燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)低壓缸加工工藝技術(shù)研究

楊達(dá)偉，孫保衛(wèi)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)低壓缸加工工藝技術(shù)研究

楊達(dá)偉，孫保衛(wèi)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

文章以燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)ST機(jī)組，D 100E低壓外缸的加工試制工藝研究和完善過(guò)程為背景，探討汽輪機(jī)整體裝焊結(jié)構(gòu)大型結(jié)構(gòu)件的加工方法。重點(diǎn)就大型薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形控制，汽缸加工技術(shù)保障性和效率提高等方面進(jìn)行了探討，以形成聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低壓外缸實(shí)現(xiàn)批量、高效加工的工藝定型。

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，低壓外缸，加工方案，裝夾變形，汽封，臺(tái)板

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備研發(fā)制造技術(shù)已經(jīng)成為公司躋身清潔能源發(fā)電技術(shù)的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)之一，成為在國(guó)內(nèi)同行中取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的有力武器，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)10臺(tái)以上的批量制造能力。其中聯(lián)合循環(huán)低壓外缸與燃煤發(fā)電一樣采用接配結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)低壓缸的整體剛性，降低制造費(fèi)用，整體結(jié)構(gòu)的低壓外缸成為汽輪機(jī)低壓缸設(shè)計(jì)的一個(gè)選擇。公司在D100E機(jī)型的低壓缸設(shè)計(jì)中首次采用整體焊接結(jié)構(gòu)。它由裙式臺(tái)板支承，此臺(tái)板與汽缸下半制成一體，并沿汽缸下半向兩端延伸。低壓內(nèi)缸支承在外缸上。每塊裙式臺(tái)板分別安裝在被灌漿固定在基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)臺(tái)板上。低壓缸的位置由裙式臺(tái)板和基礎(chǔ)臺(tái)板之間的滑銷固定。低壓缸的加工最終要滿足模塊裝配的需求。

1 低壓外缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

D100E聯(lián)合循環(huán)機(jī)組低壓外缸的整體結(jié)構(gòu)為焊接鋼件，汽缸上半重24 209 kg，上半的外廓尺寸為7 420 mm×5 800 mm×2 930 mm，見圖1；下半重48 935 kg，下半的外廓尺寸為7 500mm×6 550 mm×3 020mm，見圖2。汽缸前后部組焊在一起，結(jié)構(gòu)鋼性差，鏜銑時(shí)顫動(dòng)很大，表面粗糙度和加工品質(zhì)難以保證。上下半合缸采用20個(gè)銷螺孔來(lái)定位，對(duì)銷孔位置度控制及汽缸變形控制要求高。

圖1 汽缸上半外形圖

圖2 汽缸下半外形圖

2 汽缸的工藝方案分析

2.1 加工設(shè)備選型

為了滿足汽缸的加工行程要求，選用合適的機(jī)床來(lái)加工。250鏜床行程Y軸7 000 mm，X軸23 000mm，帶有直角銑頭附件，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的尺寸8 500 mm×5 000 mm，完全能滿足汽缸的行程和精度加工要求。汽缸外形尺寸大，起吊翻身、找正困難，為了縮短加工周期，汽缸的加工內(nèi)容封閉在250鏜床完成。

2.2 汽缸的加工流程

汽缸加工的工藝流程:來(lái)料→劃線→電機(jī)側(cè)朝下上活→找正水平中分面線及左右端面線→粗銑、半精銑、精銑水平中分面→鉆中分面孔→內(nèi)腔鍵槽加工→打基準(zhǔn)→粗銑、半精銑、精銑汽封→下半水平中分面朝上上活找正→合上下半→銑前后汽封內(nèi)圓→前后端面孔加工→鉗工清理。

3 加工過(guò)程的重難點(diǎn)分析

3.1 裝夾找正

為了保證其加工剛性，在上半裝焊兩組工藝搭子，分別錯(cuò)開，形成高低差值1.8 m，上下壓緊，并在背部管口用1.7m角鐵支撐，見圖3。汽缸下半在底部支撐4處600mm高墊箱，在左右臺(tái)板處上下各壓緊兩點(diǎn)，在底部左右各壓緊一點(diǎn)，見圖4。

圖3 汽缸上半裝夾圖

圖4 汽缸下半裝夾圖

汽缸上半上下落差壓牢工件，汽缸下半的在臺(tái)板面處上下壓牢工件，都是用來(lái)保證汽缸中分面加工的剛性，提高汽缸水平中分面加工的光潔度。汽缸上半采用角鐵靠背部管口端面和輔助支撐，保證加工過(guò)程的安全性。

汽缸找正:按水平中分面線找正前后，按汽封端面調(diào)平左右，調(diào)好后，在上中下左右各6處點(diǎn)孔位，測(cè)量孔中心到毛坯邊緣尺寸，毛坯外形偏差控制在3mm以內(nèi)，若超出該尺寸，要進(jìn)行借正毛坯。

3.2 水平中分面加工

汽缸要承受蒸汽的作用，為確保水平中分面的汽密性，其加工精度、粗糙度及間隙都要求高，粗糙度為Ra1.6，平面度要求0.125 mm。整個(gè)水平中分面長(zhǎng)7 500 mm，高5 800 mm，寬度150 mm。

為了保證銑面的連續(xù)吃屑，在精銑完水平中分面后，再進(jìn)行中分面孔加工。低壓外缸比較單薄，外形尺寸大，特別是在加工最高處時(shí)，很容易發(fā)顫。粗銑刀的選擇，主要是考慮到切削效率，用φ315粗精復(fù)合銑，轉(zhuǎn)速230 r/min，走刀200～400 mm/min；精加工時(shí)，切削厚度薄，磨損主要發(fā)生在后刀面，宜采取較大的后角刀片，為了使切屑流向待加工面，以免劃傷已加工表面，刀片應(yīng)采用正的刃傾角。為了保證整個(gè)水平的平面度和粗糙度Ra1.6，采用輕型切削的精銑刀，瓦爾特φ315精銑刀盤，n=430 r/min，f=320 mm/min，ap=0.04 mm。

3.3 中分面銷螺孔加工

銷孔加工方式分析:銷孔的粗糙度為Ra1.6，公差為 （+0.025/0），只有采用鉸刀或微調(diào)鏜刀才能加工好銷孔。鉸刀 （見圖5）的尺寸是固定的，鉸刀加工銷孔的轉(zhuǎn)速和走刀低，加工效率低，鉸刀加工時(shí)還存在不穩(wěn)定因數(shù)。微調(diào)鏜刀 （見圖6）尺寸可以調(diào)整，通用性強(qiáng)，加工效率高。除在需接長(zhǎng)柄加工的銷孔和薄壁件、剛性很差的工件上的銷孔使用鉸刀加工外，其余都使用微調(diào)鏜刀。

圖5 鉸刀結(jié)構(gòu)圖

圖6 微調(diào)鏜刀結(jié)構(gòu)圖

低壓外缸各定位銷孔 （見圖7）的加工。傳統(tǒng)的銷孔加工方法是相配合的各零件把合后配鉆鉸。由于汽缸體積較大，不僅難以保證各銷孔的加工精度，而且汽缸下半銷孔底部帶有螺紋，同時(shí)還要求螺紋部分與鉸制孔部分必須同心度，因此，加工有一定的困難。現(xiàn)采用上下半分開單獨(dú)加工。

圖7 中分面銷孔結(jié)構(gòu)圖

汽缸上半銷孔是通銷孔，加工方法:麻花鉆頭預(yù)鉆→雙刃鏜刀鏜到單邊留0.2 mm余量→微調(diào)鏜刀加工準(zhǔn)銷孔尺寸。

汽缸下半銷螺孔加工:麻花鉆預(yù)鉆螺紋底孔，底孔直徑留2 mm余量→雙刃鏜刀鏜準(zhǔn)螺紋底孔（保證底孔與中分面垂直）→鏜前部銷孔部分，直徑留0.5 mm，微調(diào)鏜刀鏜準(zhǔn)前部銷孔部分→換絲錐攻螺紋。整個(gè)過(guò)程加工即保證了螺孔與端面垂直，又保證了螺孔與銷孔的同心。

汽缸上下半銷孔的相對(duì)位置都是按數(shù)控程序坐標(biāo)加工的，機(jī)床精度能滿足單半汽缸上銷孔之間的相互位置。上下半銷孔加工基準(zhǔn)都是按汽封端面和汽缸中心確定的，通過(guò)前面論述的裝夾支撐保證汽缸的剛性，汽缸的上下半銷孔就不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象。

3.4 前后汽封內(nèi)端面及止口加工

改進(jìn)前的加工方法:汽缸單半水平中分面工序加工好后，汽缸下半上鏜床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，中分面朝上，按中分面找平，裝上工藝所有的銷螺栓，扣缸，把緊中分面1/3螺栓，間隙滿足要求后進(jìn)行前后汽封的加工。用立銑刀銑準(zhǔn)汽封內(nèi)孔，用φ650三面刃槽銑刀加工內(nèi)端面止口，用φ800面銑刀加工內(nèi)端面。內(nèi)端面有效范圍外圓φ2 304，汽封圓為φ1 880，內(nèi)端面環(huán)形寬212 mm，整個(gè)端面都只能采用φ800三面刃槽銑刀光端面 （見圖8）。在加工過(guò)程中，切削參數(shù):n=（19～22）r/min，f=（80～100）mm/min，ap=0.05 mm，在最后精加工過(guò)程中，可能還存在銑刀帶鐵屑現(xiàn)象，加工面就會(huì)拉傷，需要重新再加工。該方法存在的主要問(wèn)題:（1）面銑刀帶屑，汽封內(nèi)端面的光潔度難以保證；（2）采用φ800面銑刀，走刀低，吃削量少，從而加工效率低。

圖8 改進(jìn)前汽缸下半汽封加工圖

改進(jìn)后的加工方法:汽缸在精加工完中分面工序后，換直角銑頭，上Φ550三面刃槽銑刀 （見圖9），以水平面對(duì)刀設(shè)置零點(diǎn)，汽封內(nèi)端面粗加工1圈，深度1mm，寬度20mm，以銷孔中心為基準(zhǔn)測(cè)量?jī)?nèi)端面L1值，根據(jù)L1換算出端面余量。粗銑內(nèi)圓，留3 mm余量，粗銑止口內(nèi)圓，留3 mm余量，粗銑內(nèi)端面留2mm余量，用杠桿表按圖10測(cè)量L1、L2、L3、L4值，根據(jù)L1值確認(rèn)內(nèi)端面余量，根據(jù)L2值確認(rèn)止口端面余量，根據(jù)L3值和測(cè)量?jī)?nèi)圓左右值，確認(rèn)圓的大小半數(shù)據(jù)，根據(jù)L4值確認(rèn)左右中心零點(diǎn)，按余量半精銑內(nèi)端面、止口端面，余量0.5 mm，再精加工內(nèi)端面、止口端面，汽封內(nèi)孔單邊留1 mm，作為后續(xù)合鏜基準(zhǔn)。 這樣以銷孔位置確定上下半汽封端面和汽缸中心，上下半銷孔不錯(cuò)位就保證了汽缸的汽封內(nèi)圓和端面不錯(cuò)位。加工汽封端面剛性好，端面的光潔度容易保證，而且走刀快，加工效率高。

改進(jìn)前后對(duì)比結(jié)果見表1。

圖9 改進(jìn)后汽缸下半汽封加工圖

圖10 汽封檔加工余量確認(rèn)圖

表1 改進(jìn)前后對(duì)比表

3.5 內(nèi)缸支撐搭子加工

主軸上φ315粗精復(fù)合面銑刀銑準(zhǔn)搭子端面。由于內(nèi)缸支撐搭子孔中心距中分面法蘭側(cè)面只有102mm，φ250鏜床的主軸與側(cè)面干涉，主軸只能在中分面上，必須接刀具模塊進(jìn)行孔加工。上60柄ABS刀柄+80-V300等徑+4#鉆柄模塊+φ42鉆頭鉆搭子面螺紋底孔；換5#鉆柄模塊+φ53麻花鉆擴(kuò)孔；換80-R63變徑，上φ57雙刃鏜刀，鏜準(zhǔn)沉孔。用直角銑頭上50柄80ABS柄+80-V150等徑+φ160三面刃槽銑刀，汽封內(nèi)圓處以刀具前刃設(shè)X零點(diǎn)，順銑的方式粗銑搭子面上25 mm寬槽子，深度和寬度方向留1 mm余量，打表測(cè)量汽封內(nèi)圓到鍵槽側(cè)面尺寸，推算出鍵槽寬度的余量，修改刀補(bǔ)銑準(zhǔn)鍵槽寬度及深度尺寸，完成鍵槽加工，注意在刀補(bǔ)深度方向刀+0.05 mm，只允許刀子側(cè)面吃削，來(lái)精銑鍵槽側(cè)面，這樣能保證鍵槽的粗糙度，見圖11。

圖11 加工大字鍵槽圖

銑基準(zhǔn):前后汽封相隔5 000mm，用機(jī)床無(wú)法直接測(cè)出前后汽封中心，只有通過(guò)單半汽缸側(cè)面打基準(zhǔn)方法，進(jìn)行中心基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。在單半精加工中分面和內(nèi)腔工序后、在下半四周銑合鏜前后汽封中心基準(zhǔn)，見圖12。

圖12 汽缸打基準(zhǔn)位置圖

3.6 下半臺(tái)板加工

臺(tái)板作為整個(gè)低壓部分支撐，要求平面度高，和水平中分面平行度要求嚴(yán)。為了保證要求，采用中分面朝下，在水平中分面四角分別放平面千斤頂做主要支撐，左右中間各放一平面千斤頂作為輔助支撐。首先按左右水平中分面調(diào)平，左右按單半加工汽封時(shí)在臺(tái)板側(cè)面銑的基準(zhǔn)進(jìn)行找正。加工一側(cè)的臺(tái)板面時(shí)，再次對(duì)該側(cè)的中分面進(jìn)行調(diào)整，保證該側(cè)中分面的平面度在0.05 mm以內(nèi)，壓活，銑準(zhǔn)該側(cè)的臺(tái)板面。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，另一側(cè)臺(tái)板面向主軸，再次調(diào)整該側(cè)水平中分面保證該側(cè)中分面的平面度在0.05 mm以內(nèi)，壓活，銑準(zhǔn)該側(cè)的臺(tái)板面。左右臺(tái)板面要分別找正加工的緣由:鏜床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸達(dá)到5m×8.5 m，在旋轉(zhuǎn)工作中，不能完全保證整個(gè)工作臺(tái)在同一平面上旋轉(zhuǎn)，并且還與機(jī)床的精度有很大關(guān)系，所以在加工臺(tái)板時(shí)，只要旋轉(zhuǎn)了工作臺(tái)，就需重新進(jìn)行找正調(diào)整，保證加工后的行為尺寸公差要求。

3.7 合鏜前后汽封內(nèi)圓

為了保證合鏜內(nèi)孔的中心與工作狀態(tài)一致，在合鏜時(shí)，采用支撐兩側(cè)臺(tái)板面。汽缸按水平中分面找正，裝上工藝銷，扣上上半，在此狀態(tài)下檢查中分面間隙，滿足小于0.25 mm后，用力矩扳手，使用1 000 Nm力矩把緊中分面1/3螺栓，使用塞尺，從外面和里面塞結(jié)合處間隙，若間隙＜0.04 mm，則合格；若局部間隙≥0.04 mm，再把緊全部螺栓，間隙＜0.04 mm，則合格，若間隙≥0.04mm，則須對(duì)中分面平面進(jìn)行返修處理。

汽缸上半通孔刮面加工:在汽缸上下半合缸狀態(tài)下，取下部分螺釘，保證汽封處把緊一邊6顆M30螺釘，4個(gè)角各把1顆,上直角銑頭和φ550槽銑刀，按厚度53 mm，到孔中心寬度37.5 mm，銑好汽缸上半四邊刮面。采用此方法加工汽缸上半通孔刮面，不僅能節(jié)約找正的輔助時(shí)間，而且保證了裝夾的剛性，使得銑削過(guò)程不會(huì)發(fā)顫，從而保證了刮面的表面光潔度。

汽封內(nèi)圓加工:在設(shè)置數(shù)控鏜床Y值零點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇在左右臺(tái)板中分面處，不能選擇在合鏜內(nèi)圓處的中分面位置，內(nèi)圓處中分面存在下榻現(xiàn)象。按單半加工打的側(cè)面基準(zhǔn)設(shè)置X向零點(diǎn)。采用φ50合金立銑刀，走圓弧插補(bǔ)，單邊留0.5 mm，銑出整圓，測(cè)量?jī)?nèi)孔尺寸，注意要多個(gè)方向測(cè)量，因?yàn)闄C(jī)床走圓弧插補(bǔ)補(bǔ)償不到，就會(huì)出現(xiàn)橢圓，若出現(xiàn)橢圓時(shí)，要找設(shè)備調(diào)試人員對(duì)補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證走圓弧插補(bǔ)銑削出來(lái)的圓的圓柱度＜0.03 mm。測(cè)量準(zhǔn)尺寸后，修改刀具補(bǔ)償參數(shù)銑準(zhǔn)內(nèi)圓。然后換刀進(jìn)行端面孔加工。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，復(fù)查水平中分面，以汽機(jī)側(cè)同樣方式加工準(zhǔn)電機(jī)側(cè)內(nèi)圓和端面孔。

4 結(jié)論

燃機(jī)側(cè)和電機(jī)側(cè)裝焊在一起的低壓缸在廠內(nèi)是首次加工，盡管制造難度大，通過(guò)合理規(guī)程，圓滿完成了汽缸加工，并且通過(guò)邊試制邊完善工藝，實(shí)現(xiàn)了工藝定型，證明在實(shí)現(xiàn)工藝定型過(guò)程中針對(duì)實(shí)現(xiàn)高效加工和技術(shù)保障的完善措施是有效的。通過(guò)對(duì)燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)低壓缸制造工藝研究，掌握了該結(jié)構(gòu)低壓缸制造的最佳方法，為實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1]顧祖慰.現(xiàn)代汽輪機(jī)制造刀具實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[S].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003

[2]楊叔子,等.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[S].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000

[3]鄭煥文.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:高等教育出版社, 1994

Manufacture Process Technology Research of
LP Outer Casing on Com bined Cycle Steam Turbine

Yang Dawei，Sun Baowei
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

In the background of the trial production and maturity of the LP outer casing in D100E combined cycle steam turbine, this paper disccuses the processing method of the large welding product.In order to fix the manufacture process technology and have large quantity of production about the LP outer cylinder,this paper introduces the fixing deformation control and the advance of producing efficiency about themanufacture of the large thin and welding product.

combined cycle set,LP outer casing,machining p lan,fixing deformation,steam seal,bedplate

TK266

：B

：1674-9987（2014）01-0025-06

楊達(dá)偉 （1974-），男，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪機(jī)靜子部件加工工藝工作。