220 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩設(shè)備的開發(fā)研究

溫孟振，郭 波，田汝坤，姜文軍

(山東齊魯電機(jī)制造有限公司，山東濟(jì)南 250100)

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220 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩設(shè)備的開發(fā)研究

溫孟振，郭 波，田汝坤，姜文軍

(山東齊魯電機(jī)制造有限公司，山東濟(jì)南 250100)

介紹了220 MW空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩設(shè)備的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，指出了設(shè)備采用數(shù)控編程自動(dòng)控制，整機(jī)配備數(shù)控操作系統(tǒng)，通過數(shù)控伺服操作和直線導(dǎo)軌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔V形窩的自動(dòng)調(diào)距，提高了產(chǎn)品精度。同時(shí)指出設(shè)備的研發(fā)成功拓寬了其制造轉(zhuǎn)子線圈容量范圍。

空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子線圈；沖舌孔；V型窩

0 引言

220 MW空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈是由空心銅導(dǎo)體制成，目前國(guó)內(nèi)尚無同類結(jié)構(gòu)，通過技術(shù)引進(jìn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。為了實(shí)現(xiàn)引進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子線圈加工國(guó)產(chǎn)化，降低產(chǎn)品制造成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，本公司擬開發(fā)研制大容量空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩專機(jī)。該專機(jī)旨在解決大容量空內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈空心銅導(dǎo)體上的舌形通風(fēng)孔與V型凹口式風(fēng)堵的加工問題，通過舌孔與V型窩數(shù)量、位置的合理排布，改變風(fēng)路的流向，使空氣在導(dǎo)體內(nèi)合理流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更有效率的空氣直接冷卻導(dǎo)體，降低發(fā)電機(jī)溫升。

1 設(shè)備工藝分析

與現(xiàn)有小容量汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈相比，220 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈更長(zhǎng)，在每一根線棒上沖制的V型窩數(shù)量更多，每根線棒的加工位置和數(shù)量的變動(dòng)較大，尺寸精度要求更高，其示意如圖1所示。

圖1 線圈沖壓前后對(duì)比

而現(xiàn)有小容量汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩設(shè)備主要存在如下缺陷：

1) 導(dǎo)軌行程短，無法滿足220 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加工需要。

2) 采用簡(jiǎn)易的滾輪式滑軌，定位精度低，導(dǎo)向性差。

3) 人工操作，對(duì)操作者要求高，易出現(xiàn)操作失誤導(dǎo)致線圈報(bào)廢，加工精度依賴操作者的個(gè)人水平。

2 開發(fā)研究創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)措施

1) 由于220 MW轉(zhuǎn)子線圈不同于以前的產(chǎn)品，其V型窩在同一線棒上有多個(gè)位置，要求控制系統(tǒng)能夠滿足位置準(zhǔn)確及壓制過程的穩(wěn)定。該設(shè)備采用數(shù)控編程自動(dòng)控制，整機(jī)配備數(shù)控操作系統(tǒng)，通過數(shù)控伺服操作和直線導(dǎo)軌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子線棒V形窩沖制的自動(dòng)調(diào)距，提高了產(chǎn)品精度。

2) 該設(shè)備加工動(dòng)作除限位開關(guān)外，通過在設(shè)備底座下增加運(yùn)動(dòng)過程光電開關(guān)，保持其動(dòng)作同步性。在一次沖壓動(dòng)作完成后，通過光電開關(guān)使兩沖頭的動(dòng)作保持協(xié)同一致，然后再進(jìn)行第二次進(jìn)給沖壓。通過兩次分步?jīng)_壓，完成側(cè)向舌形通風(fēng)道的沖壓，從而解決了轉(zhuǎn)子線圈側(cè)向舌孔在沖制過程中對(duì)稱度的保證問題。

3) 考慮到底架上下安裝面有平行度及平面度要求(±0.5)，同時(shí)考慮到焊接、加工、運(yùn)輸及工作環(huán)境變化產(chǎn)生的變形，根據(jù)設(shè)備工作特點(diǎn)，將底架分成三部分，中間部分為安裝中心定位裝置和壓V型窩裝置，兩端為安裝沖舌孔裝置。因同一線棒加工工藝位置多樣性，在底架中安裝了伺服傳動(dòng)裝置，解決了壓V型窩裝置和沖舌孔裝置傳動(dòng)問題，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4) 所有移動(dòng)的裝置均通過雙線型進(jìn)口THK直線導(dǎo)軌與底架相連。采用該導(dǎo)軌使設(shè)備導(dǎo)向性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)且導(dǎo)軌長(zhǎng)度滿足大容量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線棒沖舌孔壓V型窩的加工要求，通過可視化數(shù)控系統(tǒng)操作，避免了原有設(shè)備單導(dǎo)軌定位不準(zhǔn)及運(yùn)行穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。線型導(dǎo)軌外購(gòu)成型產(chǎn)品，避免因加工制造環(huán)節(jié)造成的設(shè)備移動(dòng)不靈活的問題。

3 性能指標(biāo)

設(shè)備以轉(zhuǎn)子線圈中心定位孔定位，中心定位孔有兩種尺寸，分別為Φ13.5 mm(寬線)、Φ10 mm(窄線)。有多種線規(guī)，每種線規(guī)的V型窩的位置不同，而舌孔的位置根據(jù)不同產(chǎn)品變動(dòng)，220 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體長(zhǎng)度AL=5 460 mm，氣體入口離本體長(zhǎng)度B=25 mm，舌孔的位置(即與中心孔的距離)為AL/2+B=2 755 mm。該專機(jī)要求保證所有銅導(dǎo)線上每一個(gè)V型窩至中心定位孔距離誤差不大于0.5 mm；每一個(gè)舌形孔至中心定位孔距離誤差不大于1 mm；每一個(gè)舌形孔相對(duì)銅導(dǎo)線高度中心線的對(duì)稱度公差值為0.1 mm。

4 結(jié)構(gòu)工作原理

轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩的加工工藝路線為：中心定位裝置定位→沖壓正反面V形風(fēng)堵隔絕通風(fēng)道(即壓V型窩)→沖壓側(cè)向舌形通風(fēng)道改變風(fēng)向(即沖舌孔)。根據(jù)加工需要，該設(shè)備機(jī)械部分主要由中心定位裝置(一套)、壓V型窩裝置(左右各一套)、沖舌孔裝置(左右各一套)、底架與傳動(dòng)裝置及間隔支撐裝置等部件組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。所有裝置均為通用裝置，僅按照不同的產(chǎn)品更換不同的模塊即可滿足產(chǎn)品的工藝要求。

圖2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈沖舌孔壓V型窩設(shè)備

4.1 中心定位裝置

中心定位裝置如圖3所示，包含中心定位機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)及相關(guān)部件。中心定位機(jī)構(gòu)由一個(gè)液壓缸控制中心定位銷的伸縮，與轉(zhuǎn)子線棒的中心定位孔配合定位控制工件的精確放置位置。中心定位銷的伸長(zhǎng)量由兩個(gè)光電開關(guān)控制完成，同時(shí)在定位銷端部有一個(gè)防誤操作桿由光電開關(guān)控制，作用是轉(zhuǎn)子線棒位置安放有誤時(shí)，防止其他裝置工作。夾緊機(jī)構(gòu)由兩個(gè)液壓缸分別控制，每個(gè)液壓缸的伸長(zhǎng)量分別由光電開關(guān)控制其伸長(zhǎng)量。

圖3 中心定位裝置

4.2 壓V型窩裝置

壓V型窩裝置如圖4所示，主要由夾緊機(jī)構(gòu)和壓型機(jī)構(gòu)組成。夾緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)液壓缸完成，其伸縮量由兩個(gè)光電開關(guān)控制，其結(jié)構(gòu)是通過一個(gè)螺旋機(jī)構(gòu)預(yù)先調(diào)整好一端壓緊塊的位置，另一端壓緊塊通過液壓缸的回拉來保證工件的加緊。兩壓緊塊裝配在同一燕尾導(dǎo)軌上，保證了兩壓緊塊工作面的平行。壓型機(jī)構(gòu)由一個(gè)液壓缸工作完成，同樣由兩個(gè)光電開關(guān)控制其缸桿伸長(zhǎng)量。下壓塊是一固定塊，其位置是調(diào)整所有機(jī)構(gòu)的基準(zhǔn)，上壓塊連接在油缸上，通過油缸的伸縮完成壓制過程。

圖4 壓V型裝置

4.3 沖舌孔裝置

沖舌孔裝置如圖5所示，主要由夾緊機(jī)構(gòu)和壓舌孔機(jī)構(gòu)組成。夾緊機(jī)構(gòu)分為垂直夾緊機(jī)構(gòu)和橫向夾緊機(jī)構(gòu)，各由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，伸縮量由光電開關(guān)控制。垂直夾緊機(jī)構(gòu)上壓塊通過液壓缸的伸出驅(qū)動(dòng)壓塊沿圓柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)將工件縱向壓緊，并通過預(yù)先調(diào)整保證壓緊塊工作面的平行。橫向夾緊機(jī)構(gòu)通過底部安裝的縱向液壓缸驅(qū)動(dòng)，由滑塊機(jī)構(gòu)將縱向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為壓塊的橫向運(yùn)動(dòng)，將工件橫向壓緊。通過預(yù)先調(diào)整保證壓緊塊工作面的平行。沖舌孔動(dòng)作由兩個(gè)橫向液壓缸同時(shí)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成，由旋進(jìn)刻度表與光電開關(guān)控制其工作行程，通過分別固定在左右夾緊塊上的沖孔刀具在各自的導(dǎo)軌上直線移動(dòng)完成沖舌孔動(dòng)作。

圖5 沖舌孔裝置

4.4 底架與傳動(dòng)裝置

底架由矩形方管焊接組成如圖6所示，底架上安裝雙線型進(jìn)口THK直線導(dǎo)軌。由于線棒毛坯最長(zhǎng)尺寸為8 240 mm，將底架設(shè)計(jì)長(zhǎng)度定為8 500 mm。根據(jù)設(shè)備工作特點(diǎn)，將底架分成三部分，中間部分為3 500 mm，安裝中心定位裝置和壓V型窩裝置，兩端同為2 500 mm，安裝沖舌孔裝置。因同一線棒加工位置多樣性，在底架中安裝了伺服傳動(dòng)裝置，解決了移動(dòng)裝置的傳動(dòng)問題。

圖6 底架與傳動(dòng)裝置

設(shè)備上為了便于線圈的預(yù)存放，增設(shè)了間隔支撐裝置如圖7所示，其主要由支撐板、兩側(cè)端板、軸套以及相配套的軸承組成。該裝置分散布置在底架導(dǎo)軌上，實(shí)現(xiàn)了線圈存放支撐作用。

圖7 間隔支撐裝置

5 結(jié)語

該設(shè)備分左右2套，在工作中其不僅可單獨(dú)工作，也可同步完成多孔沖壓操作，其控制系統(tǒng)能夠滿足制造過程中機(jī)構(gòu)的位置準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性。設(shè)備已成功投入生產(chǎn)運(yùn)行，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)備的通用性很強(qiáng)，無需再對(duì)某一產(chǎn)品制造專用工藝裝備，僅需編制新程序和更換部分零件即可適用于100～350 MW空內(nèi)冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈制造。