隔板汽道圓檢測(cè)及誤差分析

彭剛，楊金平，楊科

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng)，618000)

0 前言

火電汽輪機(jī)組對(duì)整個(gè)汽流通道中轉(zhuǎn)子與靜子間汽道蓋度有著非常嚴(yán)格的要求，控制好汽輪機(jī)各級(jí)汽道蓋度對(duì)提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，減小機(jī)組振動(dòng)等方面有著重要意義。隔板作為汽輪機(jī)核心靜子部件，其汽道圓尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求，直接影響機(jī)組蓋度的合格率。因此，隔板汽道圓尺寸檢測(cè)及修復(fù)（蓋度返修）已成為隔板制造過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)之一，準(zhǔn)確檢測(cè)隔板汽道圓尺寸是其修復(fù)依據(jù)及保證機(jī)組汽道蓋度合格的前提條件。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從保證隔板制造過(guò)程順暢，減小因蓋度返修造成的隔板變形及外觀質(zhì)量等問(wèn)題出發(fā)，制定了一套較為完善的隔板汽道圓尺寸檢測(cè)方案，同時(shí)對(duì)尺寸檢測(cè)存在的誤差進(jìn)行了分析，解決了檢測(cè)尺寸偏差較大的問(wèn)題，希望在提高汽道圓檢測(cè)準(zhǔn)確度及保證機(jī)組蓋度合格率方面能夠提供一定的借鑒。

1 汽道圓檢測(cè)位置及控制要求

如圖1所示，隔板汽道圓尺寸檢測(cè)主要是檢測(cè)圖中ФA、ФB尺寸，ФA即為隔板汽道內(nèi)圓與內(nèi)葉根端面交界處汽道圓尺寸，ФB為隔板汽道外圓與外葉根端面交界處汽道圓尺寸，為保證隔板ФA、ФB尺寸滿足汽輪機(jī)蓋度要求，在隔板制造標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)不同隔板汽道高度值對(duì)該尺寸控制公差進(jìn)行了嚴(yán)格要求。

圖1 汽道圓檢測(cè)位置示意圖

對(duì)于ФA大于標(biāo)準(zhǔn)上偏差、ФB小于標(biāo)準(zhǔn)下偏差的情況，需通過(guò)車削加工使ФA、ФB滿足要求，而當(dāng)ФA小于標(biāo)準(zhǔn)下偏差、ФB大于標(biāo)準(zhǔn)上偏差時(shí)，則需通過(guò)補(bǔ)焊的方式，對(duì)汽道圓進(jìn)行修復(fù)，見(jiàn)圖2。

圖2 隔板汽道圓修復(fù)示意圖

2 汽道圓尺寸檢測(cè)方法

2.1 汽道圓尺寸檢測(cè)工具

因隔板汽道圓尺寸檢測(cè)的是汽道圓以隔板加工中心 （汽輪機(jī)中心線）相對(duì)于其理論值的半徑偏差，常規(guī)的內(nèi)外徑尺寸測(cè)量工具不能準(zhǔn)確反應(yīng)出汽道圓與加工圓是否同心，因此不能直接作為測(cè)量工具，為保證尺寸測(cè)量準(zhǔn)確可靠且方便快捷，通常采用的檢測(cè)方法是：隔板按已加工圓找正后，用百分表檢測(cè)汽道圓相對(duì)于理論值的跳動(dòng)來(lái)反映其半徑偏差情況。

2.2 汽道圓尺寸檢測(cè)流程

按照隔板制造標(biāo)準(zhǔn)中汽道圓控制要求，當(dāng)其半徑偏差超出標(biāo)準(zhǔn)許可值時(shí)，需要通過(guò)補(bǔ)充加工或補(bǔ)焊進(jìn)行修復(fù)，對(duì)于汽道圓需要補(bǔ)焊修復(fù)的隔板，為避免精加工后因補(bǔ)焊造成隔板變形、中分面間隙超差、外觀差等質(zhì)量問(wèn)題，汽道圓檢測(cè)通常在隔板精加工前完成，其檢測(cè)流程見(jiàn)圖3。

圖3 汽道圓檢測(cè)流程

2.2.1 打基準(zhǔn)

隔板單半上機(jī)床，按照隔板打基準(zhǔn)要求，以導(dǎo)葉片出汽邊調(diào)平，汽道內(nèi)圓（ФA）中分面及天地方向共3點(diǎn)找中至最佳狀態(tài)，將隔板徑向汽封體端面光一刀，注意控制上下半徑向汽封體端面加工余量相等，誤差小于0.5 mm；如圖4所示將基準(zhǔn)圓光一刀 （加工前注意確認(rèn)該處是否有精加工余量），然后實(shí)測(cè)圖中天地方向的H值，并提交給鏜床以確定水平中分面銑削余量。

圖4 隔板打基準(zhǔn)示意圖

2.2.2 粗銑水平中分面

由于汽道檢測(cè)是在隔板粗車時(shí)進(jìn)行，為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，粗銑水平中分面時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其位置度及精加工余量。因此，在粗銑隔板水平中分面時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）粗銑水平中分面找正：隔板上下半同時(shí)上機(jī)床，按已加工面及中分面線找正，如圖5所示，用深度尺或卡尺等工具檢測(cè)隔板上下半中分面處半節(jié)距，要求加工水平中分面后，水平中分面左右兩側(cè)汽道節(jié)距盡量相等， 即 K1－T1≈K2－T2， 否則需將隔板沿其中心進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而使左右中分面處汽道節(jié)距不會(huì)出現(xiàn)較大偏差。

圖5 中分面汽道節(jié)距控制

（2）精確確定隔板理論水平中分面位置：按照隔板加工要求，水平中分面粗銑時(shí)按中分面線找正，然后按線留0.5 mm余量進(jìn)行加工，如果考慮劃線可能存在0.5～1 mm偏差，此時(shí)隔板水平中分面位置度偏差0.5～1.5 mm，此時(shí)檢測(cè)出的汽道圓數(shù)據(jù)特別是天地方向數(shù)據(jù)會(huì)非常不準(zhǔn)確，因此，隔板粗銑水平中分面已不能按原有模式進(jìn)行，如圖6所示，按照立車加工的基準(zhǔn)圓及提供的數(shù)據(jù)H來(lái)確定隔板水平中分面理論位置，即ФA/2=R+H。

圖6 隔板理論水平中分面位置確定

（3）隔板水平中分面加工余量：隔板水平中分面加工余量對(duì)天地方向汽道圓數(shù)據(jù)影響最大，為了使檢測(cè)出的汽道圓數(shù)據(jù)更接近實(shí)際情況，在水平中分面粗加工時(shí)精加工余量應(yīng)控制在0.1～0.2 mm，這樣既不影響中分面精銑，也將中分面余量導(dǎo)致的天地方向汽道圓數(shù)據(jù)最大偏差控制在0.2 mm以內(nèi) （其余檢測(cè)位置的偏差在0.1 mm左右，對(duì)水平中分面處汽道圓數(shù)據(jù)基本無(wú)影響），便于技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)判，制定下一步技術(shù)處理方案。

（4）銑削隔板粗車找正用大小半基準(zhǔn)：為了使隔板粗車時(shí)汽道圓檢測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，隔板加工后汽道圓與加工圓同心，粗銑水平中分面后，應(yīng)如圖6所示，在隔板小內(nèi)孔的天地方向銑削立車找正用大小半基準(zhǔn)。

2.2.3 粗車及汽道圓尺寸測(cè)量

2.2.3.1 粗車時(shí)找正

按鏜床大小半基準(zhǔn)及水平中分面左右側(cè)汽道內(nèi)圓找中。由于水平中分面處汽道圓在隔板裝焊過(guò)程中變形可能會(huì)大于其它位置，因此，在按中分面處汽道內(nèi)圓左右找中時(shí)，應(yīng)如圖7所示，避開(kāi)中分面處汽道面突變處。

圖7 粗車隔板找中示意圖

2.2.3.2 汽道圓尺寸檢測(cè)

（1）如圖8所示，將圖示ФX、ФY圓光一刀（深10 mm即可），并實(shí)測(cè)該尺寸。

圖8 汽道圓測(cè)量基準(zhǔn)圓加工示意圖

（2）汽道內(nèi)圓尺寸檢測(cè)：在立車刀架上安裝百分表，如圖9所示，將百分表移動(dòng)至基準(zhǔn)圓ФY處，百分表歸零，然后移動(dòng)機(jī)床X軸，移動(dòng)距離M （M=ФY/2－ФA/2），再移動(dòng)機(jī)床Z軸，使百分表表尖位于圖示W(wǎng)點(diǎn)處，偏差不大于0.3 mm，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，分別讀取不同點(diǎn)位汽道圓跳動(dòng)百分表讀數(shù)，并按汽道圓尺寸專用記錄表在相應(yīng)位置做好記錄。

圖9 汽道內(nèi)圓檢測(cè)示意圖

（3）汽道外圓尺寸檢測(cè)：如圖10所示，將百分表移動(dòng)至基準(zhǔn)圓ФX處，百分表歸零，移動(dòng)機(jī)床X軸，移動(dòng)距離L（L=ФB/2-ФX/2），移動(dòng)機(jī)床Z軸，使百分表表尖位于圖示V點(diǎn)處，偏差不大于0.3 mm，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，分別讀取不同點(diǎn)位汽道圓跳動(dòng)百分表讀數(shù)，并按汽道圓尺寸專用記錄表做好記錄，該數(shù)據(jù)可直接反映出實(shí)測(cè)汽道圓尺寸相對(duì)于理論值的偏差。

圖10 汽道外圓檢測(cè)示意圖

3 汽道圓尺寸檢測(cè)誤差分析

對(duì)于隔板汽道圓尺寸超出設(shè)計(jì)許可值且需要補(bǔ)焊時(shí)，通常需要將隔板再次上機(jī)床進(jìn)行汽道圓尺寸復(fù)查，以準(zhǔn)確確定需要補(bǔ)焊的汽道區(qū)域，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)同一副隔板同一檢測(cè)位置的汽道圓尺寸存在較大偏差的現(xiàn)象，最大達(dá)1 mm，經(jīng)過(guò)分析，造成汽道圓檢測(cè)尺寸偏差主要有以下幾方面因素：

（1）立車在隔板打基準(zhǔn)時(shí)，H值（見(jiàn)圖6）測(cè)量不準(zhǔn)確，特別是汽道面與隔板軸向中心線存在一定夾角時(shí)，測(cè)量H值時(shí)汽道壁的測(cè)量點(diǎn)位應(yīng)根據(jù)葉根尺寸準(zhǔn)確計(jì)算出內(nèi)葉根端面加工余量，按圖9所示，測(cè)量位置在W點(diǎn)。以隔板汽道內(nèi)圓與軸向中心線夾角10°為例，W測(cè)量點(diǎn)軸向偏差1 mm，H 值理論上偏差則為 TAN（10°）×1=0.17 mm。

（2）用百分表檢測(cè)汽道圓尺寸時(shí)，百分表表尖沒(méi)有沿機(jī)床X軸方向過(guò)工件旋轉(zhuǎn)中心，導(dǎo)致汽道圓尺寸檢測(cè)不準(zhǔn)確，如圖11所示，當(dāng)檢測(cè)隔板的基準(zhǔn)圓直徑Ф1 200、汽道圓為Ф2 000時(shí)，百分表表尖偏離工件旋轉(zhuǎn)中心10 mm，則測(cè)量誤差為0.03 mm，偏離旋轉(zhuǎn)中心20 mm時(shí)，測(cè)量誤差為0.13 mm，而當(dāng)偏離中心100 mm時(shí)，測(cè)量誤差達(dá)3.38 mm。

圖11 百分表檢測(cè)誤差示意圖（表尖偏離工件旋轉(zhuǎn)中心）

（3）用百分表檢測(cè)汽道圓尺寸時(shí)，百分表表?xiàng)U與水平面存在較大夾角，導(dǎo)致檢測(cè)的尺寸不準(zhǔn)確，如圖12所示，當(dāng)百分表表?xiàng)U與水平面夾角為35°時(shí)，理論上汽道圓徑向尺寸每變化1 mm，測(cè)量誤差0.22 mm。

圖12 百分表檢測(cè)誤差示意圖（表?xiàng)U與水平面不平行）

4 汽道圓尺寸檢測(cè)關(guān)鍵控制點(diǎn)

通過(guò)前面隔板汽道圓尺寸檢測(cè)流程及誤差分析，為保證汽道圓尺寸檢測(cè)的準(zhǔn)確性，在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意控制好以下幾個(gè)方面：

（1）立車打基準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量H值，測(cè)量時(shí)應(yīng)計(jì)算準(zhǔn)內(nèi)葉根端面余量，實(shí)際測(cè)量點(diǎn)位與理論測(cè)量點(diǎn)位盡量一致，對(duì)于汽道面與隔板軸向中心線存在夾角的隔板，軸向誤差不大于1 mm；

（2）由于大多數(shù)隔板為等根徑設(shè)計(jì)，因此，汽道內(nèi)圓尺寸偏差對(duì)汽輪機(jī)蓋度影響較汽道外圓大，鏜床應(yīng)根據(jù)H值，以汽道內(nèi)圓為準(zhǔn)，銑準(zhǔn)水平中分面（留 0.1～0.2 mm 余量）；

（3）用百分表檢測(cè)隔板汽道圓尺寸時(shí)，百分表表尖應(yīng)沿機(jī)床X軸方向過(guò)工件旋轉(zhuǎn)中心，偏差不大于10 mm；

（4）用百分表檢測(cè)隔板汽道圓尺寸時(shí)，百分表表?xiàng)U應(yīng)與水平面盡量平行，夾角不大于20°，當(dāng)因隔板葉根尺寸或汽道高度過(guò)短，百分表與X軸夾角不能控制在20°以內(nèi)時(shí)，應(yīng)選取杠桿表進(jìn)行檢測(cè)（杠桿表表?xiàng)U應(yīng)與機(jī)床Z軸平行，其它要求與百分表檢測(cè)相同）；

（5）用百分表檢測(cè)隔板汽道圓時(shí)，應(yīng)保證表尖在機(jī)床Z軸向位置準(zhǔn)確指向測(cè)量點(diǎn)（W點(diǎn)、V點(diǎn)），偏差不大于0.5 mm；

（6）隔板加工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制打基準(zhǔn)、水平中分面位置度、立車找正精度等，避免隔板出現(xiàn)大小半，并保證隔板加工后汽道圓中心與隔板加工圓中心的一致性。

5 結(jié)論

為保證汽輪機(jī)蓋度符合機(jī)組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本文按照隔板汽道圓尺寸控制要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，制定了一套完整的隔板汽道圓檢測(cè)方法，并通過(guò)對(duì)檢測(cè)過(guò)程中可能導(dǎo)致尺寸檢查誤差的各種因素進(jìn)行了較為全面的分析，提出了具體的控制措施，提高了隔板汽道圓尺寸檢測(cè)精度，對(duì)常規(guī)火電汽輪機(jī)組隔板全面進(jìn)行汽道圓尺寸檢測(cè)及蓋度控制具有指導(dǎo)意義。