ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ СОФИЯ Машиностроителен факултет Катедра Прецизна техника и уредостроене маг. инж. Ивайло Христов Благов ИЗМЕРВАНЕ НА ГЕОМЕТРИЧН

Препис

1 ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ СОФИЯ Машиностроителен факултет Катедра Прецизна техника и уредостроене маг. инж. Ивайло Христов Благов ИЗМЕРВАНЕ НА ГЕОМЕТРИЧНИ ПАРАМЕТРИ НА РОТАЦИОННИ ПОВЪРХНИНИ НА ГОЛЯМОГАБАРИТНИ ДЕТАЙЛИ АВТОРЕФЕРАТ за придобиване на образователна и научна степен доктор Професионално направление: 5.1. Машинно инженерство Научна специалност: Метрология и метрологично осигуряване Научен ръководител: проф. д.т.н. Христо Кирилов Радев Рецензенти: 1. доц. д-р Виолета Йосифова Станчева 2. доц. д-р Борис Борисов Сакакушев София 2014

2 Дисертантът е зачислен в редовна докторантура в катедра Прецизна техника и уредостроене на Машиностроителния факултет на ТУ-София. Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита от катедра Прецизна техника и уредостроене на ТУ-София. Защитата на дисертационния труд ще се състои на открито заседание пред научно жури, назначено от ректора на ТУ-София на , от 15:00 часа, в зала 2140 на Машиностроителния факултет на ТУ-София. Материалите по защитата са на разположение заинтересованите в канцеларията на МФ каб Авторефератът е публикуван на Сайта Развитие на академичния състав на ТУ-София. Автор: маг. инж. Ивайло Христов Благов Тема: Измерване на геометрични параметри на ротационни повърхнини на голямогабаритни детайли Тираж: 30 броя Издателство на ТУ-София

3 Общи характеристики на дисертационния труд Актуалност на проблема Голямогабаритните кухи ротационни детайли са отговорни машиностроителни изделия със специфично предназначение. Осигуряването на качеството на геометричните им параметри е сериозен технологичен и метрологичен проблем, обусловен от спецификата на тези обекти; голяма маса и габарити. Особено отговорни са операциите по измерване, центровка и регулировка на точни отвори в голямогабаритни обекти като валовата линия на корабите и турбоагрегатите на АЕЦ и ТЕЦ. Високи са изискванията към подобни детайли и от специалното производство. Поради посочената специфика приложението на класическите методи и средства за измерване е силно ограничено и не осигурява необходимата точност. Ето защо разработването на нови методи и средства за измерване, контрол, центровка и регулировка, адекватни на изискванията за точността и спецификата на такива детайли, е актуална задача. Цел и задачи Цел : Разработване и изследване на методи и средства за измерване и контрол на геометрични параметри на голямогабаритни кухи ротационни детайли с повишени метрологични и експлоатационни показатели. Основни задачи : 1. Анализ на метрологичното осигуряване при производството на голямогабаритни кухи ротационни детайли. 2. Разработване на методи и средства за измерване и контрол на геометричните им параметри. 1

4 3. Изследване на метрологичните и функционални възможности на разработените измервателни системи. Научна новост Разработването и изследването на система за измерване и контрол на голямогабаритни ротационни детайли тип тръба и тип пръстен. Практическа приложимост Резултатите от дисертационния труд намират пряко практическо приложение при производството на голямогабаритни ротационни детайли тип тръба и пръстен в тежката промишленост, транспортно машиностроене и енергетиката, както и при центровката на валови линии на турбоагрегати в АЕЦ и ТЕЦ. Апробация Дисертацията е докладвана изцяло на катедрения съвет на катедра Прецизна техника и уредостроене и частично в следните издания и конференции: Национален научен симпозиум с международно участие Метрология и метрологично осигуряване 2012 г., 2013 г. ; Науково-виробничий журнал. Тематичний випуск 2 ІІ (40), ISSN , 2013г.; Наукововиробничий журнал. Тематичний випуск. 1 ІІ (45) Публикации по дисертацията Във връзка с дисертационния труд са направени 5 публикации от които 2 в чужбина. Структура и обем Дисертационния труд е в обем от 178 страници и съдържа увод, четири глави, заключение, списък на използваната литература и списък на публикациите по дисертацията. Има 74 фигури, 22 таблици и 97 формули. Библиографията обхваща 78 литературни източника, от които 50 на кирилица, 21 на латиница и 7 интернет източника. 2

5 Съдържание на дисертационния труд Глава І. Състояние на проблема и формулиране на задачите за изследване Разгледано е нормирането на геометричните параметри на голямогабаритни ротационни детайли тип тръба и тип пръстен както и методите за измерване и контрол на тези параметри. Особено внимание е отделено на измерването и контрола на тези параметри в метрологичната практика в България, Русия и Украйна. Разгледани са изискванията на подобни детайли във Ваптех Плевен, АЕЦ Козлодуй, Новокраматорски машиностроителен завод и Уралмаш-Русия. Анализирано е състоянието на измерването и контрола в тези предприятия. Изводи и констатации по глава 1 1. Голямогабаритни кухи ротационни детайли тип тръба и пръстен са отговорни машиностроителни изделия със специфично предназначение. 2. Осигуряване на качеството на геометричните параметри на тези изделия е сериозен технологичен и метрологичен проблем, обоснован от спецификата им голяма маса и габарити. Например корабните валове са с диаметри до 1.5 m и дължина до 25 m. Детайлите тип гривна в турбините на водноелектрическите централи имат диаметри до 12 m. Допуските на формата и разположението са от 0.04 до 0.5 mm. Аналогични са допуските към детайлите тип тръба от специалното производство. 3. Особено отговорни са операциите по измерване, центровка и регулировка на точни отвори в голямогабаритни обекти като корабните валови линии и валовата линия на турбоагрегатите на АЕЦ Козлодуй. 4. Поради посочените специфики приложението на класическите методи и средства за измерване е силно ограничено или невъзможно. 3

6 5. Разработването на нови методи и средства за измерване, центровка и регулировка, адекватни на изискванията към геометричните параметри на голямогабаритни кухи ротационни детайли, и тяхната специфика, е особено актуално Глава ІІ Измерване на геометричните параметри на голямогабаритни кухи дълги валове 2.1. Обект на измерване типични изисквания Типичните изисквания към формата и разположението на повърхнините и осите на подобни детайли са показани на фиг.1.4. AB AB A AB A A B Фиг Типични изисквания към геометрията на голямогабаритен детайл тип тръба 2.2. Двуканална система за измерване на геометричната точност на кухи ротационни детайли Принципната схема на предлаганата двуканална измервателна система за контрол на геометричните параметри на голямогабаритни кухи дълги валове е показана на фиг [33]. Системата е изградена на базата на визирния метод и съдържа следните основни модули: универсална визирна тръба 5, двуканален светлоделителен блок 4

7 4, (наречен условно перископ ), безконтактна, самоцентрираща се визирна марка 3 и седлообразно устройство с визирен знак 2. Фиг Схема на измервателната система:1.-измерван детайл; 2.- седлообразно устройство с визирна марка; 3.-безконтактна визирна марка; 4.- светоделителен блок (перископ); 5.-визирна тръба; 6.-базиращи призми. Визирната тръба 5 реализира референтна права (визирната ос), спрямо която се определя положението на визирните знаци, установени съответно в безконтактна самоцентрираща се визирна марка 3 и в седлообразно устройство 2. Светоделителният блок 4 (перископът) се използва за създаване на втора референтна права, номинално успоредна на оптичната ос на визирната тръба. С безконтактната самоцентрираща се визирна марка 3 се реализира извлечената (действителна) ос на вътрешната цилиндрична повърхнина на детайла 1, като геометрично място на центровете на средните окръжности на профилите в съответните напречни сечения [4, 33, 65]. Със седлообразното устройство 2 (фиг. 2.2.) се реализира профилът на образуващите на външната цилиндрична повърхнина в равнината на измерване Схема на измерване Схемата на измерване на формата и взаимното разположение на осите на кухи валове е показана на фиг. 2.5., [33] където: 1 и 6 са оптични референтни прави (оптични оси) в двата измерени канала; 5

8 а) б) Фиг Схема на измерване:а) преди завъртане на детайла на 180, т. е. при 0 ; б) след завъртане на детайла на образуваща на външната цилиндрична повърхнина; 3 ос на външната цилиндрична повърхнина; 4 ос на вътрешната цилиндрична повърхнина; 5 образуваща на външната цилиндрична повърхнина; 7 светоделителен блок; Δyi несъосност на вътрешната и външната цилиндрична повърхнина в сечение i. Н = Н разстояние между референтните прави 1 и 6. Измерването на положението на оптичната ос на вътрешната цилиндрична повърхнина (координатите на центрите на средните окръжности) спрямо 6

9 референтната права 6 и на образуващата на външната цилиндрична повърхнина спрямо референтната права 1 се извършва при две положения на вала, завъртени на 180. От фиг следва: H ' a' yi R yi b' yi (2.1.) H " a" yi R yi b" yi, (2.2.) но Н -Н =0, тогава: a' yi R yi b' yi a" yi R yi b" yi 0 (2.3.) yi 0,5( a" yi b" yi a' yi b' yi ) (2.4.) Обработка на резултатите от измерването За обработката на резултатите от измерването на разстоянията от визирните знаци до референтните прави е разработена подробна процедура. Определяне на съответните отклонения на формата и разположението, както следва: отклонение от праволинейност на оста на отвора в равнините YZ и XZ ; отклонение от съосност EPC; отклонения на профила в надлъжно сечение EFPy и EFPx ; отклонение от кръглост (овалност); отклонение от праволинейност на оста на външната ротационна повърхнина Изследване на точностните и функционалните възможности на измервателната система Изследването включва апробация на измервателната система в лабораторни условия и оценка на факторите, определящи точността на измерване Експериментална уредба Експерименталната уредба съдържа всички основни модули на измервателната система, установени на масивна греда (фиг ). 7

10 На тръбата са шлифовани външните ротационни повърхнини ( крайните две в качеството на нейни лагерни шийки). Седлообразното устройство е съобразено с външния диаметър на тръбата. Фиг Експериментален стенд AB O79 O63 H7 l1 A l2 B l3 l4 l5 Фиг Експериментален детайл (тръба) Част от резултатите от изследванията са представени в таблици: 8

11 Таблица 2.4. Отклонение на формата, повърхнините и осите на шийките 1 и 5 в тm Сечение i EFK EPCy EPCx EPC Забележка: Под EPCy и EPCx се разбира отклонението от концентричност на външната и вътрешната повърхнина. Таблица 2.5. Средноквадратична неопределеност на позициониране и визиране в тт uпоз. uвиз. Седлообразно приспособление ВСВМ Анализирани са двете основни групи фактори определящи точността на измерването. А именно : - Фактори, свързани с точността на позициониране на визирната марка и седлообразното устройство респективно на техните визирни знаци. - Фактори, свързани с точността на определяне на положението на визирните знаци в координатната система на визирната тръба Изводи и констатации по Глава ІІ 1. Разработена е двуканална система за измерване на отклоненията на формата и разположението на повърхнините и осите на голямогабаритни кухи валове. 2. Оригиналната схема на измерване, методиката и алгоритмите за 9

12 обработка на резултатите от измерването позволяват да се измерват основните геометрични параметри на подобни валове: несъосност на външните и вътрешните ротационни повърхнини; неправолинейност на осите на повърхнините; отклонение на профила в надлъжно сечение; отклонение от кръглост на сеченията на външната ротационна повърхнина. 3. Системата е изградена на модулен принцип и съдържа следните основни модули: универсална визирна тръба; светлоделителен блок; седлообразно приспособление с визиран знак; безконтактна самоцентрираща се визирна марка. 4. Двата измервателни канала (референтни оптични оси) се реализират с помощта на специален измервателен модул светлоделителен блок, реализиран като завършено изделие с възможност за куплиране с различни типове визирни тръби. 5. Въз основа на анализа на различни схеми на изпълнение, различаващи се по вида на използваните светлоделители и отражателни призми и пластини, е избрана оптимална за случая схема. 6. Изследването на точностните и функционални възможности на измервателната система е осъществено в лабораторни условия с помощта на експериментален стенд, съдържащ всички основни модули на оригиналната измервателна система. 7. С помощта на експерименталния стенд са определени отклоненията на формата и разположението на повърхнините и осите на експерименталния детайл тръба имитиращ голямогабаритен кух дълъг вал. 8. Изследвани са основните смущаващи фактори определящи неопределеността на измерването. Оценяването на тези фактори изисква конкретен анализ в зависимост от окомплектоването на измервателната система. 9. Конусността на външната ротационна повърхнина не се отразява на резултата от измерването на несъосността между външната и вътрешната ротационни повърхнини. 10

13 10. Неуспоредноста на референтните прави (оптични оси) не се отразява на резултатите от измерването на праволинейността и съосността, а само на отклонението на профила в надлъжно сечение. При необходимост, след калибриране на светлоделителният блок, е възможно въвеждането на съответни корекции. 11. Експерименталните изследвания потвърждават метрологичните и експлоатационни възможности на разработената система. Глава ІІІ. Измерване на геометричните параметри на голямогабаритни ротационни детайли тип пръстен 3.1. Обект на измерване Голямогабаритните детайли тип пръстен (с отговорно предназначение) са едни от основните функционални елементи на турбините на водноелектрическите централи. Типичните изисквания към геометричните им параметри са показани на фиг B A D2 A A B D3 D1 A Фиг Типични изисквания към геометричните параметри на голямогабаритни детайли тип пръстен 11

14 f При подобни детайли с нормални размери измерването на тези параметри не представлява затруднения. Но при габарити до и над 10 m, възникват много сериозни метрологични проблеми, свързани със затруднението или невъзможността за използване на конвенционалните (стандарти) схеми на измерване. Тези проблеми могат да бъдат решени с разработената измервателна система на базата на каруселен струг, универсални измервателни средства за линейни премествания, специализирана измервателна екипировка и съответно програмно осигуряване. Измерванията могат да се извършват непосредствено на работното място, без снемане на детайла от машината Схема на измервателната система Схемата на измервателната система е показана на фиг Каруселният струг е част от нея. Измерваният детайл се установява на план-шайбата на струга и се центрова спрямо оста на въртене с помоща на челюстите на план-шайбата. Направляваща на струга Вертикална направляваща на сруга Измерван детайл L L L L Супорт z x L Ет. гривна 2 Ет. гривна 1 L L Линеен датчик y План-шайба Кръгов датчик L Фиг Схема на измерване, реализирана на базата на каруселен струг 12

15 Измерваният детайл се установява на план-шайбата на струга и се центрова спрямо оста на въртене с помощта на челюстите на план-шайбата. В центъра, приблизително съосно на оста на въртене, е монтиран неподвижно дорник с две, разположени на разстояние Н една от друга, еталонни гривни 1 и 2. Гривните са калибрирани по диаметър и EFK в маркирани напречни сечения, а гривна 1 и по EFE на челната повърхнина. На мястото на ножодържача на супорта е установен линеен датчик, а въртенето на план-шайбата се отчита с помощта на кръгов датчик, вграден в приспособление, контактуващо с външната ротационна повърхнина на детайла. Линейният и кръговият датчик са свързани с отчитащия (изчислителния и регистриращия блок на системата). Отчитащите устройства на хоризонталното (по оста Х) и на вертикалното (по оста Z) преместване на супорта също са свързани с отчитащия блок. Първичната измервателна информация постъпваща в отчитащия блок се подава за обработка и регистрация на изчислителния блок (лаптоп) и на регистриращия блок (принтер). Програмното осигуряване на системата осигурява приемането на първичната измервателна информация, обработка на данните и представяне на резултатите от измерването. Резултатите се документират във вид на съответни протоколи, представящи информацията в текстови и графичен вид Методики на измерване Разработените методики за оценка на отклоненията на формата и разположението се базират на резултатите от измерването на радиалното и челно биене на съответните повърхнини спрямо виртуална базова ос с и без изключване на блуждаещото биене. Методиките се отнасят до: Отклонението от кръглост, отклонението от равнинност, отклонение от перпендикулярност, съостност и успоредност както и до измерване на диаметри на външни и вътрешни ротационни повърхнини. 13

16 3.4. Изследване на метрологичните и функционални възможности на системата Изследването включва апробация на системата в лабораторни условия и оценяване на факторите, определящи точността на измерването Апробация на измервателната система в лабораторни условия Експериментална уредба Експерименталната уредба реализира схемата на измервателната система и методиката на измерване в лабораторни условия. Експерименталният стенд е показан на фиг. 3.7., а принципната схема на експерименталната уредба - на фиг L L 3 L z x 1 f M y Фиг Експериментален стенд ( външен вид) Фиг Експериментална уредба: 1.- модул план-шайба; 2.-координатен модул; 3.-модул линеен датчик; 4.-отчитащ модул; 5.-изчислителен модул; 6.-печатащ модул; 7.- модул експериментален детайл тип пръстен; 8.- модул еталонна гривна (не е показана на чертежа). 14

17 Еталонните гривни и експерименталния детайл, (фиг и 3.13) предварително са калибрирани по съответните параметри с помощта на кръгломерният модул на КИМС-2 (фиг.3.14). Фиг Калибриране на експерименталния детайл по EFK, EPC и EFE Резултати от измерването Резултатите от измерването са представени в Таблица 3.5. и 3.6. Таблица 3.6. отразява съотношението на стойностите на съответните параметри при калибрирането и при измерването с разработената измервателна система в лабораторни условия. 15

18 Таблица Резултатите от измерването на EFK, EFE, EPA, EPC и D в mm Сече ние- i E FK' EFK ' EFE ' EFE' EPA ' EPA' EPC' D D' EPC' Забележка: 1. Резултатите са извършени при 10 наблюдения. 2. В таблицата са представени средните аритметични от тези наблюдения и съответните им средни квадратични отклонения. 3. Брой на измерваните точки на кривитe профили Отклонението в сечение 2 се отнася до външната работна повърхнина, а в сечение 2 до вътрешната повърхнина.5. С ЕРС се означава отклонението от концентричност на външната и вътрешната ротационна повърхнина в сечение

19 Таблица 3.6. Резултати от измерването и калибрирането в mm E FK E FK' EFK' 2 EFK % 2 EFK 2 EFE EFE' EFE EFE '.100% EFE EPC EPC' EPC EPC '.100% EPC EPA EPA' EPA EPA '.100% EPA D ' 2 D' 2 D2 D ' 2 '.100% D 2 D ' 2 2 D D' 2 D ' 2 D.100% Забележка: 1. EFK, EFE, EPC, EPA и D са стойностите, установени при калибрирането. 2. EFK, EFE, EPC, EPA и D при измерване с разработената система. ' Оценка на основните фактори, определящи точността на измерването Източници на неопределеност при измерването на отклонението на формата За оценка на точността на формата и разположението на геометричните елементи е необходима предварителна информация за тяхната топография и разположение. Тази информация се получава в процеса на измерване, в резултат на което се определя положението на формата на реалните повърхнини и профили, т.е. извлича се извлеченият елемент (повърхнина или профил) [21, 37, 47, 49]. Както е посочено в [35] в общ случай оценяването на формата на геометричните елементи се свежда до определянето на разликата между разстоянието на две експериментални точки от извлечения елемент до 17

20 асоциирания елемент или до еквивалентен на него елемент по нормалата към него. Неопределеността на оценката на отклонението на формата се формира от три групи фактори (съставки), свързани с реализацията на извлечения елемент, построяването на асоциирания елемент и обекта на измерване. Към първата група u1 се отнасят съставките на неопределеността, свързани с измервателния уред, условията на измерване и изходната база. Към втората група u2 се отнасят съставките на неопределеността, свързани с обработката на резултатите от измерването, в зависимост от вида на асоциирания елемент и броя и разположението на точките, по които той се определя. Към третата група u3 се отнасят съставките, свързани с броя и разположението на измерваните точки на реалния елемент и характера на неговата форма. Оценяването на неопределеността на измерването на отклонението на формата и разположението изисква конкретен анализ за всеки разгледан случай, при който съставките и относителния дял на неопределеността в посочените три групи могат да варират, без да се изменя изложения подход на нейното определяне. В конкретните случай (измерване с разработената система) неопределеност на оценката на отклонението от кръглост съдържа следните съставки: u11 неопределеност, свързана с измервателния уред. По паспортни данни максималната грешка на позициониране с линейния датчик HEIDENHAIN ST1288 е 1µm. Ако се приема равномерно разпределение в тази граница 2 u 11 0,6 µm (3.22.) 2 3 u12 неопределеност, свързана с условията на измерване. Гривната е темперирана и тази съставка може да се пренебрегне т.е. u

21 u13 неопределеност, свързана с изходната база. Тази неопределеност се определя от блуждаещото биене на оста на въртене. По данните от експеримента тази неопределеност след изключване на блуждаещото биене не надхвърля 2µm т.е. u13 < 2µm u14 неопределеност, свързана с неправолинейността на движението на супорта в радиално направление (при измерването на отклонението от равнинност в повече от един кръгови профили, пътечки ). u15 неопределеност, свързана с неперпендикулярност на радиалното движение на струга спрямо оста на въртене (при измерване на отклонението от равнинност в повече от един кръгов профил пътечка ). Съставките u14 и u15 могат да се определят при изследване на геометричната точност на металорежещата машина (кароселен струг), виж т При използване на среден асоцииран елемент и брой на измерваните точки на профила k>128 неопределеността u2 може да се приема за незначителна [8] т.е. u2 =0. Изследванията, отразени в [38] показват, че когато броят на измерените точки k>128 съставката u3 също може да се приеме за незначителна т.е. u3 =0. По аналогичен начин са разгледани източниците на неопределеност при измерване на отклонението от съосност, перпендикулярност, успоредност и D. За определяна на съставките u14 u15 свързани съответно с неправолинейността на движението на супорта в радиално направление, и непреволинейността на движението на това движение спрямо оста на въртене (при измерване на отклонението от равнинност в повече от един кръгов профил пътечка ). Методиката е успешно апробирана в АЕЦ Козлодуй, при оценка на тези отклонения при каруселен струг модел 1Л

22 Фиг Апробация на методиката в реални условия 3.5. Изводи и констатации по Глава ІІІ 1. Разработена е система за измерване на отклонението на формата и разположението на голямогабаритни ротационни детайли тип пръстен. 2. Системата е изградена на базата на каруселен струг, универсални измервателни средства за линейни премествания, специализирана измервателна екипировка и съответно програмно осигуряване. 3. Разработената методика за измерване се базира на определяне на отклонението на формата и разположението по резултатите от радиалното и челно биене на съответните ротационни повърхнини спрямо виртуалната базова ос. 4. Разработена е методика за измерване на диаметрите на средните окръжности на профилите на външните и вътрешните ротационни повърхнини на детайлите. 5. Проведеното изследване на метрологичните и функционални възможности на системата включва апробацията й в лабораторни условия и оценяване на факторите, определящи точността на изследването. 6. Разработената за целите на изследването експериментална уредба съдържа всички основни модули на измервателната система и позволява сравнителна 20

23 оценка на резултатите от измерването на експерименталния детайл тип пръстен при калибрирането му с високоточни измервателни средства и с разработената система. 7. Направеният анализ и факторите, определящи неопределеността на измерването, позволяват да се открият доминиращите фактори с оглед целенасочени въздействия върху тях. 8. Разработената оригинална методика за определяне на праволинейността на движение на супорта на каруселния струг и на отклонението от перпендикулярност на това движение спрямо оста на въртене на план-шайбата, позволява да се оцени тяхното влияние и да се внесат съответните поправки в резултатите от измерването. Методиката е успешно апробирана върху каруселен струг (модел 1 Л страна производител РФ) на АЕЦ Козлодуй. 9. Изследването на работата на разработената измервателна система в лабораторни условия потвърждава високите й метрологични и експлоатационни възможности. Глава ІVЦентровка и регулировка на точни отвори в голямогабаритни обекти Центровката и регулировката на точни отвори в голямогабаритни обекти е отговорна не само метрологична, но и технологична задача. Валовата линия, формирана от лагерните отвори при корабните и турбинните валове, следва да бъде права в пространството. Това се постига обикновено след неколкократно измерване на положението на центрите на напречните сечения на тези отвори в координатната система на използваната измервателна система и съответни регулировъчни и центровъчни операции. Често валовата линия се формира от четири и повече вала. Предвид големите габарити на съоръжението, в което се разполагат точните лагерни отвори, 21

24 особено подходящи за целите на центровката и регулировката на тези отвори са оптичните методи, и особено визирният метод. Поради големите размери и маса на обектите, последният се е наложил в практиката като високоефективен и технологичен Обект на центровка и регулировка Обект на центровка и регулировка в конкретния случай е валовата линия на турбина К-1000/ на блокове 5 и 6 на АЕЦ Козлодуй, съдържаща 6 вала с дължина mm и диаметри на легерните шийки от 500 до 800 mm. Общата дължина на валовата линия на турбината е mm Методика (технология) за измерване и контрол при монтажа и операциите за центровка и регулировка на турбоагрегата (ТА) Целта на центровката на ТА е осигуряване на взаимното разположение на роторите и съвместяване на геометричните оси на роторите с осите на лагерите и базовите маслоуплътнители (разточки) (МУ) на отворите на цилиндрите (корпусните детайли на статора). Центровка на корпусите на лагерите Базова ос при контрола и центровката на корпусите на лагерите се явява правата, преминаваща през центрите на контролните маслоуплътнители (разточки) на отворите в корпусните детайли, в случая оптичната ос на визирната тръба, установена и настроена с използване на два позиционера, реализиращи центровете на маслоуплътнителите разточките. В отворите на корпусите на лагерите се установят позиционери и последователно, с използване на подложки, се извършва центровката им във вертикално и хоризонтално направление до установяване на центъра на визирната марка на оптичната визирна линия фиг

25 y z x 2 3 Фиг Центровка и регулировка на лагерните отвори спрямо оста маслоуплътнителите (разточките): 1. Визирна тръба; 2. Лагерни отвори; 3. Центротърсач с визирна марка; 4. Отвор на маслоуплътнител; 5. Корпус на цилиндър ниско налягане; 6. Отвор на втория маслоуплътнител; 7. Втори лагерен отвор, подлежащ на регуриране; 8. Осветител. Основен елемент на измервателната система е позиционерът центротърсач. На основата на направените проучвания и анализ на произвежданите и използвани в практиката позиционери е разработена нова схема на механичен триточков позиционер с висока точност и голям обхват на измерване фиг.4.6. Позиционерът е предназначен за измерване на взаимното разположение на точни отвори в голямогабаритни детайли с повишени изисквания към точността на позициониране [5]. Позиционерът се състои от тяло 1, X-Y микропозиционер 2, две микрометрични глави 10 и 11, втулка 5 с визирен знак 6, плъзгащ лагер 7, рамо 3, измервателна глава 4 и три контактни опори 8. Позиционерът се установява в определено напречно сечение на контролирания отвор 9 посредством трите опори 8. Втулката 5 с центрирания в нея визирен знак 6 е лагерувана върху X-Y микропозициониращо устройство 2. Към външната гривна на монтирания към втулка 5 плъзгащ лагер 7 неподвижно е закрепено рамо 3 с измерителна глава (ИГ) 4 (електронна или индикаторна). ИГ контактува с повърхността на отвора в контролираното сечение. Координатната система на визирния знак е съвместена с 23

26 центъра на въртене на лагера. Рамото с ИГ се завърта през 90º в координатната система на микропозициониращото устройство. По отчетените показания на ИГ в двете диаметрални напречни сечения посредством микрометричните глави на X- Y микропозиционера, визирният знак се установява в центъра на напречното сечение на контролирания отвор. Процедурата по настройване се счита за завършена след постигане на еднакви показания на ИГ във всяко едно диаметрално сечение. Конструкцията на позиционера е показана на фиг Фиг Принципна схема на Фиг Конструкция на позиционера позиционера Конструкцията на позиционера, неговите малки габарити и маса позволяват установяването му в отвори на голямогабаритни детайли с хоризотално и вертикално разположение на осите Изследване на точностните възможности на разработената измервателна система Изследване на влияещите фактори Основните фактори, влияещи върху точността на оценката на отклоненията на разположението на осите на отворите са: точността на реализация на центъра на сечението, респективно оста на измервания отвор; точността и стабилността на реализираната референтна права (в случая визирната ос на визирната тръба); 24

27 точността на измерване на координатите на центъра на визирния знак спрямо свързаната с визирната тръба координатна система. Схема на уредбата за експериментално изследване на точността на позициониране е представена на фиг б) Фиг Експериментална уредба за изследване на точността на позициониране: а) схема; б) външен вид Резултатите от изследването показват, че неопределеността на измерването свързана с визирането uвиз. е в границите от 0.5 до 0.8 µm, неопределеността свързана с фокусирането uфок. е в границите от 0.7 до 1.6 µm и неопределеността свързана с позиционирането uпоз. е от 0.6 до 2.2 µm Изводи и констатации по Глава ІV 1. Измерването, центровката и регулировката на взаимното положение на лагерните отвори, формиращи валовата линия на турбините в АЕЦ Козлодуй е изключително отговорна метрологична и технологична задача. 2. Най-целесъобразно от метрологична и технологична гледна точка е прилагането на оптичния визирен метод, при който положението на центрите на лагерните отвори, реализирани с помощта на позиционер-центротърсач, се определят спрямо референтна права оптична ос на визирната тръба. 25

28 3. Разработеният механичен триточков контактен позиционер с микропозициониращо устройство осигурява висока точност и стабилност и може да бъде използван при измерване на взаимното разположение на точни отвори в голямогабаритни детайли или обекти. 4. Позиционерът осигурява: висока точност на съвместяване на координатната система на визирния знак с центъра на сечението на контролирания отвор; широк обхват на приложение за отвори с диаметри в диапазон 150mm до 450mm; съкращаване на времето за установяване и настройка; 5. Основните съставки на неопределеност на измерването на координатите и центъра на напречното сечение на лагерния отвор спрямо оптичната ос на визирната тръба са свързани с точността на визиране, фокусиране и отчитане на показанията на визирната тръба и точността на позициониране на позиционерацентротърсача. 6. Получените при експерименталните изследвания резултати потвърждават метрологични и експлоатационни възможности на визирния метод и разработения контактен позиционер-центротърсач. Заключение 1. Голямогабаритни кухи ротационни детайли тип тръба и пръстен са отговорни машиностроителни изделия със специфично предназначение. Осигуряване на качество на геометричните параметри на тези изделия е сериозен технологичен и метрологичен проблем, обуслован от спецификата им голяма маса и габарити. 2. Особено отговорни са операциите по измерване, центровка и регулировка на точни отвори в голямогабаритни обекти като корабните валови линии и валовата линия на турбоагрегатите на АЕЦ Козлодуй. 26

29 3. Поради посочените специфики приложението на класическите методи и средства за измерване е силно ограничено или невъзможно. 4. Разработването на нови методи и средства за измерване, центровка и регулировка, адекватни на изискванията към геометричните параметри на тези детайли и тяхната специфика, е особено актуално. 5. Разработена е двуканална система за измерване на отклоненията на формата и разположението на повърхнините и осите на голямогабаритни кухи валове. 6. Оригиналната схема на измерване, методиката и алгоритмите за обработка на резултатите от измерването, позволяват да се измерват основните геометрични параметри на подобни валове: несъосност на външните и вътрешните ротационни повърхнини, тяхната неправолинейност, отклонението на профила в надлъжно сечение и отклонението от кръглост на външната ротационна повърхнина. 7. Изследвани са точностните и функционални възможности на измервателната система в лабораторни условия с помощта на експериментален стенд, съдържащ всички основни модули на оригиналната измервателна система. Оценени са основните смущаващи фактори, определящи неопределеността на измерването. 8. Експерименталните изследвания потвърждават високите метрологични и експлоатационни възможности на разработената система. 9. Разработена е система за измерване на отклонението на формата и разположението на голямогабаритни ротационни детайли тип пръстен. Системата е изградена на базата на каруселен струг, универсални измервателни средства за линейни премествания, специализирана измервателна екипировка и съответно програмно осигуряване. Разработената методика за измерване се базира на определяне на отклонението на формата и разположението по резултатите от радиалното и челно биене на съответните ротационни повърхнини спрямо виртуалната базова ос. 27

30 10. Разработена е методика за измерване на диаметрите на средните окръжности на профилите на външните и вътрешните ротационни повърхнини на детайлите. 11. Разработената оригинална методика за определяне на праволинейността на движение на супорта на каруселния струг и на отклонението от перпендикулярност на това движение спрямо оста на въртене на план-шайбата, позволява да се оцени тяхното влияние и да се внесат съответните поправки в резултатите от измерването. Методиката е успешно апробирана върху каруселен струг на АЕЦ Козлодуй. 12. Проведеното изследване на системата, включващо апробацията й в лабораторни условия, и оценяване на факторите, определящи точността на измерването, потвърждават високите й метрологични и функционални възможности. 13. Измерването, центровката и регулировката на взаимното положение на лагерните отвори, формиращи валовата линия на турбините в АЕЦ Козлодуй, е изключително отговорна метрологична и технологична задача. 14. Най-целесъобразно от метрологична и технологична гледна точка е прилагането на оптичния визирен метод, при който положението на центрите на лагерните отвори, реализирани с помощта на позиционер-центротърсач, се определят спрямо референтна права оптична ос на визирната тръба. 15. Разработеният механичен триточков контактен позиционер с микропозициониращо устройство осигурява висока точност и стабилност и може да бъде използван при измерване на взаимното разположение на точни отвори в голямогабаритни детайли или обекти. 16. Метрологичните и експлоатационни възможности на визирния метод и разработения контактен позиционер-центротърсач се потвърждават от експерименталните изследвания в лабораторни условия. 28

31 Справка за приносите Научно-приложни 1. Разработването на оригинална двуканална система за измерване на отклоненията на формата и разположението на повърхнините и осите на голямогабаритни кухи валове. 2. Разработването на система за измерване на отклонението на формата и разположението на голямогабаритни ротационни детайли тип пръстен, е изградена на базата на каруселен струг, универсални измервателни средства за линейни премествания, специализирана измервателна екипировка и съответно програмно осигуряване. 3. Разработването на оригинална методика за измерване на диаметрите на средните окръжности на профилите на външните и вътрешните ротационни повърхнини на голямогабаритни детайли тип пръстен". 4. Разработването на оригинална методика за определяне на праволинейността на движение на супорта на каруселния струг и на отклонението от перпендикулярност на това движение спрямо оста на въртене на план-шайбата, позволяваща да се оцени тяхното влияние и да се внесат съответните поправки в резултатите от измерването. Приложни 1. Резултатите от изследването на точностните и функционални възможности на разработените измервателни системи в лабораторни условия и оценяването на основните смущаващи фактори определящи неопределеността на измерването. 2. Разработването на механичен триточков контактен позиционер с микропозициониращо устройство, осигуряващ висока точност и стабилност, при измерване на взаимното разположение на точни отвори в голямогабаритни детайли или обекти. 29

32 3. Разработването на експериментални уредби позволяващи не само изследването на точностните и експлоатационните възможности на измервателните системи и устройства, но и използването им в учебните процеси. Публикации по дисертацията 1. Радев Хр., Богев В., Василев В., Благов И. Новая технология измерения геометрических параметров крупногабаритных ротационных деталей, Метрологiя та приклади Науково-виробничий журнал. Тематичний випуск 2 ІІ (40), ISSN , 2013г. 2. Василев В., Радев Хр., Богев В., Благов И. Изследване на непостоянството на виртуалната базова ос при измерване на отклоненията на формата и разположението на ротационни детайли. Сборник с доклади на Национален научен симпозиум с международно участие Метрология и метрологично осигуряване Радев Хр., Благов И. Система за измерване на отклоненията на формата и разположението на повърхнините и осите на голямогабаритни кухи ротационни детайли, Сборник с доклади на Национален научен симпозиум с международно участие Метрология и метрологично осигуряване Благов И., Изследване на система за центровка и регулировка на точни отвори в голямогабаритни обекти, Сборник с доклади на Национален научен симпозиум с международно участие Метрология и метрологично осигуряване Благов И., Джамбазов М., Николов Н. Позиционер для измерения взаимного разположения точных отверстий крупногабаритных деталей (объектов). Метрологiя та прилади Науково-виробничий журнал. Тематичний випуск. 1 ІІ (45)

33 The measurement of the geometrical parameters of surfaces of revolution of large-scaled workpieces Abstract: It is investigated the measurement and control of the geometrical parameters of large-scaled workpieces of type tube and ring, which are a subject of production and exploatation in the hevy machineri industry and energetics. There were designed, produced and investigated systems for the measurement of two types of workpieces. There were analyzed their metrological and exploatational capabilities, which were approved in laboratory environment. An original three-contact-points positioning center finder has been designed and investigated. It is then used for the measuring system for the aligning the shaft-line at the NPP and TPP. 31