Конструкция, технические условия и материалы лопаток компрессора. Классификация лопаток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 16.21. Технологические  базы для обработки рабочих лопаток  компрессора: а — лопатка с  нормальной жесткостью (предварительно обработана входная кромка); б —  точная штамповка с малой жесткостью пера залита в брикет; I — технологическая база для обработки замка; II — технологическая база для обработки *пера.

Для рабочих лопаток компрессора длиной до 150 мм с нормальной жесткостью технологическими базами для обработки замка (рис. 16.21, а) являются: установочная база — поверхность корыта (опорные точки 7...3), направляющая база — входная кромка (опорные точки 4...5) и опорная база — центровая фаска в технологической бобышке (опорная точка 6)Зажим — по спинке пера.

Технологические базы для обработки  пера лопатки: хвостовик (замок) и центровые  фаски на технологической бобышке: установочная база — торцевая поверхность хвостовика (подошва замка — опорные точки J...3); направляющая база — рабочая поверхность замка (опорные точки 4, 5) и опорная база — центровая фаска на торце технологической бобышки. Зажим — по рабочей поверхности замка.

Штамповка лопатки с малой жесткостью. При обработке технологических баз у точных маложестких лопаток (с малыми припусками и без припуска по перу на размерную механическую обработку) ориентацию и закрепление их по перу обеспечивают методом заливки легкоплавкими сплавами. Например, для обработки замка перо штамповки легкоплавким сплавом (60 % висмута, 40 % олова) или пластмассой заливают в брикет прямоугольной формы. Температура плавления сплава 80±15 °С. Технологическими базами для обработки замка являются плоскости брикета (рис. 16.21, б). После обработки замка штамповку лопатки из брикета извлекают расплавлением брикета в масле МС20 при температуре нагрева 139 °С. Температура воспламенения масла 220 °С. Такой бескассетный способ базирования (брикет, капсула) создает предпосылки для автоматизации процессов обработки хвостовиков и полок лопаток.

Основные  этапы технологического процесса механической обработки лопаток компрессора. В качестве примера рассмотрим схемы типовых технологических процессов изготовления средних и крупногабаритных рабочих лопаток компрессора.

 

Типовой технологический  процесс механической обработки  однозамковой рабочей лопатки компрессора (точная штамповка с припуском  по перу 0,2...0,5 мм на сторону, длина I s 120 мм)

 

1. Распределение припуска по перу и заливка заготовки легкоплавким сплавом в брикет.
2. Протягивание контура хвостовика.
3. Освобождение заготовки из брикета.
4. ЭХО и (или) холодное вальцевание пера.
5. Шлифование входной и выходной кромок одновременно (станки ШКР-2Б).
6. Шлифование абразивной лентой и полирование прикомлевого участка пера (станок ЗЛШ-91, полировальная бабка).
7. Виброабразивное полирование пера, сопряжения и кромок (виброустановка ВУД-1000ДМ).
8. Подрезка пера по длине.
9. Нанесение на перо лопатки защитных покрытий.

 

Типовой технологический  процесс изготовления крупногабаритных лопаток компрессора с бандажными полками (с длиной пера до 600 мм)

 

Заготовки-штамповки  крупногабаритных лопаток компрессора  изготавливают с припусками на механическую обработку 4...8 мм. Технология изготовления этих лопаток требует применения дорогостоящего специализированного оборудования, сложной технологической оснастки и контрольно-измерительных средств.

Крупногабаритные  лопатки компрессора по конструктивной форме хвостовика различают: лопатки  с хвостовиками типа "ласточкина хвоста" и елочного типа.

 

Технические условия на обработку крупногабаритных лопаток  компрессора

 

1. Отклонение профиля пера от  расчетного не более ±0,15 мм; на  длине 3...5 мм от входной и  выходной кромок отклонение профиля  пера от расчетного не более  ±0,8 мм.

2. Смещение профиля пера от номинального положения в направлении оси у не более 0,25 мм.
3. Угловой разворот профиля пера от номинального положения у комля относительно оси z не более ±15'.
4. Отклонение хорды от расчетного значения не более 0,4 мм за счет выходной кромки.

 

Основные этапы технологического процесса изготовления крупногабаритной лопатки компрессора с хвостовиком  типа "ласточкина хвоста" (штамповка с припуском по перу 4 мм)

 

1. Протягивание хвостовика (горизонтально-протяжной станок 7Б57 или СПС-40) и зацентровка технологической бобышки на конце пера.
2. Фрезерование контура бандажной полки раздельно со стороны корыта и спинки (вертикально-фрезерный станок с ЧПУ 6Р13ФЗ или 6М13ГН-1).
3. Фрезерование сопряжений пера с хвостовиком и бандажной полкой (горизонтально-фрезерный станок 6Р83Г или вертикально- фрезерный с ЧПУ ФП-17).
4. Фрезерование кромок пера (вертикально-фрезерный с ЧПУ 6Р13ФЗ или 6М13ГН-1).
5. Электрохимическая обработка пера (установки ЭКУ-251М, ЭХО-2 или АГЭ-4).
6. Фрезерование кромок пера, контура бандажной полки раздельно со стороны спинки и корыта (вертикально-фрезерный станок с ЧПУ 6Р13ФЭ или 6М12ГН-1).
7. Шлифование абразивной лентой профиля пера и поверхностей сопряжения пера с хвостовиком и бандажной полкой раздельно со стороны спинки и корыта (ленточно-шлифовальный копировальный станок 4ШСЛ-7 или алмазно-шлифовальный 4ШЭЛ-<4; ЗЛШ-52).
8. Травление и контроль для выявления прижогов, трещин и других внешних дефектов металла.
9. Стабилизирующий отжиг (электропечь УВН-15).
10. Виброполирование пера, бандажных полок, полок хвостовика и поверхностей сопряжения (виброустановка типа ВУД-1000ДМ).
11. Отрезка технологической бобышки (абразивно-отрезной).
12. Деформационное упрочнение профиля пера и хвостовика.
13. Детонационное напыление или электроискровое покрытие контактных поверхностей бандажных полок (детонационная установка типа КМЗ или электроискровая типа ЗПОМ).
14. Определение частот собственных колебаний лопатки.
15. Гальваническое серебрение хвостовика.

 

Выполнение основных операций технологического процесса изготовления лопаток компрессора

Базовые поверхности лопаток компрессора  фрезеруют и шлифуют на универсальных  металлорежущих станках (горизонтально-, вертикально- и продольно-фрезерных, плоскошлифовальных) подобно обработке базовых поверхностей у лопаток турбины (см. подразд. 16.3). Вспомогательная и технологическая база (бобышка на конце пера) обычно обрабатывается в две операции: сначала фрезеруют торец бобышки, а затем зацентровывают его. Торец бобышки фрезеруют на вертикально-фрезерном или на двухшпиндельном продольно-фрезерном станке одновременно у двух лопаток. Зацентровывают бобышку по кондуктору на вертикально-сверлильном станке. Более целесообразно операции фрезерования торца и зацентровки совместить в одну, выполняя ее на фрезерно-центровальном полуавтомате. Входная и выходная кромки лопаток в зависимости от угла закрутки и длины лопатки фрезеруются на копировальных полуавтоматах ФК-300, К-75, вертикально-фрезерных станках с ЧПУ типа 6Р13ФЗ, СМ13ГН-1. У спрямляющих лопаток с цапфами вначале фрезеруют торцы цапф, а затем зацентровывают их. Торцы фрезеруют набором из двух фрез на горизонтально-фрезерном станке, а зацентровывают по кондуктору на вертикально-сверлильных станках. Цапфы протачивают и шлифуют в центрах. Боковые поверхности полок фрезеруют на горизонтально-фрезерных станках набором из двух фрез. Резьба на цапфах накатывается или фрезеруется на резьбофрезерных станках.

Обработка замков лопаток  компрессора

Замки типа "ласточкина хвоста" (трапециевидные). Обработку штамповок рабочих лопаток компрессора, имеющих хвостовик (замок) типа "ласточкина хвоста", обычно начинают с замка. Замки этого типа у рабочих лопаток компрессора протягивают: вначале обрабатывают фаски 1 (рис. 16.22), затем подошву 2 и боковые (рабочие) поверхности 3. Сборная протяжка состоит из пяти секции, положение каждой секции можно регу- 1 лировать в корпусе. При протягивании замков лопаток из сталей и титановых сплавов применяют следующие режимы: скорость резания 2...5 м/мин, подъем на зуб 0,02...0,05 мм, СОЖ — эмульсия. Протяжки очищают от стружки чаще всего струей СОЖ при обратном ходе протяжки.

 

 

 

 

Рис. 16.22. Схема  протягивания хвостовика типа "ласточкина хвоста"

 

Замки рабочих лопаток компрессора  протягивают на горизонталь- но-протяжных (типа 7510, 7520), вертикально-протяжных (типа МП23) и на, специализированных горизонтально-протяжных  станках непрерывного действия (типа МП-57, 7Б57, СПС-40). Применение вертикально-протяжных  станков обеспечивает значительную экономию производственных площадей и необходимые условия для автоматизации процесса протягивания замка. Однако психологический дискомфорт работы станочника на площадке станка, находящейся на высоте до двух метров, затрудняет использование этих станков для протягивания хвостовиков в серийном производстве.

Горизонтально-протяжной  полуавтомат типа МП-57 имеет поворотный стол на две позиции (рабочую и загрузочную) и устройство, обеспечивающее непрерывное движение кареток, на которых установлены блоки протяжек для обработки замка. Замок типа "ласточкина хвоста" на этом станке обрабатывается в две установки: сначала протягивается профиль замка (боковые поверхности, фаски и подошва) , а затем — торцы (скосы) и паз. Во время обработки замка на загрузочной позиции поворотного стола производят снятие и установку лопаток.

В серийном производстве более выгодно протягивание трапециевидных хвостовиков на протяжных автоматах непрерывного действия типа НПЛ-1 (рис. 16.23), где экономический эффект пропорционален программному заданию. Скорость протягивания на станках типа НПЛ-1 составляет 10...30 м/мин. При большой производственной программе хвостовики обрабатывают на автоматических линиях. Из- за сложности конфигурации лопаток обработку замка и пера на автоматических линиях пока производят раздельно. При создании автоматических линий за основу принимают типовые технологические процессы обработки лопаток, имеющих геометрическое сходство (рабочие лопатки компрессора с трапециевидным хвостовиком, лопатки статора компрессора с призматическим хвостовиком и т.д.).

Трапециевидные хвостовики, устанавливаемые в кольцевые пазы диска. Комплект рабочих лопаток одной ступени (примерно 80...90 шт.), в которых надо обработать кольцевые трапециевидные хвостовики, укладывается в специальное приспособление, ориентируя и фиксируя каждую лопатку относительно оси замка. Лопатки, установленные в приспособление, заливаются карбомидом. Этим увеличивается жесткость данной технологической системы при последующей обработке хвостовиков. Затем приспособление с лопатками устанавливается и закрепляется на планшайбе токарного станка (рис. 16.24) при допустимом биении поверхностей А и Б до 0,02 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               

 

                         

Рис. 16.23. Схема обработки хвостовика рабочей лопатки компрессора  на горизонтально-протяжном автомате непрерывного действия:

а, б — рабочие ползушки с протяжками; в — холостые ползуппси; г — транспортер

Хвостовики лопаток обрабатывают точением за две установки: сперва протачивают  профиль хвостовика со стороны входной  кромки пера, затем приспособление с лопатками на планшайбе станка перезакрепляют другой стороной и протачивают профиль хвостовика уже со стороны выходной кромки пера. Более перспективным является протягивание этих хвостовиков на станках автоматах непрерывного действия типа НПЛ-1.

Шарнирные замки  рабочих лопаток компрессора обрабатываются на обычном универсальном оборудовании или на станках с ЧПУ типа агрегатных фрезер- но-расточной группы. Например, на станке типа МА655СМ замок лопатки обрабатывается за три операции.

Елочные замки стальных лопаток компрессора в основном обрабатываются протягиванием на горизонтально-протяжных станках типа 7Б57, СПС-10 и др.

 

 

 

 

 

 

Рис. 16.24. Схема установки и закрепления  рабочей лопатки компрессора в приспособлении для точения кольцевого трапециевидного хвостовика

 

 

 

 

Обработка пера лопаток

Перо  лопаток обрабатывают в два этапа: предварительно и окончательно. В  процессе предварительной обработки  перо фрезеруют, обрабатывают электрохимическими, электроэрозионными методами или их комбинацией. Окончательная обработка пера осуществляется шлифованием, полированием или холодным вальцеванием. Трудоемкость предварительной обработки зависит от вида и точности изготовления заготовки. Перо точных заготовок обычно только вальцуется.

Фрезеруют спинку и корыто раздельно на четырех- и восьми- шпиндельных копировально-фрезерных  станках узкими поперечными (станки типа 4КФЛ, 8КФЛ) или продольными строчками (станки типа 4ФПЛ). Раздельное фрезерование спинки и корыта дает возможность подвода дополнительных опор под необрабатываемую сторону пера для увеличения его жесткости. Недостатком метода раздельного фрезерования является коробление пера лопатки, которое возникает при одностороннем, поочередном съеме припуска с заготовки.

Более производительными и лишенными  указанного выше недостатка являются копировально-фрезерные полуавтоматы типа ФСЛ-1 и КА-65 для одновременной обработки корыта и спинки, включая косые участки и у замка рабочих и спрямляющих лопаток компрессора. ФСЛ-1 — вОсьмишпиндельный станок, на котором спинка и корыто фрезеруются продольными строчками одновременно у четырех лопаток длиной до 300 мм с углом закрутки до 30°. КА-65 — четырехшпиндельный станок, предназначенный для одновременной обработки спинки и корыта двух больших лопаток длиной до 600 мм и с углом закрутки до 60°.

Электрохимическая обработка . Исходной заготовкой для ЭХО является штамповка с предварительно обработанными входной и выходной кромками пера, базовыми поверхностями со стороны хвостовика и технологической бобышки. Для подвода электрического тока к лопатке обрабатывают также клин замка с чистотой поверхности не ниже Ra = 2,5...1,25 мкм. Электрохимическую обработку стальных лопаток обычно проводят в проточном электролите (см. рис. 14.1), чаще всего в 5...15%-м водном растворе поваренной соли при плотности тока 15...25 А/см и напряжении 10...15 В. Температура электролита поддерживается в пределах 20...30 °С, рабочий зазор 0,15...0,3 мм. Обработку одновременно спинки и корыта производят на станках для ЭХО типа ЭХО-2, АГЭ-2, АГЭ-3, АГЭ-4, ЭКУ-251М. В отрасли предусматривается внедрение новых образцов лопаточных электрохимических станков моделей ЭКЛ-100 и ЭКЛ-250 с системами ЧПУ и импульсными источниками питания нового поколения. ЭХО обеспечивает точность профиля пера 0,15...0,4 мм, шероховатость поверхности пера Ra - 2,50...0,63 мкм. Для лопаток компрессора из титановых сплавов обычно используют другие режимы и более сложные электролиты. Для обработки лопаток из титанового сплава ВТ9 применяют электролит, состоящий из 5% -го водного раствора NAC1 с добавкой 1—1,2 % NH^Cl. Температура электролита 25... 30 °С.