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:

  • Энергетика выставляется на торги

    Уважаемые читатели, вторая половина ноября ознаменована новыми торгами в области энергетики. Предлагаем вашему вниманию последнюю информацию. Лидером этого месяца с большим отрывом стала Москва, остро нуждающаяся в ремонте, прокладке сетей и т. д. ...

  • Екатеринбургские энергетики улучшают электроснабжение

    Екатеринбургские энергетики направят на улучшение электроснабжения ОГУЗ «Фтизиопульмонология» более 16 миллионов рублей. Уже сейчас начались работы по реконструкции электрических сетей, питающих этот социально значимый объект. В рамках реализации проекта модернизации сетей будут заменены кабельные линии. Новые энергоустройства сделаны из сшитого полиэтилена, они имеют большую пропускную способность и низкую удельную повреждаемость. Пл...

  • Цифровые электроизмерительные приборы ОАО «Электроприбор»
    Цифровые электроизмерительные приборы ОАО «Электроприбор»

    Чебоксарский завод ОАО «Электроприбор», признанный лидер среди производителей стрелочных электроизмерительных приборов в России, с 2001 года производит цифровые щитовые приборы. В числе потребителей цифровых приборов – предприятия практически всех отраслей промышленности, в том числе энергетики. Интерес энергопредприятий к цифровым щитовым приборам возник после появления цифровых приборов с габаритами лицевой панели 120х120 мм. Э...

  • Реформа начинается с Тулы

    На подстанции 110 кВ «Перекоп» Тульских электрических сетей – производственного отделения ОАО «Тулэнерго», которое входит в ОАО «МРСК Центра и Приволжья», осуществляются масштабные работы по реконструкции энергооборудования. Подстанция имеет для Тулы стратегическое значение, обеспечивая электроснабжение таких предприятий, как Тульское отделение Московской железной дороги ОАО «РЖД», ООО «Суворовский строитель», ЗАО «Оружейная слоб...

  • Кто вы, господин Аханов?

    Распоряжением правительства России от 27 октября 2007 года Дмитрий Аханов назначен главой Федерального агентства по энергетике – новой структуры, которой предназначено стать главным государственным органом отрасли по завершении энергореформы. Сегодня, когда заканчиваются структурные преобразования, запущена новая модель рынка, важно наладить эффективную управленческую модель в отрасли. В Минпромэнерго убеждены, что назначение Д. А...