Технологичность конструкций гидротурбин
В современном гидротурбостроении требование технологичности конструкций необходимо для решения следующих основных задач: 1) обеспечения качества изготовления гидротурбин, соответствующего мировому уровню требований; 2) повышения технико-экономических показателей турбин (снижение относительной металло- и трудоемкости и стоимости оборудования);
3) организации возможности механизации тяжелых ручных работ;
4) высвобождения производственных площадей; 5) разгрузки уникального остродефицитного оборудования.
Длительность цикла подготовки производства и изготовления гидротурбин требует отыскания оптимальных конструктивно-технологических решений при разработке проекта без существенных переделок после внедрения их на головном образце. Небольшие серии турбин одного типоразмера, сроки поставки оборудования, а также сложное и металлоемкое технологическое оснащение, как правило, не позволяют вносить значительные изменения в конструкции узлов и в процессы изготовления. Вместе с тем развитие техники требует от конструкторов решения новых, более разносторонних и сложных проблем. В этих условиях эффективность разработки высокотехнологичных конструкций новых машин в значительной мере зависит от того, как налажены связи конструкторов с научно-исследовательскими технологическими институтами, технологами и производственниками заводов-изготовителей заготовок и турбин. Для решения вышеназванных задач непосредственно при проектировании машин в составе отдела главного конструктора водяных турбин (ОГКВТ) предусмотрено подразделение конструкторов-технологов. В его функции входят
1) технологическая проработка конструкций, осуществляемая с привлечением технологов (металлургов, сварщиков и механосборщиков) объединения ЛM3 и заводов-изготовителей заготовок, а также научно-исследовательских и проектных организаций;
2) выявление при проектировании всех проблем, относящихся к подготовке производства и изготовлению новых турбин, и участие в их разрешении; 3) разработка тематики и курирование исследовательских и опытных работ, связанных с новыми конструктивно-технологическими решениями, а также участие в их проведении; 4) участие в разрешении технологических вопросов, возникающих в ОГКВТ, цехах и других подразделениях завода, а также на заводах-изготовителях заготовок и деталей гидротурбин и в других организациях; 5) систематизация и обобщение опыта по улучшению технологичности конструкций гидротурбин, а также освоение их в производстве и разработке соответствующих руководящих материалов.
Длительный цикл и сложные вопросы подготовки производства крупных гидротурбин требуют проведения технико-экономического анализа и технологической обработки конструкций на всех этапах проектирования. Особенно большой объем проработок связан с созданием турбин новых типоразмеров или применением новых конструкторско-технологических решений.
Технологические проработки на стадии эскизного проектирования новых турбин включают в себя: а) проверку технической возможности осуществления задуманных решений; б) выявление проблемных вопросов технологии производства; в) выявление вариантов конструкции узлов турбин для детального рассмотрения их при разработке технического проекта; г) составление при необходимости основных ориентировочных технико-экономических показателей турбин (металло- и трудоемкости).
Для особенно крупных турбин, определяющих, как правило, этап развития отрасли, на этой стадии проектирования проводятся дополнительные проработки, в которые входят: а) проверка возможности изготовления заготовок основных деталей при различных способах формообразования; б) расчет технико-экономических показателей металло-, трудоемкости и себестоимости основных узлов и деталей; в) проверка возможности обработки, сборки, транспортирования и кантовки деталей и узлов; г) расчет загрузки уникального и остродефицитного оборудования; д) определение необходимости и объема реконструкции производства; е) определение тематики исследовательских и экспериментальных работ.
Технологические проработки на стадии технического проектирования новых турбин включают в себя: а) всесторонний технологический и технико-экономический анализ сопоставимых вариантов исполнения основных узлов и деталей с целью составления рекомендаций для рабочего проектирования. При анализе выполняются расчеты металло-, трудоемкости и себестоимости изделий, загрузки площадей и остродефицитного оборудования; при необходимости составляются цикловые графики производства узла или детали, определяющие сроки поставки турбин; б) определение материалов и способов формообразования основных деталей, включая предварительное согласование чертежей с заводами-изготовителями заготовок; в) проведение необходимых экспериментальных и исследовательских работ; г) выяснение необходимости разработки и освоения новых процессов и специального оснащения, главным образом в области механосборочных работ.
На стадии рабочего проектирования проводится технологическая отработка всех чертежей турбины. Прежде всего выполняются проработка и окончательное согласование с заводом-изготовителем чертежей и технических условий на заготовки внешней поставки. Затем все чертежи прорабатываются и согласовываются с технологическими службами завода по всем аспектам их изготовления, контроля качества, испытания и монтажа.
На стадии изготовления и испытаний узлов головного образца турбин данной серии в ограниченном объеме имеет место дальнейшая технологическая отработка конструкций, как правило, связанная со значительными затруднениями выполнения отдельных операций.
Повышение технологичности конструкций гидротурбин проводится по следующим основным направлениям: 1) упрощение конструкции деталей и узлов; 2) применение сварных конструкций вместо цельнолитого и цельнокованого исполнения; 3) применение штампованных элементов для сварных конструкций деталей, образующих проточную часть турбин без последующей механической обработки профильных поверхностей; 4) применение высокопрочных хорошо сваривающихся сталей; 5) унификация и нормализация конструкции деталей и узлов турбин; 6) применение неметаллических материалов; 7) замена болтовых соединений деталей сваркой при монтаже турбин; 8) применение комплекса мероприятий, необходимых для повышения точности изготовления и проверки отдельных деталей, что позволяет отказаться от общей сборки крупногабаритных узлов. Отработка конструкций на технологичность в значительной мере способствовала повышению их технико-экономических показателей (табл. 1.4, 1.5).
Таблица 1.4. Относительная металлоемкость близких по рабочим параметрам гидротурбин
Таблица 1.5. Относительная металлоемкость близких по рабочим параметрам гидротурбин, изготовленных в СССР и за рубежом