核電汽輪機(jī)中低壓軸承箱加工工藝改進(jìn)

謝龍飛

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

某國(guó)核示范項(xiàng)目核電汽輪機(jī)是自主研發(fā)的三代機(jī)型，機(jī)組由一個(gè)高中壓模塊和三個(gè)低壓模塊組成。中低壓軸承箱是機(jī)組的核心支撐部件，它的制造質(zhì)量直接影響機(jī)組的安裝和運(yùn)行。該中低壓軸承箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，承載負(fù)荷大。為此，在各同類軸承箱制造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了先進(jìn)、適用、低成本的制造工藝方案研究。

1 中低壓軸承箱總體介紹

中低壓軸承箱剛性差、變形大，在機(jī)組五個(gè)軸承箱中制造要求最高、制造難度最大。

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)

如圖1所示，中低壓軸承箱由上半推力軸承蓋、前箱蓋、后箱蓋和下半箱體四大部件組成。各部件材料Q345-B，推力軸承蓋鑄鋼毛坯，另外三部件為焊接結(jié)構(gòu)件，焊前零件軸承座為鑄鋼毛坯，其它零件為板料。中低壓軸承箱有五檔內(nèi)孔，兩端是油封檔，中間是軸承檔。中壓、低壓軸承檔為半圓結(jié)構(gòu)，另三檔為整圓。中壓軸承檔、推力軸承檔支撐高中壓軸承和高中壓轉(zhuǎn)子，低壓軸承檔支撐低壓軸承和低壓轉(zhuǎn)子，高中壓汽缸的中壓排汽端貓爪搭壓于箱體支撐面上，見(jiàn)圖2。中低壓軸承箱承受轉(zhuǎn)子的垂直和軸向載荷分別約220 t和2 t，承受自重和來(lái)自于高中壓靜子模塊包括管道、保溫層等零部件垂直載荷約600 t。根據(jù)受力要求，箱體底面布置有44套球面斜墊鐵，其中10套是含有M90×6地腳螺栓壓緊箱體，箱體是軸系和高中壓模塊的死點(diǎn)，自身通過(guò)基礎(chǔ)預(yù)埋件上的縱、橫向定位鍵定位，是機(jī)組的最大承力部件之一，見(jiàn)圖3。比較組成中低壓軸承箱的四大部件，箱體處于核心地位，是制造的關(guān)鍵，作為重點(diǎn)討論。

圖2 中低壓軸承箱承壓圖

圖3 中低壓軸承箱支撐壓緊圖

1.2 尺寸及重量

中低壓軸承箱外形尺寸長(zhǎng)×寬×高為4120 mm×6740 mm×2640 mm，總重約59 t；箱體4120 mm×6740 mm×1435 mm，重53.75 t；前箱蓋為2685 mm×2400 mm×1205 mm，重1.465 t；后箱蓋為1435 mm×2400 mm×1205 mm，重0.91 t；推力軸承蓋為620 mm×1950 mm×845 mm，重1.785 t。其它小件重1.08 t。

1.3 主要技術(shù)要求

(1)中分面平面度0.05 mm/1000 mm，把1/3螺栓，間隙<0.05 mm，箱體底面平面度1 mm/1000 mm。

(2)軸承檔兩端面平行度和對(duì)中分面的垂直度為0.03 mm，中低壓軸承檔內(nèi)孔圓柱度0.05 mm，中低壓軸承檔內(nèi)孔對(duì)兩端油封檔位置度?0.1 mm，電機(jī)側(cè)油封檔對(duì)汽機(jī)側(cè)油封檔同軸度?0.1 mm，汽機(jī)側(cè)油封檔對(duì)中分面垂直度0.1 mm，各內(nèi)孔對(duì)中分面位置度?0.1 mm。

(3)貓爪支撐面、各定位鍵槽對(duì)基準(zhǔn)的垂直度和平行度為0.03～0.05 mm。

(4)中分面粗糙度Ra1.6 μm，內(nèi)孔、各定位鍵槽、貓爪支撐面Ra3.2 μm，底面Ra6.3 μm。

(5)主要尺寸公差等級(jí)IT4～I(xiàn)T9。

(6)箱體底面與球面斜墊鐵接觸面積≥75%。

箱體的部分尺寸和精度見(jiàn)圖4。

2 中低壓軸承箱加工難點(diǎn)

(1)剛性差，變形大，不同部位的剛性差異大。

(2)精度高，特別是各內(nèi)孔的形位公差要求。

(3)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)際精度有限。

(4)工件裝卡方式受限，裝卡精度難保證。

(5)箱體底面與球面斜墊鐵的接觸要求高，須提高底面的平面精度。

(6)中低壓軸承檔為半圓結(jié)構(gòu)，尺寸精度達(dá)IT4～I(xiàn)T5，又是斷續(xù)切削，保證加工精度困難，見(jiàn)圖4。

圖4 中低壓軸承箱內(nèi)孔加工圖

3 工藝方案

針對(duì)中低壓軸承箱工藝特性和加工難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備條件，為保證設(shè)計(jì)、裝配和使用要求，在進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)做了如下考慮。

3.1 粗精加工分開(kāi)

中低壓軸承箱單面加工余量10～20 mm，由于毛坯誤差，最大加工余量約25 mm，為減小加工應(yīng)力帶來(lái)的加工誤差，粗加工后進(jìn)行去應(yīng)力熱處理工序，然后再精加工。粗加工時(shí)，中低壓軸承檔的兩端面留30 mm加工余量用于精鏜內(nèi)孔時(shí)對(duì)刀和測(cè)孔徑，其它部位單面留4 mm加工余量，然后再精加工。

3.2 裝卡方式的選擇

加工中，盡量將工件的裝卡、支承方式與總裝和電廠安裝方式一致或接近，加工中分面、底面增做負(fù)荷分配，以減小工件的撓度變形、扭曲變形、重力變形等因素對(duì)加工精度的影響。

3.3 基準(zhǔn)統(tǒng)一

加工中，盡量將設(shè)計(jì)、加工、總裝、電廠安裝基準(zhǔn)統(tǒng)一，以減小基準(zhǔn)不重合誤差。機(jī)組中心線、中分面是重要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，將其選定為工藝基準(zhǔn)。為方便加工、總裝和電廠安裝，工藝方案提高了底面的加工精度，將其作為工藝基準(zhǔn)。

4 工藝流程

制定中低壓軸承箱加工工藝流程需將總裝和電廠安裝要求一并考慮。

4.1 前后箱蓋工藝流程

來(lái)料→負(fù)荷分配，劃線→中分面向下，負(fù)荷分配，龍門(mén)銑或鏜床在中分面、接配面加工工藝基準(zhǔn)→按工藝基準(zhǔn)找正裝卡，精銑中分面、接配面，點(diǎn)鉆面上的螺栓孔→在鉆床鉆中分面、接配面螺栓孔→與箱體合并，鉆鉸中分面上錐銷(xiāo)孔，鏜孔。

4.2 推力軸承蓋工藝流程

來(lái)料→劃線→鏜床加工中分面及面上的螺栓孔→與箱體合并，鉆鉸中分面上錐銷(xiāo)孔，鏜孔。

4.3 箱體工藝流程

來(lái)料→中分面向上，負(fù)荷分配，劃線→粗加工→去應(yīng)力熱處理→中分面向上，負(fù)荷分配，劃線→按劃線方式在龍門(mén)就位，銑立放工藝基準(zhǔn)→立放，鏜床半精銑底面，在中分面、貓爪支撐面等部位銑支撐基準(zhǔn)面→中分面向下，龍門(mén)銑精銑底面→鉗工臨床修刮底面→中分面向上，龍門(mén)銑精銑中分面，鉆銑螺孔，銑工藝基準(zhǔn)→用前后箱蓋號(hào)鉆中分面螺孔→臨床把合上半→鉆鉸中分面上錐銷(xiāo)孔→鏜床合鏜各內(nèi)孔→拆開(kāi)上下半→精銑貓爪支撐面、鍵槽、鉆銑螺孔→鉗工收尾。

與箱體加工比較，前后箱蓋和推力軸承蓋相對(duì)簡(jiǎn)單。

5 加工方法及工藝措施

分析箱體結(jié)構(gòu)、作用、工作方式和主要技術(shù)要求，可以看出，箱體的主要加工部位是底面、中分面、內(nèi)孔和縱橫向鍵槽等部位，下面討論這些部位的精加工。

5.1 底面

要求底面與球面墊鐵接觸，加工中需將底面作為其它加工部位的工藝基準(zhǔn)，故首先精加工。底面加工傳統(tǒng)的做法是：底面向上，直接在龍門(mén)銑加工。此方法最大的問(wèn)題是支點(diǎn)的位置不便選擇，各支點(diǎn)支撐力的大小不便確定，重力產(chǎn)生的撓度變形不便消除。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工件可通過(guò)理論計(jì)算得到撓度來(lái)確定上頂量和選擇支點(diǎn)，該箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，理論計(jì)算困難、誤差大、人力投入成本過(guò)高。底面立放，先用鏜床加工龍門(mén)銑平放工位的找平基準(zhǔn)和支撐基準(zhǔn)，龍門(mén)銑再按這些基準(zhǔn)支撐、找平加工底面，這樣可很好地保證底面的加工精度，徹底解決支點(diǎn)難選擇和撓度變形不便消除等問(wèn)題，具體過(guò)程如下：

(1)底面向下就位于龍門(mén)銑，按劃線方式，測(cè)力計(jì)支底面四角做負(fù)荷分配，在汽機(jī)側(cè)內(nèi)孔兩側(cè)和貓爪支撐面軸向中心線底板處銑立放支撐基準(zhǔn)。

(2)底面立放于鏜床，按支撐基準(zhǔn)找平并支撐，同時(shí)用測(cè)力計(jì)復(fù)查支點(diǎn)負(fù)荷，當(dāng)支撐基準(zhǔn)的水平與負(fù)荷不一致并超差時(shí)，互借箱體的水平、垂直。

(3)半精銑底面留0.5～0.7 mm加工余量，要求平面度0.05 mm/1000 mm、整個(gè)底面≤0.25 mm，接刀≤0.02 mm，粗糙度Ra6.3 μm。按圖3在與底面支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的中分面、貓爪支承面等部位加工支撐基準(zhǔn)，主支點(diǎn)與a1～a5對(duì)應(yīng)，輔助支點(diǎn)與b、c各自區(qū)域的合力點(diǎn)對(duì)應(yīng)，主輔支點(diǎn)共17處。

(4)底面向上位于龍門(mén)銑上，按底面找平后，先壓實(shí)主支點(diǎn)，再上扶輔助支點(diǎn)，要求底面與各支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)位置等高允差≤0.02 mm，然后精銑底面。

(5)鉗工按接觸要求將球面斜墊鐵與底面對(duì)刮。

5.2 中分面

中分面是設(shè)計(jì)、加工、總裝和電廠安裝的重要基準(zhǔn)，需完全按工作狀態(tài)加工。

(1)在龍門(mén)銑上底面向下，用球面斜墊鐵支撐底面。先安裝圖3中a1～a5的10個(gè)主支壓點(diǎn)，再安放其它各球面斜墊鐵就位，這些球面斜墊鐵的螺栓擰緊力矩與軸承箱安裝時(shí)一致，即125 N·m。

(2)精銑中分面，鉆銑推力軸承蓋把緊螺孔。

(3)銑鏜孔基準(zhǔn)，銑鏜孔和縱橫向鍵槽的加工找正基準(zhǔn)。

(4)臨床用前后箱蓋號(hào)劃中分面螺孔。

(5)鉆攻中分面螺孔。

(6)把合前后箱蓋、推力軸承壓蓋，檢查中分面間隙。

(7)用移動(dòng)萬(wàn)向鉆鉆鉸中分面上錐銷(xiāo)孔。

5.3 內(nèi)孔

在鏜床上加工內(nèi)孔，用?800 mm平旋盤(pán)鏜削。按工作狀態(tài)支撐底面，按中分面和工藝基準(zhǔn)找正。因軸向主基準(zhǔn)面是汽機(jī)側(cè)油封檔外端面，故先加工汽機(jī)側(cè)各內(nèi)孔，再調(diào)頭加工電機(jī)側(cè)。平旋盤(pán)裝于方滑枕后，如選擇方滑枕軸向走刀鏜孔，會(huì)因方滑枕懸伸量增大的搭頭致鏜孔軸線出現(xiàn)傾斜，故選擇回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸向走刀鏜削內(nèi)孔，這種走刀方式可很好地保證鏜孔軸線水平。

(1)汽機(jī)側(cè)面向鏜床平旋盤(pán)，先鏜削油封檔、中壓軸承檔、推力軸承檔的內(nèi)孔。

(2)根據(jù)加工難度，先推力軸承檔，再中壓軸承檔，最后油封檔的順序逐一鏜削各檔內(nèi)孔的兩端面。

(3)調(diào)頭，電機(jī)側(cè)面向鏜床平旋盤(pán)，按(1)、(2)方式精鏜電機(jī)側(cè)油封檔和低壓軸承檔。

(4)在中低壓軸承檔加工時(shí)，為方便內(nèi)徑千分尺準(zhǔn)確測(cè)量孔徑，在孔的一側(cè)中分面上，裝壓一件30 mm厚、與孔截面輪廓一致的工藝測(cè)量塊一起鏜削內(nèi)孔，這種大于半圓的內(nèi)孔，可很好地保證測(cè)量要求。測(cè)量點(diǎn)選擇孔的兩端和中點(diǎn)，三點(diǎn)尺寸的一致性按≤0.025 mm保證。精鏜刀選用菱形涂層刀片，切削參數(shù)：ap=0.08～0.12 mm，n=25～30 r/min，vf=0.08～0.12 mm/min。

(5)拆開(kāi)前后箱蓋和推力軸承壓蓋。

5.4 縱橫向鍵槽

箱體在龍門(mén)銑或鏜床就位，按已加工面和工藝基準(zhǔn)找正，精加工貓爪支撐面、定位鍵槽、壓板槽、中低壓軸承壓緊螺孔、窗口法蘭、其它螺孔等加工部位。

6 結(jié)論

改進(jìn)的加工方案技術(shù)先進(jìn)，箱體立放加工，消除了撓度變形對(duì)加工精度的影響；按工作狀態(tài)支撐加工中分面、貓爪支撐面、各內(nèi)孔等部位，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、加工、裝配基準(zhǔn)的統(tǒng)一，消除了基準(zhǔn)不重合誤差；在粗精加工之間增加去應(yīng)力工序，消除了加工應(yīng)力，保證了加工精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定。整個(gè)加工方案改變了以往核電汽輪機(jī)軸承箱的傳統(tǒng)加工方式，既有效地保證制造精度，又降低了生產(chǎn)成本，值得在汽輪機(jī)制造行業(yè)推廣。