汽轮机转子末叶片销孔加工装置的设计与研究
1 绪论
汽轮机是通过蒸汽热能转化成机械功的外燃回转式原动机，是火电和核电的主要设备之一，用于拖动发电机发电来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，把蒸汽的热能转化成汽轮机转子旋转的机械能。它主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等[1]。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。就凝汽式汽轮机来说，从锅炉产生的新蒸汽经由主阀门进入高压缸，再进入中压缸，再进入低压缸，最终进入凝汽器。蒸汽的热能在汽轮机内消耗，变为蒸汽的动能，然后推动装有叶片的汽轮机转子，最终转化为机械能。除了凝汽式汽轮机，还有背压式汽轮机和抽汽式汽轮机，背压式汽轮机可以理解为没有低压缸和凝汽器的凝汽式汽轮机，它的出口压力较大，可以提供给供热系统或其它热交换系统。抽汽式汽轮机则是指在蒸汽流通过程中抽取一部分用于供热和再热的汽轮机[2]。
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2 汽轮机转子末叶片销孔新型加工装置的总体方案设计
2.1 系统技术需求分析
本次设计研究的课题是针对汽轮机的高中压整体转子的末叶片销孔的加工装置，利用五个平衡孔将加工装置安装在体积和质量都巨大的转子上进行加工。这台汽轮机转子末叶片锥型销孔加工具体的技术方案和进行结构设计之前，首先对其技术需求进行分析：（1）可以较大地降低劳动强度 汽轮机转子末叶片锥型销孔的原有加工装置在工作过程中将一半以上的时间与工人的劳动强度用于对加工装置的定位，在新的加工装置的设计上应采用合理的定位方式来提高劳动效率，缩短劳动时间，简化工作流程。（2）可以降低装置的制造成本 采用传统的机械传动方式，合理的连接方式，以及尽量多的使用标准件，以降低整个的加工装置的制造成本，使其具有良好的实用性和推广性。2.2 汽轮机转子末叶片销孔的加工现状
本课题选自某公司，，该某公司目前加工汽轮机转子末叶片锥形销孔采用经改造的普通车床。将一套钻具置于 CA6140 车床溜板箱上。其目的是利用溜板箱把光杠和丝杠传递过来的螺旋传动转化为溜板箱的直线进给。通过溜板箱的直线进给使钻具做同样的进给运动。简而言之，车床在加工过程中是钻具的承载者，带着钻具进行各方向的移动，以完成钻具在钻孔过程所需要完成的功能。 溜板箱通常设有以下几种机构：接通丝杠传动的开合螺母机构。将光杠的运动传至纵向齿轮齿条和横向进给丝杠的传动机构，接通、断开和转换纵横进给的转换机构，保证机床工作安全的过载保险装置，丝杠、光杠互锁机以及控制刀架纵、横向机动进给的操纵机构。溜扳箱上有一个小齿轮。而小齿轮又与床身前下面的齿条相啮合，可用手转动溜扳箱手轮，可使床鞍纵向移动。3 汽轮机转子末叶片销孔加工装置的机构设计与计算 ......... 24
3.1 定位与夹紧装置的机构设计 ........... 243.2 进给装置的机构设计与计算 ....... 28
3.3 传动装置的机构设计与计算 ........... 35
4 钻孔装置的有限元分析 ............... 41
4.1 有限元分析法的基本理论和计算流程 ...... 41
4.2 有限元软件 ANSYS Workbench...... 43
4.3 有限元分析法在结构设计中的应用 .......... 44
5 总结 ............ 56
4 钻孔装置的有限元分析
4.1 有限元分析法的基本理论和计算流程
钻孔过程：首先将钻头装进钻头套，再把钻头套安置到轴套内，用圆形螺母将钻头套锁紧，固定到工作机构中，注意安装后的露出的钻头长度和整个框架厚度之和要小于叶轮之间的最小距离；将传动装置的电机接上三相电源，而后钻头主轴转动，摇动 X轴手柄，使钻头对准划线后预钻孔位置，先用较小直径的钻头进行钻削，而后再用图纸要求销孔大小直径的钻头进行钻削。在钻削过程中，无法一次顺利完成整个钻削过程，将预紧钻头套的圆形螺母旋松后，用卡钳将钻头伸长到能够将叶轮钻透长度，进行第二次钻孔，直到完成通孔钻削为止。而后逐个孔进行钻削。钻削完成后，再次旋松钻头套上圆形螺母，用卡钳将钻头放到可以顺利将钻孔工装摇出的长度，将其旋出。至此完成一钻孔周期[42,43]。4.2 有限元软件 ANSYS Workbench
自 20 世纪 70 年代，ANSYS 被研发出来后，其作为一个大型的 CAE 分析软件，随着计算机和有限元理论的发展，在各个领域得到了高度的评价和广泛的应用。ANSYS软件是美国 ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析软件，属于增长最快的计算机辅助工程软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如 Creo、 NASTRAN、Alogor、I－DEAS，和 AutoCAD 等。ANSYS 凭借其强大的功能，及其简单的操作方法，使其成为如今全国乃至国际上应用最广泛的有限元分析软件。......
5 总结
本文中设计的钻孔装置与人们意识中的钻孔装置有所不同，存在其特殊性。由于汽轮机转子的每两级叶轮之间的距离各不相同，最小的距离仅为 75mm，所以,普通的钻床难以达到钻孔目的，需要设计一种新的加工装置对其末叶片销孔进行加工。汽轮机转子末叶片销孔的原有的加工装置是将钻孔装置安装在普通的车床上进行定位与进给。用吊车将车床吊起，并安放到转子附近，再用撬棍对车床进行微调，直到钻孔装置的水平度和垂直度达到加工条件，增大了工人的劳动强度，延长了工人的劳动时间。本文设计的新型的末叶片销孔的加工装置采用“蚂蚁啃骨头”的加工方式将加工装置固定在转子上进行加工，这样不仅减少了用于定位所需要的大量时间，同时还可以减小工人的劳动强度和工作时间，可以有效的提高加工效率。本文的主要内容有：（1）通过对汽轮机及有关钻孔装置的介绍，总体了解末叶片销孔对转子的作用乃至对汽轮机安全运行的重要作用与意义，对之后的设计工作的奠定了基础。（2）介绍了钻孔装置的系统技术需求，加工现状及其加工流程，说明了现在所用的加工装置的弊端，提出了改进的要求，并明确了改进的方向。
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参考文献（略）
本文编号：84419
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/lwfw/84419.html
