Конический направляющий аппарат, его технологические особенности

Конический направляющий аппарат применяется для горизонтальных турбин капсульного типа [22]. На рис. 9.23 приведен конический аппарат крупной гидротурбины капсульного типа. Оси лопаток 6 расположены на конической поверхности. В соответствии с этим перо лопаток имеет переменный по форме и размерам профиль. Необходимость уплотнения лопаток по кромкам касания усугубляет пространственную кривизну пера. Торцы лопаток лежат на сферических поверхностях, образуя щелевые зазоры с наружным 7 и внутренним 5 кольцами. Отливки лопаток выполняются из углеродистой или низколегированной стали. Количество лопаток в направляющем аппарате обычно принимают равным 16 (из условий прочности и технологических соображений). В связи с этим размеры и масса лопаток получаются весьма значительными.

Так, для гидротурбин с рабочим колесом D = 7,5 м масса лопатки составляет 5,6 т, а длина пера 3 м. Наружное кольцо выполняется в виде сварной конструкции и имеет габаритный диаметр 11,8 м. Кольцо состоит из восьми частей, так как при сборке направляющего аппарата каждый сектор должен надеваться одновременно на цапфы двух расположенных под углом лопаток. Это же обстоятельство определяет наружные размеры стаканов 8 подшипников наружного кольца. Внутреннее кольцо выполняется из четырех литых секторов. Стыки секторов колец и фланцевые соединения со смежными деталями уплотняются резиновыми шнурами. Поверхности колец, образующие проточную часть, имеют сферическую форму.


Рис. 9.23. Разрез по коническому направляющему аппарату.

Ось регулирующего кольца 3 расположена горизонтально, в связи с чем применяется густая смазка опорных поверхностей. Пара трения в этом сопряжении — нержавеющая сталь—масло-наполненный капрон или антифрикционный эпоксидный материал. Соединение серьги 2 с регулирующим кольцом и рычагом 1 лопатки вследствие перемещений в разных плоскостях осуществляется с помощью шаровых шарнирных связей 4. Материалы пары трения — сталь марки 40 и эпоксидный антифрикционный материал.

Ниже приведены основные технологические особенности конического направляющего аппарата.

1.     Большие габаритные размеры наружного кольца. Это требует предусматривать увеличенные припуски (15—20 мм) на механическую обработку при изготовлении сварных заготовок. Повышается расход металла и трудоемкость сварочных работ. Вместе с тем не исключены отклонения формы, приводящие к утонению стенок кольца и необходимости исправления его после окончательной обработки детали. Механическая обработка кольца требует весьма крупного станочного оборудования, в первую очередь токарно-карусельного. Необходимая точность при таких размерах и сложной форме детали требует применения специальных приемов и оснащения при обработке и проверке качества изготовления. Для сборки и кантовки детали требуются производственные участки большой площади. По количеству разъемов деталь относится к числу наиболее трудоемких при обработке плоскостей стыков.

2.     Оси отверстий под подшипники цапф лопаток в наружном и внутреннем кольцах расположены под углом в плане и в вертикальной плоскости. Универсальное металлорежущее оборудование не может быть использовано непосредственно для обработки этих отверстий. Как показал опыт, раздельная обработка отверстий в кольцах с помощью станков УЛР-85 и ЛР-24 также не обеспечивает выполнения требования их соосности. Разработанные в объединении ЛМЗ технология и специальный стенд и оснащение для расточки этих отверстий в обоих кольцах с одной установки позволили, получить достаточную точность обработки.

3.     Лопатки по форме и размерам технологически намного ;[сложнее, чем применяемые для вертикальных турбин. Несмотря на применение металлических моделей, отклонения формы пера отливок превышают допустимые для окончательно обработанных деталей. Доводка профиля и толщин пера сопровождается съемом металла до 20 мм. Работа производится ручным пневматическим инструментом. Обработка сферических торцевых поверхностей пера  возможна на токарно-центровом станке с высотой центров 1300 мм. Даже для небольших по размерам лопаток это оказалось нерационально, не говоря уже о технических сложностях, возникающих при вращении детали с такой переменной жесткостью и неуравновешенной массой. В объединении разработана технология и специальные копирные приспособления для обработки торцев по сфере на специализированном станке ЛР-86. Однако обработка торцов с разных установок и сложность проверки их концентричности не исключает значительных погрешностей. Расположение кромок касания лопатки на конической поверхности исключает возможность обработки их с одной установки. Непараллельность кромок оси лопатки потребовала создания особых приемов установки ее на столе станка.

4.     Отсутствие жесткой базы при столь больших размерах. Это снижает точность расцентровки наружного и внутреннего колец при сборке узла. Кольца смещены вдоль оси турбины, что усложняет проверку концентричности их сферических поверхностей. При сборке направляющего аппарата расцентровка колец производится по торцевым зазорам лопаток.

5.     Наклонное положение осей лопатки. Оно требует применения специальных приемов и приспособлений для строповки и установки деталей при сборке.

Перечисленные особенности конического направляющего аппарата по сравнению с радиальными усложняют обработку, контроль размеров и формы деталей и сборки узла, что приводит к снижению точности изготовления и должно учитываться при разработке его конструкции.

Основные требования к изготовлению конического направляющего аппарата следующие.

1. Обеспечение поворота лопаток при давлении в полостях сервомоторов не более 4 кгс/см2. Это требование предусматривает: а) правильность формы и взаимного расположения сферических поверхностей наружного и внутреннего колец; б) точность формы и размеров и концентричность сферических торцевых поверхностей пера лопаток; в) точность расположения отверстий под подшипники цапф лопаток в наружном и внутреннем кольцах — по шагу между ними, по углу наклона к оси направляющего аппарата и по соосности; г) зазоры между лопаткой и кольцами, исключающие возможность задевания (для крупных турбин не менее 2 мм на сторону); д) отсутствие перекосов и правильность сопряжения регулирующего кольца с опорными кольцами.

2. Обеспечение плотного закрытия направляющего аппарата по сферическим поверхностям и кромкам касания пера лопаток. Выполнение этого требования существенным образом зависит от изложенного в п. 1 и достигается применением конструктивных и технологических компенсаторов. К ним относятся: а) эксцентриковые или плавающие стаканы подшипников, с помощью которых регулируют положение лопаток; б) слесарная пригонка (припиловка) кромок касания для устранения клиновых зазоров, остающихся после регулировки; в) уплотнения резиновыми шнурами.