16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/90/6597.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 14 (90) ноябрь 2007 года

Как сэкономить на отливке корпусов паровых турбин

Наука и новые технологии Феликс ШАМРАЙ, Андрей БУЛАНОВ

Особую роль в формировании себестоимости турбины и ее производительности играют литые и сварнолитые детали. В основном это крупные корпусные отливки сложной конфигурации, с фланцами, используемые в цилиндрах высокого и среднего давления.

Авторами разработан целый комплекс перспективных литейных технологий, в который входят:
– моделирование конструкции в 3D «тяжелом» пакете;
– конструкторская оптимизация отливки по прочности, ресурсу, тепловым узлам, направленной кристаллизации, припускам на обработку;
– расчеты прочности и ресурса; уточнение конструкции по результатам расчетов;
– анализ технических и технологических рисков и их последствий;
– составление программы качества;
– моделирование литейных процессов в современных программных продуктах;
– создание собственно литейной технологии;
– создание программы ЧПУ для получения пенополистирольной модели;
– изготовление полистирольной модели; формовка, заливка, механическая обработка деталей.

Наибольший интерес данная технология представляет для атомного (корпуса реакторов и крышки) и турбомашиностроения (корпуса цилиндров высокого давления). По нашему мнению, предлагаемая технология обеспечит качественным сложным крупногабаритным ответственным литьем предприятия тяжелого машиностроения.

На рисунке представлен базовый вариант отливки корпуса цилиндра высокого давления. Цилиндр работает в условиях сложного термонапряженного состояния: максимальное давление на паровпуске P = 6,6 МПа, рабочая температура T = 530 °С, при этом цилиндр должен выдержать не меньше 100 холодных пусков. Отливка имеет вес 6400 кг, габариты 2200х2150х950 мм, толщина стенки 80…260 мм. Материал отливки – 15Х1М1ФЛ.

Литейные предприятия, предлагающие свои услуги по производству отливок подобного класса, способны их изготавливать только лишь литьем в песчано-глинистые формы. Избыточная толщина стенок и множество тепловых узлов, имеющихся в базовом варианте отливки, не способствуют получению отливок без брака, а, напротив, приводят к удорожанию отливки за счет массивности и дополнительного объема ремонтных работ. В результате цикл восстановительных работ с отливкой («лечение») затягивается на срок до одного года, что приводит к неизбежному срыву планов и дополнительным денежным затратам, в разы превосходящим стоимость самого литья.

В связи с вышесказанным целью оптимизационной задачи в нашей работе явились: снижение толщины стенок и массы отливки, расчет и проектирование отливок с минимальным количеством и объемом тепловых узлов.

Для конструирования использовалась система автоматизированного проектирования Pro ENGINEER Wildfire 3.0, которая позволяет с максимальной производительностью проектировать качественные модели любой степени сложности.

Особое место при проектировании занимают прочностные расчеты, позволяющие получить оптимальные параметры корпуса. Основными из них являются: минимальная толщина стенки, максимальная выработка ресурса по критериям длительной прочности, плотности фланцевого соединения и малоцикловой усталости на протяжении заданного срока эксплуатации турбины. Кроме того, создание корпусов, работающих в сложных условиях, требует решения различных задач: расчетов статической прочностной, термонапряженного состояния, малоцикловой усталости. При этом необходимо построение объемных конечно-элементных моделей, в том числе и параметрических, что представляет определенные трудности в связи со сложной геометрией корпусов.

Расчеты наших моделей производились в программе ANSYS. В результате этих оптимизационных расчетов базового варианта достигнуто уменьшение веса отливки с 6300 кг до 3500 кг (более чем на 40%) и уменьшение объема тепловых узлов с 9200 до 1440 см3 (более чем на 80%).

В связи с тем, что способ литья в землю не в силах обеспечить подобного рода параметры, было принято решение перейти на способ литья по газифицируемым моделям. Этот способ выгодно отличается от ранее применяемого с точки зрения точности и отсутствия дефектов. Экономия при использовании этого способа достигается за счет резкого снижения времени и затрат на изготовление моделей и стержневых ящиков, формовку, обрубку отливок, уменьшения припусков на их механическую обработку. Отсутствие стержней и разъема формы дает возможность выполнить модель без литейных уклонов и допусков на сборочные операции.

На завершающем этапе конструирования задаются припуски на механическую обработку и формируется модель отливки и литниково‑питающей системы. С целью получения отливки без дефектов, кроме качественной плавки и правильного подбора формовочных материалов, требуется максимально точный расчет и конструирование литниково‑питающей системы. Для достижения высоких результатов процесс заливки и кристаллизации расплава моделируется в специализированных литейных программах. С учетом специфики литья была выбрана и на данном этапе тестируется программа ProCast. Программа способна осуществлять прогноз всевозможных литейных дефектов, связанных с течением расплава в полости формы, а также кристаллизацией и остыванием отливки. Полученные в результате расчетов данные дают возможность своевременно откорректировать конструкцию формы и литниковой системы на ранней стадии проектирования.

Результаты и возможности:
– данная технология позволяет получать качественную отливку с «первого выстрела»;
– цикл производства отливки сокращается в 5‑10 раз;
– достигается сокращение веса отливок;
– достигается уменьшение припусков на мехобработку;
– нет ограничений по весу, габаритам, сложности отливок.

Окончательный вариант формы отливки передается в необходимом формате в CAM систему, где создается управляющая программа для станка с ЧПУ. Литейную модель покрывают противопригарным составом и формуют.

Комплекс проводимых работ уменьшает себестоимость паровой турбины на 20%. Данная технология позволяет изготавливать конструкции с учетом индивидуальных потребностей, а также существенно повысить маневренность турбины, что в конечном итоге приводит к существенной экономии средств на тепловых станциях.

В заключение стоит отметить, что разработанная технология уже принята как основная на одном из отечественных турбинных заводов.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 14 (90) ноябрь 2007 года:

  • Enel обещает оферту на выкуп акций ОГК-5

    Enel может сделать предложение о выкупе акций российской ОГК- 5 у миноритариев. Об этом заявил глава Enel Фульвио Конти. Enel купил у РАО ЕЭС блокирующий пакет акций ОГК-5 на открытом аукционе в начале июня за 1,516 миллиарда долларов, а затем увеличил долю до 37,15 процента и пообещал оферту до конца 2007 года. Enel хочет получить по крайней мере 50 процентов плюс одна акция, но не планирует увеличивать долю выше 74 процентов, так как...

  • OXS в Федеральном ядерном центре

    OXS (группа компаний «Оптима»), ведущая консалтинговая компания России, объявила о старте проекта по внедрению автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта оборудования (ТОРО), являющейся собственной разработкой компании, на предприятии «Энергоуправление» Федерального ядерного центра в городе Сарове (Арзамас-16). Система будет реализована всего за три месяца и позволит обеспечить надежность тепло- и энергоснабжения на...

  • Украина: Кредит на реформирование энергетики

    В рамках международной программы реформирования и развития энергетического комплекса Украины Всемирный банк предоставил стране долгосрочный кредит в размере 200 миллионов долларов. Соглашение об этом подписали в Киеве 9 ноября директор Всемирного банка по Украине, Белоруссии и Молдавии Пол Бермингхем и министр топлива и энергетики Украины Юрий Бойко. Как проинформировал Юрий Бойко, общая стоимость проекта составляет 238 миллионов долла...

  • Компания «Промтехресурсы» оснащает лидеров
    Компания «Промтехресурсы» оснащает лидеров

    Более двух тысяч зрителей собрались 17 сентября в летнем амфитеатре Витебска на торжественную церемонию открытия IV Международных соревнований оперативно-ремонтного персонала предприятий распределительных электрических сетей СНГ. Председатель исполнительного комитета Электроэнергетического совета СНГ Е. Мишук начал церемонию открытия с приветствия команд-участниц из России, Белоруссии, Армении, Казахстана, Таджикистана, Киргизии и Узб...

  • Китай: Рост ветровых мощностей

    Германская компания Nordex AG, один из крупнейших производителей оборудования для ветроэнергетики, планирует инвестировать 50 миллионов евро в расширение своих производственных мощностей в КНР. К 2011 году мощность китайского завода по производству ветряных турбин вырастет с 225 МВт в год до 800 МВт. В настоящее время Nordex занимает 3 процента рынка ветряных турбин Китая. К 2011 году компания планирует увеличить свою рыночную долю до ...