□竺亦泓

上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠上海200240

137 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸加工工藝改進(jìn)與創(chuàng)新

□竺亦泓

上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠上海200240

概述了137 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與加工制造，結(jié)合生產(chǎn)實踐，介紹了137 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸加工工藝的改進(jìn)與創(chuàng)新，具體包括：攻克結(jié)構(gòu)難題，完成內(nèi)部葉根槽及汽封槽等的加工；通過刀具改進(jìn)完成大深度測溫孔的加工；通過工藝優(yōu)化解決泵水泄漏問題等。

汽輪機(jī)；內(nèi)缸；工藝；改進(jìn)

電力行業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家先進(jìn)制造水平的重要標(biāo)志，我國在過去的幾十年內(nèi)在核電、風(fēng)力發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，以及太陽能綠色發(fā)領(lǐng)域電均取得了長足發(fā)展[1-2]。

上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠長期從事大型汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的開發(fā)和制造，機(jī)型覆蓋面廣，其中137 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)是以266 MW等級聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的設(shè)計制造經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合300 MW等級凝汽汽輪機(jī)和熱電聯(lián)供汽輪機(jī)的成熟技術(shù)開發(fā)出的新一代F級燃機(jī)多軸一拖一汽輪機(jī)[3-6]。這一機(jī)組采用高中壓合缸、低壓缸雙流的雙缸布置方式，高中壓部分為反流結(jié)構(gòu)，即高壓進(jìn)汽和再熱進(jìn)汽均設(shè)在汽缸中部，高壓排汽在汽輪機(jī)端部，中壓排汽在電機(jī)端。內(nèi)缸前后均采用上貓爪、中分面支承，熱位移不會影響汽缸對中。高中壓內(nèi)缸的最大回轉(zhuǎn)直徑為3 194 mm，總長為3 935 mm，呈圓桶狀。高中壓內(nèi)缸內(nèi)腔型線復(fù)雜，多重類型的T形槽組合在一起，同時高壓側(cè)平衡活塞汽封槽軸向尺寸較深，使得技術(shù)準(zhǔn)備和實際加工工藝都存在很多困難[7-8]。

1 高中壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)分析

高中壓內(nèi)缸的外形如圖1所示，缸體采用G17CrMoV5-10鑄鋼件，質(zhì)量為33.5 t，總長為3 935 mm，最大加工直徑為2 425 mm，最小加工直徑為710 mm，最深加工尺寸為1 968 mm。整體為通流結(jié)構(gòu)，有24條高壓靜葉槽、16條中壓靜葉槽和13條高壓側(cè)平衡活塞汽封槽。

圖1 高中壓內(nèi)缸外形

高中壓內(nèi)缸靜葉槽均為T形槽結(jié)構(gòu)，有24條高壓靜葉槽，為內(nèi)缸加工過程中最小的T形槽結(jié)構(gòu)，槽寬最窄處僅13.8mm，如圖2所示，加工難度較大。

圖2 T形槽結(jié)構(gòu)

汽缸端面需要加工3個直徑為3.5 mm/8.5 mm的測溫孔，由于其結(jié)構(gòu)細(xì)長，局部長徑比達(dá)到了90，造成加工難度很高。深孔加工時鐵屑難以排出，容易纏繞在鉆頭上使加工阻力增大，最終可能造成鉆頭斷裂在汽缸內(nèi)部，并難以取出[9-13]。如圖3所示，最深處的壁厚為8 mm，需用φ3.5 mm鉆頭加工鉆穿。

圖3 測溫孔結(jié)構(gòu)

整個內(nèi)缸加工結(jié)束后，分別裝配徑向汽封齒、高壓側(cè)平衡活塞汽封和40級靜葉片，再車削汽封齒和靜葉圍帶。

2 高中壓內(nèi)缸加工制造

高中壓內(nèi)缸的主要加工流程為劃線、中分面孔加工、立車粗車與割槽、鏜床加工泵水結(jié)構(gòu)、泵水試驗、立車精車與割槽、鏜床加工外形結(jié)構(gòu)等。大約需耗時5個月完成整個高中壓內(nèi)缸的精加工，之后再進(jìn)行高中壓內(nèi)缸徑向汽封齒的裝配和車削加工。主要加工流程具體分析如下。

（1）劃線，分配加工余量。

（2）鏜床粗銑中分面。

（3）鏜床及鉆床中分面孔加工。中分面粗加工留1 mm余量，中分面孔上半部由數(shù)控鏜銑床定位、預(yù)鉆，最終鉆床加工，下半螺孔均由數(shù)控鏜銑床鉆、擴(kuò)、銑完成，如圖4所示。

圖4 數(shù)控鏜銑床加工中分面孔

為立車加工校調(diào)基準(zhǔn)時，沿轉(zhuǎn)子軸向方向在高中壓內(nèi)缸上、下半內(nèi)圓上各銑出多處小平臺，操作者記錄這些小平臺的坐標(biāo)位置，以供立車校調(diào)使用。

中分面定位錐銷孔加工時，由于粗車與精車工序中還存在一次中分面的加工工序，因此對定位錐銷孔需放余量分兩次加工，分別滿足汽缸在粗車與精車工序的定位功能。具體為汽缸拼合狀態(tài)下，粗車前先將定位錐銷孔加工至φ30 mm，錐度1∶50；在精車前再將定位錐銷孔按圖紙精加工至φ40 mm，錐度1∶50。

（4）立車粗車。采用6.3 m數(shù)控立車粗車，8 mm割刀車中壓汽封槽，12.7 mm割刀車中壓靜葉槽，15.88 mm割刀車高壓汽封槽。針對高壓靜葉槽，由于寬度很窄，采用一把6 mm割刀進(jìn)行車加工，單面留3 mm余量，如圖5所示。

圖5 立車粗車靜葉槽

由于毛坯余量很大，一端內(nèi)圓加工完成后，鐵屑就達(dá)到缸體一半的高度，所以割槽時是由下向上進(jìn)行加工的，避免了由于鐵屑堆積對加工造成的負(fù)面影響，如圖6所示，這是與常規(guī)機(jī)組的汽缸在立車工序加工中的不同之處。

圖6 鐵屑照片

（5）鏜床加工泵水結(jié)構(gòu)。使用數(shù)控龍門鏜銑床粗、精銑兩側(cè)搭子厚度，以及中分面，然后采用以銑代車的創(chuàng)新加工方法，銑泵水工具安裝面。

（6）鉆床鉆、擴(kuò)、鉸6-φ40 mm錐銷孔。

（7）泵水試驗。泵水試驗技術(shù)要求為汽缸分段泵水，密封泵水持續(xù)3 min，水平中分面法蘭不得從兩側(cè)向外泄漏。泵水試驗一共進(jìn)行三次，最終達(dá)到滿意結(jié)果。試驗中主要問題是出現(xiàn)在中分面部分螺栓位置漏水，如圖7紅色圓圈所示三個生銹較嚴(yán)重的螺栓位置。

為了克服泵水泄漏問題，工藝專家進(jìn)行原因分析，改進(jìn)加工工藝，將中分面的密封槽加工改在泵水前加工，同時安裝密封件，以改善合缸后該區(qū)域的密封性能，如圖8所示。通過加工工藝的改進(jìn)，最終在第三次泵水試驗時，沒有再發(fā)生漏水情況，順利通過了泵水試驗。

圖7 泵水試驗中漏水螺栓

圖8 中分面密封槽

（8）立車精車。首先割掉泵水試驗的安裝凸臺，半精車加工汽缸內(nèi)圓各檔尺寸，然后分別半精車、精車高中壓汽封槽及靜葉槽。靜葉槽的具體加工順序如圖9所示。

T型槽上、下彎槽常規(guī)加工都是選用方刃彎頭車刀，并根據(jù)工件彎槽寬度及割刀刃口寬度進(jìn)行編程，一刀一刀進(jìn)行車削。這一加工方案存在很多缺點(diǎn)，如由于切削深度較大，鐵屑排出時會連成長條。為避免鐵屑纏繞刀具且損壞工件，操作者需時刻關(guān)注并及時勾出鐵屑，工作量較大。同時，操作人員必須仔細(xì)對刀，并根據(jù)各規(guī)格割刀的不同參數(shù)，在數(shù)控程序中設(shè)定補(bǔ)償值，過程繁瑣，容易犯錯。本機(jī)組高中壓內(nèi)缸的加工采用創(chuàng)新加工方法，先用配置圓刀片的彎頭車刀（圖10）以圓心對刀方式進(jìn)行編程加工，一層一層剝?nèi)ゲ牧?，這樣采用小切削深度、大進(jìn)給量的方法使鐵屑更容易斷碎和排出；然后再利用上、下彎槽割刀加工上、下彎槽部分，這樣能減小切削深度，從而降低刀片損耗，同時提高車削效率。

除此之外，立車同時還要加工汽缸其余內(nèi)外圓各尺寸及圓角等。

（9）拆分上、下半缸體。

（10）數(shù)控鏜銑床加工壓板槽、各搭子面，以及頂部及背部的鍵槽。加工各汽口的同時，要安裝與汽口匹配的密封環(huán)，如圖11所示。

圖9 靜葉槽加工順序

圖10 配置圓刀片的彎頭車刀

圖11 安裝密封環(huán)

加工大深度測溫孔時，先使用φ8.5 mm硬質(zhì)合金長鉆頭加工至圖紙深度要求，由于長徑比大，采用低轉(zhuǎn)速及低進(jìn)給參數(shù)鉆孔。在加工φ3.5 mm通孔時，為最大程度提高剛性，采用了新制階梯式高速鋼麻花鉆，其柄部直徑為6.2 mm，刃口直徑為3.5 mm，如圖12所示。加工時需頻繁退出鉆頭，清理纏繞在上面的鐵屑，現(xiàn)場加工時非常順利，并未出現(xiàn)鉆頭斷裂的情況，唯一缺點(diǎn)是耗時較長。

圖12 階梯式麻花鉆

（11）鉗工工序。手攻螺紋，去毛刺，然后進(jìn)行清潔。

（12）裝配高中壓內(nèi)缸徑向汽封齒。

（13）拼合上、下半缸體。

（14）立車加工。粗車高中壓內(nèi)缸徑向汽封齒，留0.5 mm余量。

（15）拆分上、下半缸體，去汽封齒毛刺，裝配靜葉片、高壓側(cè)平衡活塞汽封。

（16）拼合上、下半缸體。

（17）立車加工。精車高中壓內(nèi)缸徑向汽封齒，粗、精車靜葉圍帶，精車平衡活塞汽封齒內(nèi)圓。

（18）拆分上、下半缸體，靜葉圍帶等各處由鉗工去毛刺，裝配高壓隔板汽封。

（19）拼合上、下半缸體。

（20）立車加工。車高壓隔板汽封齒內(nèi)圓。

（21）中分面騎縫銷孔加工檢驗配合。檢驗上下半缸體水平中分面mm騎縫銷孔尺寸精度及表面粗糙度，以保證達(dá)到圖紙要求。

（22）完工檢驗，進(jìn)入高壓缸總裝。

3 總結(jié)

通過加工工藝技術(shù)的改進(jìn)，順利完成了首臺137 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸加工工藝攻關(guān)，順利解決了整個加工過程中所遇到的疑難問題，精確完成了關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)的加工工藝技術(shù)，編制了全新參數(shù)化循環(huán)數(shù)控程序，大大提高了生產(chǎn)效率，最終優(yōu)質(zhì)完成產(chǎn)品的生產(chǎn)制造任務(wù)，同時也積累了加工槽、孔和汽口等部位的實際加工經(jīng)驗，為后續(xù)類似機(jī)組內(nèi)缸的加工工藝準(zhǔn)備打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1]史永謙.核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)及世界核電發(fā)展動向[J].能源工程，2007（1）：1-6.

[2]蔣洪德.重型燃?xì)廨啓C(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].熱力透平，2012,41（2）：83-88.

[3]陳富新.V94.3A重型燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化制造工藝研究與實踐[J].電力設(shè)備，2006,7（10）：21-23.

[4]何楓.燃?xì)廨啓C(jī)輪盤輪槽拉刀的設(shè)計、使用及修磨[J].金屬加工（冷加工），2012（23）：17-19.

[5]王莉莉.燃機(jī)透平輪盤拉削工藝方法的研究[J].機(jī)械工程師，2010（11）：147-148.

[6]沈邱農(nóng).重型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與自主化[J].發(fā)電設(shè)備，2007（2）：93-97.

[7]沈永根，蔡振銘.燃?xì)廨啓C(jī)中間缸制造技術(shù)的研究[J].裝備機(jī)械，2015（3）：21-27.

[8]王偉莉，楊正國，賈國慶.超臨界汽輪機(jī)汽缸、主汽閥殼等鑄鋼材料的發(fā)展[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1997，39（2）：118-121，125.

[9]劉軍.淺談如何合理選擇刀具及切削參數(shù)以提高工效[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2012（1）：115－117.

[10]王凱.汽輪機(jī)汽缸加工中新技術(shù)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2006，27（8）：93-95.

[11]張海霖.加工大直徑孔的刀具[J].機(jī)械工藝師，2001（1）：36.

[12]趙立海.BTA深孔鉆加工汽缸中分面螺栓孔的應(yīng)用[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2008，50（1）：79-80.

[13]黎忠炎，高東強(qiáng)，毛志云，等.基于切削參數(shù)的高速銑削系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2010（11）：16－18.

（編輯：平平）

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手發(fā)力能源儲存國軒高科與上海電氣成立合資公司

日前，國軒高科與上海電氣共同投資成立合資公司的簽約儀式在上海舉行。此次合作，雙方將集中優(yōu)勢資源，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、共同推動清潔能源及新能源儲存應(yīng)用的發(fā)展。上海電氣在核電、風(fēng)電、太陽聚能等清潔能源裝備制造方面優(yōu)勢顯著，同時也在分布式能源、智能電網(wǎng)等新能源應(yīng)用系統(tǒng)解決方案上進(jìn)行了積極的探索和實踐，研發(fā)出智能新能源控制系統(tǒng)、供用電管理系統(tǒng)、微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，并且具備完善的電力工程服務(wù)體系。未來，上海電氣將與國軒高科一起，在鈦酸鋰負(fù)極材料上深耕細(xì)作，制備長壽命、高安全、高倍率的鈦酸鋰儲能電池。

Gave an overview on the structure and manufacturing of 137 MW combined cycle steam turbine and introduced the improvement and innovation of the processing technology for high and medium pressure inner cylinder of 137 MW combined cycle steam turbine combined with production practice.In aspect of structure,the processing of the internal blade root groove and steamseal groove were finished，the processingoflarge deep temperature hole was accomplished by the improved tool,and the pump leakage was solved via process optimization.

Steam Turbine；Inner Cylinder；Process；Improvement

TH163；TM611.3

B

1672-0555（2017）02-032-05

2016年11月

竺亦泓（1984—），男，碩士，工程師，主要從事汽輪機(jī)制造工藝制造研究工作。