聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸車削加工技術(shù)

□宮同浩

上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠 上海 200240

聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸車削加工技術(shù)

□宮同浩

上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠 上海 200240

介紹了上海汽輪機(jī)廠自主研發(fā)的266 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸車削工藝技術(shù)。從工藝分析、工藝方案制定、工藝難點(diǎn)解決、工裝設(shè)計(jì)、刀具應(yīng)用等方面對(duì)高中壓內(nèi)缸的車削加工進(jìn)行了深入分析，解決了新型結(jié)構(gòu)汽缸的加工工藝難題，提升了制造工藝技術(shù)水平。

由上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠自主設(shè)計(jì)研發(fā)的266 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)采用三壓、再熱、反動(dòng)式、雙缸雙排汽、中低壓可解列、抽汽凝汽式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)[1]，配套4000F燃?xì)廨啓C(jī)。根據(jù)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)原則，高中壓部分采用自主開發(fā)的高中壓模塊。為適應(yīng)聯(lián)合循環(huán)快速啟動(dòng)的要求，高中壓模塊采用雙層缸結(jié)構(gòu)，為提高機(jī)組核心競(jìng)爭(zhēng)力，高中壓內(nèi)缸采用整體內(nèi)缸結(jié)構(gòu)。

作為汽輪機(jī)靜子部分的重要零件，汽缸功能主要是支撐隔板、靜葉及持環(huán)等其它靜止部件，從而保證蒸汽在內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換。自主研發(fā)的266 MW等級(jí)聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸[2]如圖1所示，采用了全通流結(jié)構(gòu)。該汽缸為新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，無加工經(jīng)驗(yàn)可循，其內(nèi)腔復(fù)雜的葉根槽和汽封槽結(jié)構(gòu)對(duì)切削刀具及加工技術(shù)提出了較高的要求。

圖1 聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸

1 高中壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)分析

高中壓內(nèi)缸采用了高、中壓合缸的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，屬大長(zhǎng)徑比零件，上、下半通過水平中分面螺栓連接，如圖2所示。毛坯采用了鑄鋼件，零件總長(zhǎng)4 085 mm，最大回轉(zhuǎn)直徑3 268 mm，總質(zhì)量35.5 t。高壓側(cè)設(shè)計(jì)有24級(jí)T形葉根槽，如圖3所示。中壓側(cè)設(shè)計(jì)有13級(jí)T形葉根槽，高、中壓過渡段設(shè)計(jì)有9級(jí)平衡活塞汽封槽，如圖4所示。

圖2 高中壓內(nèi)缸中分面結(jié)構(gòu)

圖3 葉根槽

圖4 平衡活塞汽封槽

2 高中壓內(nèi)缸車削加工工藝難點(diǎn)分析

2.1 高壓側(cè)平衡活塞汽封槽加工

該汽缸內(nèi)腔加工直徑非常小，考慮到加工干涉和退刀空間，選用了滑枕截面為360 mm×360 mm的6.3 m數(shù)控立車。機(jī)床滑枕伸出極限為2 500 mm，但高壓側(cè)平衡活塞汽封槽距離汽缸端面最大尺寸為2 405.8 mm（圖5），滑枕伸出過長(zhǎng)[3-4]，加工過程中可能會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)[5]和讓刀現(xiàn)象，從而影響汽封槽的加工精度?；谝陨显颍枰ㄟ^試件切削來獲得最佳切削參數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)采用翻身加工來解決。

2.2 T形葉根槽加工

該汽缸內(nèi)腔葉根槽（圖6）規(guī)格多達(dá)7種，各級(jí)葉根槽內(nèi)圓直徑及型線尺寸跨度大，定位面形位精度要求不大于0.02 mm，葉根槽直槽最小寬度僅13.8 mm，最小加工直徑786.04 mm。為適應(yīng)以上型線結(jié)構(gòu)、加工尺寸及精度要求，需要制定合理的加工方案，并配備相應(yīng)的非標(biāo)刀具。

圖5 平衡活塞汽封槽結(jié)構(gòu)尺寸

圖6 葉根槽型線

2.3 徑向汽封齒加工

根據(jù)裝配技術(shù)要求,高壓側(cè)徑向通流間隙需達(dá)到0.8 mm，中壓側(cè)徑向通流間隙需達(dá)到0.9 mm，考慮到多次拆缸會(huì)引起汽封齒變形，從而導(dǎo)致徑向通流間隙（圖7）無法保證，因此需要采取組合加工工藝方案，以滿足徑向汽封齒與隔板汽封齒的同軸度要求。

圖7 高中壓缸通流間隙

3 高中壓內(nèi)缸車削加工方案

3.1 模擬車削試驗(yàn)

該汽缸總長(zhǎng)4 085 mm，內(nèi)腔通體加工時(shí)，立車滑枕至少外伸2 045 mm，才能滿足加工要求。但根據(jù)以往6.3 m數(shù)控立車使用經(jīng)驗(yàn)，滑枕外伸在1 800 mm以內(nèi)為最佳車削狀態(tài)。為避免立車滑枕伸出過長(zhǎng)而產(chǎn)生振動(dòng)和讓刀，進(jìn)而導(dǎo)致新產(chǎn)品加工超差，需要設(shè)定合理的切削參數(shù)使滑枕剛性能夠滿足加工要求。實(shí)踐中，用試件模擬車削（圖8）的工藝方法確定了最佳切削參數(shù)。試件采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)圓設(shè)計(jì)有一個(gè)與零件同規(guī)格的汽封槽，毛坯采用鋼板下料，試驗(yàn)時(shí)立車橫梁上升至3 000 mm位置，滑枕外伸2 100 mm，分別應(yīng)用R3圓頭割刀、R3彎頭割刀、6 mm彎頭割刀、12.7 mm直割刀和雙菱形刀試加工汽封槽。

圖8 6.3 m數(shù)控立車試件切削示意圖

針對(duì)試驗(yàn)初期產(chǎn)生的振動(dòng)和讓刀，不斷調(diào)整切削參數(shù)[6]，直至機(jī)床滑枕趨于穩(wěn)定。經(jīng)質(zhì)檢人員測(cè)量，汽封槽所有加工尺寸均達(dá)到了圖紙要求，最終獲得了應(yīng)用于產(chǎn)品加工的最佳切削參數(shù)，見表1。

表1 模擬的最佳切削參數(shù)

3.2 T形葉根槽加工方法及刀具配備

由于T形葉根槽[7]結(jié)構(gòu)復(fù)雜、級(jí)數(shù)多、尺寸規(guī)格不同、各級(jí)內(nèi)徑尺寸落差大、精度要求高，為保證T形葉根槽的加工精度，減少換刀次數(shù)，在各級(jí)葉根槽加工中對(duì)各加工部位余量進(jìn)行了合理的分配，并應(yīng)用了參數(shù)化數(shù)控編程技術(shù)。葉根槽加工流程如圖9所示。

為保證加工可靠、切削性能好及加工效率高，同時(shí)為滿足不同型線規(guī)格的加工需要，共配備了7種類型車刀，如圖10所示。所配備的葉根槽刀具存在以下特點(diǎn)：刀柄采用CAPTO型式[8]，剛性好，對(duì)中性穩(wěn)定，拆裝方便；冷卻方式采用內(nèi)冷卻；采用了硬度高、耐磨性好的硬質(zhì)合金刀片[9]。與此同時(shí)，為避免加工過程中發(fā)生碰撞和干涉，對(duì)車刀刀體進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)。

3.3 組合車削徑向汽封齒

分析了類似結(jié)構(gòu)零件的加工案例。由于高中壓內(nèi)缸采用上、下分半結(jié)構(gòu)，水平中分面螺栓采用熱緊安裝方式，若徑向汽封齒在裝靜葉之前車好內(nèi)圓，后期拆缸重新拼缸會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致徑向通流間隙無法保證。通過討論分析和方案論證，制定了組合加工工藝方案[10]，以滿足徑向汽封齒與隔板汽封齒的同軸度要求，具體實(shí)施過程如圖11所示。

由于徑向汽封齒與隔板汽封齒內(nèi)圓深度（尺寸A）較大，兩級(jí)靜葉之間距離（尺寸B）很小，徑向汽封齒的加工和測(cè)量比較困難，如圖12所示。

為加工徑向汽封齒內(nèi)圓，通過圖紙分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，專門設(shè)計(jì)了一把車刀排。刀排柄部采用70 mm×70 mm方身設(shè)計(jì)，與6.3 m數(shù)控立車刀架接口相匹配，外伸部分厚度設(shè)計(jì)為25 mm，可以覆蓋整個(gè)通流各級(jí)距離。刀具夾持缺口采用3個(gè)螺栓夾緊，加工時(shí)分別夾持左右手割刀進(jìn)行車削。

圖9 葉根槽加工流程示意圖

圖10 葉根槽車削刀具

圖11 組合車削徑向汽封齒過程

圖12 高中壓內(nèi)缸通流尺寸示意圖

高中壓內(nèi)缸各級(jí)距離尺寸較小，徑向汽封片非常薄，常規(guī)內(nèi)徑千分尺無法直接測(cè)量。為測(cè)量加工后的徑向汽封齒內(nèi)圓尺寸，首先以靜葉圍帶內(nèi)圓為測(cè)量基準(zhǔn)，采用深度尺測(cè)量?jī)?nèi)圓深度尺寸，然后采用內(nèi)徑千分尺測(cè)量各級(jí)圍帶內(nèi)圓，最后通過換算獲得徑向汽封齒內(nèi)圓尺寸。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過采用以上車削加工技術(shù)，解決了首套自主設(shè)計(jì)266 MW聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)高中壓內(nèi)缸的車削加工難題，形成了一套成熟可行的加工工藝方案。

最終經(jīng)質(zhì)保部門檢驗(yàn)，高中壓內(nèi)缸各項(xiàng)加工精度均達(dá)到了圖紙要求，成功實(shí)現(xiàn)了首套高中壓合缸內(nèi)缸零件的試制，加工方法將被推廣至后續(xù)新型產(chǎn)品的自主制造。本項(xiàng)加工技術(shù)的突破，將拓展上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠在聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)組市場(chǎng)中的占有率。

[1]沈堅(jiān)，張立建，陳倪.F級(jí)二拖一聯(lián)合循環(huán)抽凝背汽輪機(jī)的開發(fā)[J].裝備機(jī)械，2013（3）：14-18.

[2]陳倪.聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)本體設(shè)計(jì)思路 [J].上海汽輪機(jī)，2001（3）：8-13.

[3]王莉莉.新型300 MW、600 MW機(jī)組高壓內(nèi)缸工藝研究[J].機(jī)械工程師，2016（3）：225-226.

[4]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.

[5]陳澤英.對(duì)車削加工中振動(dòng)的思考[J].電子世界，2012(12): 95-96.

[6] 盧大綱.利用優(yōu)化技術(shù)選擇車削參數(shù) [J].機(jī)床與液壓，1996(6):49-50，31.

[7] 金建江，辛健.聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中壓內(nèi)缸的國(guó)產(chǎn)化制造[J].熱力透平，2007，36（2）：136-137.

[8]徐林紅，鄒華.國(guó)外先進(jìn)的刀機(jī)接口淺析[J].機(jī)械工人（冷加工），2003（4）:10-12.

[9]侯新志.涂層硬質(zhì)合金刀片切削性能的試驗(yàn)研究[J].水利電力機(jī)械，1998（2）:21-24.

[10]袁禮彬.機(jī)床夾具制造中組合加工法的應(yīng)用與實(shí)踐[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010（1）:49-51.

An overview was given on the turning technology developed by STP itself for high/medium pressure inner cylinder of 266 MW combined cycle steam turbine.By in-depth analysis of the turning technology for high/medium pressure inner cylinder that covered process analysis,processing plan establishment,settlement of key processes,tooling design and tool application,the cruces for processing of the cylinder with new structure were addressed and solved and as the result,its engineering level had been improved.

聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)；內(nèi)缸；車削加工

Combined Cycle Steam Trubine；Inner Cylinder；Turning

TH122；TH161

B

1672-0555（2016）04-006-05

2016年6月

宮同浩（1982—），男，本科，工程師，主要從事汽輪機(jī)大型部套工藝及制造工作