陸加見 王國柱 洪觀鎮(zhèn) 劉為亮

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

大型汽輪機(jī)外缸鑄件收縮率初探

陸加見 王國柱 洪觀鎮(zhèn) 劉為亮

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

介紹了大型汽輪機(jī)外缸鑄件的零件結(jié)構(gòu)特點，對幾種不同功率、結(jié)構(gòu)大型汽缸的收縮情況進(jìn)行數(shù)據(jù)實測，分析總結(jié)出各自的收縮率合理選擇值，有助于工藝人員設(shè)計鑄造工藝時對收縮率的準(zhǔn)確賦值，同時有利于保證鑄件尺寸、幾何形狀精度。

大型汽輪機(jī)；外缸；收縮率

鑄件在凝固和冷卻過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。金屬從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮3個收縮階段。在液態(tài)收縮和凝固收縮階段鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。這兩個階段的收縮量通常用體收縮率來表示。固態(tài)收縮階段只引起鑄件外部尺寸變化，使鑄件易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷。其收縮量用收縮率表示，鑄造收縮率又稱鑄造線收縮率或縮尺，是指鑄件在凝固收縮過程中各部位尺寸縮小的百分率。鑄件收縮率=(模樣尺寸-鑄件最終尺寸)/鑄件最終尺寸×100%。它與鑄件合金種類、化學(xué)成分、鑄型種類、冷卻條件及鑄件本身結(jié)構(gòu)特點等因素密切相關(guān)。收縮率是鑄造工藝中最基本的參數(shù)之一，在工藝設(shè)計時，收縮率的取值合適與否直接關(guān)系到鑄件的尺寸和幾何形狀的精度。大型汽輪機(jī)外缸鑄件輪廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚偏差大，工藝設(shè)計時收縮率賦值的準(zhǔn)確與否對其尺寸、形狀精度影響較大。

1 研究背景

我公司鑄鋼車間采用呋喃樹脂砂生產(chǎn)汽輪機(jī)汽缸、閥門等鑄件。汽輪機(jī)外缸是汽輪發(fā)電機(jī)組中的重要零件，現(xiàn)代大型汽輪機(jī)一般為雙層汽缸結(jié)構(gòu)，即外缸、內(nèi)缸。外缸構(gòu)成汽輪機(jī)的外殼，內(nèi)缸、隔板套、汽封等零部件安裝在外缸上。目前主流機(jī)型有高中壓合缸和分缸結(jié)構(gòu)，這樣，外缸就分為高中壓外缸、高壓外缸和中壓外缸幾種。外缸一般由厚大的法蘭和較薄的缸體組成，壁厚偏差大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大。如果因收縮率取值不合適，造成外缸鑄件尺寸、形狀偏差，后期裝配時還可能出現(xiàn)干涉等問題。同時，形狀偏差可能影響汽缸的通流面積，進(jìn)而影響整個機(jī)組的功率。我公司外缸鑄件一直沿用1.5%的收縮率，配合一定的補(bǔ)正量，鑄件入庫前檢查發(fā)現(xiàn)存在一定的尺寸偏差，后期靠補(bǔ)焊、修磨等方式滿足鑄件尺寸、形狀精度，控制難度較大且成本較高，故有必要對外缸鑄件的收縮率進(jìn)行研究。

2 研究方法

根據(jù)車間生產(chǎn)實際，選擇了350 MW汽輪機(jī)高壓外缸、600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸、660 MW汽輪機(jī)高壓外缸3種汽缸的部分非加工尺寸，跟蹤模樣、砂型、鑄件尺寸。跟蹤模樣、砂型尺寸主要是確定模樣制作過程有無偏差。跟蹤鑄件尺寸，對比鑄件尺寸與圖紙尺寸的偏差情況，才能確定工藝設(shè)計時收縮率的賦值是否準(zhǔn)確。分析實際偏差值的大小和產(chǎn)生偏差的原因，總結(jié)出合適的收縮率取值，可以為今后生產(chǎn)同類外缸鑄件時收縮率的取值提供理論依據(jù)。

圖1 外缸三維圖

圖2 外缸裝配圖

圖3 660 MW汽輪機(jī)外缸斷面圖

3 外缸結(jié)構(gòu)特點

從鑄件三維圖(見圖1)、裝配圖(圖2)、斷面圖(圖3)可以看出，3種汽缸結(jié)構(gòu)存在以下特點：輪廓尺寸相對較大，均由厚大的中分面法蘭和較薄的缸壁組成，軸向兩端為汽封檔，壁厚過渡較大。內(nèi)腔由砂芯形成，鑄件凝固時，收縮阻力較大。

(1)350 MW汽輪機(jī)外缸主體輪廓尺寸為3759 mm×3062 mm×2465 mm，缸壁尺寸80～125 mm，法蘭厚度453～563 mm，內(nèi)部僅1個龍門檔，其輪廓尺寸較小，結(jié)構(gòu)較簡單，相對其他外缸，尺寸、型線控制難度小。

(3)660 MW汽輪機(jī)高壓外缸主體輪廓尺寸為4488 mm×2840 mm×1190 mm，缸壁尺寸90 mm，法蘭厚度545 mm，內(nèi)部有1個龍門檔，相對其他外缸，該汽缸結(jié)構(gòu)最簡單，缸壁均勻，尺寸、型線控制難度最小。

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，考慮測量的數(shù)據(jù)具有代表性，主要選取汽缸軸向、徑向非加工面尺寸進(jìn)行分析比較。測量位置如圖4所示。軸向(長度方向)選擇了汽缸內(nèi)腔非加工最大尺寸a和外側(cè)法蘭面最大非加工尺寸b。徑向(寬度方向)選擇了汽缸內(nèi)腔非加工最大尺寸c，外側(cè)法蘭面最大非加工尺寸d。測定各種汽缸模樣、砂型以及鑄件的a、b、c、d尺寸，可以對比分析鑄件的收縮情況，取得收縮率的合理取值范圍。

媽媽們每天給寶寶喂奶、洗澡、陪玩時，有沒有發(fā)現(xiàn)寶寶的腿長短不一？或者并攏時樣子很奇怪？直立時腦袋總歪向一邊？寶寶的骨骼、關(guān)節(jié)的發(fā)育很容易出現(xiàn)這樣那樣的問題，看看本篇骨骼關(guān)節(jié)常見問題，你就知道寶寶究竟怎么了。

這樣的情況比比皆是，集中出現(xiàn)于17世紀(jì)早期《圖像學(xué)》版本的文本中。在對待前人著述中的“既有”成果方面，里帕作為一名“知識搬運者”，保持了文藝復(fù)興時期對古典文化一以貫之的尊崇態(tài)度。

4.4 660 MW汽輪機(jī)高壓外缸

4 收縮數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

4.5 小結(jié)

(2)600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸為高壓、中壓合缸結(jié)構(gòu)。主體輪廓尺寸為5273 mm×3780 mm×1908 mm，缸壁尺寸50～125 mm，法蘭厚度453～563 mm，內(nèi)部有4個龍門檔。相對其他外缸，該汽缸結(jié)構(gòu)最復(fù)雜：從高壓到中壓徑向尺寸偏差大，輪廓尺寸大，壁厚偏差大，龍門檔多，尺寸、型線控制難度最大。

4.2 350 MW汽輪機(jī)高壓外缸

4.3 600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸

圖4 測量位置

表1 350 MW汽輪機(jī)高壓外缸尺寸對比

對350 MW汽輪機(jī)高壓外缸，共跟蹤測量了6半，模樣及砂型尺寸偏差不大。但鑄件尺寸因測量時機(jī)不一致，部分是落砂后測量，部分是消缺打磨后測量，鑄件實物尺寸有一定的偏差。350 MW汽輪機(jī)高壓外缸尺寸對比如表1所示，表1中取值為平均值。從表1可以看出，350MW機(jī)組高壓外缸收縮率在1.45%～1.61%范圍內(nèi)，工藝上取值1.5%，同時在徑向內(nèi)外圓設(shè)置了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)正量，最終鑄件實物尺寸基本能滿足設(shè)計要求。

對600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸共跟蹤測量了4半，模樣及砂型尺寸偏差不大。因中分面冒口、補(bǔ)貼較多，氣割后基本無法測量鑄件尺寸，表2中尺寸均是消缺打磨后測量。600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸尺寸對比如表2所示。從表2可以看出，600 MW機(jī)組高中壓外缸收縮率在1.13%～1.18%范圍內(nèi)，工藝上取值1.5%，且在徑向內(nèi)腔直面設(shè)計了單邊15 mm的補(bǔ)正量，存在“縮不回去”的情況。實物軸向汽封檔內(nèi)側(cè)工藝上設(shè)計了30 mm加工余量，粗加工時表面大部僅能見光。內(nèi)腔直面因補(bǔ)正量太多，后期鑄件粗加工后出現(xiàn)龍門檔凹入鑄件的情況。分析這種高中壓合缸外缸的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)：徑向尺寸從高壓側(cè)向中壓側(cè)逐漸擴(kuò)大，呈“T”字結(jié)構(gòu)，且缸壁厚度從125 mm過渡到50 mm，同時，零件的軸向尺寸較大，鑄件澆注后受到的收縮阻力較大，故難于縮回。工藝上在內(nèi)腔非加工面設(shè)置了較大量的補(bǔ)正，并且在分型面設(shè)置了兩根截面100 mm×100 mm的拉棒，但效果不明顯，鑄件實物尺寸與藍(lán)圖尺寸偏差較大。

在堅持調(diào)解優(yōu)先同時，諸暨市強(qiáng)調(diào)對調(diào)解工作法治化、規(guī)范化的要求。對不適宜調(diào)解或明顯調(diào)解不成的案子，及時建議當(dāng)事人采取訴訟方式解決。

整個時代發(fā)展的大趨勢之下，我國現(xiàn)代企業(yè)也需要在自身的營銷模式上進(jìn)行系統(tǒng)的創(chuàng)新和變革。通過前文的分析可以看出，我國企業(yè)要想結(jié)合電子商務(wù)進(jìn)行營銷模式的創(chuàng)新，首先要在思想觀念方面進(jìn)行有效的更新，并且要立足于消費者主體來進(jìn)行營銷渠道和模式的建立。其次是要立足于全局觀念，提出電子商務(wù)營銷創(chuàng)新的戰(zhàn)略，提升企業(yè)在電子商務(wù)背景下營銷策略創(chuàng)新的有效性。最后則是要求企業(yè)的管理者要樹立相應(yīng)的創(chuàng)新意識，特別是要促進(jìn)相關(guān)營銷人才的培養(yǎng)和選拔。只有這樣，不斷順應(yīng)時代發(fā)展的趨勢，企業(yè)才能夠可持續(xù)的進(jìn)行發(fā)展。

表2 600 MW汽輪機(jī)高中壓外缸尺寸對比

表3 660 MW汽輪機(jī)高壓外缸尺寸對比

對660 MW汽輪機(jī)高壓外缸共跟蹤測量了4半，模樣、砂型、鑄件及實物尺寸偏差不大。660 MW汽輪機(jī)高壓外缸尺寸對比如表3所示。從表3可以看出，660 MW機(jī)組高壓外缸收縮率在1.40%～1.62%范圍內(nèi)，工藝上取值1.5%，同時在徑向內(nèi)外圓設(shè)置了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)正量，基本能滿足設(shè)計尺寸要求。

4.1 數(shù)據(jù)來源

本篇論文通過問卷調(diào)查和訪談的形式針對泰國漢語學(xué)習(xí)者進(jìn)行關(guān)于拒絕言語行為使用的調(diào)查，依據(jù)社會地位和社會距離的不同來進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明，社會地位與社會距離對泰國漢語學(xué)習(xí)者選取拒絕言語行為的策略都有一定影響。泰國漢語學(xué)習(xí)者與漢語母語者所采取的拒絕策略相類似，而泰國漢語學(xué)習(xí)者可能由于漢語水平的問題采取直接拒絕的行為比漢語母語者要更為頻繁。總之，語言受文化的影響，想要真正掌握一門語言，需要理解其背后的文化內(nèi)涵，只有這樣最終才能恰當(dāng)?shù)剡\用漢語進(jìn)行得體的交際。

根據(jù)項目前期策劃并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，目前跟蹤測量了3種汽缸的尺寸：D350J高壓外缸、D600C高中壓外缸、D660AL高壓外缸，包括模樣尺寸、砂型尺寸、鑄件尺寸。最終，D660AL、D350J高壓外缸鑄件尺寸與藍(lán)圖尺寸較接近，偏差較小，分析原因：一方面兩種汽缸缸壁厚度較大且較均勻，無大的過渡；另一方面兩種汽缸輪廓尺寸較小，澆注后凝固過程中收縮阻力較小，故尺寸偏差較小，收縮率選擇較合理。而D600C高中壓外缸為高中壓合缸結(jié)構(gòu)，零件軸向、徑向壁厚過渡大，軸向尺寸較長，澆注后因砂芯阻力等原因，存在徑向、軸向收不回去的現(xiàn)象(鑄件尺寸與藍(lán)圖尺寸有一定的偏差)，說明收縮率選擇不太合理。

5 結(jié)論

造成外缸鑄件尺寸偏差的主要原因應(yīng)是收縮率選擇問題。在實際生產(chǎn)中，對復(fù)雜的高中壓合缸結(jié)構(gòu)外缸，縮尺可由現(xiàn)行的1.5%縮小為1.1%～1.2%左右，考慮鑄件變形、借量等因素，同時輔以在內(nèi)腔非加工面增設(shè)適當(dāng)補(bǔ)正量，就可以保證鑄件尺寸符合設(shè)計要求。對結(jié)構(gòu)相對簡單的高壓外缸類鑄件，可以取1.5%的縮尺，輔以在非加工面增設(shè)少量補(bǔ)正以備借量時用。

此類反應(yīng)很容易進(jìn)行，但一般只生成分子內(nèi)具有酯的羧酸，業(yè)內(nèi)戲稱為“單邊外交”。如果需要進(jìn)一步酯化，則需在酸催化下進(jìn)行一般的酯化反應(yīng)。

鑄造收縮率要結(jié)合實際情況來選擇。對同一個大型鑄件，由于結(jié)構(gòu)上的原因，其軸向與徑向或長、寬、高3個方向的收縮率可能不一致。對于尺寸精度要求較高的大型鑄件，各個方向應(yīng)給以不同的收縮率。在實際生產(chǎn)中，一般的大型鑄件，特別是尺寸不大的大型鑄件，各個方向都用同1個收縮率，可以方便模樣的制造，這樣會造成一些誤差，但可以輔以適當(dāng)?shù)墓に囇a(bǔ)正量予以彌補(bǔ)。

當(dāng)然，鑄件的收縮率與鑄件合金種類、化學(xué)成分、鑄型種類、冷卻條件及鑄件本身結(jié)構(gòu)特點等因素都有關(guān)，要準(zhǔn)確取值，還需要多方面研究。本文因汽缸鑄件的生產(chǎn)周期較長，對各種汽缸，僅對比分析了2～3副，最后得出的結(jié)論可能存在一定的偏差，需要在今后的工作中進(jìn)一步總結(jié)完善。

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編輯 杜青泉

Primary Exploration of Shrinkage of Large Steam Turbine Outer Cylinder Castings

Lu Jiajian, Wang Guozhu, Hong Guanzhen, Liu Weiliang

This paper introduces the structural characteristics of large steam turbine outer cylinder castings, measures the shrinkage data of several different powers and structures on large cylinder, analyzes and sums up their reasonable choices of shrinkage value, it makes a contribution to the technologist accurately evaluate the shrinkage during design of casting process, at the same time, it is helpful to ensure the precision of casting size and geometry.

large steam turbine, outer cylinder, shrinkage

2017—02—21

陸加見(1975—)，男，碩士，高級工程師，主要研究汽輪機(jī)鑄鋼件鑄造工藝、生產(chǎn)質(zhì)量控制。

TG24

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