Конструкция, технические условия и материалы лопаток компрессора. Классификация лопаток

ЭХО широко используется при изготовлении лопаток ГТД. Однако с появлением таких конкурирующих методов, как  вальцовка, изотермическая штамповка, область применения ЭХО в последнее время несколько сузилась. Существующие методы ЭХО на постоянном токе позволяют обрабатывать проточную часть лопатки без кромок и прикомлевых участков лишь предварительно (точность ±0,1... 0,2 мм) с последующей ручной доработкой.

Круговая электрохимическая обработка лопаток компрессора. Фирмой "Роллс-Ройс" (Англия) разработаны процесс и оборудование для ЭХО полного профиля лопатки. Этот процесс назван "круговой" ЭХО, так как лопатка устанавливается между двумя электродами, которые на последнем этапе полностью закрывают перо лопатки (рис. 16.25). Данный процесс позволяет обрабатывать кроме проточной части лопатки £ще кромки и прикомлевые участки. Заготовка лопатки — калиброванная полоса или точная штамповка. Время обработки лопатки 8 мин. Точность формообразования профиля пера достигает 0,03 мм на сторону, а шероховатость обработанной поверхности лопаток из титановых сплавов Ra = 0,16 мкм/

Электроимпульсную (электроэрозионную) обработку иногда применяют для обработки малогабаритных лопаток. Скорость съема металла по глубине составляет 5... 10 мкм/с.

Шлифование пера лопатки компрессора. Перо лопатки компрессора шлифуют преимущественно узкими абразивными лентами на копировально-ленточных станках, обеспечивая шероховатость поверхности Ra = 0,63,..0,32. Узкой лентой шлифуют двумя способами: поперечными и продольными строчками. При шлифовании поперечными строчками (круговое шлифование) лопатка быстро вращается вокруг своей оси и медленно перемещается в продольном направлении (станки типа ХШ-12А, ШПЛ-300 и др.). При втором способе лопатка быстро перемещается вдоль оси относительно ленты и медленно поворачивается (подача) после прохождения каждой строчки (станки типа ЛША-1а, ЛШ-2 и др.).,Производительность шлифования поперечными строчками выше, чем продольными, и тем значительнее, чем больше кривизна и угол закрутки профиля пера. Однако точность и шероховатость обрабатываемой поверхности при шлифовании поперечными строчками хуже из-за больших сил инерции быс- тровращающейся лопатки, приводящих к ее деформации при обработке. Припуск на сторону при предварительном шлифовании абразивной лентой на станках типа ЛШ-1 до 0,05...0,2 мм, а при окончательном шлифовании — до 0,04 мм.

 

 

 

 

 

Рис. 16.25. Схема круговой ЭХО пера лопатки компрессора:

а — обработка профиля пера; б — обработка прикомлевого участка  пера; 1 — лопатка (калиброванная  полоса); 2 — электроды; 3 — изоляция

 

Полирование  пера лопатки. Полирование — финишная операция изготовления всех видов лопаток ГТД, обеспечивающая заданную шероховатость пера (Ra ^т 0,63...0,08), минимальные остаточные напряжения и наклеп. Для отделочной обработки пера лопаток применяют следующие методы полирования: механическое, абразивно-жидкостное (или гидроабразивное), виброабразивное, экструзи- онное хонингование и электролитическое.

Механическое полирование различают: ручное и виброконтактное. Ручное полирование осуществляется на полировальных станках (бабках) с использованием фетровых (войлочных) кругов с наклеенным абразивным зерном или покрытых пастой ГОИ.

 

 

 

 

 

 

Рис. -16.26. Схема виброконтактного полирования пера лопаток:

1 — абразивная лента; 2 — резиновая кладка

 

Более перспективный способ механического полирования — виброконтактное полирование абразивной лентой на ленточно- копировальных виброконтактных станках типа ЛВП-4 (лопатки турбин) и ЛВП-3, ВПЛ-3, ВПЛ-4 (лопатки компрессора) (рис. 16.26). Полирование осуществляется благодаря сложному вибрирующему движению лопатки между двумя неподвижными абразивными лентами, которые прижимаются к перу с помощью гидравлических тисков и резиновых профильных колодок. Абразив-' ные ленты, сматываемые с бобин, по мере необходимости протягива- тотся специальным устройством подачи. Перо стальных лопаток -полируют за три перехода абразивными лентами разной зернистости (ЭБ20, ЭБ8, ЭБ5), а на последнем переходе — пастой ГОИ. Толщина снимаемого металла при полировании до 0,05 мм.

Абразивно - жидкостное (гидроабразивное) полирование применяют в основном для глянцевания пера лопаток. Надобность в этом возникает при подготовке пера под травление до и после люминесцентного контроля, для снятия нагара и др. Гидроабразивное полирование производят в специальной камере. На обрабатываемую поверхность под избыточным давлением до 6 • 10⁵ Па направляется струя масла или эмульсии с абразивным порошком — электрокорундом или карборундом (рис. 16.27). Размер абразивного зерна 20...120 мкм. Производительность гвдроабразивно- го полирования зависит от скорости подачи струи, величины зерна и концентрации абразива в жидкости, а также от расстояния сопла до обрабатываемой поверхности. В процессе полирования каретка с закрепленными на ней форсунками 1, к которым подается рабочая жидкость, совершает возвратно-поступательные движения относительно пера лопатки 2. Угол направления струи 30...60°; сопло располагается на расстоянии 50... 100 мм от обрабатываемой поверхности. Абразивная жидкость обычно составляется на 25...60 весовых частей абразивного зерна и 20...32 частей содовой эмульсии. Чистота поверхности после полирования не более Ra = 0,32 мкм.

 

 

 

 

Рис. 16.27. Схема гидроабразивного полирования пера лопаток

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 16.28. Схема виброабразивного полирования  пера лопатки:

1 — вибробункер; 2 — дисбаланс; 3, 5 — пружины; 4 — рама; 6 — бак; 7 — насос

 

Вибро абразивная обработка — механический и химико-механический процессы сглаживания микронеровностей и снятия мельчайших частиц металла с обрабатываемой поверхности абразивом рабочей среды, совершающей колебательные движения.

В вибробункере лопатка и частицы  рабочей среды движутся с различными скоростями. Интенсивность протекания процесса виброабразивной обработки зависит от скорости относительного перемещения лопаток и частиц рабочей среды, от объема заполнения рабочей камеры, гранулометрического состава части абразива и их режущих свойств, силы трения и др. Виброабразивная обработка лопаток производится с непрерывной подачей раствора, который охлаждает и смачивает детали и рабочие частицы, удаляет продукт износа и частицы, рабочей среды с поверхности лопаток. Непрерывная промывка рабочей среды сохраняет ее режущие свойства.

Установка для виброабразивной обработки (рис. 16.28) состоит из основания с амортизатором, ^-образной рабочей камеры с закрепленным на ней вибратором (вибробункера), бака-отстойника и системы подачи жидкости.

В процессе виброабразивной обработки снимаются  заусенцы, оставшиеся после механической обработки, скругляются входная  и выходная кромки и полируется перо лопатки. При этом понижается шероховатость  обработанных поверхностей и создается  поверхностный наклеп малой интенсивностй. При виброабразивной обработке поверхностей с шероховатостью Ra - 1,0...1,25 мкм съем металла достигает 0,1 мм/ч, а с менее шероховатых — не более 0,01 мм/ч. Виброабразивная обработка осуществляется в две операции: виброабразивное шлифование, обеспечивающее шероховатость поверхности до Ra - 1,25...0,63, и виброабразивное полирование с шероховатостью обработанной поверхности до Ra - 0,32...0,15 мкм..Для виброабразивного шлифования наполнителем является абразивная крошка высокой твердости на керамической связке размером 1...3 см³.

Рабочую среду для виброабразивного шлифования первоначально обкатывают на работающей установке в течение 30...40 мин. Только после скругяения острых кромок абразивного  боя среда считается годной к  загрузке в нее лопаток. Общий  объем загрузки деталей и наполнителя  должен составлять 50...70 % объема рабочей  камеры. Соотношение объемов деталей  и твердого наполнителя составляет

0,33...0,35.

Виброабразивное шлифование лопаток компрессора  производится по следующему режиму: амплитуда  колебаний 4.„6 мм, частота колебаний 25 Гц, продолжительность обработки 2 ч ± 15 мин.

Виброабразивное полирование производится в рабочей  среде, состоящей из фарфоровых и  стеклянных шариков диаметром 10 мм и деревянных кубиков размером 1 см³. В качестве рабочей жидкости применяют раствор следующего состава: нитрит натрия — 15 %, углекислый натрий — 5 %, карбоксиметилцеллюлоза (КМИ) — 25 %, древесная мука — 20 %, мыльная стружка — 32 %, поверхностно- активное вещество ОП-7 — 3 %,.

Режим виброабразивного полирования  состоит в следующем: амплитуда  колебаний 2...3 мм, частота колебаний 33...35 Гц, продолжительность обработки 2 ч ± 15 мин.

Лопатки в рабочую камеру загружают вручную  поштучно при установившемся режиме работы установки, обеспечивая этим равномерное распределение их в объеме рабочей смеси. После окончания времени обработки лопатки выгружают из камеры также вручную по мере появления их на поверхности, не останавливая установку до полной выборки всех лопаток. После этого загружают следующую партию лопаток. После виброабразивной обработки лопатки промываются в содовой воде от абразивной пыли.

Экструзионное хонингование целесообразно использовать прежде всего для обработки внутренней полости пера охлаждаемых лопаток турбины, оно обеспечивает ей заданную шероховатость.

Цикл  экструзионного хонингования на установке  HL35S фирмы "Дайнофлоу" заключается в перекачке абразивной пасты через обрабатываемые поверхности лопатки из нижнего рабочего цилиндра в верхний и обратно. Лопатка закрепляется в вертикальном положении в специальном приспособлении, устанавливаемом в установку, и зажимается с помощью двух силовых цилиндров.

Режим обработки внутренней полости лопатки  ротора турбины: время одного цикла — 30 с, число циклов — Ш. Снимаемый припуск за цикл — 5 мкм. Паста удаляется промывкой в водном растворе эмульгатора. Технологический процесс экологически чист. Абразивная паста — высокоэластичный полимер с шлифпо- рошком.

Электролитическое полирование — разног видность ЭХО металлов с использованием анодного растворения поверхностного слоя детали (см. подразд. 14.3), Технологический процесс электрополирования пера лопатки турбины следующий. Лопатку, подлежащую полированию, тщательно обезжиривают, устанавливают в специальное приспособление, которое подвешивают на перекладине (анод) в ванне с электролитом. Электрополирование лопаток производится в сернофосфорных или сернофосфорнохромо- вых электролитах по режиму: температура электролита 15...30 °С, плотность тока 40...80 А/дм². Припуск на электрополирование оставляют не более 0,05 мм. Электрополирование лопаток сопровождается неравномерным съемом металла на поверхности пера (на кромках больший съем, чем на середине спинки и корыта), что в значительной мере сдерживает применение его на заводах отрасли.

Холодное вальцевание пера рабочих лопаток компрессора применяют при изготовлении однозамковых и беззамковых лопаток из сталей, титановых и жаропрочных сплавов. Вальцеванием окончательно обрабатывают перо заготовки, полученной точной штамповкой или предварительным фрезерованием, обеспечивающими необходимую величину и требуемый характер распределения припуска по перу. Физическая сущность процесса холодного вальцевания состоит в следующем. Заготовка лопатки, изготовленная методом точной штамповки с окончательно обработанным хвостовиком и небольшим припуском по перу (0,2...0,5 мм на сторону), подвергается пластическому деформированию в холодном состоянии в фасонных калибровочных валках, приобретая окончательную форму, размеры и закрутку за один или за несколько проходов (рис. 16.29). В процессе деформирования происходит объемное перераспределение материала с увеличением поперечных размеров профильных сечений и удлинением пера до заданных размеров.

В случае многопроходного вальцевания лопатку  подвергают промежуточному отжигу для  снятия наклепа и остаточных напряжений. Число проходов устанавливают в зависимости от величины припуска и достижимой степени деформации (обжатия) для данного материала за один проход с учетом жесткости и мощности вальцовочного стана. Например, допустимая степень деформации заготовки из стали 13Х12Н2В2МФА за один проход порядка 35 %, для титанового сплава ВТЗ-1 степень деформации 16...17 %. Скорость вальцевания определяется экспериментально для каждого материала лопаток, например, для стали ЭИ961

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 16.29. Схема холодного вальцевания  пера рабочей лопатки компрессора

1, 2 — рабочие переходы вальцевания; 3, 4 — возврат валков и захвата в исходное состояние