王志威，裴俊豐

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱　150040)

西氣東輸高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工工藝

王志威，裴俊豐

(哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：主要介紹西氣東輸高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸特點(diǎn)及加工工藝，借助計(jì)算機(jī)撓度模擬計(jì)算結(jié)果分析軸的靜態(tài)撓度量，利用高精度臥式磨床磨削線速度高和自身精度高的優(yōu)點(diǎn)，解決了臥式重型數(shù)控車床在加工轉(zhuǎn)軸過程中粗糙度和形位公差不夠精的問題，從而為電機(jī)后續(xù)動(dòng)平衡和本體平衡試驗(yàn)調(diào)整轉(zhuǎn)軸振動(dòng)數(shù)值贏得了寶貴空間。

關(guān)鍵詞：高速電機(jī)轉(zhuǎn)軸；車削；磨削；銑削

0引言

西氣東輸20 000 kW 4 800 r/min 80 Hz調(diào)頻同步隱極防爆電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)速65%～105%)是我公司目前研發(fā)生產(chǎn)過的大型同步隱極電機(jī)中轉(zhuǎn)速最高的電機(jī)，此電機(jī)具有轉(zhuǎn)軸加工精度高、電機(jī)轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)緊湊和裝配精度高等特點(diǎn)。此電機(jī)技術(shù)一直被國外壟斷，國內(nèi)一直靠進(jìn)口此類電機(jī)，此類電機(jī)國內(nèi)首次研發(fā)制造成功意義重大，整個(gè)市場(chǎng)前景非常光明。

1轉(zhuǎn)軸主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

西氣東輸電機(jī)鍛軸總重為7 514 kg，加工完后總長度5 500 mm，本體最大直徑為φ750 mm，最細(xì)軸頸直徑為φ250 mm，軸承跨距為5 000 mm，轉(zhuǎn)子采取兩極隱極結(jié)構(gòu)，根據(jù)計(jì)算機(jī)強(qiáng)度計(jì)算報(bào)告顯示軸本體開完下線槽后靜擾度0.20 mm，軸兩個(gè)基準(zhǔn)臺(tái)加工精度要求圓度≤0.01 mm，軸瓦處軸頸要求圓度≤0.006 mm，圓柱度要求≤0.008 mm，跳動(dòng)要求≤0.006 mm，而且粗糙度要求Ra≤0.8 mm，局部要求Ra≤0.4 mm，其加工難度大，如僅僅靠數(shù)控車床很難達(dá)到這樣的要求。

轉(zhuǎn)子整體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，轉(zhuǎn)軸主要尺寸及形位公差如圖2所示。

轉(zhuǎn)軸材質(zhì)主要性能參數(shù)如下：

轉(zhuǎn)軸鍛件材質(zhì)25Cr2Ni4MoV

強(qiáng)度極限/MPa中心孔處≥850

軸本體處≥825

屈服極限/MPa中心孔處≥750

軸本體處≥725

硬度/HB約為350

圖1　西氣東輸轉(zhuǎn)子整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　西氣東輸電機(jī)轉(zhuǎn)軸形位公差示意圖

2轉(zhuǎn)軸主要加工工藝過程

轉(zhuǎn)軸主要加工工藝為：轉(zhuǎn)軸鍛件檢查、切試樣、轉(zhuǎn)軸粗車半精車、轉(zhuǎn)軸銑序加工、轉(zhuǎn)軸磨序加工、轉(zhuǎn)子精車、轉(zhuǎn)子精磨加工等。

2.1轉(zhuǎn)軸鍛件檢查、切試樣

轉(zhuǎn)軸鍛件進(jìn)廠打開包裝后，需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)的訂貨技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收，供貨方提供的技術(shù)資料必須齊全，不合要求的鍛件不能投產(chǎn)切試樣、加工等有損轉(zhuǎn)軸原始狀況的工序。

先用棉紗沾工業(yè)煤油進(jìn)行軸表面、中心孔擦洗，再用白布進(jìn)行最后的清理。用窺鏜儀檢查中心孔，中心孔應(yīng)符合圖紙要求。按采購規(guī)范和圖紙要求對(duì)外圓等表面部位進(jìn)行超聲波探傷復(fù)檢，對(duì)軸頸部位及本體過渡部位和R角進(jìn)行磁粉探傷。上述檢查項(xiàng)目合格后，轉(zhuǎn)軸上6米數(shù)控臥車檢查軸各段的形位公差及加工余量，合格后按圖紙要求切環(huán)。

2.2轉(zhuǎn)軸粗車半精車加工工藝

轉(zhuǎn)軸鍛件粗車前未開槽，自身靜撓度相對(duì)較小，因此采取常規(guī)裝卡加工即卡頂?shù)难b卡進(jìn)行粗車半精車，本體兩端的基準(zhǔn)精車完后用百分表和千分表檢查軸頸跳動(dòng)，跳動(dòng)要求<0.01 mm，如跳動(dòng)超差則需架中心架修基準(zhǔn)。修基準(zhǔn)在兩基準(zhǔn)軸頸分別進(jìn)行，如圖3所示架好中心架，研好烏金瓦接觸面，以需修基準(zhǔn)的擺度值的一半作為切削量。利用自制刮刀進(jìn)行精修，刀刃與另一側(cè)支撐成180°對(duì)稱分布，精修的過程軸機(jī)床的轉(zhuǎn)速不能太高，一般切削線速度應(yīng)控制在168～252 mm/s范圍內(nèi)。修的過程中為保證刀刃有足夠的冷卻，還需人工對(duì)其加冷卻油并及時(shí)

圖3　自制車刀修架子口示意圖

用毛刷清理刮出的鐵末，修完后基準(zhǔn)的跳動(dòng)應(yīng)控制在5～8 μm，修完基準(zhǔn)后精研一段時(shí)間烏金后再精車本體及風(fēng)扇座環(huán)。

2.3轉(zhuǎn)軸開槽及銑序加工

轉(zhuǎn)軸開槽加工結(jié)合廠內(nèi)設(shè)備最終定在φ200數(shù)控鏜床上加工槽，下線槽和散熱槽采取的刀具為盤銑刀，分粗精各兩種規(guī)格，刀盤直徑為φ500 mm。在排削空間足夠及保證刀盤強(qiáng)度的情況下，盡量多排齒，以提高刀具的使用壽命。鴿尾銑刀根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和刀具供貨商的建議選用的是硬質(zhì)合金銑刀，分粗精兩種規(guī)格。刀具供貨商提供刀具使用切削參數(shù)，并將切削參數(shù)表裝入每件刀具的包裝內(nèi)，以便操作者參照?qǐng)?zhí)行。在對(duì)軸槽進(jìn)行分度加工時(shí)為保證分度精度，我們使用數(shù)顯編碼器對(duì)軸下線槽進(jìn)行分度，編碼器分度精度可以達(dá)到0.01°，開槽過程中為保證軸的受力均勻，我們采取粗加工完一槽后再加工與之對(duì)稱的槽。

轉(zhuǎn)軸下線槽、散熱槽、鴿尾槽加工過程如圖4所示。

圖4

(1)粗銑下線槽 →(2)粗銑散熱槽 →(3)粗銑鴿尾槽 → 轉(zhuǎn)軸槽粗開完后，軸放置10天應(yīng)力釋放→(4)精銑下線槽 → (5)精銑散熱槽 →(6)精銑鴿尾槽

本次利用盤銑刀加工下線槽和散熱槽并用數(shù)顯編碼器對(duì)槽進(jìn)行分度，極大的提高了生產(chǎn)效率，降低了刀具成本。

2.4轉(zhuǎn)子精加工

轉(zhuǎn)軸開槽后存在應(yīng)力變形等因素會(huì)影響永久基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)軸銑序完成后轉(zhuǎn)7米臥磨精磨永久基準(zhǔn)軸臺(tái)，以保證轉(zhuǎn)子后續(xù)精車時(shí)的精度。精磨采取的工藝方法是萬向節(jié)-雙托架支撐的方式，即由萬向聯(lián)軸節(jié)傳遞扭矩，在本體兩端的永久架子口處用中心架支撐的方式精磨永久架子口。采用這種加工工藝能很好的解決由于機(jī)床自身傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(機(jī)械部件)間隙等因素對(duì)加工精度帶來的負(fù)面影響，但研中心架烏金瓦時(shí)要求接觸面研得較好，以避免制造過程中出現(xiàn)由于烏金瓦研得不好磨基準(zhǔn)時(shí)圓度超差的情況。精磨后轉(zhuǎn)軸永久基準(zhǔn)跳動(dòng)能保證≤0.006 mm，圓度≤0.004 mm，粗糙度Ra0.2，萬向節(jié)-雙托架支撐方式如圖5所示。

轉(zhuǎn)軸精磨后轉(zhuǎn)數(shù)控6米臥車同車端部阻尼槽

圖5　轉(zhuǎn)軸磨架子口示意圖

楔，同車完序后，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)下線清理干凈去毛刺后進(jìn)行下線全序，轉(zhuǎn)子下線全序完成后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)精車序。由于數(shù)控車床很難保證圖紙上要求形位公差0.01 mm，因此精車時(shí)轉(zhuǎn)子法蘭外圓、測(cè)振用軸徑外圓、軸瓦用軸頸外圓分別留0.10 mm的磨削量，待轉(zhuǎn)子精車后轉(zhuǎn)數(shù)控7米數(shù)控臥式磨床進(jìn)行精磨。轉(zhuǎn)子精磨后各段軸頸圓柱度能保證≤0.002 mm，轉(zhuǎn)軸精車如圖6所示，轉(zhuǎn)子精磨如圖7所示。

圖6　轉(zhuǎn)子精車示意

圖7　轉(zhuǎn)子在7 m數(shù)控臥式磨床精磨

3結(jié)語

西氣東輸電機(jī)的轉(zhuǎn)軸加工于2010年6月順利

完成，全部尺寸和形位公差均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電機(jī)于2011年7月順利通過國家發(fā)改委和行業(yè)專家的現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證，目前電機(jī)在高陵站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行平穩(wěn)，軸振等數(shù)據(jù)均達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)要求。此類電機(jī)的成功研制標(biāo)志我公司已經(jīng)具備了研發(fā)和生產(chǎn)高速防爆電機(jī)的能力，一舉打破了國外對(duì)此類電機(jī)的壟斷，為國內(nèi)的能源事業(yè)盡了一份力。

參考文獻(xiàn)

[1]莫紅斌，黃學(xué)剛，蘇強(qiáng)，等．1 000 MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸加工工藝[J]．東方電氣評(píng)論，2009(1):69-72．

[2]江耕.大型汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999.