范 超，方龍年

(上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠，上海 200240)

在上海汽輪機(jī)廠(上汽廠)生產(chǎn)的55 MW聯(lián)合循環(huán)雙壓凝汽式汽輪機(jī)的大修過程中，對(duì)該機(jī)組轉(zhuǎn)子調(diào)閥端汽封3處應(yīng)力槽位置進(jìn)行著色探傷時(shí)均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子有裂紋。為避免現(xiàn)有位置裂紋的進(jìn)一步發(fā)展，或轉(zhuǎn)子其他位置出現(xiàn)類似裂紋，影響機(jī)組后續(xù)安全運(yùn)行[1-2]，檢修人員決定對(duì)該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高壓軸封及軸頸進(jìn)行切削加工處理。

轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的重要部件，如果運(yùn)回工廠進(jìn)行修復(fù)加工，除了往返運(yùn)輸費(fèi)用和高額保費(fèi)之外，還需配做專用轉(zhuǎn)子運(yùn)輸工裝，這將大大增加修復(fù)的成本[3]。另外，該電廠位于南方某省，距離上汽廠路途遙遠(yuǎn)，返廠加工會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組大修工期。因此，有必要在電廠現(xiàn)場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行改造加工。

為了解決現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子裂紋加工問題，并滿足后續(xù)此類機(jī)型轉(zhuǎn)子改造的需求，上汽廠開發(fā)了專用的成套加工設(shè)備，在某4號(hào)機(jī)大修項(xiàng)目過程中制定、完善了轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)裂紋的加工工藝，并成功實(shí)施。

本文將結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，介紹該加工工藝過程，以期為后續(xù)類似機(jī)型的轉(zhuǎn)子改造提供參考。

1 方案、結(jié)構(gòu)及工藝分析

1.1 轉(zhuǎn)子裂紋位置結(jié)構(gòu)分析

轉(zhuǎn)子裂紋位置如圖1所示。該轉(zhuǎn)子為高中低壓整體式轉(zhuǎn)子，應(yīng)力槽位置具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)高壓軸封共3段，直徑不一，分別為730 mm、696 mm、616 mm；

2)3段軸封之間為應(yīng)力釋放槽，應(yīng)力槽連接處由R角過渡，1號(hào)至3號(hào)槽槽深分別為56 mm、33 mm、112 mm；

3)為保證轉(zhuǎn)子裂紋去除后的轉(zhuǎn)子軸封處強(qiáng)度，要求裂紋去除總深度單邊不超過5 mm；

圖1 轉(zhuǎn)子裂紋位置

1.2 加工方案分析

轉(zhuǎn)子改造方案設(shè)計(jì)要求加工去除3處應(yīng)力槽處的裂紋。在此基礎(chǔ)之上，為減小今后轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象，還需要對(duì)應(yīng)力槽型線進(jìn)行重塑，擴(kuò)大R角并由大斜面進(jìn)行圓滑過渡。在加工完成之后，對(duì)已加工面進(jìn)行拋光處理，進(jìn)一步減少應(yīng)力集中的產(chǎn)生。

加工方案如下：

1)以0.5 mm每刀的進(jìn)給量對(duì)裂紋處進(jìn)行挖深車削。去除完著色顯影處的裂紋后，再次進(jìn)行著色探傷，若仍然出現(xiàn)裂紋，則繼續(xù)車削，直至車盡裂紋為止(需在總車削深度達(dá)到5 mm后停止)；

2)用標(biāo)準(zhǔn)R12圓形車刀對(duì)應(yīng)力槽拐角處進(jìn)行兜圓加工，確保槽底與槽側(cè)之間切線過渡；

3)以轉(zhuǎn)子汽封齒為基準(zhǔn)，進(jìn)行大斜面車削；

4)提高轉(zhuǎn)子加工轉(zhuǎn)速，分別用顆粒直徑0.15 mm(相當(dāng)于100目)和顆粒直徑0.05 mm(相當(dāng)于300目)的砂皮紙依次對(duì)已加工的表面進(jìn)行拋光處理，使得其表面粗糙度達(dá)到1.6 μm。

2 工藝實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

為了滿足上述加工方案在電廠現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施，需開發(fā)一套穩(wěn)定性高、可方便拆卸的專用車床設(shè)備。

該設(shè)備用于轉(zhuǎn)子加工，需要一套托架對(duì)轉(zhuǎn)子兩端進(jìn)行支撐。我們對(duì)比了兩套轉(zhuǎn)子支撐方案。方案1為利用鋼制滾輪架支撐轉(zhuǎn)子兩端軸頸，同時(shí)對(duì)兩端滾輪架整體墊高，保證轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑。方案2為利用靜壓托架支撐轉(zhuǎn)子，能夠保證轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑范圍。

經(jīng)過對(duì)比，方案1設(shè)備方案簡(jiǎn)單，但是在現(xiàn)場(chǎng)加工時(shí)，對(duì)兩端滾輪架中心位置要求高，設(shè)備校調(diào)過程煩瑣。另外，鋼制滾輪架支撐于轉(zhuǎn)子軸頸位置，容易對(duì)轉(zhuǎn)子軸頸造成損傷。方案2的靜壓托架支撐(如圖2所示)為柔性支撐，中心位置校調(diào)無(wú)需十分精確，支撐位置采用靜壓油膜懸浮式支撐，對(duì)轉(zhuǎn)子不會(huì)造成任何損傷，但是設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，需配備一套完整的液壓系統(tǒng)。為了確保轉(zhuǎn)子軸頸的安全，我們最終采取方案2。

圖2 靜壓托架

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動(dòng)力采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。液壓支撐結(jié)構(gòu)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的功率要求較低。驅(qū)動(dòng)設(shè)備與轉(zhuǎn)子之間通過萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)以及轉(zhuǎn)子連接盤進(jìn)行搭連。驅(qū)動(dòng)裝置描述如表1所示。

表1 驅(qū)動(dòng)裝置描述

加工組件采用手動(dòng)高負(fù)載十字托盤，能夠滿足轉(zhuǎn)子加工時(shí)的大余量切削要求。轉(zhuǎn)子應(yīng)力槽的型線加工以及后續(xù)拋光工作由上汽廠有經(jīng)驗(yàn)的師傅通過手動(dòng)十字托盤進(jìn)給加工完成。

為了提高應(yīng)力槽的加工精度，在設(shè)備上設(shè)計(jì)安裝了軸向及徑向止推限位裝置。

設(shè)備主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)圖

2.2 刀具選擇

經(jīng)過多次切削試驗(yàn)，最終確定采用55°菱形車刀進(jìn)行裂紋挖深，采用R12圓形車刀進(jìn)行圓弧型線加工，采用95°菱形車刀進(jìn)行大斜面的加工。刀具均采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具，可以很好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的加工環(huán)境。型線加工完成后，分別采用顆粒直徑0.15 mm(相當(dāng)于100目)和顆粒直徑0.05 mm(相當(dāng)于300目)的砂紙對(duì)加工部位進(jìn)行打磨拋光。

2.3 工藝方案

要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)改造，首先要對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后轉(zhuǎn)子的變形量及轉(zhuǎn)子本體結(jié)構(gòu)、材料的金屬性能等進(jìn)行梳理。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合轉(zhuǎn)子出廠前的加工和安裝工藝，我們制定了轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)加工工藝方案，工藝流程如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)改造工藝流程圖

2.3.1 設(shè)備搭建及校調(diào)

根據(jù)設(shè)計(jì)的部件位置尺寸，在電廠的0 m層對(duì)設(shè)備擺放位置進(jìn)行劃線。按照?qǐng)D4的流程，比對(duì)劃線位置，依次放置機(jī)床底板、靜壓托架、液壓裝置、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)以及刀架。

安裝時(shí)，保證兩端支撐的靜壓托架回裝中心在一條直線上。通過對(duì)劃線位置的精確控制，實(shí)現(xiàn)靜壓托架位置中心粗調(diào)基準(zhǔn)對(duì)齊。然后復(fù)測(cè)兩端靜壓托架對(duì)角線長(zhǎng)度，用千斤頂進(jìn)行位置微調(diào)，將長(zhǎng)度值差控制在1 mm以內(nèi)。

2.3.2 落轉(zhuǎn)子并測(cè)量跳動(dòng)

將轉(zhuǎn)子從汽輪機(jī)層起吊至靜壓托架上。在轉(zhuǎn)子軸頸落至軸瓦上方10 mm左右時(shí)，開啟油箱頂軸油及回油。待轉(zhuǎn)子落至靜壓軸瓦上，手動(dòng)盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，以此來判定靜壓軸瓦與轉(zhuǎn)子軸頸之間是否已形成完整的靜壓油膜。

靜壓軸瓦與瓦枕之間為球面接觸，圖5為靜壓軸瓦，圖6為瓦枕。該設(shè)計(jì)方案可以方便地調(diào)節(jié)靜壓軸瓦俯仰位置和左右旋轉(zhuǎn)角度，保證軸瓦面與轉(zhuǎn)子軸頸支撐面間隙一致，創(chuàng)造優(yōu)良的靜壓油膜形成環(huán)境。

圖5 靜壓軸瓦

圖6 瓦枕

在轉(zhuǎn)子軸頸處及靠背輪端面分別架一只靠表，用來測(cè)量轉(zhuǎn)子跳動(dòng)量。通過調(diào)節(jié)徑向止推裝置和軸向止推裝置，使得轉(zhuǎn)子跳動(dòng)幅值小于0.05 mm。

2.3.3 裂紋及應(yīng)力槽型線車削

針對(duì)滲透檢測(cè)探傷顯示的裂紋位置，以每刀0.5 mm的進(jìn)給量去除裂紋。在加工過程中使用放大鏡實(shí)時(shí)監(jiān)視切削部位裂紋的變化情況，在肉眼和放大鏡不能發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)進(jìn)行一次著色探傷，檢查裂紋是否完全切除，盡可能以最小的切削量完全去除裂紋。

加工大斜面以及圓角時(shí)，應(yīng)確保圓滑過渡，不得有接面的現(xiàn)象或表面明顯的凸起，通過加工，最大程度減小槽內(nèi)應(yīng)力集中。

2.3.4 加工表面檢測(cè)

在工藝的最后階段進(jìn)行表面著色探傷，確認(rèn)裂紋已完全去除。分別利用顆粒直徑0.15 mm(相當(dāng)于100目)和顆粒直徑0.05 mm(相當(dāng)于300目)的砂皮紙對(duì)加工表面進(jìn)行拋光處理。測(cè)量加工表面粗糙度，記錄檢驗(yàn)結(jié)果。

3 工程實(shí)踐

某燃?xì)廨啓C(jī)電廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的汽輪機(jī)進(jìn)行了大修，檢修人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子高壓軸封3處應(yīng)力槽位置均有裂紋產(chǎn)生。為防止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，影響機(jī)組后續(xù)安全運(yùn)行，電廠委托上汽廠對(duì)該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高壓軸封軸頸進(jìn)行切削加工處理?，F(xiàn)場(chǎng)加工情況如圖7所示。

對(duì)3處裂紋加工處理時(shí)間(包含裂紋去除、型線加工及表面拋光處理)以及裂紋去除深度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 應(yīng)力槽裂紋去除時(shí)長(zhǎng)及加工深度統(tǒng)計(jì)

按照工藝方案對(duì)3處應(yīng)力槽的裂紋情況進(jìn)行著色檢查，并對(duì)其表面粗糙度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)加工圖如圖7所示。7天內(nèi)完成了該轉(zhuǎn)子3處裂紋的去除以及型線加工， 設(shè)備運(yùn)行良好?？己酥笜?biāo)滿足圖紙要求，加工后的表面粗糙度小于1.6 μm，且加工面均圓滑過渡，無(wú)明顯凸起點(diǎn)。應(yīng)力槽加工效果如圖8所示。

表3 應(yīng)力槽加工結(jié)果

圖7 轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)加工圖

圖8 應(yīng)力槽加工效果圖

4 結(jié) 論

本文通過分析55 MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子裂紋產(chǎn)生的位置及轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，介紹了現(xiàn)場(chǎng)去除轉(zhuǎn)子裂紋的方法。程序化、固化在線改造工藝流程，有利于保證電廠現(xiàn)場(chǎng)加工質(zhì)量、縮短改造工期。該方法具有的優(yōu)勢(shì)總結(jié)如下：

1)該套改造工藝方案可解決轉(zhuǎn)子電廠現(xiàn)場(chǎng)改造問題，具有快速、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)；

2)轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)改造工藝技術(shù)可靠，后續(xù)可推廣至其他具有類似結(jié)構(gòu)的機(jī)組改造中。