Изготовление отливки корпуса

Корпус рабочего колеса является одной из самых массивных деталей турбины. Масса его для наиболее крупных турбин достигает 90 т. Заготовка корпуса представляет собой сложную полую отливку, внутренний прилив которой соединяется диафрагмой с наружной частью, имеющей большие отверстия по числу лопастей. Наружная поверхность корпуса в зоне фланца лопасти обычно выполняется сферической формы.

В зависимости от типа механизма поворота лопастей в рабочем колесе можно выделить два основных конструктивных варианта корпусов. На рис. 5.7, а приведена конструкция с диафрагмой, отделяющей полость сервомотора от полости рабочего колеса, применяемая для рабочих колес со стаканами и с крестовиной. В последнем случае в диафрагме не будет отверстий. Более благоприятна с точки зрения технологии литья конструкция с диафрагмой, расположенной на торце (см. рис. 5.7, б), применяемая для рабочих колес с кресто-поршнем и дифференциальным поршнем. Формовка такого корпуса производится в положении, при котором часть корпуса, являющаяся цилиндром сервомотора, представляет нижнюю часть отливки. При этом в зоне цилиндра сервомотора, подверженного максимальному объему механической обработки, обеспечивается наиболее плотный и качественный металл. Кроме того, при отливке корпусов такой конструкции малых и средних размеров имеет место увеличение на 5—8% коэффициента использования материала.

Рис. 5.7. Корпус рабочего колеса. а — с диафрагмой, отделяющей цилиндр сервомотора от полости рабочего колеса; б — с диафрагмой на торце корпуса.

Рассмотрим технологию формовки и отливки корпуса с разделительной диафрагмой. В качестве материалов для изготовления корпусов применяют хорошо сваривающиеся углеродистые стали марок 25Л и 30Л или малолегированные стали марок 20ГС-Л и 25ГС-Л. Особенности конструкции и технологичность отливки с точки зрения литейного производства требуют выполнять формовку и заливку в положении, при котором массивная центральная ступица направлена вниз (рис. 5.8). Для обеспечения направленного затвердевания отливки принята сложная трехъярусная (по высоте) литниковая система. По мере заполнения формы жидким металлом питание ее автоматически переключается от нижнего яруса к верхнему. Плотность отливки обеспечивается наличием прибылей (обычно по числу окон в корпусе), выполненных в верхней опоке и расположенных над массивами между окон.

Для заполнения жидким металлом свисающей в центре отливки массивной ступицы от вертикальной стенки корпуса к ней подведены питатели 16 (см. рис. 5.8), заложенные в стержне № 3. Такое их расположение благоприятно сказывается на плотности металла отливки, так как заливка ступицы осуществляется снизу, без перевалки металла через верхнюю дисковую часть отливки. Внутренние холодильники 15 предназначены для ускоренного охлаждения металла и предотвращения образования в нем усадочной рыхлости.

Рис. 5.8. Схема формовки корпуса рабочего колеса крупной гидротурбины.

Стержни: 1 — № 1. 2 — № 2, 3 — № 3, 4 — № 4, J — № 5, 6 — № 8, S — № 7, — № 9, 13 — № 6, 7 — кессон; Я — верхняя опока; 10 — прибыль; 11 — дополнительная опока; 14 — стояки литниковой системы; 15—холодильники; 16—литники для питания внутреннего блока.

Корпус рабочего колеса формуется в стационарном кессоне 7. Наружная поверхность корпуса образуется формовкой деревянной модели на всю высоту корпуса, а все внутренние полости образуются стержнями. Низ кессона плотно утрамбовывается формовочной смесью с выполнением мероприятий, обеспечивающих надежный отвод газов. В центре кессона на подготовленную поверхность устанавливается деревянная модель корпуса и производится набивка и утрамбовка формовочной смеси в полости между моделью и стенками кессона. В процессе набивки устанавливается литниковая система и стержни № 1 и 2 для нижних грузоподъемных цапф. По окончании формовки по модели последняя удаляется из кессона, производится ошпиловка и окраска рабочей поверхности формы. Форму сушат на месте путем опускания в нее двух-трех переносных сушил. Температура сушки 350—400° С.

Все стержни выполняют формовкой в стержневых ящиках. Для придания крупным стержням необходимой механической прочности в их середину заформовывается литая арматура. Для обеспечения податливости стержней, что необходимо при усадке твердеющего металла, середина их наполняется рыхлым материалом — шлаком или соломой. Крупные стержни выполняют из жидкостекольных смесей с химическим твердением при продувке углекислым газом. Небольшие стержни (№ 4 и 6), окружаемые большими массивами металла, во избежание спекания делают целиком из хромомагнезитовой смеси с последующей сушкой в камерных сушилах. Все стержни после сушки, перед их передачей на сборку, проверяют шаблонами. Верх формы — зона прибылей — формуется в отдельной опоке 8 (см. рис. 5.8) размеры которой в плане соответствуют проему кессона. Стык стержней, образующих внутреннюю полость корпуса рабочего колеса, проходит по центру отливки, чем и достигается удобство сборки и крепления нижних стержней верхними.

При сборке формы первым устанавливается стержень № 3, фиксируемый по центральному нижнему и боковым («оконным») знакам. В знаки, выполненные на этом стержне, устанавливается стержень № 4, накрываемый затем стержнем № 5. Отверстия в диафрагме для стаканов образуются стержнями № 6, которые устанавливаются в знаки на стержне № 5. Стержни № 6 одновременно являются жеребейками для установки стержня № 7, образующего внутреннюю полость цилиндра сервомотора. Верхняя часть полости формы, предназначенная для знаковых частей стержней № 3 и 5, заделывается стержнем № 8. Стержнями № 9 образуются верхние грузоподъемные цапфы, нижняя половина которых формуется по чистой модели. При значительной разнице диаметров сферической части втулки и наружной поверхности цилиндра сервомотора в целях экономии металла зону А заделывают стержнем, устанавливаемым на знаковые части стержня № 5. Полости собранной формы продуваются сжатым воздухом или очищаются пылесосами.

Для наращивания прибылей на их полную высоту применяются дополнительные небольшие опоки 11 (см. рис. 5.8), размеры которых в плане определяются по диаметру прибыли. Разъем формы тщательно заделывается формовочной смесью, а поверх опоки (с учетом удобств заливки и осмотра) укладываются грузы, удерживающие ее от всплытия.

Заливка формы крупных корпусов производится из двух ковшей, имеющих по два стопора каждый. Заливка прибылей осуществляется через литниковую систему прибылей. Доливка прибылей производится через 3—4 ч через верх каждой прибыли. В связи с тем, что масса крупных отливок со стержнями и прибылями составляет 240—260 т, отрезка прибылей производится в кессоне.

В гидроочистном цехе отливка проходит очистку от песка, арматуры и т. п. В термообрубном цехе после термической обработки производится контроль механических свойств, отделка поверхности отливки и исправление дефектов. Контроль механических свойств производится на образцах, вырезанных из прилитых к отливке пробных планок.