Правка валов на токарном станке. Правка деталей. Виды уплотнений в центробежных насосах

ПРОКАТКА

Прокатка. Прокатку производят на металлургических и машиностроительных заводах, при этом получают прокат - готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой,

штамповкой, прессованием (выдавливанием), волочением или реза­нием. В прокат перерабатывают около 80 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Прокат используют в строительстве, машиностроении и металлообработке.

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный. На рис. 133 приведены виды сортового проката общего назначения: 1 - квадратный; 2 - круг­лый; 3 - полосовой; 4 - угловой; 5 - двутавровый; 6 - швел­лерный; 9 - тавровый и некоторые виды сортового проката спе­циального назначения - 7 и 8 - рельсовый; 10 - шпунтовый; 11 - полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 - полоса для ободьев колес автомобилей.

Трубы в зависимости от технологии их, производства делят на бесшовные сварные. К специальным видам проката относят весьма широкий ассортимент продукции: цельнокатаные колеса для ваго­нов, бандажи, оси, валы, шары, зубчатые колеса, сверла и многое другое.

Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов.

Существуют три основные вида прокатки: продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения).

При продольной прокатке (рис. 134) валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h 0 которой умень­шается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие. Абсолютное обжатие ∆h=h 0 -h 1 ; относительное обжатие ε (%) вычисляют по формуле

Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10 - 60 %.

Путем простейших вычислений можно найти, что ∆h = D(1-cosα), т. е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла α. Угол захвата α при прокатке в насечен­ных валках составляет 27 - 34°, при прокатке сортового материала 22 - 24°, при горячей прокатке листов 15 - 22°, при холодной про­катке 3-8°.

Валки для прокатки отливают из отбеленного чугуна или вы­ковывают из углеродистой или легированной стали. Их делают гладкими(применяют при прокатке листов), или калиброванными с ручьями (канавками) по окружности (для сортового и фасонного проката). Профиль, составленный смежными ручьями двух валков, называют калибром.

∆r=r-r’.
с неровной поверхностью в централь­ной ее части. Поэтому, если получение отверстия нежелательно, прокатку ведут при небольших обжатиях, когда σ с < σ в.

Методом поперечной прокатки получают, например, зубчатые колеса и звездочки цепных передач на специальных станках с зуб­чатыми валками.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка широко применяется при производстве бесшовных труб из сплошной заготовки (рис. 135, б). Валки 1 вращаются в одном направлении, а оси их расположены под некоторым углом, поэтому заготовка 2 при об­работке не только вращается (υ y), но также и перемещается вдоль своей оси(υ x). Для получения правильной формы и гладкой поверх­ности отверстия трубы (гильзы) в зоне образования отверстия уста­навливается оправка 3. Полученные на прошивном стане гильзы раскатываются на трубопрокатных станах. Метод поперечно-винтовой прокатки применяют также для производства шаров, осей и других изделий с использованием специально калиброванных валков. Сталь для горячей прокатки нагревают до температуры выше линии 68К (см. рис. 132); медь, алюминий и их сплавы также про­катывают в горячем состоянии. Из горячекатаной заготовки (лист толщиной 1,25 мм) холодной прокаткой получают тонкие изделия (до 0,1 мм и меньше), ленты для пружин, листы, фольгу и прочее.

Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на загото­вочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.

По количеству валков и их расположению станы продольной прокатки делят на двух-, трех-четырех- и многовалковые, а также универсальные. Двухвалковые станы (рис. 136, а) бывают реверсивные(прокатка заготовок ведется в обе стороны) и нереверсивные

(прокатка ведется в одну сторону, для повторных пропусков заготовка возвращается через верхний валок).

Прокатка заготовок на трехвалковых станах (рис. 136, б) ве­дется в одну сторону между нижним и средним валками, в другую – между средним и верхним; направление вращения валков постоянное. В четырех- и шестивалковых станках (рис. 136, в, г) верхние и нижние валки являются опорными, они препятствуют прогибу сред­них рабочих валков; эта схема применяется для листовых станов.

В клетях с 12 (рис. 136, д) и 20 валками обеспечивается еще большая жесткость рабочих валков; в них производят холодную прокатку ленты толщиной до 0,001 мм.

Универсальные станы (рис. 136, е) имеют горизонтальные и вер­тикальные валки и обеспечивают обжатие четырех сторон.

Сортовые станы предназначены для прокатки сортовых и фасонных профилей. Калибровка валков сортовых станов производится с учетом наибольшего обжатия при каждом пропуске, чтобы количе­ство пропусков было наименьшим. На рис. 137 приведена калибровка валков для прокатки тавровой балки. Калибры пронумерованы в порядке последовательности обжатия заготовки. В соответствии с размерами проката и диаметра валков сортовые станы делят на крупносортные (диаметр валков D= 500:750 мм), среднесортные (D= 350:500 мм) и мелкосортные (D= 250:350 мм). У сортовых станов не одна, а несколько рабочих клетей.

В СССР созданы и внедрены в производство поперечно-винтовые станы для прокатки валов, гаечных ключей, вагонных осей, тарой, труб с высокими поперечными ребрами для теплообменной аппара­туры, зубчатых колес, винтов с большим шагом резьбы, червячных фрез, сверл и других изделий. Новые прогрессивные методы прокатки значительно экономят металл за счет уменьшения или устра­нения отходов в стружку при механической обработке и резко

повышают производительность труда.

Прессуют медь, свинец, алюминий, цинк, магний и их сплавы,

а также сталь из мер­ных заготовок, нарезных из сотового проката.

Все металлы и сплавы, кроме свинцовых, прессуют горячими. Существуют два вида прессо­вания - прямое и обратное.

При прямом прессовании (рис. 138, а) заготовку 2 закладывают в контейнер 3, укрепленный на раме 1 гидравлического пресса; туда же закладывают пресс-шайбу 4. На плунжере 6 пресса укреплен пуансон 5, который давит на пресс-шайбу, в результате чего металл заготовки вытекает через отверстие матрицы 7 в виде прутка. Давле­ние прессования достигает 100 МН.

При обратном прессовании (рис. 138, б) заготовка находится в глухом контейнере и остается при прессовании неподвижной, а прессуемый металл при движении матрицы вытекает навстречу ей. Обратное, прессование требует меньших усилий и остаток металла в контейнере здесь меньше, чем при прямом прессовании, однако в силу меньшей деформации прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла.

Прутки сплошного сечения получают как прямым, так и обратным прессованием. Прессование труб (рис. 138, в) производят только прямым методом, при этом заложенный в контейнер 9 слиток 10 предварительно обжимается пресс-шайбой 11, а затем прошивается дорном 8, конец которого доходит до отверстия матрицы 12. При прессовании металл вытекает из кольцеобразного калибра, соста­вленного отверстием матрицы и дорном, в результате чего обра­зуется труба.

Прессованием получают изделия различного профиля (рис. 139) с размером сечения до 400 мм. Прессованные изделия точнее полу­ченных прокаткой, кроме того, ряд профилей можно получить только прессованием, поэтому оно широко используется в металло­обработке.

Причины поломок вала. Гребные или промежуточные валы ломаются относительно редко, гораздо чаще происходит их изгиб.

Естественно, что лопнувший вал не ремонтируют, а заменяют, но во всех случаях необходимо проанализировать характер поломки и выявить ее причину. Важно, чтобы поломка по той же причине не повторилась при дальнейшей эксплуатации установки с новым валом.

Если вал сломался при ударе о подводное препятствие и при этом его скрутило, причем угол закрутки достигает величины φ° = (0,3-0,5)L/d, где L - длина, a d - диаметр вала (см), то причина поломки или в отсутствии предохранительной муфты или в неправильном выборе ее срезного элемента - он слишком прочен.

Может произойти поломка вала без заметного скручивания, а иногда и без видимых внешних причин, причем излом проходит под углом примерно 45° к оси вала и имеет зернистую структуру. В таких случаях причиной излома, как правило, является трещина, проходящая в районе шпоночных пазов или уступов.

Возникновение же трещин объясняется действием усталостных напряжений, появляющихся, когда вал передает помимо основного постоянного крутящего момента от двигателя к винту еще какие-то дополнительные моменты, периодически меняющие направление.

Такие знакопеременные нагрузки возникают, например, из-за неравномерной работы двигателя (чем меньше число цилиндров, тем неравномерность больше) или перебоев в работе одного из цилиндров;

Из-за неравномерного износа или низкого качества изготовления зубчатых передач;

Из-за неправильной установки карданных шарниров;

Из-за появления сил, периодически действующих на каждую из лопастей при пересечении ею следа от кронштейна или дейдвуда либо при прохождении вблизи днища и у кронштейна;

Из-за плохой центровки или изгиба вала.

При правильно выполненной установке относительно корпуса катера и его выступающих частей и правильной установке карданных валов дополнительные напряжения, появляющиеся в валах от знакопеременных нагрузок, как правило, невелики и не могут служить причиной поломки. Поломка вала в этом случае (особенно если диаметр вала выбран минимально допустимым) может произойти только при возникновении резонансных крутильных колебаний. В том случае, когда собственная частота колебаний системы двигатель - вал - винт совпадает с частотами знакопеременных нагрузок, напряжения в валах и амплитуда их колебаний резко увеличивается, возникает резонанс. Внешними признаками возникновения крутильных резонансных колебаний являются: увеличение шумности; появление металлических стуков в шлицевых и шпоночных соединениях, особенно при наличии у них люфтов; усиление шума в зубчатом зацеплении.

В любительских условиях для предохранения валов от поломок из-за возникновения крутильных колебаний целесообразно увеличивать диаметры шеек валов в местах крепления муфт и винта, т. е. усиливать те места, где чаще всего возникают усталостные разрушения. Очень полезна установка упругих муфт (см. «КЯ» № 66), особенно на промежуточном валу. Целесообразно также использовать штатное сцепление автомобильных двигателей, которое оснащено эффективным упругим гасителем крутильных колебаний. При монтаже гребного винта расстояния до днища корпуса катера или дейдвуда и кронштейнами следует делать возможно большими.

При эксплуатации катера следует избегать даже кратковременной работы двигателя на больших нагрузках при перебоях в одном или нескольких его цилиндрах, с погнутым валом либо винтом, так как при этом амплитуда крутильных колебаний резко увеличивается.

Правка вала. Правку погнутых гребных или промежуточных валов лучше всего производить в токарном станке (рис. 1) или в простейшем приспособлении (рис. 2).

1 - индикатор; 2 - брусок (медь, алюминий).

Вынуть гребной вал для проверки и ремонта во многих случаях удается на плаву, если, конечно, не погнут кронштейн опорного подшипника. Для этого обычно сначала снимается перо руля, затем муфта (или полумуфта) отсоединяется от редуктора, вал сдвигается до упора в корпус сальника дейдвуда, муфта спрессовывается с конца вала и вынимается шпонка. После этого на конец вала и корпус сальника надевается резиновая перчатка (мешок из прорезиненной ткани, два-три полиэтиленовых пакета), которая плотно приматывается изолентой к корпусу сальника. Теперь вал с гребным винтом может быть вынут в корму, причем дейдвуд оказывается герметично закрытым. Эту операцию лучше проводить на мелком месте или с низких мостков.

Вынутый вал с винтом устанавливается в центрах токарного станка или на призмы приспособления, которые должны располагаться в районе заднего опорного подшипника и шейки муфты, крепящей его к реверс-редуктору.

При правке вала на токарном станке измерение его биения лучше всего производить при помощи индикатора 1 (см. рис. 1), укрепляя его на салазках продольного суппорта. Можно определить биение и по нониусу поперечного суппорта, последовательно подводя зажатый в резцедержатель брусок 2.

Часто концы валов имеют резьбовые шейки для крепления гребного винта и муфты, которые могут быть погнуты при затягивании гайки. Следует иметь в виду, что нас интересует биение вала относительно его опорных шеек, а не центровых отверстий, расположенных в резьбовых концах. Поэтому биение, прежде всего, необходимо проверить в районе шеек заднего опорного подшипника А и фланца полумуфты В. При этом биение опорных шеек более 0,2 мм указывает на чрезмерный прогиб резьбовых концов вала.

Править этот прогиб нужно, не снимая вал со станка, упором бруска 2 в шейки. При этом перемещение суппорта на первом этапе задается равным прогибу шеек Апр max, который равен половине биения. Далее вновь проверяется биение, определяется новое значение прогиба, и последующее перемещение суппорта задается большим на величину этого нового прогиба. Операция повторяется до тех пор, пока биение не уменьшится до 0,1-0,2 мм.

В тех случаях, когда биение шейки А связано в основном с сильным изгибом самого вала, производится первоначальная правка вала; далее при необходимости выполняется правка его резьбовых концов и только после этого - окончательная правка вала.

Перед окончательной правкой определяют местоположение и направление максимального прогиба вала. При правке вала следует иметь в виду, что из-за его относительно большой длины величина прогиба упругих деформаций может достигать величины 10-20 мм. Для того чтобы выправить вал, его необходимо деформировать на величину прогиба в области упругих деформаций (назовем его Δупр) плюс величина максимального прогиба вала Δпр max.

Именно из-за того, что Δпр max, как правило, намного меньше, чем Δупр, обычно не удается выправить вал при помощи ударов - рихтовкой: слабые удары не приводят к цели, а слишком сильные сразу же и намного прогибают вал в другую сторону. При помощи ударов удается выправить только короткие валы (L/d = 5-8), у которых Δупр меньше Δпр max.

Предварительную оценку величины прогиба вала в области упругих деформаций, т. е. до появления деформаций остаточных, можно произвести по формуле:

где k - коэффициент (k = 500 для обычных сталей и k = 400 для легированных); L - расстояние между опорами, см; dB - диаметр вала, см.

Чтобы сократить время правки вала, целесообразно на первом же этапе задать перемещение суппорта чуть меньше величины Δупр. Вначале брусок мягкого металла 2 (см. рис. 1) подводится к валу в месте максимального прогиба и со стороны «выпуклости»; показания нониуса записываются. Далее производится правка перемещением суппорта вперед на расстояние 0,9Δупр, после чего суппорт возвращается в нулевое положение (с обязательной выборкой люфта). Если после этого не появился зазор между валом и бруском, операция повторяется, но величина перемещения суппорта увеличивается на величину максимального прогиба вала. После того как при возвращении суппорта на нулевую отметку появился зазор, каждое последующее перемещение суппорта при правке делается больше предыдущего на величину максимального прогиба вала Дпр max за вычетом величины этого зазора.

После этого вал еще раз проверяется обязательно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Биение валов диаметром 25-35 мм в районе муфты, винта, опорной шейки и дейдвудного сальника не должно превышать 0,15-0,3 мм, в остальных местах - 0,3-0,5 мм (меньшие цифры относятся к коротким валам с длиной менее 1200 мм). При необходимости правка повторяется с учетом того, что положение места максимального прогиба может быть другим.

В тех случаях, когда основной изгиб вала произошел в районе заднего опорного подшипника, целесообразно весь вал до шейки опорного подшипника вставить в шпиндель, а правку производить упором в ступицу винта. Попытка произвести правку без гребного винта приведет к изгибу посадочного конуса под винт, в связи с чем после напрессовки винта снова возникнет некоторый прогиб вала. В связи с тем, что вылет вала в этом случае невелик и жесткость вала достаточно высока, первоначальное перемещение суппорта можно принять равным прогибу вала. Чтобы исключить возможность повреждений поверхности вала кулачками патрона, вал рекомендуется обернуть медной или алюминиевой полосой. Правка вала в приспособлении (см. рис. 2) происходит благодаря усилию, развиваемому винтом 2. Величина прогиба измеряется по изменению расстояний между валами при помощи штангенциркуля.

1 - гребной вал; 2 - винт M16; 3 - поперечина, сталь δ=15-20; 4 - полоса δ=3-4; 5 - призма; 6 - штанга; пруток диаметром не менее 1,3 диаметра вала или труба диаметром не менее 1,5 диаметра вала; 7 - винт стопорный; 8 - труба; 9 - призма δ=8-12, приварить к трубе 8; 10 - штангенциркуль.

Необходимо учитывать, что одновременно с валом изгибается и штанга, поэтому величину суммарного прогиба в области упругих деформаций вала можно определить по зависимости (аналогичной ранее приведенной):

где dш - диаметр штанги, см.

В остальном методика правки аналогична рассмотренной выше.

Другими видами ремонта вала являются восстановление резьбы (как правило, при помощи наплавки с последующей механической обработкой) и изношенной шейки сальника (лучше всего - при помощи установки втулки из нержавеющей стали на эпоксидном клее).

Ремонт гребного винта. Характерные повреждения гребных винтов - это загиб, частичное или полное обламывание лопасти, появление трещин и т. п. Причиной подобных повреждений чаще всего являются удары лопастей о твердые предметы, однако нередки случаи обламывания лопастей без видимых внешних причин: по аналогии с гребными валами такие поломки объясняются появлением усталостных трещин из-за действия на лопасть знакопеременных нагрузок.

Слишком малое расстояние между краем лопасти и днищем катера, расположение винта за плохо обтекаемым дейдвудом и кронштейном, чрезмерный наклон вала, работа валопровода в условиях крутильных колебаний и т. п. - приводят к появлению знакопеременных нагрузок, действующих на лопасть. В принципе, при правильно выбранной толщине лопасти знакопеременные нагрузки могут привести к ее обламыванию только в сочетании с действием других факторов, таких, как коррозия или кавитационная эрозия, появление внутренних напряжений при ремонте путем правки лопасти в холодном состоянии или заварке трещин без последующего отжига и т. д. Таким образом, технология ремонта гребного винта оказывает существенное влияние на его дальнейшую работоспособность.

Холодная правка латунных лопастей возможна лишь при загибе их на угол не более 30°. Гибку лучше всего производить при помощи двух-трех рычагов длиной до 1 м, имеющих на концах прорези глубиной 6-8 см, надеваемые на кромку винта (рис. 3). Можно воспользоваться тисками, универсальным съемником для подшипников или любым прессом.

1 - винт; 2 - рычаг, сталь листовая δ=10 мм. При толщине лопасти до 5 мм L=600 мм, b=60 мм; при толщине до 8-10 мм L=1000 мм, b=80 мм; 3 - подкладная планка (медь, алюминий); 4 - кувалда тяжелая; 5 - кувалда легкая; 6 - наковальня.

При правке ударами с целью уменьшения местных деформаций лопасти лучше пользоваться свинцовой кувалдой. При правке стальной кувалдой на лопасть нужно наложить пластину из свинца, отожженной меди или алюминия. Правку производят на наковальне или любом тяжелом предмете, одерживая противоположный край лопасти тяжелой кувалдой.

При загибе лопасти больше чем на 30° правку необходимо вести с нагревом. (Удается и холодной правкой выправить лопасть, загнутую на 90°, а иногда и более, однако при этом дальнейшая работоспособность отремонтированной лопасти оказывается весьма малой.) Температура нагрева для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 равна 550-700 °С, для ЛАМЦЖ 67-5-2-2 - 600-750 °С; при этом следует иметь в виду, что при недостаточном нагреве условия правки будут лишь незначительно отличаться от выполнения ее без нагрева. Нагрев лучше всего производить в горне или в печи; обеспечить плавный и равномерный нагрев при помощи ацетиленовых горелок обычно не удается.

После правки нужно обязательно произвести отжиг винта для снятия термических напряжений. Отжиг производят сначала медленным (не более 100 °С в час) нагревом до температуры 350-400 °С для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 и 500-550 °С - для ЛАМЦЖ 67-5-2-2, а затем еще более медленным охлаждением вместе с печью (скорость охлаждения не выше 50 °С в час).

Очень часто при ремонте винтов приходится выполнять сварочные работы. Лучше всего, если есть возможность применить аргонно-дуговую сварку, однако удовлетворительные результаты получаются и при обычной газовой сварке. Горелка при этом должна быть отрегулирована на окислительное пламя (отношение О 2 /С 2 Н 2 = 1,2 - 1,3) для предотвращения появления в пламени свободного водорода, вызывающего резкое снижение прочности сварного шва. В качестве присадки при сварке латуни лучше всего применять проволоку из алюминиевых бронз. После сварки также целесообразно произвести отжиг; для латуни ЛМЦЖ 55-3-1 допускается замена отжига проколачиванием шва в холодном состоянии до появления заметных вмятин по всей его поверхности.

Стальные винты, особенно, если они изготовлены из нержавеющих сталей аустенитного класса 1-18 (например, 1Х18Н107), значительно менее чувствительны к остаточным напряжениям после гибки и сварки; применение отжига для них не обязательно.

Из-за малой пластичности алюминиевых сплавов холодную правку и гибку при ремонте отлитых из них винтов не применяют. Основным способом ремонта в данном случае является аргоно-дуговая сварка или обычная газовая сварка с применением специальных флюсов (АФ-4А). Присадочный материал должен быть идентичен основному металлу винта. После сварки желательно винт нагреть до температуры 300-350 °С и медленно охладить для снятия остаточных напряжений.

В процессе ремонта следует обратить особое внимание на восстановление первоначального шага лопасти. Напомним, что средний шаг лопасти определяется как среднее арифметическое значений шагов на пяти относительных радиусах R/0,5D = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 9,95. Контроль шага лучше всего вести по фактической величине шага недеформированной лопасти того же винта. При этом различия в шагах в каждом из сечений не должны быть более 2-5%, а в среднем шаге более 1,5-4% (здесь и далее меньшие значения относятся к глиссирующим катерам).

Существуют различные приспособления для измерения шага. Одно из них изображено на рис. 4.

1 - втулка; 2 - гайка барашковая; 3 - шпилька М8; 4 - шаговый шаблон;
5 - винт; 6 - оправка.

При ремонте удобно пользоваться простейшим приспособлением (рис. 4), состоящим из оправки 6, имеющей коническую поверхность под отверстие в винте, и двух цилиндрических поверхностей (эта же оправка в дальнейшем может быть использована для балансировки винта). По меньшей цилиндрической шейке свободно перемещается втулка 1, к которой приварена шпилька 3, имеющая длину, несколько превышающую радиус винта. На шпильке двумя гайками-барашками крепится шаговый шаблон 4 из мягкой жести или алюминия. Шаблон изгибается приблизительно по проверяемому радиусу R изг подводится до упора в нагнетающую поверхность неповрежденной лопасти и фиксируется гайками-барашками. Затем, приподнимая втулку 1, шаблон подводят поочередно к другим лопастям, проверяя зазор между ним и лопастью. Далее шаблон перемещается на другое сечение лопасти и шаг проверяется на другом радиусе; шаблон, естественно, при этом должен быть изогнут по новому радиусу. Для винтов диаметром 300-400 мм зазор между лопастью и шаблоном не должен превышать 0,5-1,5 мм.

Если погнуты все лопасти винта, то вначале целесообразно выправить одну из них, наименее поврежденную, и уже по ней подгонять шаги остальных лопастей. При правке первой лопасти необходимо выдержать средний шаг лопасти и распределение шага вдоль радиуса (если, конечно, они известны).

Обычно считается, что фактический шаг лопасти не должен отличаться от расчетного более чем на 1,5-4%, однако эта рекомендация приемлема для гребных винтов, эксплуатирующихся с судовыми дизелями, работающими по внешней характеристике. Для конвертированных автомобильных двигателей работа по внешней характеристике не допускается, поэтому можно увеличить допустимое отличие действительного шага от расчетного до 10%. Отклонение значений местного шага по сечениям лопасти от закона распределения шага вдоль радиуса не должно превышать 5-10%. Однако следует иметь в виду, что отклонение величин местного шага на одних и тех же радиусах у разных лопастей должны быть значительно меньше (во избежание появления чрезмерной вибрации вала); это учтено в приведенных выше допусках на зазоры между шаговым шаблоном и лопастью. Крайне нежелательно увеличение шага в районе ступицы, приводящее к ухудшению антикавитационных свойств винта и увеличивающее вероятность подсоса воздуха.

После выполнения сварочных работ обычно возникает необходимость в опиловке шва с целью сохранения предусмотренной чертежом толщины лопасти. Небольшое изменение толщины практически не сказывается на тяге, развиваемой винтом, но может заметно ухудшить антикавитационные свойства винта. По этой причине допускаемое отклонение по толщине лопасти на водоизмещающих судах должно быть ограничено пределами от +20% до -10%, а для быстроходных глиссирующих - от +8% до -4%). (Меньшее значение отрицательного допуска объясняется опасностью чрезмерного снижения прочности лопасти.)

Лопасти винтов обычно имеют наклон в корму на угол 10-15°. После правки может оказаться, что эти углы у разных лопастей различны. Обнаружить это можно при вращении винта на оправке или, положив винт ступицей на ровную поверхность, замером расстояний до входящей и выходящей кромок на концевых радиусах. Разница в наклоне лопастей практически не оказывает влияния на упор винта, но нарушает динамическую уравновешенность и, следовательно, приводит к появлению вибрации. Поэтому существует рекомендация ограничить линейное отклонение конца лопасти величиной 1,5-3,0% диаметра винта.

Окончательной операцией является балансировка винта. Лишний вес лопасти удаляется опиловкой всей ее поверхности. Величина допустимого момента дисбаланса для винтов диаметром 300-400 мм - 50-200 г·см.

1. Неравномерное охлаждение неподвижного вала после остановки турбины. Нижняя часть вала охлаждается больше, чем часть находящаяся выше. Из-за неравномерности остывания волокон на нижней части вала сокращается сильнее, чем волокон в верхней части.

2. Неравномерное остывание цилиндра турбины. Причина: плохое качество тепловой изоляции, либо наличие застойных зон в защитной обшивке турбины.

3. Задевание за лабиринтовые, кольцевые или диаметральные

4. Неправильная посадка диска на вал.

5. Недостаточные осевые зазоры между деталями ротора турбины.

6. Большие механические напряжения. Могут происходить при резком торможении.

При наличии из одной указанной выше причин на вращающийся, что приводит к уменьшению радиальных зазоров, задеванию деталей ротора о неподвижные детали турбины. При таком задевании, возникает трение приводящее к нагреву и прогибу вала в сторону задевания.

а) вал при

охлаждении

а) вал при

В результате задевания это место вала нагревается и волокна металла стремятся расширится, соответственно и тем-ра нагрева, но этому препятствуют окружающие более холодные слои металла. В холодном металле возникают остаточные деформации.

Правка валов.

Производится в случае если прогиб превышает 0,06мм.

Перед правкой необходимо провести подготовительные операции:

Осмотр вала. Выявленное место дефекта зачищается и подвергается химической обработке с целью выявления трещин. При их обнаружении трещины выводят на токарном станке, путем снятия стружки. До тех пор пока трещина не выведена стружка в месте наличия трещины будет обрываться, окончание отрыва стружки свидетельствует о полном выведении трещины. Эту операцию согласовывают с заводом изготовителем. После выведения трещин вал подвергают повторному травлению и после этого приступают к работе.

Существует несколько видов правки валов:

1.Термическая правка.

Заключается в одностороннем местном нагревании выпускной стороны вала до тем-ры выше предела текучести. Нагреваемые волокна стремятся расширится, но получают сопротивление со стороны не нагретых участков, выпрямляются за счет упруго пластической деформации, т.е.делают обратную операцию при которой произошел прогиб.

2.Механическая правка.

Производится в холодном состоянии чеканкой в местах наибольшего прогиба. Сущность метода заключается в чеканке растянуть волокна вала сжатые в процессе работы.

3.Термомеханическая правка.

Комбинированный способ.

Метод релаксации напряжений заключается: участок вала подвергается нагреванию до тем-ры 600-650 0 С и с последующим прогибом его в сторону противоположную искривлению. Нагрев вала производиться с индукционных обмоток. Метод основан на явлении ползучести и релаксации напряжений и применяется в несколько этапов. Это есть усовершенствованный термомеханический метод.

Производство ремонта поломанных валов.

Поломанные части вала соединяются двумя способами:

Если при проверке вала ро­тора величина прогиба окажется больше 0,05-0,07 мм, необходимо произвести его правку. Правка турбинного вала является сложной работой, требующей высокой квалификации, и может поручаться только специалистам, имеющим необходимый опыт производства таких работ.

Существуют механический, термический и комбини­рованный способы правки валов.

Механический способ правки вала основан на растяжении сжатых в результате прогиба волокон металла с помощью чеканки в холодном состоянии. Для правки пал кладут выпуклой стороной на подкладку, а на во­гнутой его стороне (примерно на 1 / 3 верхней окружности) производят чеканку. Стальной чекан должен быть хорошо подогнан по окружности подлежащего чеканке места. Края чекана должны быть закруглены, в против­ном случае при чеканке можно повредить вал. При чеканке сжатые волокна металла постепенно удлиняются, и результате чего вал спрямляется. В процессе чеканки необходимо производить контроль прогиба вала индикатором. Для этого надо краном приподнять конец вала, убрать подкладку из-под него и уложить на свой вкладыш. После контрольного измерения вал снова уклады­вают на подкладку и продолжают чеканку до полного исправления.

После чеканки всех изогнутых сечений и выпрямле­ния необходимо произвести отжиг вала для уничтожения остаточных напряжений в местах правки. Отжиг вала производится в специальных печах или при помощи авто­генных горелок. Печь для отжига валов легко может быть изготовлена силами ремонтного персонала турбин­ного цеха и представляет собой кожух, сделанный из стальных листов и изолированный внутри асбестовыми листами. Если она обогревается жаровней, в которой сжигают древесный уголь, то для создания тяги на ко­жухе устанавливают трубу.

Ротор на специальных подшипниках укладывают на козла или на раму из швеллеров и закрывают кожухом. В местах выхода вала из кожуха делают уплотнения из асбестового шнура или листового асбеста. Под вал вну­три кожуха устанавливают нагревающее устройство, например жаровню, причем устанавливают ее так, чтобы обеспечить нагрев всего участка вала, подвергаемого от­жигу.

Во время отжига вал вращают электродвигателем с ременной передачей и редуктором. Число оборотов ва­ла при отжиге обычно не превышает 20-25 в минуту.

При вращении во время отжига происходит равномер­ный нагрев вала и рабочих дисков ротора. Для смазки над подшипниками на специальных кронштейнах подве­шивают небольшие сосуды с турбинным маслом, которое по трубкам, встроенным в днище сосуда, стекает на шей­ку вала, обеспечивая необходимую смазку во время вра­щения ротора.

Отжиг вала продолжается несколько часов. Сначала вращающийся вал равномерно нагревают до температу­ры, на 40-50° С превышающей температуру, при кото­рой он работает. При этой температуре его выдержива­ют в печи 3-4 ч, после чего подвод тепла в печь прекра­щают и производят медленное охлаждение до темпера­туры окружающего воздуха. После охлаждения делают повторную проверку кривизны вала. Обычно при правке вала чеканкой после отжига имеется остаточное искрив­ление вала. Поэтому приходится делать повторную че­канку и после этого снова производить отжиг и так не­сколько раз до тех пор, пока вал не будет полностью выправлен. Недостатком холодной правки вала чеканкой является образование наклепа в местах чеканки.

Отжиг при помощи автогенных горелок не требует никаких специальных приспособлений и заключается в том, что места правки вращающего вала нагревают горелками до темно-красного цвета. После нагрева вал продолжают непрерывно вращать в течение 2-2,5 ч, по­сле чего поворачивают его через каждые 10-15 мин до полного охлаждения. Отжиг вала автогенными горелка­ми проще, чем в печи, в том смысле, что не требует ни­каких специальных устройств. Но, однако, процесс от­жига при нагревании в печи происходит лучше, чем при нагревании горелками.

Термическая правка основана на том, что при быст­ром местном нагреве выпуклого (с растянутыми волок­нами) участка вала до высокой температуры (около 500-550° С) происходит сжатие волокон на этом участ­ке. После остывания нагретого участка волокна укора­чиваются и линия вала выправляется.

При термической правке вал свободно укладывают на своих подшипниках и поворачивают выпуклой частью кверху. Участок вала, намеченный для нагрева, изоли­руют смоченным листовым асбестом. В месте нагрева вала в асбесте делают отверстие размером 50-60 мм.

Длительность нагрева вала зависит от его диаметра и величины прогиба и колеблется в довольно широких пределах: от 3 до 15 мин. После прекращения нагрева Mm участок вала следует накрыть листом асбеста и в гаком положении оставить до полного охлаждения. После охлаждения проверяют прогиб вала индикатором. По окончании правки все места вала, подвергавшиеся нагреву, отжигают для уничтожения остаточных терми­ческих напряжений, вызванных местным нагревом.

Комбинированная правка вала заключается в том, что местный нагрев вала дополняют механическим нажимом на него при помощи специальных траверс и дом­кратов, создавая дополнительные напряжения сжатия и растянутых волокнах металла. Наличие дополнитель­ных сжимающих усилий при комбинированной правке позволяет ускорить процесс правки вала. Однако недо­статком этого способа является сложность ведения про­цесса правки и большая затрата времени на подготови­тельные работы. После окончания правки также необхо­димо произвести отжиг вала.

Ремонт валов и осей

Характерными дефектами валов и осей, возникающими в процессе эксплуатации, являются прогиб, скручивание, изломы, образование забоин и трещин, износ шеек (цапф), износ или повреждение шпоночных канавок, шлицов, повреждение и износ резьбы.

При наличии погнутости вала (оси) и других дефектов в первую очередь устраняют прогиб.

Величину прогиба вала или оси устанавливают на токарном станке или на подшипниках, затем индикатором измеряют биение на различных участках, отмечая мелом места, которые дают наибольшее биение и потому требуют правки.

Более простой способ определения изгиба - при помощи стальной линейки. Ее прикладывают ребром по оси вала и щупом замеряют величину просвета на данном участке, соответствующую прогибу вала.

Допустимый прогиб валов при частоте вращения свыше 500 об/мин составляет 0,15 мм на 1 м, но не более 0,30 мм на всю длину вала; при частоте вращения менее 500 об/мин - 0,10 мм на 1 м, но не более 0,20 мм на всю длину вала.

Прогиб вала и осей величиной менее 0,5 мм устраняют шлифованием, а выше 0,5 мм - холодной правкой или правкой с нагреванием.

Холодную правку валов (осей) проводят несколькими способами: чеканкой, винтовыми приспособлениями и прессами.

При холодной правке чеканкой (рис. 23.1, а) вал 1 устанавливают на двух опорах вогнутой стороной вверх. Под место наибольшего прогиба устанавливают подкладку 6 из мягкой меди или дерева твердой породы.

Рис. 23.1. Правка вала:

а - холодная правка чеканкой; б - порядок ударов; в - правка с нагревом; 1 - вал; 2 - место наибольшего прогиба; 3 - индикатор; 4 - место наклепа; 5 - хомут; 6 - подкладки; 7 - опоры

Около места наклепа 4 закрепляют вал скобой или хомутом 5, оставляя на весу наибольшую часть вала (0,6-0,8) * l . Это необходимо для того, чтобы масса вала способствовала вытяжке вогнутых волокон. Для этого же на длинном конце вала проводят дополнительно равномерный нажим.

Наклепывание (чеканку) проводят над подкладкой 6, осторожно, ударяя молотком массой 1-2 кг по специальному медному или латунному чекану, пригнанному по форме вала (рис. 23.1, б).

По мере чеканки индикатором 3 измеряют стрелу прогиба вала.

При диаметре валов менее 60 мм их правят при помощи винтового пресса. Головка винта должна быть установлена над выпуклым местом вала и давить на него через медную или латунную прокладку. Одновременно следует постукивать по поверхности вала свинцовой или медной кувалдой или обыкновенным молотком по медной подкладке.

Правку с нагревом применяют для валов диаметром более 80 мм, а также при изгибах валов, достигающих нескольких миллиметров (рис. 23.1, в).

Вал 1 устанавливают на двух опорах 4 выпуклой стороной вверх. Затем нагревают газопламенной горелкой в месте наибольшего прогиба 2, отмеченном индикатором. Для этого вал обертывают с обеих сторон от места нагрева мокрым листовым асбестом, закрепляют его проволокой, оставляя открытым участок непосредственного нагрева. При этом принимают размеры открытого участка вала по длине 0,1-0,2 d, а по окружности - 1/3 d (где d - диаметр вала). Прогревание длится 3-5 мин при температуре пламени 500-550 °C. Температуру нагрева контролируют термопарой или по цвету побежалости стали (темно-бурый цвет каления). Нагретый участок быстро охлаждают сжатым воздухом. Операцию повторяют несколько раз. Вал выравнивается под воздействием внутренних напряжений, возникающих при местном нагреве и охлаждении. Таким способом можно править валы, изгиб которых достигает нескольких миллиметров, с точностью до 0,03-0,05 мм.

Прогиб вала проверяют индикатором 3 до начала и после прогрева, который повторяют, если вал не выпрямится от одного нагрева.

Устранение скрученности . Скрученные валы, как правило, выбраковывают. При скрученности валов Ø 50-60 мм до 10° ее устраняют рычажным захватом, а особо тонких валов или осей - зажимая один конец вала (оси) в тисках и поворачивая другой конец воротком в необходимую сторону. При этом подкладывают медные или свинцовые прокладки.

Угол скручивания (смещения) определяют замером линейкой с угломером или рейсмусом.

Заварка трещин . Валы, имеющие сквозные изломы или поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала, как правило, заменяют новыми.

Валы и оси, имеющие отдельные поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала и продольные трещины глубиной не более 0,15 диаметра вала, длиной не более 10 % от длины вала и не воспринимающие ударной нагрузки, могут быть отремонтированы электросваркой. При этом необходимо предварительно разделать все трещины до здорового места и снять фаски по 10-12 мм на сторону. Валы малых диаметров перед сваркой подогревают. После сварки правят, обтачивают и шлифуют.

Ремонт шеек валов . Поверхностные повреждения цапф (царапины, риски, заусенцы, неглубокие задиры), а также незначительные овальность, конусность или эллипсность шеек (не более 0,2 мм) устраняют вручную бархатным напильником с последующим полированием тонким наждачным полотном или специальными полировочными жимками. Жимок представляет собой две колодки, наложенные одна на другую, с отверстиями определенного диаметра. Внутренние стенки отверстия обтянуты кожей. При износах свыше 0,2 мм шейки перетачивают на токарном станке, а затем шлифуют под ремонтный размер.

Переточку выполняют в два или три перехода: первый - грубая обработка острым обдирным резцом; второй - обточка чистовым резцом; третий - отделка широким резцом.

Во избежание перенапряжения валов при относительно небольших выработках шеек рекомендуется ремонтировать их металлизацией. Допускается наращивание поверхности шеек хромированием и осталиванием.

При изменении диаметра шейки свыше 10 % переточка ее не допускается. В этом случае ремонт выполняют электронаплавкой с последующей проточкой до номинального диаметра.

Для того чтобы получить хорошую поверхность восстанавливаемой шейки и прочный слой наплавляемого металла, необходимо изношенную часть шейки проточить на 1,0-1,5 мм от номинального размера шейки, а после этого наплавить металл в определенном порядке. Наплавку металла на шейки цапф можно делать вдоль оси шейки или по окружности.

В первом случае (рис. 23.2, а) каждый следующий валик наплавляемого металла должен перекрывать на 1/3 по ширине предыдущий (соседний с ним) и заканчиваться на противоположной по диаметру стороне шейки (на рис. 23.2, а последовательность наложения валиков указана цифрами). Это делают для того, чтобы наплавляемую шейку не повело.

Рис. 23.2. Электронаплавка шейки вала: а - вдоль оси шейки; б - по окружности

Во втором случае (рис. 23.2, б) также остается в силе условие перекрытия на 1/3 каждым валиком ранее наплавленного валика.

После проверки отсутствия искривления шейки при наварке ее протачивают. В тех случаях, когда наплавку сделать трудно, шейки вала ремонтируют установкой ремонтных втулок. При этом способе ремонта отожженный вал обтачивают и напрессовывают втулку из того же материала, раскернивают ее по торцу или приваривают точечной сваркой. Втулку можно ставить на эпоксидном клее, обработав затем шейку до нужного размера.

Восстановление центровых отверстий . Проверку и восстановление центровых отверстий валов проводят на токарных станках. Для этого ремонтируемый вал устанавливают одним концом в самоцентрирующий патрон, а второй конец шейкой вала кладут на кулачки неподвижного люнета. Регулировкой кулачков люнета добиваются того, чтобы индикатор показывал биение на шейке вала не более половины допуска на изготовление.

После выверки вала проводят правку центров центровым сверлом, специальным резцом или шабером. Центр второго конца вала исправляют так же, как и первого. Качество правки центров проверяют на том же токарном станке, но вал устанавливают в центре, а контролируют шейки вала по индикатору.

Ремонт шпоночной канавки и шлицов . Сначала проверяют канавки (штихмасом, штангенциркулем и угольником). Если повреждения канавок не превышают 5 % от их ширины, то канавки ремонтируют напильником и шабером. При более значительных повреждениях, требующих расширения канавки от 5-15 %, ремонт выполняют прострожкой и фрезерованием канавки на станках и тем самым придают ей ремонтный размер, соответственно, изменяя при этом размер шпонки (допускается применение ступенчатой шпонки). Ремонтный размер паза не должен превышать номинальный более чем на 15 %. Шпоночные пазы, изношенные более чем на 15 %, восстанавливают под номинальный размер наплавкой вручную одной из стенок паза с последующей механической обработкой. Практикуется изготовление нового шпоночного паза под углом 120-180° по отношению к изношенному. При этом изношенный паз заваривают. Для неответственных соединений допускается наплавка изношенного паза с последующей обработкой (на прежнем месте).

Шлицевые соединения ремонтируют наплавкой шлицев с последующим отжигом, механической и термической обработкой. При небольших износах зубилом надрубают канавку вдоль шлица, при этом шлиц раздается по ширине. Полученную канавку заделывают наплавкой и обрабатывают.