巧用便攜設(shè)備實現(xiàn)汽缸補充加工

趙瑜

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

0 引 言

在國家節(jié)能減排政策的指導下，煤電升級改造的步伐在快速推進，其中汽輪機改造是提升機組運行效率、降低煤耗的最有效措施之一。為了達到節(jié)能減排指標，汽輪機現(xiàn)場改造工作量一般較大，而且經(jīng)常會面臨各種補充加工，比如汽缸增加抽汽孔、冷卻蒸汽孔、測點孔及法蘭安裝面、安裝螺孔等，有時因裝配需要，會有比較嚴格的配合要求。按照傳統(tǒng)加工方式，不得不將汽缸返回制造廠，通過數(shù)控龍門銑等大型設(shè)備完成加工，依靠設(shè)備自身精度來保證加工后的配合要求。由于汽缸需要從基礎(chǔ)上拆下，并經(jīng)過長途運輸，往返制造廠與電廠之間，導致現(xiàn)場施工工作不能有效銜接，對工期影響較大，于是在線加工的理念在大型設(shè)備檢修及改造領(lǐng)域中有著很廣闊的應(yīng)用市場，通過便攜式設(shè)備，在汽缸不返廠的情況下，實現(xiàn)現(xiàn)場補充加工，是工程上最完美的處理方法。

本文將就某一工程案例展開探討。

1 工程問題描述

圖1 補充加工及裝配示意圖

以某三缸350 MW 機組為例，中壓缸運行過程中上下缸溫差較大，為了解決這一問題，需要從缸外引入一股冷卻蒸汽，即在中壓外缸及中壓內(nèi)缸上進行補充開孔，裝入冷卻蒸汽插管，將外部冷卻蒸汽通過插管引入缸內(nèi)。由于插管需要穿過中壓外缸及中壓內(nèi)缸等2 層缸體，對于開孔精度有著很高的要求，必須同心，否則插管將無法安裝，如圖1 所示。

2 難點分析及處理過程

2.1 難點分析

以上工程問題最大的技術(shù)難點是保證內(nèi)缸與外缸進汽口的同心度及內(nèi)缸進汽口的位置度：一方面是裝配的需要，不同心將導致插管無法安裝；另一方面是結(jié)構(gòu)所限，內(nèi)缸開孔稍有偏差，將導致與孔相鄰的進汽腔室及汽封圈槽壁厚超差。故原本計劃將中壓外缸及內(nèi)缸返廠處理，通過數(shù)控龍門銑實現(xiàn)精準定位，分別精確加工中壓外缸及內(nèi)缸進汽孔，但由于現(xiàn)場工期緊張，且汽缸返出后，現(xiàn)場測量通流工作只能等待汽缸返回后實施，影響較大，最終選擇采用便攜設(shè)備在現(xiàn)場進行開孔加工，當然最大的難點仍是如何想辦法保證開孔的位置度。

2.2 處理過程

整個現(xiàn)場施工均在汽輪機平臺上進行，由于主要為開孔作業(yè)，故選擇便攜式鏜孔機完成此項工作。該設(shè)備鏜桿直徑為φ50 mm，同時還具備鉆孔及端面鏜削功能，最大鉆孔直徑達到φ100 mm，液壓驅(qū)動，具有大直徑孔加工能力，設(shè)備為模塊化設(shè)計，現(xiàn)場進行組裝，無需吊車配合安裝，操作人員根據(jù)加工位置臨時組裝即可，極大地方便了現(xiàn)場施工。但同時也存在一定局限性，例如設(shè)備無定位系統(tǒng)，只能在已知工件上待加工孔中心點位的情況下進行孔加工，對于位置度要求較高的情況則無法實現(xiàn)。以下為該工程問題的處理過程：

1）將中壓外缸上半及內(nèi)缸上半從機組上拆下，吊出放置在汽輪機平臺上，中壓外缸上半中分面向下放置，大致調(diào)水平，內(nèi)缸側(cè)放，端面向下放置，大致調(diào)水平。

2）為了確保中壓內(nèi)、外缸分別開孔后能夠保證裝配精度，必須選擇統(tǒng)一的定位基準，故根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)，軸向以開檔定位面為基準，徑向以機組中心線為基準。

3）如圖2 所示，在中壓外缸頂部劃線，由于軸向定位基準面在汽缸內(nèi)部，無法直接從此加工面位置以A 尺寸劃線，故將基準轉(zhuǎn)移至背部內(nèi)缸定位銷孔中心線，為了確保定位準確，劃線人員需進入汽缸內(nèi)部，以軸向定位面為基準，反復檢查定位面到銷孔中心線的尺寸B，確保與圖樣一致，方可以此銷孔為基準劃出待加工孔中心線的軸向位置線，再與汽缸頂部原有徑向中心線相交，作為開孔中心線，打樣沖，定位。

4）如圖3 所示，在中壓內(nèi)缸右側(cè)端面上劃線，劃出機組中心線，并根據(jù)端面到開檔定位面的實測尺寸M，計算出待加工孔中心距離端面尺寸M、L，以端面中心線位置向下延伸至軸向所需定位尺寸M、L，劃出待加工孔中心線，打樣沖。

5）確認完中壓內(nèi)、外缸各自的孔中心點位后，最關(guān)鍵的便是設(shè)計工藝過程。由于現(xiàn)場條件下劃線精度有限，即使在制造廠內(nèi)也無法做到準確定位，更何況是在大部件毛坯表面上劃線。為了確保中壓外缸開孔與內(nèi)缸開孔同心，可以考慮在內(nèi)外缸裝配狀態(tài)下，從外缸往內(nèi)缸同鉆孔，但由于外缸開孔位置定位本身存在偏差，再加上鏜桿自身沒有找正基準，冒然從外缸向內(nèi)缸打孔，尤其是伸出較深距離以后，偏差會被放大很多，導致內(nèi)缸開孔中心不可控，極易導致內(nèi)缸進汽腔室或者汽封圈槽壁厚超差，從而產(chǎn)生更嚴重的新問題。同時在臺位上加工，還涉及到鐵屑清理及冷卻液收集等比較棘手的異物管理問題，故此方法不適用。綜合考慮各方面因素，最終選擇從內(nèi)向外打孔，優(yōu)先保證內(nèi)缸開孔的位置控制要求，同時采用內(nèi)外缸先預鉆孔再裝配糾偏的方案來保證同心度要求。

6）在中壓外缸頂部安裝便攜式鏜孔機，以樣沖點定位，放置鏜桿，擺放好鏜孔機固定支架及軸承，調(diào)整好支架位置，將支架與汽缸焊接固定，在鏜桿端面放置水平儀，調(diào)整鏜桿與汽缸中分面垂直，由于汽缸中分面向下放置，故選擇進汽管口平面為水平基準，調(diào)整水平儀讀數(shù)與管口位置水平讀數(shù)一致，固定好支架上的軸承定位螺釘，鎖定鏜桿位置，再次復查水平數(shù)據(jù)無誤，開始加工。預鉆孔至φ60 mm，留有糾正偏孔余量，同時允許內(nèi)外缸鉆孔偏差在5 mm 以內(nèi)，以保證下序內(nèi)外缸預加工狀態(tài)裝配定心時有較大的安裝允差。鉆孔后拆掉支架。

圖2 中壓外缸加工基準示意圖

圖3 中壓內(nèi)缸加工基準示意圖

7）在中壓內(nèi)缸內(nèi)部安裝便攜式鏜孔機，以樣沖定位，放置鏜桿，擺好鏜孔機支架及軸承，焊接固定支架，在內(nèi)缸端面放置平尺，在靠近水平中分面位置測量鏜桿到平尺距離，與孔中心點到端面距離調(diào)整為一致，同時測量鏜桿到汽缸左右兩側(cè)加工面距離相等，保證鏜桿居中放置，調(diào)整好鏜桿后，固定好支架上的軸承定位螺釘，鎖定鏜桿位置，再次確認待加工孔位置與上部汽封圈槽及下部進汽腔室的相對距離，應(yīng)在中間位置，無誤后從內(nèi)向外鉆孔到φ51 mm，確保鏜桿剛好可以穿過，此時鏜桿支架不要拆，以確保內(nèi)缸孔中心位置得到保留。

8）將帶有鏜桿及固定支架的內(nèi)缸上半裝配到內(nèi)缸下半上，擰緊內(nèi)缸中分面螺釘，將中壓外缸上半在其下半上就位，擰緊外缸中分面螺釘，操作人員進入內(nèi)缸，將內(nèi)缸上未取下的鏜桿從內(nèi)缸中穿出，穿過外缸預鉆孔，此時鏜桿中心與外缸預鉆孔中心的偏差即為單獨開孔所產(chǎn)生的偏心值，目測為3 mm 左右，小于預留的5 mm 允差余量。再次在外缸外部焊接好鏜桿固定支架，固定好支架上的軸承定位螺釘，鎖定鏜桿位置，從而將內(nèi)缸中心轉(zhuǎn)移到外缸上，保證兩孔同心，如圖4 所示。

圖4 中壓內(nèi)、外缸裝配定中心

9）拆掉中壓外缸及中壓內(nèi)缸，再次將中壓內(nèi)、外缸放回原平臺位置。

10）由于鏜桿定位支架已經(jīng)在內(nèi)外缸上固定好，保證中心始終不變，故按照實配好的中心位置進行后續(xù)的精加工即可完成最終加工。

3 結(jié) 語

在沒有大型設(shè)備保證精度的條件下，通過采用便攜式鏜孔機，巧妙設(shè)計工藝方法，合理安排工序，很好地解決了現(xiàn)場加工問題，主要經(jīng)驗總結(jié)如下：1）抓住主要矛盾。此次工程問題的核心是避免內(nèi)缸開孔出現(xiàn)軸向偏差，故選擇了從內(nèi)向外的加工工藝，優(yōu)先保證內(nèi)側(cè)的定位精度，確保不產(chǎn)生壁厚超差問題，規(guī)避報廢風險。2）通過留量加工、裝配定位、糾偏加工的“三步走”工藝，利用產(chǎn)品裝配關(guān)系及設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)特點及原理，巧妙解決了便攜式設(shè)備在現(xiàn)場條件下不能精準定位的問題，最終以小搏大，實現(xiàn)了小設(shè)備加工大工件的工程應(yīng)用。3）由于現(xiàn)場定位只能采用劃線方式進行，在沒有劃線臺等設(shè)施的情況下，劃線的準確程度直接影響到最終裝配精度，故在劃線環(huán)節(jié)進行了反復確認，包括基準的轉(zhuǎn)化、不同方法的相互校驗等，最終裝配后，將內(nèi)外缸中心偏差控制在3 mm以內(nèi)，完全在可控范圍內(nèi)。4）現(xiàn)場施工工期緊張，通過便攜式設(shè)備應(yīng)用，靈活方便，且與電建施工穿插進行，最大限度地節(jié)約了時間，為工程的順利實施提供了保障。