Турбины — это сложно? С инструментом WALTER все просто!

Применение инструмента WALTER в производстве лопаток турбин

Are Turbines Difficult? With WALTER Tools They are Easy!
Specialized milling cutters from the company WALTER for machining turbine blades, rotors and the case, new technologies of working the turbine generator become available to Ukrainian enterprises due to the company NIKA SERVICE, the official exclusive dealer of this company in Ukraine. The automation of the process means shorter idle times for tool change. Due to the design peculiarities of the tools only 10% of all work has to be done manually, and the machining time is decreased by 50 %.

Компания WALTER AG ведет работу во многих странах мира на предприятиях, выпускающих самую разнообразную продукцию, но все полученные на практике знания и результаты теоретических исследований компания вкладывает в разработку новой продукции. Поэтому применяя инструмент WALTER, вы получаете уникальную возможность использовать мировой опыт для решения технологических задач, стоящих перед вашим производством.

Турбостроение считается одной из самых сложных отраслей машиностроения, и это абсолютно заслуженно… Идею создания прототипов современных турбин можно найти в трудах многих известных ученых: Джованни Бранки (1629 г. — чертеж первой активной турбины); Джеймс Уатт (1784 г. — универсальный паровой двигатель); Густав Патрик де Лаваль (1883 г. — первая одноступенчатая турбина); Чарльз Алджернон Парсон (1884 г. — первая многоступенчатая турбина).

Трехсотлетний список открытий можно продолжать очень долго, но всегда основным остается вопрос, после которого идея становится изобретением и приносит действительную пользу, — это воплощение идеи на практике!

На территории бывшего СССР первая паровая турбина была изготовлена в 1924 г. на Ленинградском металлическом заводе. Она использовала пар давлением 1,2 МПа и температурой 300 °С и развивала мощность 2 МВт.

В 1935 году с заводского стенда Харьковского турбинного завода (ныне ОАО «Турбоатом») сошла первая паровая турбина мощностью 50 МВт, а через три года (26 июля 1938 года) была изготовлена паровая турбина мощностью 100 МВт и генератор к ней. На тот момент это были самые мощные турбины.

Харьков, Киев, Николаев, Кривой Рог, Запорожье… — Украина является одним из мировых лидеров в производстве турбин, турбогенераторов и газотурбинных двигателей.

Корпус, ротор, лопатки… основные части турбины известны каждому старшекласснику, однако изготовление этих деталей является сложной производственной задачей.

Компания WALTER AG, которую в Украине представляет компания «НИКА СЕРВИС», предлагает для турбостроения комплекс решений, который включает технологии обработки лопаток, ротора, корпуса и генератора турбины.

Предлагаем обзор новинок в области инструмента и технологий для  турбостроения.

Технология WALTER по обработке лопаток

Лопатки образуют проточную зону — лопаточный аппарат, являющийся самой дорогой и наиболее ответственной частью турбины.

Производство лопаток газотурбинных двигателей занимает особое место в современном машиностроении, что обусловлено такими особенностями их изготовления:

  • ответственным назначением детали в двигателе;
  • сложностью геометрических форм и требованиями высокой точности изготовления;
  • массовостью изготовления изделия;
  • применением дорогостоящих и дефицитных материалов;
  • плохой обрабатываемостью материалов, применяемых в данном производстве.

Сочетание указанных факторов и определило специфичность данной отрасли.

Производство лопаток совершенствуется и в настоящее время, главным образом, в направлении механизации и автоматизации. До сегодняшнего дня большая часть производства остается не автоматизированной. Однако минимизация ручного труда позволяет не только сократить трудоемкость, но и повысить качество изготовления лопаток.

Лопатки в решающей степени определяют надежность и безотказность работы газотурбинных двигателей. Ресурс работы двигателя определяется, как правило, работоспособностью лопаток. В связи с этим технология изготовления и контроля должна обеспечивать стабильность качества их изготовления и исключать возможность установки в двигателе лопаток с отклонениями по геометрическим размерам, качеству поверхности, с металлургическими и иными дефектами.

Одной из технологий, которую предлагает WALTER для чернового фрезерования пера лопатки, является метод поворотного фрезерования (особенностью метода является одновременное движение инструмента и детали).

Инструмент — фреза F2334… с пластинами специальной геометрии.

Характеристики:

  • стабильная работа инструмента
  • возможность установки пластин с двух сторон
  • четыре лыски на поверхности, выполняющие функцию стружколома
  • поверхность цельная и отшлифованная
  • четыре режущие кромки

Перо лопатки представляет собой лопасть переменного сечения, ограниченную поверхностями сложного очертания и точно ориентированную в пространстве по отношению к замку. Применение дорогостоящих и дефицитных материалов для изготовления лопаток диктует повышенные требования к технологическому процессу, который должен гарантировать минимальный процент брака.

Для чистовой обработки пера лопатки специалисты WALTER рекомендуют специальные насадные фрезы с рабочим диаметром 32 мм.

F2334T Ш32, 5 пластин типа ROHX08.

Характеристики:

  • снижение времени обработки до 20 %
  • увеличение срока службы до 30 %
  • снижение стоимости пластин до 10 %
  • значительное снижение себестоимости лопатки

Каждый производитель инструмента считает своим долгом предоставить решение для обработки пера лопатки. Но только такие крупные компании, как WALTER, ведут разработку инструмента для обеспечения полного производственного цикла производства.

Следующая группа инструментов позволяет быстро и качественно обеспечивать обработку «шейки» лопатки (место соединения пера и замковой части). В процессе работы на эту часть приходятся усиленные нагрузки, и поэтому правильная технологическая обработка дает возможность избежать излишних внутренних напряжений в металле.

В прошлом использовались цельные концевые фрезы типовой цилиндрической геометрии, сегодня в серии новинок представлены два инструмента компании WALTER.

Специальная коническая фреза

Характеристики:

  • снижение времени обработки до 50 %
  • оптимальное удаление стружки
  • удобные сменные пластины
  • устойчивые режимы резания

Сферическая фреза типа F2139

Характеристики:

  • снижение времени обработки до 50 %
  • оптимальное удаление стружки
  • удобные сменные пластины
  • устойчивые режимы резания

Замковая часть лопатки выполняет функ­цию крепежа, т. е. несет основную часть нагрузки, и нуждается в особом отношении при выборе способа обработки.

Известны разные профили хвостовика лопатки — цилиндрический, вилочный, тип «молот», и GT профиль, а также внешний и внутренний профиль елочного типа и многие другие. Для получистовой обработки внутреннего профиля елочного типа ранее существовал метод поэтапной обработки с применением фрез разного размера.

WALTER предлагает новую технологию для инструмента со сменными пластинами

 Основные преимущества:

  • в 4 раза быстрее, чем при обычном способе (время обработки около 0,50 мин)
  • для черновой/получистовой фрезы  снижение времени обработки — 75 % или ~10 мин!
  • для чистовой фрезы снижение времени обработки — 90 % или ~15 мин!
  • сменные пластины
  • точные размеры после чистовой обработки

Еще одной проблемой  являются сплавы на никелевой основе, имеющие относительно большую твердость при высокой вязкости, из которых производят лопатки турбин. Специалисты лаборатории при исследовательском институте компании WALTER разработали целый ряд сплавов для изготовления пластин для обработки данного материала. В тематических презентациях WALTER можно найти много информации о стружколомах для обработки сплавов с большим содержанием никеля и титана.

Современный двигатель с осевым компрессором насчитывает до 2000 лопаток. В связи с этим даже при выпуске опытных образцов двигателей изготовление лопаток носит серийный характер. Но именно большое количество устанавливаемых лопаток и как следствие, количество мест под посадку детали делает сложным и высокотехничным производство роторов турбины. Если случается брак одной или даже десяти лопаток — это дорогая, но поправимая ошибка, если же подобная неприятность случается при производстве ротора турбины, то предприятие-производитель несет очень большие финансовые потери.

Одной из самых сложных технологий является операция нарезания пазов для лопаток.

WALTER предлагает специальный инструмент — фрезы со сменными пластинами, подобные описаным для производства хвостовика лопаток. Также специалисты WALTER предлагают специальные режимы и технологии для высокоточного нарезания канавок.

При производстве этой детали есть еще один «подводный камень» — это нарезание канавок на корпусе ротора.

Высокоэффективная технология нарезания канавок WALTER HPP (High Performance Plunging) для нарезания 19 миллиметровых канавок рекомендует специальный инструмент кассетного типа.

Его основные преимущества:

  • инструмент может быть оснащен 1/2/3/4 кассетами
  • низкое усилие резания
  • сменные кассеты
  • двухсторонний инструмент
  • возможна смена пластин без смены кассет

Одной из основных составляющих частей турбины является корпус. Это массивная деталь с большим количеством элементов повышенной точности изготавливается из титановых сплавов. Высокие требования по точности, предъявляемые к фрезерованию, выполняемому в тяжелых условиях, заставляет производителей серьезно задуматься о выборе соответствующего инструмента.

Для решения этой задачи компания WALTER представляет серию фрез:

  • для тяжелой обработки — тип F2060
  • для получистовой обработки — тип F2010
  • для обработки на высокоскоростных режимах — тип F2002

Из новинок, представленных компанией WALTER, особенно можно отметить дисковую и торцевую фрезу для черновой обработки плоских поверхностей и фланцев корпуса турбины, а также фрезу для конических отверстий на корпусе турбины.

Макс. диаметр обработки     дисковая и торцевая фреза

до Ф 315 мм F2253-xxxxxx, SB25, Dc xxx

Макс. глубина резания до 20 mm

Макс. скорость подачи до 1 мм/мин

Основные возможности:

  • инструмент со сменными пластинами
  • обработка пластинами стандартной геометрии
  • цилиндрическое черновое фрезерование
  • специальная форма пазов — правильный отвод стружки

Фреза для конических отверстий с автоматической сменой инструмента.

Старые технологии требовали 100 % ручной смены инструмента. Новая технология обеспечивает уменьшение времени простоя за счет практически полной автоматизации данного процесса.

Благодаря новым конструктивным особенностям инструмента вручную производятся только около 10 % работы! Остальная часть работ автоматизирована! Снижение времени обработки — на 50 %.

Почти за три столетия своего развития турбостроение было и остается самостоятельной научно-производственной областью, новые разработки в которой находят применение в различных отраслях деятельности современного человека.

Данная статья является обзорной и имеет ознакомительный характер, поэтому за подробностями и по всем вопросам, связанным с подбором и приобретением инструмента, обращайтесь к специалистам компании «НИКА СЕРВИС», официальному эксклюзивному представителю WALTER в Украине.

Наши технические решения и сервисная поддержка всегда на страже ваших интересов.

Материал для статьи предоставлен специалистами компании «НИКА СЕРВИС».

ООО «НПО Ника Сервиис» 
61124, Украина, г. Харьков, а/я 9644
Тел.: +380 (57) 717-55-52, 728-27-18, 728-27-19
www.nikas.com.ua e-mail: info@nikas.com.ua

Номер и год выпуска: 2/2011.
Ссылка на статью на сайте журнала «Оборудование и инструмент для профессионалов».