Устройство для нанесения покрытий на лопатки турбин методом электроискрового легирования Российский патент 2022 года по МПК B23H7/26 B21D53/78 B23K9/04 

Область использования

Изобретение относится к области паротурбостроения и может быть использовано, в частности, при нанесения защитного покрытия на участки лопаток паровых турбин с применением источника воздействия методом электроискрового легирования.

Уровень техники

В процессе эксплуатации паровых турбин поверхности входных и выходных кромок рабочих лопаток подвергаются эрозии, возникающей под действием ударов капель конденсата влажного пара, а также коррозии, что может приводить к их преждевременному износу и разрушению из-за потери их рабочего профиля.

С целью восстановления рабочего профиля лопаток паровых турбин при ремонте, а также увеличения срока эксплуатации при их производстве, на основные участки их лопаток наносят эрозионностойкие и коррозионностойкие покрытия.

Из уровня техники известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ нанесения покрытий на лопатки турбины, который осуществляется путем применения для нанесения защитного покрытия на лопатки турбины устройства для проведения процесса восстановления лопаток турбин наплавкой, содержащее: источник воздействия на поверхность лопаток для наращивания наплавленного слоя, установленный с возможностью продольного перемещения вдоль обрабатываемых лопаток; механизм перемещения лопаток, состоящий из электродвигателя, вращателя с опорами и зубчатого механизма; и пульт контроля и управления для синхронизации траектории движения источника воздействия с механизмом перемещения лопаток в одной из плоскостей; причем в качестве источника воздействия применяется источник лазерного излучения или плазменного разряда (патент RU 140965 U1, опубликовано: 20.05.2014 г. далее - [1]).

Недостатки известного из [1] способа нанесения покрытий на лопатки турбины заключаются в следующем:

- недостаточное количество степеней свободы перемещения источника воздействия снижает точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины;

- применение в качестве источника воздействия на поверхность лопаток источника лазерного излучения или плазменного разряда, из-за которого в ходе нанесения защитного покрытия на лопатку происходит ее сильный нагрев, что может приводить к потере ее рабочего профиля из-за возникновения в ней деформаций и избыточных напряжений;

- синхронизация траектории движения источника воздействия с механизмом перемещения лопаток в одной из плоскостей является трудноосуществимой на программном уровне и также может снижать точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение эффективности нанесения покрытий на лопатки турбины, а техническими результатами - повышение точности нанесения защитного слоя на лопатки турбины и снижение потери рабочего профиля лопаток турбин из-за возникновения в них деформаций и избыточных напряжений.

Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что способ нанесения покрытий на лопатки турбины осуществляется путем применения устройства для нанесения покрытий, выполненного в виде аппликатора с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и детектора обратной связи для считывания геометрии лопаток, которое установлено на механическом манипуляторе на основе сервоприводов с как минимум пятью степенями свободы, как минимум три из которых являются поступательными и как минимум две -вращательными. При этом устройство для нанесения покрытий и механический манипулятор подключены к системе управления и установке для электроискрового легирования, а для перемещения ротора с лопатками используется мостовой кран с автономным пультом управления. Причем в качестве детектора обратной связи используется лазерный светодальномер, содержащий приемную и передающую оптические системы.

Причинно-следственная связь между вышеуказанными техническими результатами и совокупностью существенных признаков формулы заявляемого изобретения заключается в следующем:

- применение устройства для нанесения покрытий, выполненного в виде аппликатора с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и лазерного светодальномера, содержащего приемную и передающую оптические системы, для считывания геометрии лопаток, которое установлено на механическом манипуляторе на основе сервоприводов с как минимум пятью степенями свободы, как минимум три из которых являются поступательными и как минимум две - вращательными, повышает точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины за счет обеспечения возможности более точного позиционирования электрода над поверхностью обрабатываемой лопатки;

- использование в качестве устройства для перемещения ротора с лопатками мостового крана с автономным пультом управления повышает точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины за счет отсутствия необходимости синхронизации траектории движения легирующего электрода с механизмом перемещения лопаток на программном уровне, которая является трудноосуществимой и может снижать точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины;

- применение устройства для нанесения покрытий, выполненного в виде аппликатора с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и подключенного к системе управления и установке для электроискрового легирования, снижает потери рабочего профиля лопаток турбин из-за возникновения деформаций и избыточных напряжений в них за счет того, что электроискровое легирование проводится при меньшей температуре, чем лазерное излучение или плазменный разряд, из-за которых в ходе нанесения защитного покрытия происходит слишком сильный нагрев лопаток, который может приводить к возникновению деформаций и избыточных напряжений в них.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображено устройство для нанесения покрытий, установленное на механическом манипуляторе, с системой управления и установкой для электроискрового легирования. На фиг. 2 показаны степени свободы механического манипулятора. На фиг. 3 изображена установка для электроискрового легирования. На фиг. 4 изображена схема перемещения ротора турбины с помощью мостового крана.

Описание позиций чертежей

1 - механический манипулятор;

2 - детектор обратной связи;

3 - аппликатор с легирующим электродом;

4 - система управления;

5 - сетевой кабель;

6 - установка для электроискрового легирования;

7 - шланг для подачи сжатого воздуха;

8 - индикатор питания;

9 - рубильник;

10 - крюк мостового крана;

11, 12 - стропы;

13 - траверса;

14, 15 - стропы;

16 - ротор турбины с лопатками.

Осуществление изобретения

Ниже приведен частный пример осуществления способа нанесения покрытий на лопатки турбины.

Для нанесения покрытий на лопатки турбины применяется устройство для нанесения покрытий, выполненное в виде аппликатора с легирующим электродом 3 для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и детектора обратной связи 2 для считывания геометрии лопаток, которое установлено на механическом манипуляторе 1 на основе сервоприводов с пятью степенями свободы, три из которых являются поступательными и две - вращательными (фиг. 1, 2). В качестве механического манипулятора 1 может применяться манипулятор фирмы Fanuc, имеющий возможность соединения с другими устройствами на программном уровне. При этом в качестве детектора обратной связи 2 используется лазерный светодальномер, содержащий приемную и передающую оптические системы. Лазерный светодальномер способен оценивать расстояние до лопатки, кривизну ее поверхности и корректировать поведение механического манипулятора 1. Поверхность, на которую нанесено легирующее покрытие, имеет высокие светоотражающие характеристики, за счет чего лазерный светодальномер может контролировать равномерность покрытия. В качестве лазерного светодальномера может быть использовано устройство, описанное в патенте RU 2610514 С2 опубликовано: 13.20.2017 г. [2].

Устройство для нанесения покрытий и механический манипулятор 1 подключены к системе управления 4 и установке для электроискрового легирования 6 с помощью сетевого кабеля 5. На установке для электроискрового легирования 6 имеется индикатор питания 8 и рубильник 9 для ее включения/выключения. Установка для электроискрового легирования 6 также соединена с устройством для нанесения покрытий и механическим манипулятором 1, с помощью шланга для подачи сжатого воздуха 7 (фиг. 1, 3). Система управления 4 содержит информацию о режимах работы установки электроискрового легирования 6 и модель поверхности лопаток, а также контролирует подачу сжатого воздуха на аппликатор с легирующим электродом 3 в зависимости от режимов работы. Геометрия поверхности лопаток задается отдельно, в формате координат, полученных на основе чертежа или в результате 3д сканирования. При этом в качестве установки для электроискрового легирования 6 может быть использована установка, описанная в патенте RU 2623539 С1, опубликовано: 27.06.2017 г. [3].

Для перемещения ротора турбины с лопатками 16 используется мостовой кран с автономным пультом управления (на фиг. не показан). Крюк мостового крана 10 соединен с помощью строп 11, 12 с траверсой 13, на которой закреплены стропы 14, 15, в петлях которых находится ротор турбины с лопатками 16 (фиг. 4). С помощью автономного пульта управления ротор турбины с лопатками 16 выставляется мостовым краном на нужном расстоянии от механического манипулятора 1, на котором установлен легирующий электрод и лазерный светодальномер, и затем с помощью системы управления 4 запускается процесс нанесения покрытия на лопатки турбины.

Применение механического манипулятора 1 на основе сервоприводов с пятью степенями свободы, три из которых являются поступательными и две - вращательными, и лазерного светодальномера, способного оценивать расстояние до лопатки, кривизну ее поверхности и корректировать поведение механического манипулятора 1, повышает точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины за счет обеспечения возможности более точного позиционирования электрода над поверхностью обрабатываемой лопатки.

Использование в качестве устройства для перемещения ротора с лопатками мостового крана с автономным пультом управления повышает точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины за счет отсутствия необходимости синхронизации траектории движения механического манипулятора 1, на котором установлен аппликатор с легирующим электродом 3, с механизмом перемещения лопаток на программном уровне, которая является трудноосуществимой и может снижать точность нанесения защитного слоя на лопатки турбины.

Нанесение защитного слоя на поверхность лопаток методом электроискрового легирования, снижает потери рабочего профиля лопаток турбин из-за возникновения деформаций и избыточных напряжений на них за счет того, что электроискровое легирование проводится при меньшей температуре, чем лазерное излучение или плазменный разряд, из-за которых в ходе нанесения защитного покрытия происходит слишком сильный нагрев лопаток, который может приводить к возникновению деформаций и избыточных напряжений в них.

Промышленная применимость

Способ нанесения покрытий на лопатки турбины согласно патентуемому изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области паротурбостроения.

Изобретение относится к области паротурбостроения и может быть использовано, в частности, при нанесении защитного покрытия на участки лопаток паровых турбин с применением источника воздействия методом электроискрового легирования. Устройство для нанесения покрытия на лопатки турбины методом электроискрового легирования содержит аппликатор с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и детектор обратной связи для считывания геометрии лопаток, установленный на механическом манипуляторе на основе сервоприводов по меньшей мере с пятью степенями свободы, по меньшей мере три из которых являются поступательными, а по меньшей мере две – вращательными, при этом устройство для нанесения покрытия и механический манипулятор соединены с системой управления и установкой для электроискрового легирования. Изобретение направлено на повышение точности нанесения защитного слоя на лопатки турбины и снижение потери рабочего профиля лопаток турбин из-за возникновения в них деформаций и избыточных напряжений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для нанесения покрытия на лопатки турбины методом электроискрового легирования, отличающееся тем, что оно содержит аппликатор с легирующим электродом для нанесения защитного слоя на поверхность лопаток и детектор обратной связи для считывания геометрии лопаток, установленный на механическом манипуляторе на основе сервоприводов по меньшей мере с пятью степенями свободы, по меньшей мере три из которых являются поступательными, а по меньшей мере две – вращательными, при этом устройство для нанесения покрытия и механический манипулятор соединены с системой управления и установкой для электроискрового легирования.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве детектора обратной связи оно содержит лазерный светодальномер, содержащий приемную и передающую оптические системы.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью перемещения ротора с лопатками с помощью мостового крана с автономным пультом управления.