ДВУСТОРОННЯЯ ЗАКАТКА ХВОСТОВИКОВ РАБОЧИХ ЛОПАТОК РОТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН Докладчик: Кулик Е.И.

1. НАЦІОНАЛЬНА АТОМНА ЕНЕРГОГЕНЕРУЮЧА КОМПАНІЯ
МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ ТА ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ
СлавутичСлавутич
2017 год2017 год
Докладчик: инженер-конструктор 1 кат. КТО ИЦ Кулик Е.И.Докладчик: инженер-конструктор 1 кат. КТО ИЦ Кулик Е.И.
ДВУСТОРОННЯЯ ЗАКАТКА
ХВОСТОВИКОВ РАБОЧИХ ЛОПАТОК
РОТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН

2. На основании опыта перелопачивания роторов турбин вНа основании опыта перелопачивания роторов турбин в
2015г. ОП АРС поставил перед собой цель по созданию2015г. ОП АРС поставил перед собой цель по созданию
мобильного универсального приспособления, которое бымобильного универсального приспособления, которое бы
повысило производительность и качество операции поповысило производительность и качество операции по
созданию натяга между диском ротора и хвостовикомсозданию натяга между диском ротора и хвостовиком
(основанием) рабочей лопатки. Данная операция(основанием) рабочей лопатки. Данная операция
называется закаткой.называется закаткой.

3. Рассмотрим для чего и когда выполняется закаткаРассмотрим для чего и когда выполняется закатка
Проточная часть турбины, в особенности ротор сПроточная часть турбины, в особенности ротор с
рабочими лопатками, определяет ее надежность ирабочими лопатками, определяет ее надежность и
экономичность. Наиболее ответственными элементамиэкономичность. Наиболее ответственными элементами
проточной части являются рабочие лопатки. Условияпроточной части являются рабочие лопатки. Условия
работы лопаток очень тяжелы. Под действием вращенияработы лопаток очень тяжелы. Под действием вращения
с большой частотой в лопатке возникают большиес большой частотой в лопатке возникают большие
центробежные силы и высокие напряжения растяжения,центробежные силы и высокие напряжения растяжения,
стремящиеся вырвать лопатку из диска ротора.стремящиеся вырвать лопатку из диска ротора.
Дополнительно лопатка изгибается в плоскости осиДополнительно лопатка изгибается в плоскости оси
турбины под действием разности давлений. Изгибающиетурбины под действием разности давлений. Изгибающие
силы, действующие на рабочие лопатки, непостоянны восилы, действующие на рабочие лопатки, непостоянны во
времени. Это приводит к возбуждению колебанийвремени. Это приводит к возбуждению колебаний
лопаток и возможности появления усталостных трещин,лопаток и возможности появления усталостных трещин,
которые могут вызвать отрыв лопатки.которые могут вызвать отрыв лопатки.
Также имеет место эрозия, как результат взаимодействияТакже имеет место эрозия, как результат взаимодействия
с потоками пара, приводящая к износу рабочихс потоками пара, приводящая к износу рабочих
поверхностей.поверхностей.
По мере выработки ресурса рабочих лопаток, в связи сПо мере выработки ресурса рабочих лопаток, в связи с
перечисленными причинами, производится их замена –перечисленными причинами, производится их замена –
перелопачивание.перелопачивание.

4. Для пояснения процесса закатки обратимся к опытуДля пояснения процесса закатки обратимся к опыту
перелопачивания 2015г., когда возникла идея новогоперелопачивания 2015г., когда возникла идея нового
приспособления.приспособления.
Тогда, на втором блоке ОП ЮУАЭС, производилась заменаТогда, на втором блоке ОП ЮУАЭС, производилась замена
рабочих лопаток ротора низкого давления РНД-3 турбоагрегатарабочих лопаток ротора низкого давления РНД-3 турбоагрегата
К-1000-60/1500 на лопатки новой конструкции сК-1000-60/1500 на лопатки новой конструкции с
цельнофрезерованным бандажом, разработанные ицельнофрезерованным бандажом, разработанные и
изготовленные ПАО «Турбоатом».изготовленные ПАО «Турбоатом».

5.  хвостовик (основание)хвостовик (основание)
 рабочая часть (перо)рабочая часть (перо)
 бандажная частьбандажная часть
Новая лопатка имеет следующие основные части:Новая лопатка имеет следующие основные части:

6. Лопатки установлены (набраны) на дисках (ступенях)Лопатки установлены (набраны) на дисках (ступенях)
ротора турбины. В частности у РНД этих ступеней 5 сротора турбины. В частности у РНД этих ступеней 5 с
двух сторон и замена лопаток производилась на третьейдвух сторон и замена лопаток производилась на третьей
ступени.ступени.

7. Закатка хвостовиков лопаток с грибовидным соединениемЗакатка хвостовиков лопаток с грибовидным соединением
производится следующим образом:производится следующим образом:
Закаточный ролик выставляется в имеющуюся канавку отЗакаточный ролик выставляется в имеющуюся канавку от
заводской чеканки или на расстоянии 4заводской чеканки или на расстоянии 4+1+1
мм от наружного стыкамм от наружного стыка
лопатки и диска.лопатки и диска.
После включения штатного валоповоротного устройства,После включения штатного валоповоротного устройства,
сообщающего вращение ротору, ролик поджимают к диску длясообщающего вращение ротору, ролик поджимают к диску для
создания пластической деформации кромки диска приводящейсоздания пластической деформации кромки диска приводящей
к возникновению натягак возникновению натяга на опорных поверхностях.на опорных поверхностях.

8. Качество закаткиКачество закатки хвостовиков лопаток проверяетсяхвостовиков лопаток проверяется
щупом 0,02 мм. Закатка считается выполненной, еслищупом 0,02 мм. Закатка считается выполненной, если
щуп не проходит в месте стыка по всей окружностищуп не проходит в месте стыка по всей окружности
диска.диска.

9. Закатка диска предусмотрена технологиейЗакатка диска предусмотрена технологией
облопачивания. Если при наборе лопаток на диск воблопачивания. Если при наборе лопаток на диск в
некоторых местах будут оставлены незначительныенекоторых местах будут оставлены незначительные
зазоры по опорным поверхностям, то при работе турбинызазоры по опорным поверхностям, то при работе турбины
лопатки могут нарушить плотность посадки. Длялопатки могут нарушить плотность посадки. Для
предотвращения этого и повышения надежностипредотвращения этого и повышения надежности
производится закатка.производится закатка.

10. При проведении ремонта в условиях АЭС для выполненияПри проведении ремонта в условиях АЭС для выполнения
закатки традиционно применяется суппорт сзакатки традиционно применяется суппорт с
установленной на нем удлиненной державкой.установленной на нем удлиненной державкой.

11. Ролик устанавливается на державке. Усилие на роликеРолик устанавливается на державке. Усилие на ролике
создается за счет поперечного перемещения суппорта посоздается за счет поперечного перемещения суппорта по
салазкам. При этом суппорт испытывает значительныесалазкам. При этом суппорт испытывает значительные
напряжения за счет плеча державки. Величина усилиянапряжения за счет плеча державки. Величина усилия
ограничивается из соображений сохранения суппорта.ограничивается из соображений сохранения суппорта.

12. Также это усилие передается на осевые упоры, которыеТакже это усилие передается на осевые упоры, которые
удерживают ротор в заданном положении. Усилия наудерживают ротор в заданном положении. Усилия на
подшипники осевых упоров значительные и имелись случаиподшипники осевых упоров значительные и имелись случаи
выхода их из строя, поэтому повышение осевой нагрузки завыхода их из строя, поэтому повышение осевой нагрузки за
счет усилия прижатия закаточного ролика нежелательно.счет усилия прижатия закаточного ролика нежелательно.

13. Вариант приспособления выполненный по классическойВариант приспособления выполненный по классической
схеме в ОП АРС на базе суппорта станка ДИП-500 ссхеме в ОП АРС на базе суппорта станка ДИП-500 с
дополнительным механизмом поджатия ролика.дополнительным механизмом поджатия ролика.

14. Дополнительное поджатие создается за счет клиновойДополнительное поджатие создается за счет клиновой
передачи. При опускании клина цилиндрический роликпередачи. При опускании клина цилиндрический ролик
упирается в противоположный диск ротора, тем самым неупирается в противоположный диск ротора, тем самым не
создавая дополнительной нагрузки на осевые упоры ротора.создавая дополнительной нагрузки на осевые упоры ротора.

15. Клиновая передача с доработанным цилиндрическимКлиновая передача с доработанным цилиндрическим
роликомроликом

16. Опыт эксплуатации ставил задачу повышенияОпыт эксплуатации ставил задачу повышения
производительности и качества закатки. Требовалсяпроизводительности и качества закатки. Требовался
новый подход.новый подход.
При подготовке к замене лопаток, группа специалистов ОППри подготовке к замене лопаток, группа специалистов ОП
АРС посетила ПАО «Турбоатом», где была полученаАРС посетила ПАО «Турбоатом», где была получена
информация о наличии на заводе оборудования дляинформация о наличии на заводе оборудования для
двусторонней закатки с гидравлическим прижимнымдвусторонней закатки с гидравлическим прижимным
механизмом. Данное оборудование является разработкоймеханизмом. Данное оборудование является разработкой
завода, специалистов ОП АРС с ним не ознакамливали.завода, специалистов ОП АРС с ним не ознакамливали.
ОП АРС рассмотрел возможность разработкиОП АРС рассмотрел возможность разработки
приспособления для двусторонней закатки хвостовиковприспособления для двусторонней закатки хвостовиков
рабочих лопаток. Было принято решение создатьрабочих лопаток. Было принято решение создать
надежный виброустойчивый механизм.надежный виброустойчивый механизм.

17. Первоочередной работой при конструировании был расчетПервоочередной работой при конструировании был расчет
необходимых усилий в месте контакта закаточного ролика снеобходимых усилий в месте контакта закаточного ролика с
диском ротора для обеспечения остаточной деформациидиском ротора для обеспечения остаточной деформации
(смятия) металла диска и обеспечения сохранения рабочей(смятия) металла диска и обеспечения сохранения рабочей
части ролика без деформаций. При этом форма роликачасти ролика без деформаций. При этом форма ролика
(радиус рабочей части), пределы по глубине деформации(радиус рабочей части), пределы по глубине деформации
были указаны технологической инструкцией по заменебыли указаны технологической инструкцией по замене
рабочих лопаток. На основании этого расчета былирабочих лопаток. На основании этого расчета были
определены усилия в деталях и узлах приспособления, затемопределены усилия в деталях и узлах приспособления, затем
подобраны соответствующие материалы, размеры сеченийподобраны соответствующие материалы, размеры сечений
нагруженных деталей и в 3D моделях проверены прочностьнагруженных деталей и в 3D моделях проверены прочность
конструкции и величины возникающих упругих деформаций.конструкции и величины возникающих упругих деформаций.

18. В ходе конструирования проводилось обсуждениеВ ходе конструирования проводилось обсуждение
принятых решений с технологами ОП АРС на предметпринятых решений с технологами ОП АРС на предмет
доступности выбранных материалов и технологическихдоступности выбранных материалов и технологических
возможностей собственной производственной базы.возможностей собственной производственной базы.
После проработки нескольких вариантовПосле проработки нескольких вариантов
приспособления в 3D моделях и согласования проектаприспособления в 3D моделях и согласования проекта
со специалистами ОП АРС, выполняющимисо специалистами ОП АРС, выполняющими
перелопачивание роторов на АЭС, был разработанперелопачивание роторов на АЭС, был разработан
комплект рабочих чертежей.комплект рабочих чертежей.

19. Приспособление состоит из следующих основных частей:Приспособление состоит из следующих основных частей:
1.1.ОснованиеОснование
2.2.КорпусКорпус
3.3.Рычаг левыйРычаг левый
4.4.Рычаг правыйРычаг правый
5.5.Шарнирный узелШарнирный узел
6.6.Винтовой узелВинтовой узел
7.7.Ролик упорныйРолик упорный
8.8.Ролик закаточныйРолик закаточный
Длина приспособления составляет 1950 мм. Вес – 520 кг.Длина приспособления составляет 1950 мм. Вес – 520 кг.

20. Изготовление и сборка выполнены на базе ЦРТМО ОП АРС.Изготовление и сборка выполнены на базе ЦРТМО ОП АРС.

22. Принцип работы приспособленияПринцип работы приспособления
Приспособление устанавливается на разъем цилиндраПриспособление устанавливается на разъем цилиндра
ротора таким образом, чтобы «обхватить» диск ротора.ротора таким образом, чтобы «обхватить» диск ротора.
Для компенсации геометрии разъема цилиндра возможноДля компенсации геометрии разъема цилиндра возможно
применение дополнительного подкладного листа.применение дополнительного подкладного листа.

23. Затем выставляется предварительное положение роликовЗатем выставляется предварительное положение роликов
закаточных относительно мест закатки. Выполняется фиксациязакаточных относительно мест закатки. Выполняется фиксация
основания приспособления на разъеме цилиндра.основания приспособления на разъеме цилиндра.
При этом, до установки приспособления, выставляется расчетный угол, наПри этом, до установки приспособления, выставляется расчетный угол, на
который необходимо повернуть закаточные и упорные ролики. Повороткоторый необходимо повернуть закаточные и упорные ролики. Поворот
необходим для исключения проскальзывания роликов.необходим для исключения проскальзывания роликов.

24. Поворот роликов выполняется в клеммах, которые после этогоПоворот роликов выполняется в клеммах, которые после этого
зажимаются.зажимаются.

25. Точное позиционирование приспособления выполняется сТочное позиционирование приспособления выполняется с
помощью 4-х болтов на основании, а также продольногопомощью 4-х болтов на основании, а также продольного
болтового приспособления.болтового приспособления.
После юстировки зажимной механизм фиксируетсяПосле юстировки зажимной механизм фиксируется
относительно основания 6-ю болтами.относительно основания 6-ю болтами.

26. Включается валоповоротное устройствоВключается валоповоротное устройство. Вращение. Вращение
ротора должно выполняться на приспособление, такимротора должно выполняться на приспособление, таким
образом исключается возможность подрываобразом исключается возможность подрыва
приспособления с разъема.приспособления с разъема.

27. Далее выполняется процесс закатки. С помощью винтовойДалее выполняется процесс закатки. С помощью винтовой
передачи рычаг левый и рычаг правый сводятся по типупередачи рычаг левый и рычаг правый сводятся по типу
клещей. Поворот выполняется в шарнирном узле.клещей. Поворот выполняется в шарнирном узле.

28. Для исключения изгибающих нагрузок на винт предусмотреныДля исключения изгибающих нагрузок на винт предусмотрены
сферические втулки.сферические втулки.
Периодически валоповоротное устройство останавливается иПериодически валоповоротное устройство останавливается и
выполняется проверка посадки лопаток щупом 0,02 мм.выполняется проверка посадки лопаток щупом 0,02 мм.

29. В процессе использованияВ процессе использования приспособления,приспособления, закатказакатка
одной стороны диска завершается раньше другодной стороны диска завершается раньше другойой..
Это связано, в первую очередь, с разницейЭто связано, в первую очередь, с разницей
устраняемых зазоров по сторонам диска, а также сустраняемых зазоров по сторонам диска, а также с
механическими свойствами диска, закаточныхмеханическими свойствами диска, закаточных
роликов ироликов и ппррочее.очее.
Таким образом, возникает необходимостьТаким образом, возникает необходимость
продолжения закатки только одной «отстающей»продолжения закатки только одной «отстающей»
стороны.стороны.
Данная задача реализована в применении упорныхДанная задача реализована в применении упорных
роликов.роликов.

30. Упорные ролики выполнены из «мягкой» стали и имеют сферическуюУпорные ролики выполнены из «мягкой» стали и имеют сферическую
форму. Изначально упорные ролики утоплены относительно закаточных иформу. Изначально упорные ролики утоплены относительно закаточных и
не касаются поверхности диска. После окончания закатки одной стороныне касаются поверхности диска. После окончания закатки одной стороны
устанавливается проставок на уже закатанную сторону. При этом упорныйустанавливается проставок на уже закатанную сторону. При этом упорный
ролик выдвигается относительно закаточного и, при сведении «клещей»,ролик выдвигается относительно закаточного и, при сведении «клещей»,
закаточный ролик не работает.закаточный ролик не работает.
В то же время закатка с обратной стороны продолжается.В то же время закатка с обратной стороны продолжается.

31. Операция закатки хвостовиков рабочих лопаток РНД-3Операция закатки хвостовиков рабочих лопаток РНД-3

32. ВыводыВыводы
 Приспособление технологично в изготовлении и неПриспособление технологично в изготовлении и не
требует дорогостоящих покупных изделий (станочноготребует дорогостоящих покупных изделий (станочного
суппорта);суппорта);
 Конструкция обладает необходимой жесткостью иКонструкция обладает необходимой жесткостью и
работает с минимальными вибрациями;работает с минимальными вибрациями;
 Приспособление мобильно;Приспособление мобильно;
 Монтаж приспособления прост;Монтаж приспособления прост;
 Приложение встречных усилий от двух закаточныхПриложение встречных усилий от двух закаточных
роликов не создает дополнительных усилий на осевыероликов не создает дополнительных усилий на осевые
упоры;упоры;
 Приспособление универсально - малые габаритыПриспособление универсально - малые габариты
«клещей» при относительно большой длине позволяют«клещей» при относительно большой длине позволяют
применять его на различных роторах и ступенях;применять его на различных роторах и ступенях;

33.  Повышено качество закатки (обеспечена возможностьПовышено качество закатки (обеспечена возможность
увеличения площади контакта опорных поверхностей корняувеличения площади контакта опорных поверхностей корня
рабочей лопатки с диском);рабочей лопатки с диском);
 Повышена производительность:Повышена производительность:
2015г. – на закатку двух дисков потрачено 5 суток;2015г. – на закатку двух дисков потрачено 5 суток;
2016г. – на закатку двух дисков потрачено 2 смены;2016г. – на закатку двух дисков потрачено 2 смены;
Процесс закатки включал установку и переустановкуПроцесс закатки включал установку и переустановку
приспособления, собственно закатку, контрольные операции.приспособления, собственно закатку, контрольные операции.
Поставленная цель достигнута!Поставленная цель достигнута!

34. Благодарю за внимание!Благодарю за внимание!