超超臨界鍋爐給水泵筒體部件加工工藝探討

王 鑫

（中國電建集團(tuán)上海能源裝備有限公司，上海 201316）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，超超臨界鍋爐給水泵應(yīng)運(yùn)而生，超超臨界鍋爐給水泵是目前使用較為廣泛且較為先進(jìn)的火電機(jī)組用泵，在我國具有較好的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，其能夠有效降低工程造價以及運(yùn)行的費(fèi)用，提高相關(guān)企業(yè)在市場上的競爭能力。而要想超超臨界鍋爐給水泵發(fā)揮出最大的作用，就需要保證超超臨界鍋爐給水泵筒體部件加工的工藝質(zhì)量，因此對其進(jìn)行研究具有非常重要的意義。

1 超超臨界鍋爐給水泵及筒體部件概述

1.1 超超臨界鍋爐給水泵概述

超超臨界鍋爐給水泵是當(dāng)今社會上比較先進(jìn)和科學(xué)的火電機(jī)組用泵，其中超超臨界是指在鍋爐內(nèi)進(jìn)行工作的相關(guān)介質(zhì)水的壓力，并且在工作的過程中鍋爐內(nèi)的溫度不能低于593℃，蒸汽的壓力也不能低于31MPa，因此被稱為超超臨界。由于超超臨界鍋爐在性能上具有較高的要求，因此其相關(guān)的制造成本也相對較高。要想對其中存在的關(guān)鍵部件的加工制造方案進(jìn)行改進(jìn)，有效降低制造的成本，就需要相關(guān)的工藝人員不斷對其進(jìn)行研究，找到合適的方法，改成更加科學(xué)、先進(jìn)的加工制造方案，為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)價值，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。在超超臨界鍋爐給水泵中其泵芯的結(jié)構(gòu)為水平中開結(jié)構(gòu)，上下渦殼的結(jié)構(gòu)為空間流道結(jié)構(gòu)，徑向力自行平衡能夠避免在轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)節(jié)段式結(jié)構(gòu)的徑向力，在一定程度上能保證給水泵平穩(wěn)運(yùn)行。泵芯采用不銹鋼材料制作，沒有平衡裝置，能夠減少泵的泄露情況，提高給水泵運(yùn)行的效率，并且不需要外接水管，就能夠瞬間啟動。根據(jù)相關(guān)的火電機(jī)組要求，超超臨界鍋爐給水泵在運(yùn)行過程中最重要的就是其安全可靠性，并符合節(jié)能的特點(diǎn)，具有較高的自控程度，方便檢修。由于超超臨界機(jī)組擁有較大的單機(jī)容量，且提高了其機(jī)組的參數(shù)，因此也提高了超超臨界鍋爐給水泵的要求。目前使用比較廣泛的超超臨界鍋爐給水泵多為多級離心泵，呈雙殼體筒型，該類給水泵能夠永久焊接在水管路上，能與機(jī)組負(fù)荷的變化相適應(yīng)，更加方便和可靠。

1.2 泵筒體部件的相關(guān)概述

文章主要研究了型號為FK8R 的泵筒體，該泵筒體的主體材料為CK22N 鍛件，筒體的外圓長為250mm，規(guī)格為φ1330mm，一共由16 個大、小零件拼焊組成了泵筒體部件，這些零部件的原材料的型號具有一定的差異，且采用的工藝也不相同。一般筒體部件的工藝路線被分為以下四個步驟：首先，對筒體單件進(jìn)行簡單的粗加工，并進(jìn)行檢驗(yàn)；其次，拼裝焊接筒體以及各個組件，進(jìn)行相關(guān)的加工工序之后要開展檢驗(yàn)工作；再次，當(dāng)組件拼焊完成之后進(jìn)行精加工；最后，要對整機(jī)的性能進(jìn)行試驗(yàn)，及時解決存在的問題。因?yàn)樵诓煌碾A段中會面臨不同的問題，所以需要相關(guān)的工作人員擁有較強(qiáng)的責(zé)任心，有效采取相應(yīng)的措施解決存在的問題，保證筒體部件的質(zhì)量，進(jìn)一步保證超超臨界鍋爐給水泵的質(zhì)量。

2 超超臨界鍋爐給水泵筒體部件加工工藝分析

2.1 分析特殊部位的焊前結(jié)構(gòu)與加工

型號為FK8R 的泵筒體毛坯制造的初期需要進(jìn)行成分分析以及超聲波等方面的檢驗(yàn)工作，當(dāng)泵筒體的力學(xué)性能以及成分、超聲波等符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之后才進(jìn)行最重要的焊接加工工序。一般泵筒體使用的焊接形式包括內(nèi)孔止口堆焊、流道內(nèi)堆焊以及拼裝焊接各組件。在進(jìn)行焊接工序之前，需要對焊接工作進(jìn)行綜合考慮，保證焊接變形之后能夠保留足夠的加工余量保障加工后的尺寸精度，并且還要保證部件結(jié)構(gòu)與相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符，因此焊接需要對部件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。

（1）內(nèi)孔止口堆焊前的結(jié)構(gòu)與工藝。為了將筒體的硬度和耐磨性有效提高，需要筒體的配合止口以及端面等部位的吐出口內(nèi)部擁有厚度為3mm、型號為316L 的堆焊層。對筒體內(nèi)孔進(jìn)行堆焊時，焊機(jī)本身對堆焊件的外壁有規(guī)范的定位要求，要求堆焊件外壁為圓柱。而在實(shí)際的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)的尺寸的吐出端外徑和吸入端外徑分別為1330mm、φ1140mm。正常情況下需要按照圖紙要求開展施工工作，到焊接工序時就需要做相應(yīng)的工裝進(jìn)行支撐，而筒體件相對較大，筒體件的做工不僅費(fèi)時，還在很大程度上廢料。最為經(jīng)濟(jì)的解決方法就是在制作毛坯時，較小的一端按照較大一端的尺寸鍛制毛坯，并且在車床進(jìn)行加工時，保證其堆焊之前的外圓尺寸整體為φ1334mm×1200mm 即可。這樣經(jīng)過檢驗(yàn)之后就可以直接轉(zhuǎn)到焊接車間內(nèi)進(jìn)行堆焊工作，整個過程非常方便。

（2）筒體吸入口焊唇的結(jié)構(gòu)與相關(guān)工藝。堆焊工序完成之后就需要做好組件焊接的準(zhǔn)備工作，將各處的接口進(jìn)行加工。一般情況下給水泵的吸入接管與筒體的連接端的入口為雙入口，其具體的數(shù)值為2-φ270mm，長度為645mm，需要在筒體圓周的方向橫向截面布置，但是在實(shí)際的筒體外圓周中，圖紙上只會給出相應(yīng)的尺寸范圍，一般為外圓柱上形成的平面長度（340mm×380mm）。超過尺寸范圍的對接平面就需要使用焊料堆在外圓柱上，通常對接處會留出一定的定位止口讓組件的位置得到保證，這樣就形成了雙面坡口焊接成型的工序，堆焊且鏜平圓周面之后，就會在堆焊的基礎(chǔ)上按照相關(guān)的工藝附圖鏜出用于焊接的坡口。在實(shí)際的焊接過程中，由于接管單件本身的設(shè)計(jì)就擁有焊接坡口，而在泵筒體的兩個規(guī)格型號為φ270 的吸入口的平面上卻沒有焊接坡口，加上吸入口的壓力往往比吐入口低，所以在圓周上使用焊料堆積且鏜平的坡口就顯得比較浪費(fèi)。對此，可以在泵筒體的吸入口堆焊處直接鏜平，讓其成為平面，這樣就不需要對其進(jìn)行焊唇的工序，操作相對比較簡單，且能避免重復(fù)加工的情況出現(xiàn)，有效節(jié)省了工時，又在一定程度上節(jié)省了焊料，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 檢驗(yàn)焊層硫酸銅表面余量

一般客戶的要求以及相關(guān)的質(zhì)量文件控制都必須是進(jìn)行精加工之后相應(yīng)的檢驗(yàn)結(jié)果，但是為了能夠讓最終的結(jié)果得到保證，鍋爐給水泵筒體部件在加工工藝就必須在粗加工階段就進(jìn)行各種檢驗(yàn)工作，其中包括成分分析、超聲波、力學(xué)性能等。在半精加工之后還需要檢驗(yàn)堆焊層表面的硫酸銅，防止在進(jìn)行補(bǔ)焊時產(chǎn)生的熱變形對精加工止口的精度造成破壞和影響，因此需要在半精加工之后開展相應(yīng)的檢驗(yàn)工作。而要想保證檢驗(yàn)的效果并不浪費(fèi)材料，就需要思考需要在多少余量的加工表面進(jìn)行檢驗(yàn)。通常情況下選擇半精加工的單邊留下厚度為0.5mm 的余量，這樣厚度的余量相對比較合適，即使焊層存在一定的缺陷，也能夠很容易地被檢查出來，并且出現(xiàn)大面積缺陷時還可以在后續(xù)的精加工工作開始之前就完成補(bǔ)焊，不會對最后的精度造成影響。這樣精加工之后，就極大地提升了硫酸銅合格概率，就算存在缺陷也不會影響精度，且補(bǔ)焊也相對比較方便。在給水泵筒體的吐出接口的內(nèi)孔壁流道中也有堆焊層，因?yàn)樵撐恢貌皇桥浜现箍?，所以沒有較高的尺寸精度要求，最后精加工之后只需要對其硫酸銅以及著色進(jìn)行檢驗(yàn)即可。

2.3 安排水壓試驗(yàn)的工序

在超超臨界鍋爐中，泵筒體部件以及吐出側(cè)的泵蓋、吸入側(cè)的本該承受的壓力都是不一致的，因此在加工工作完成之后必須對此三個部件進(jìn)行水壓試驗(yàn)。為了讓試驗(yàn)更加方便，且能夠降低試壓工裝設(shè)計(jì)的難度，一般會合裝這三個部件一起進(jìn)行試壓工序，合裝泵筒體部件和吸入側(cè)泵蓋開展5MPa 的低壓試驗(yàn)，并于吐出側(cè)的泵蓋合裝進(jìn)行高壓試驗(yàn)，高壓具體數(shù)值一般為48MPa。安排試壓的工序一般包括精加工、半精加工和粗加工試壓。鑄件一般需要經(jīng)過兩次試壓，其中包括粗加工試壓和精加工試壓，而鍛件就只需要進(jìn)行一次精加工試壓。盡管泵筒體部件、吐出側(cè)泵蓋以及吸入側(cè)泵蓋都屬于鍛件，但是還是需要以筒體實(shí)際的承壓狀態(tài)和結(jié)構(gòu)為依據(jù)，安排更具針對性和科學(xué)性的工藝。在進(jìn)行水壓試驗(yàn)之前，需要對泵筒體擁有深入的了解，一般情況下泵筒體的內(nèi)孔中高壓和低壓的交界處，存在一邊承受高壓，另一邊承受低壓的情況，但是由于受到結(jié)構(gòu)的限制，外圓已經(jīng)從較大的一端過渡到了較小的一端，由φ1430mm 變?yōu)棣?240mm，這樣在進(jìn)行試壓時會承受過高的壓力，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的變形情況比高壓外側(cè)端面止口的變形大，因此需要在該交界處的止口以及端面處留下適量的加工余量。當(dāng)水壓試驗(yàn)完成且合格之后才能進(jìn)行精加工。當(dāng)其他兩側(cè)端面的止口尺寸都符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和壓力結(jié)構(gòu)范圍，并沒有發(fā)生較為明顯的變形情況，進(jìn)行精加工之后直接開展試壓工序即可，這樣在一定程度上避免對鍛件進(jìn)行兩次試壓工作，且能讓具有特殊要求的部件的加工精度得到有效保障。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代社會的發(fā)展還在不斷加快，人們對超超臨界鍋爐的使用要求也越來越高，所以相關(guān)的工作人員必須跟上時代發(fā)展的步伐，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新超超臨界鍋爐給水泵筒體部件的加工工藝和加工方案，有效將關(guān)鍵加工步驟前后的順序解決好，合理安排好余量，并根據(jù)這樣的步驟開展相應(yīng)的生產(chǎn)加工工作，使生產(chǎn)的產(chǎn)品部件的精度和質(zhì)量要求達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，讓超超臨界鍋爐的性能更加可靠，為相關(guān)企業(yè)提供設(shè)備支撐，進(jìn)一步提高企業(yè)在市場中的競爭力。