (mm), es decir, máquina herramienta Y La posición cero del eje se ajusta 0,065 mm en la dirección negativa.
Finalmente, mediante el cálculo anterior, se concluye que el centro del círculo de la pieza de trabajo X se ajusta en {{0}}.025 mm en la dirección positiva y Y en la dirección negativa en 0,065 mm. Realizar el mecanizado de acabado de 12 agujeros con el nuevo centro del círculo obtenido.
3.3 Efectos de la aplicación
Para el impulsor con orificios para tirantes mecanizados mediante este proceso, después de que los dientes de la cara del extremo se engranan autocentrantes, los orificios para tirantes de los impulsores de dos etapas adyacentes tienen una alta coaxialidad, los tirantes se pueden insertar libremente y la turbina de gas El rotor está ensamblado exitosamente.
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Conclusión
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La investigación sobre la tecnología de procesamiento de orificios de tirantes de alta precisión para impulsores de turbinas de gas proporciona garantía para el ensamblaje del rotor de la turbina de gas. Al mismo tiempo, este proceso puede usarse ampliamente en el procesamiento de varios tipos de orificios de matriz axial, lo que puede mejorar efectivamente la calidad del procesamiento de piezas y mejorar la precisión del ensamblaje de los productos.
