способ ремонта опорной шейки ротора турбоагрегата

Формула изобретения

1. Способ ремонта опорной шейки ротора турбоагрегата преимущественно тепловой электростанции, включающий освобождение опорной шейки ротора, размещенной в собственных подшипниках, от крышки подшипника и верхней половины вкладыша, базирование ротора и инструментального узла для механической обработки друг относительно друга и механическую обработку опорной шейки ротора, отличающийся тем, что предварительно инструментальный узел взвешивают относительно плоскости разъема собственных подшипников ротора, дефектную шейку разделяют, по меньшей мере, на два участка по длине и осуществляют замеры некруглости шейки с фиксацией полученных результатов, затем по замерам некруглости двух крайних участков определяют погрешность биения диаметра шейки от номинального размера диаметра и осуществляют базирование инструментального узла относительно оси ротора посредством сканирования шейки ротора, по меньшей мере, двумя лазерными сканерами путем ввода в них результата полученной погрешности, после чего "встраивают" ось продольной подачи инструментального узла в ось ротора, жестко фиксируют инструментальный узел на плоскости разъема собственных подшипников ротора и осуществляют механическую обработку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на каждом участке дефектной шейки осуществляют замеры некруглости шейки, по меньшей мере, в двух соседних сечениях диаметра и результат усредняют.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что замеры некруглости шейки осуществляют с углом обхвата, не превышающим 30 - 120°, и с допуском на диаметр 0,01 - 0,001 мм.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что сканирование шейки ротора лазерными сканерами осуществляют путем их расположения в вертикальной плоскости относительно продольной оси ротора под углом 90° друг относительно друга.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что базирование и механическую обработку ротора осуществляют в изношенных старых вкладышах собственных подшипников ротора без извлечения ротора из собственных подшипников.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в процессе базирования в лазерные сканеры вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре начала механической обработки и при температуре окончания механической обработки, а механическую обработку осуществляют с учетом величины коэффициента температурного расширения материала ротора в процессе механической обработки.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что перед механической обработкой в лазерные сканеры вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре начала механической обработки, равной комнатной температуре, и при температуре окончания механической обработки, равной 180 - 220°С.

8. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в процессе механической обработки один из лазерных сканеров перемещают вдоль направления продольной подачи инструмента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электричеству, преимущественно к технологии изготовления, сборки, эксплуатации и ремонта электрических машин, в частности опорных шеек роторов турбоагрегата тепловых электростанций (ТЭЦ).

В процессе эксплуатации турбоагрегата происходит износ опорных шеек роторов турбин и роторов турбоэлектрогенераторов, превышающий значение технических условий завода-изготовителя, по которым некруглость соответствует не более 0,03 мм.

Известен способ ремонта опорных шеек ротора турбоэлектрогенератора, преимущественно ТЭЦ (см. , например, Министерство энергетики и электрификации СССР, Главэнергоремонт, "Цилиндры турбины паровой" ПТ-60/75-130/13, Технические условия на капитальный ремонт ТУ 34-38-20241-84, Карта N 13, графа 5, поз. 1.2. , 1983 г.), включающий освобождение опорных шеек, размещенных в корпусе собственного подшипника, от крышки подшипника и верхней половины вкладыша, размещение и взвешивание ротора относительно инструментального узла в опорных "козлах" и осуществление механической, ручной обработки опорной шейки шабером, ручным притиром и шлифовки шлифовальной шкуркой по периметру.

Достоинство известного способа ремонта опорных шеек ротора заключается в том, что ремонт шеек осуществляют путем размещения и взвешивания ротора на специальных "козлах". Такой способ ремонта не требует доставки ротора на завод-изготовитель или специализированное предприятие.

Однако известный способ ремонта имеет "косметический" характер и не решает задачу капитального ремонта шеек ротора с заданной размерной точностью при наличии задиров, глубоких царапин, рисок, конусности в пределах 0,03-0,07 мм и отклонения от некруглости - нецилиндричности шейки ротора до 0,03-0,07 мм.

Известен способ ремонта роторов электродвигателей (авт. свид. СССР N 1791906, H 02 К 15/00, БИ N 4 от 30.01.93 г.), включающий полный демонтаж ротора, размещение его в средстве вращения ротора, взвешивание и базирование ротора по опорным шейкам с использованием люнета относительно инструментального узла и осуществление ремонта согласно технологии дефектной ведомости.

Известный способ ремонта связан со значительной трудоемкостью и трудозатратами.

В качестве прототипа принят способ ремонта шеек ротора (заявка BY N 970603 от 06.11.97 г., МПК H 01 К 15/00-15/16, Бюллетень изобретений BY N 2, 1999, с. 72-73).

Ремонт шеек ротора турбоагрегата производят по следующей технологии: освобождают опорную шейку ротора, размещенную в собственных подшипниках, от крышки подшипника и верхней половины вкладыша, базируют ротор и инструмент для механической обработки друг относительно друга и осуществляют механическую обработку опорной шейки ротора посредством вращения ротора, радиальной и продольной подачи инструмента и вращения инструмента вокруг собственной оси.

В основу изобретения положена задача упрощения технологии ремонта и повышение качества со снижением трудозатрат за счет производства капитального ремонта шеек ротора без его демонтажа из опорных подшипников.

Поставленная задача достигается тем, что в способе ремонта опорной шейки ротора турбоагрегата, преимущественно тепловой электростанции, включающем освобождение опорной шейки ротора, размещенной в собственных подшипниках, от крышки подшипника и верхней половины вкладыша, базирование ротора и инструментального узла для механической обработки друг относительно друга и механическую обработку опорной шейки ротора, согласно изобретению предварительно инструментальный узел взвешивают относительно плоскости разъема собственных подшипников ротора, дефектную шейку разделяют по меньшей мере на два участка по длине и осуществляют замеры некруглости шейки с фиксацией полученных результатов, затем по замерам некруглости двух крайних участков определяют погрешность биения диаметра шейки от номинального размера диаметра и осуществляют базирование инструментального узла относительно оси ротора посредством сканирования шейки ротора по меньшей мере двумя лазерными сканерами путем ввода в них результата полученной погрешности, после чего "встраивают" ось продольной подачи инструментального узла в ось ротора, жестко фиксируют инструментальный узел на плоскости разъема собственных подшипников ротора и осуществляют механическую обработку.

В способе на каждом участке дефектной шейки осуществляют замеры некруглости шейки по меньшей мере в двух соседних сечениях диаметра, и результат усредняют.

В способе замеры некруглости шейки осуществляют с углом обхвата, не превышающим 30-120^o, и с допуском на диаметр 0,01 - 0,001 мм.

В способе сканирование шейки ротора лазерными сканерами осуществляют путем их расположения в вертикальной плоскости относительно продольной оси ротора под углом 90^o друг относительно друга.

В способе базирование и механическую обработку ротора осуществляют в изношенных старых вкладышах собственных подшипников ротора без извлечения ротора из собственных подшипников.

В способе в процессе базирования в лазерные сканеры вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре начала механической обработки и при температуре окончания механической обработки, а механическую обработку осуществляют с учетом величины коэффициента температурного расширения материала ротора в процессе механической обработки.

В способе перед механической обработкой в лазерные сканеры вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре начала механической обработки, равной комнатной температурe и при температуре окончания механической обработки, равной 180-220^oC.

В способе в процессе механической обработки один из лазерных сканеров перемещают вдоль направления продольной подачи инструмента.

Способ поясняют чертежами, где:

на фиг. 1 дана общая схема ремонта опорных шеек ротора;

на фиг. 2 показана схема взвешивания инструментального узла;

на фиг. 3 дана общая схема ремонта опорных шеек ротора шлифованием и точением;

на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 1;

на фиг. 5 - вид по стрелке Б на фиг. 1.

Способ осуществляют следующим путем. Ротор 1 по фиг. 1, размещенный в собственных подшипниках 2 турбоагрегата, например турбогенератора, в зоне опорных шеек 3 и 4 освобождают от крышки и верхней половины вкладышей (не показаны) подшипника 2.

Предварительно (по фиг. 2) инструментальный узел 5 взвешивают относительно плоскости "А" разъема собственных подшипников 2 ротора 1, например посредством системы механических домкратов 6 для повышения точности базирования инструментального узла 5 в системе станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД) относительно оси О-О ротора 1.

В способе для уменьшения погрешности измерения абсолютного значения диаметра шейки 3, 4 до и после ремонта перед механической обработкой дефектную шейку 3, 4 разделяют по меньшей мере на два участка d₁... d_n по длине.

В способе возможно внутри каждого участка dn дефектной шейки 3, 4 осуществлять замеры некруглости путем осциллирования вдоль оси О-О ротора 1, например электронной скобой 7, по меньшей мере в двух соседних сечениях I, II диаметра шейки в зависимости от величины износа шейки 3, 4, и результат усредняют.

В способе замеры некруглости шейки 3, 4 осуществляют без извлечения ротора 1 из подшипников 2 с экспериментально установленным углом обхвата, не превышающим 30-120^o, в зависимости от размера диаметра шейки с допуском на диаметр 0,01 - 0,001 мм и с фиксацией полученных результатов. Вышеописанная технология замера некруглости шейки 3, 4 посредством использования, например, электронной скобы 7 или иного инструмента позволяет в системе СПИД осуществлять прецизионные измерения диаметров 250-450 мм шейки на длине от 800-1500 мм ротора 1 с точностью до 0,5 мкм с возможностью обхвата шейки 3, 4 ротора 1 по экспериментально определенной дуге в интервале 30-120^o. За пределами указанного интервала менее 30^o необходимо изменять типоразмер скобы, а измерение более 120^o возможно осуществлять только при взвешивании ротора 2 над опорами 3, 4, что нецелесообразно.

Затем по замерам некруглости по меньшей мере двух крайних участков d₁... d_n определяют погрешность биения шейки 3, 4 от номинального размера диаметра и осуществляют базирование (системы СПИД) инструментального узла относительно шейки 3, 4 ротора по меньшей мере двумя лазерными сканерами 8, 9 путем ввода результата полученной погрешности в два лазерных сканера 8, 9 расположенных в вертикальной плоскости относительно оси ротора О-О, под углом 90^o друг относительно друга, после чего "встраивают" ось O1-O2 продольной подачи S_k (системы СПИД) инструмента в ось O-O ротора 1.

В способе (фиг. 1, 2) базирование и механическую обработку ротора 1 осуществляют в изношенных старых вкладышах 10 собственных подшипников 2 ротора 1 без извлечения ротора 1 из собственных подшипников 2. Встраивание системы СПИД в ось О-О ротора 1 в изношенных старых вкладышах 10 собственных подшипников 2 ротора 1 без извлечения ротора 1 из собственных подшипников 2 на старом ложе для вкладышей 10 по сравнению с известной технологией, предусматривающей использованиe специальных опор и взвешивание на них ротора, направлено на повышение размерной точности после ремонта системы корпус подшипника-новый вкладыш-ротор.

В способе в процессе базирования в лазерные сканеры 8, 9 вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре 20^oC начала механической обработки и при температуре окончания механической обработки, а механическую обработку осуществляют с учетом величины коэффициента температурного расширения материала ротора в процессе механической обработки.

В способе перед механической обработкой в лазерные сканеры вводят значение величины допуска на механическую обработку при температуре начала механической обработки, равной комнатной температурe 20^oC, и при температуре окончания механической обработки, равной 180-220^oC.

Например, для стали 20ХМ материала ротора 1 при температуре 100^oC окончания обработки на длине 1 м удлинение составляет 1 мм, а значение коэффициента = 0,103-0,095 для температурного интервала 300-500^oC.

В способе в процессе механической обработки один из лазерных сканеров 8 ведомый перемещают вдоль направления продольной подачи Sp инструментального узла 5 системы СПИД, а другой лазерный сканер 7 ведущий фиксируют на одном из заданных диаметров шейки 3, 4 ротора 1.

Базирование системы СПИД посредством лазеров 8, 9 для ремонта шлифовкой-резанием шейки 3, 4 ротора 1 в процессе встраивания системы СПИД в ось ротора 2 и для осуществления контроля положения инструментального узла 5, износа инструмента и отжатия его при шлифовке и коррекции системы СПИД в целом относительно уменьшения диаметра шеек 3, 4 при их шлифовке и как следствие изменение положения оси О-О ротора 1 относительно инструментального узла 5. Сканеры 8, 9 расположены относительно шейки 3, 4 ротора 1 в плоскости, перпендикулярной оси ротора 2 под углом 90^o друг относительно друга и крепятся к инструментальному узлу 5 с возможностью изменять углы установки сканеров 8, 9 относительно шейки 3, 4 ротора 1 и с возможностью обеспечения хода продольной подачи S_p инструментального узла 5 до 800-1500 мм. Диапазон контроля сканируемой поверхности 8,0 мм, дискретность индикации измерения результатов 1,0 мкм.

После базовых замеров шейки 3, 4 ротора 1 производят встраивание системы СПИД в ось О-О ротора 1 по непосредственным показателям цифровой индикации лазеров 8, 9. В процессе шлифования шейки ротора 1 контроль замеров шейки 3, 4 ротора 1 осуществляют одним из сканеров - ведомым 8, но для контроля положения системы СПИД относительно оси О-О ротора 1 необходимы показания обоих сканеров 8, 9. Лазерное базирование позволяет в процессе ремонта шейки 3, 4 ротора 1 турбоагрегата производить контроль ведомым сканером 8 усадки шлифовального камня (режущего инструмента), ход поперечной S_r и продольной подачи S_p, и совместно с ведущим сканером 9 корректировать в автоматическом цикле по допускам режимы резания.

В устройстве инструментальный узел 5 (по фиг. 2) системы СПИД смонтирован на плоскости разъема А посредством системы домкратов 6 и системы фиксаторов 11. Домкраты 6 направлены на облегчение базирования системы СПИД, а фиксаторы 11 направлены па повышение общей жесткости системы СПИД в процессе шлифовки-резания шейки 3, 4 ротора 1.

После базирования ротора 1 и инструментального узла 5 для механической обработки друг относительно друга. Ротор 1 базируют непосредственно в собственных подшипниках 2 посредством центровых упоров 5 относительно режущего чашечного инструмента - чашечного шлифовального круга 12 или относительно чашечного или дискового самовращающегося ротационного резца 13 производят фиксацию инструментального узла 5 на плоскости разъема А.

В процессе механической обработки ротора 1 ему придают движение вращения вокруг собственной оси вращения с числом оборотов N_p.

В случае шлифования опорной шейки 3 и 4 ротора 1 чашечный шлифовальный круг 12 выставляют так, чтобы рабочая плоскость К круга 6 была параллельна образующей цилиндрической поверхности шейки 3 ротора. При этом ось вращения чашечного круга 6 выставляют под углом 35-75^o к горизонтальной плоскости. Чашечному кругу 12 задают движение вращения V_k вокруг собственной оси и движения радиальной (поперечной) и продольной подач S_d и S_k. Осуществляют черновой и чистовой режимы шлифования, причем рабочий и холостой ходы круга 12 осуществляют при одном и том же значении величины его радиальной подачи для компенсации накопленной погрешности в системе-СПИД (приспособление-инструмент-деталь), что улучшает качество обрабатываемой поверхности.

При наличии на поверхности опорной шейки 3 задиров, рисок, глубоких царапин и т.п. дефектов перед шлифованием осуществляют черновое и чистовое точение опорной шейки ротора чашечным или дисковым самовращающимся ротационными резцами 7 или 8, которые применяют в зависимости от диаметра и длины опорной шейки 3 или формы дефекта обрабатываемой поверхности. Характерной особенностью при точении ротационными резцами является то, что ось вращения резца в зависимости от режимов резания выставляют в радиальном направлении под острым углом P к направлению продольной подачи резца. При этом вращение V_p резца 13 вокруг собственной оси осуществляют путем ввода в контакт его режущей кромки с поверхностью принудительно вращаемой опорной шейки ротора. Движения радиальной S_d и продольной S_p подач при резании осуществляют по тем же расчетным формулам, как и при шлифовании.

В процессе механической обработки ротора для исключения его продольных перемещений осуществляют осевой подпор ротора центрирующими упорами 5.

Пример конкретного осуществления способа. Производили ремонт опорных шеек роторов турбины и генератора ст. N 4 Новополоцкой ТЭЦ в условиях станции.

1. Шлифование шейки ротора турбины выполняется после вывода ротора генератора, установив механизм для вращения ротора на опору переднего подшипника генератора, при закрытом цилиндре, совместив с работой по перемонтажу пароперепускных труб цилиндра.

Шлифование шейки ротора генератора выполнить после заводки ротора генератора, удалив ротор турбины, установив механизм для вращения ротора на опоре переднего подшипника генератора.

2. Расчет и оптимизация скоростей вращения роторов.

Линейная скорость ротора м/мин,

где D - диаметр шейки;

n - количество оборотов механизма для вращения,

т.к. D₁ подшипника N 2 = 360 мм,

D₂ подшипника N 3 = 300 мм,

при n₁ = 12 об/мин и при n₂ = 17,3 об/мин.

Имеем несколько вариантов скоростей V_p м/мин (см. табл. 1).

Учитывая, что для достижения приемлемых режимов резания обработки необходима наибольшая линейная скорость заготовки, то в нашем случае выбираем для обработки шейки диаметром 360 мм V = 19,6 м/мин, соответственно n = 17,3 об/мин, а для шейки диаметром 300 мм V = 16,3 м/мин и n = 17,3 об/мин.

При данном количестве оборотов механизма для вращения ротора n = 17,3 об/мин мы вписываемся в паспортную мощность двигателя указанного механизма.

Для достижения требуемого передаточного отношения механизма использовать шестерни Z₁ = 40, Z₂ = 60.

Определение глубины резания

где D_з - диаметр заготовки для 360 t = 0,30 мм;

D_o - диаметр детали для 300 t = 0,40 мм.

При черновом шлифовании поперечная подача на расчетный ход t = 0,01-0,025 мм, причем большие значения берутся при S_d < 0,5 В мм/об заготовки, меньшие при S_d 0,5 В мм/об.,

где В - толщина круга В = 10 мм 0,5 В = 5 мм.

В нашем случае S_d1 при черн. = 0,8 мм/об., S_d2 при чист. = 0,3 мм/об. (значение S_d1 и S_d2 взято из таблиц); что гораздо меньше, принимаем t = 0,025 мм.

Минутная продольная подача или скорость продольного хода стола

м/мин,

где n_з - количество оборотов заготовки n_з = 17,3 об/мин;

для чернового шлифования V_{ст.черн.} = 0,14 м/мин;

для чистового шлифования V_{ст.чист.} = 0,05 м/мин.

Величина продольной подачи

S_черн. = V_{ст.черн.} n_з = 0,14 17,3 = 2,4 мм/об.;

S_чист. = V_{ст.черн.} n_з = 0,05 17,3 = 1,2 мм/об.

Следует учесть, что полученные данные продольной подачи выражают максимальное значение для получения максимальной скорости обработки деталей, S_черн. корректируется при расчете мощности резания см. П3.

3. Обработку производить чашечным камнем.

Скорость вращения шлифовального круга (скорость резания)

м/с,

где D_k - диаметр шлифовального круга, мм;

n_k - число оборотов шлифовального круга, n_k = 2800 об/мин.

Значения V_k при различных D_k см. в табл. 2.

Значения мощности резания N_рез при различных V_k см. в табл. 3.

При полировке шейки ротора использовать торцевые лепестковые круги с зернистостью 35 ед. и 12 ед. диаметром 120 мм.

К операции полировки приступить после достижения цилиндричности поверхности шейки. Произвести полировку вначале кругом 35 ед. с продольной подачей стола 1 мм/об. , после произвести полировку кругом 12 ед. С подачей стола 1 мм/об. до достижения чистоты обработки 6 кл.

Преимущество использования торцевых лепестковых кругов перед листовой шлифовальной шкуркой - это выигрыш во времени (заданная чистота достигается за 2-3 ч), нет вероятности нарушить цилиндричность из-за неравномерности обработки на различных участках длины шейки, механизация трудоемкого процесса полировки.

Заявленный способ проходит промышленную апробацию на территории СНГ. По сравнению с известными аналогами способ упрощает технологию ремонта за счет исключения полной разборки-сборки турбоэлектрогенератора и исключения технологического маршрута доставки ротора на завод-изготовитель и обратно.