大型滑座式搖臂鉆床的安裝及在核電汽輪機(jī)汽缸制造中的應(yīng)用

謝龍飛 劉 祥

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川618000)

CAP1400核電汽輪機(jī)低壓內(nèi)缸、低壓導(dǎo)流環(huán)、低壓外缸、高中壓缸、中壓排汽缸等零部件尺寸大、重量大、剛性差。這些工件在生產(chǎn)過程中，中分面和垂直接配面螺栓孔多以大型數(shù)控龍門銑、數(shù)控鏜床加工為主。這類機(jī)床的設(shè)備投資和加工費(fèi)用約為滑座式搖臂鉆床的5～10倍或更多一些。受工件裝夾方式的制約和工件剛性、變形因素的影響，螺栓孔的位置精度常超差，嚴(yán)重時(shí)需擴(kuò)偏孔或照配緊固件，提高了制造成本，拖延了生產(chǎn)周期。用大型滑座式搖臂鉆床加工核電汽輪機(jī)汽缸螺栓孔，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。為此，擬定了選用Z30100×65搖臂鉆床替代現(xiàn)有地坑鉆床的技術(shù)方案，很好地滿足了汽缸的制造要求，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本低、螺栓孔位置精度高的預(yù)定目標(biāo)。

1 汽缸簡介

低壓內(nèi)缸外形尺寸(長×寬×高)為4.44 m×8.96 m(含支撐裝置寬為13.22 m)×10.226 m，總重190 t(含支撐裝置總重為245 t)，上下半結(jié)構(gòu)。低壓導(dǎo)流環(huán)外形尺寸(直徑×高)為?9.3 m×1.712 m，總重16.6 t，上下半結(jié)構(gòu)。低壓外缸外形尺寸(長×寬×高)為10.96 m×14.5 m×10.725 m，總重243.7 t，上下半六缸結(jié)構(gòu)。上半前后部對稱，單半外形尺寸(長×寬×高)為5.48 m×14.5 m×5.725 m，重61.7 t。下半由前部、兩中部(左、右)、后部四缸圍合而成，下半前后部對稱，單半外形尺寸(長×寬×高)為3.29 m×14.5 m×5 m，重46.3 t；兩中部(左、右)對稱，單半外形尺寸(長×寬×高)為4.38 m×3.34 m×5 m，重13.9 t。低壓內(nèi)缸和導(dǎo)流環(huán)材料為Q345B、低壓外缸材料為Q235C，焊接毛坯。裝配時(shí)，各缸中分面、垂直接配面通過銷定位，螺栓把合，見圖1。

圖1 低壓汽缸裝配圖Figure 1 Assembly of low pressure cylinder

高中壓汽缸為合體單層缸，前后部、上下半四缸結(jié)構(gòu)，前部是高中壓缸，后部是中壓排汽缸，外形尺寸(長×寬×高)為11.649 m×7.52 m×7.458 m，總重291.47 t。前部上半外形尺寸(長×寬×高)為8.441 m×5.4 m×2.834 m，重83.95 t；下半外形尺寸(長×寬×高)為7.935 m×5.4 m×2.97 m，重92.66 t。后部上半外形尺寸(長×寬×高)為3.208 m×6.684 m×3.650 m，重54.93 t；下半外形尺寸(長×寬×高)為2.758 m×7.52 m×3.808 m，重59.93 t。前部材料ZG1Cr13、后部ZG450，鑄鋼毛坯。由于毛坯普遍偏重，精加工后全缸實(shí)重310～325 t。見圖2。

圖2 高中壓汽缸圖Figure 2 High and medium pressure cylinder

2 加工方式存在的主要問題

現(xiàn)有地坑鉆床是根據(jù)當(dāng)時(shí)引進(jìn)型核電汽輪機(jī)汽缸螺栓孔的加工安裝的，用于現(xiàn)有CAP1400核電汽輪機(jī)汽缸加工主要問題是：(1)鉆床規(guī)格、工作場地偏小，合缸狀態(tài)的汽缸不能正常在機(jī)床上加工；(2)加工和裝卡方式受限，易引起汽缸變形，影響螺栓孔加工后位置精度。這兩個(gè)問題嚴(yán)重影響生產(chǎn)成本和汽缸的制造質(zhì)量。

2.1 現(xiàn)有地坑鉆床的缺點(diǎn)

現(xiàn)有地坑鉆床如圖3所示，地坑尺寸(長×寬×深)為15.88 m×(6.7～7.55) m×2.7 m。存在的主要問題：(1)兩臺(tái)Z30125滑座式搖臂鉆床橫臂過短，立柱行程過小，加工高度也偏小，不能滿足工件加工要求；(2)地坑、地面工作臺(tái)偏小，又是直壁地坑，造成合缸狀態(tài)的汽缸不能整體下坑加工或氣缸落入地坑后操作空間過小，裝夾困難。

圖3 現(xiàn)有地坑鉆床Figure 3 Present pit drilling machine

2.2 低壓缸螺栓孔目前加工方式

低壓內(nèi)缸、低壓導(dǎo)流環(huán)垂直接配面螺栓孔目前有兩種加工方式：(1)立車工序后，整體上龍門銑加工螺栓孔，見圖4；(2)立車工序后上下半分別上鏜床加工螺栓孔，見圖5。龍門銑加工的主要問題是加工成本過高。鏜床加工輔助時(shí)間長，操作安全性差，因汽缸自重和裝卡變形導(dǎo)致螺栓孔的位置精度超差，加工成本總體與龍門銑相當(dāng)。由于現(xiàn)有地坑鉆床地坑偏小，低壓外六缸需在槽鐵地搭腳手架進(jìn)行接配，當(dāng)用上半號劃完下半中分面螺栓孔后，需用墊箱、萬向鉆高位加工螺栓孔。加工、裝配效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)大，見圖6。

圖4 龍門銑加工螺栓孔Figure 4 Bolt hole machined by gantry milling machine

圖5 鏜床加工螺栓孔Figure 5 Bolt hole machined by boring machine

圖6 外缸接配及螺栓孔加工Figure 6 Outer cylinder matching and bolt hole machining

2.3 高中壓汽缸中分面錐銷孔目前加工方式

高中壓汽缸尺寸大，重量重，需用地坑鉆床合鉸中分面錐銷孔?，F(xiàn)有地坑鉆床勉強(qiáng)可將上下半整缸落入地坑，但由于鉆床加工高度和橫臂長度不夠，致缸的大端中分面錐銷孔無法加工。目前的加工方式為前部高中壓缸、后部中壓排汽缸分別在地坑鉆床合鉸中分面錐銷孔，見圖7。

圖7 高中壓缸中分面錐銷孔加工Figure 7 Machining of taper pin holes on the middle face of high and medium pressure cylinder

3 搖臂鉆床的選型及安裝

搖臂鉆床的選型及安裝方式按現(xiàn)有和后繼汽缸的加工要求確定。

3.1 大型滑座式搖臂鉆床的選型

根據(jù)缸的大小，針對目前各缸中分面和垂直接配面螺栓孔加工存在的問題，新地坑鉆床技術(shù)方案首選Z30100×65搖臂鉆床。該機(jī)床橫臂長，主軸至立柱母線最大距離達(dá)6.56 mm；選Z30125滑座式搖臂鉆床床身、滑座，立柱行程16 m。鉆床總體結(jié)構(gòu)安裝見圖8。如地坑寬度尺寸不變或略縮寬度，選橫臂略短的鉆床，如用現(xiàn)有Z30125滑座式搖臂鉆床，地坑中心部位的汽缸螺栓孔無法正常加工，此時(shí)可按圖6用萬向鉆支墊箱加工汽缸螺栓孔。此方案主要缺點(diǎn)是增加了鉆孔輔助時(shí)間，加工效率相對較差，優(yōu)點(diǎn)是可改制用現(xiàn)有鉆床，用作備選方案。

3.2 滑座式搖臂鉆床的安裝

圖8是Z30100×65滑座式搖臂鉆床安裝圖，地坑尺寸(長×寬×深)為18.2 m×12.1 m×3 m。兩地面工作臺(tái)、兩鉆床和地坑五個(gè)基礎(chǔ)整體澆筑，基礎(chǔ)四周有50 mm厚的隔振層。地基承載力特征值fak≥200 kPa，基礎(chǔ)墊層用C15混凝土，基礎(chǔ)用C30鋼筋混凝土，基礎(chǔ)厚度1700 mm。地面工作臺(tái)和地坑鋪裝槽鐵、鋼板，各排槽鐵中心距500 mm、鋼板間距200 mm。槽鐵、鋼板水平精度0.05 mm/1000 mm，0.12 mm/單塊槽鐵或鋼板，地面20 m×13 m、20 m×6.5 m，地坑18 m×12 m、坑邊鋼板12.1 m×1.2 m。每塊槽鐵周邊布置寬250 mm、深250～400 mm排水溝，每排槽鐵端頭埋有排水管與排水溝相通。地面工作臺(tái)和地坑除可用作汽缸加工和裝配外，還可用作汽缸水壓試驗(yàn)場地。鉆床安裝位置靠近廠房一側(cè)，廠房寬度36 m。為有效利用廠房邊沿場地，在廠房兩立柱之間設(shè)置有下坑梯。兩鉆床中心距14.3 m，坑內(nèi)工件幾乎均可正常加工。對于坑內(nèi)個(gè)別異形工件死角位置上的螺栓孔，加工時(shí)可調(diào)整鉆床主軸箱限位完成加工。為保證加工高度，鉆床基礎(chǔ)按加高500 mm設(shè)計(jì)，同時(shí)在鉆床立柱與滑座間加裝800～1200 mm加高座。地坑形狀按上小下大設(shè)計(jì)，坑口18.2 m×12.1 m、坑底18.8 m×13.3 m，方便操作人員在地坑內(nèi)完成大尺寸工件裝卡。地坑坑口兩端鋪裝寬度1200 mm鋼板，并鉆M36壓緊螺孔，可供大尺寸工件支撐、裝卡用。地面工作臺(tái)按一大一小設(shè)計(jì)，可滿足不同尺寸工件的正常加工和裝配。

圖8 Z30100×65滑座式搖臂鉆床安裝圖Figure 8 Installation of Z30100×65 slide block radial drilling machine

4 滑座式搖臂鉆床的使用

低壓導(dǎo)流環(huán)立車工序后可整體吊放在地坑或地面工作臺(tái)，采用劃線方式加工垂直接配面螺栓孔，然后將其用于低壓內(nèi)缸垂直接配面螺栓孔的號孔。低壓內(nèi)缸立車工序后可直接吊放在地坑，然后用低壓導(dǎo)流環(huán)號孔加工垂直接配面螺栓孔。低壓外缸下半四缸可直接吊放于地坑接配，接配后扣合兩上半、號劃中分面螺栓孔，吊開上半加工中分面螺栓孔，再扣合上半合鉸中分面錐銷孔，最后整缸吊入鏜床合鏜汽封檔。高中壓汽缸上下半四缸接配，空缸合鉸中分面銷孔；裝上隔板、汽封體，實(shí)缸合鉸中分面銷孔等工序均可在地坑內(nèi)完成，輔助工序少，操作方便、安全。

5 結(jié)論

對于核電汽輪機(jī)汽缸螺栓孔、錐銷孔的加工，Z30100×65滑座式搖臂鉆床的地坑鉆床建造方案很好地取代了現(xiàn)有加工方式和現(xiàn)有地坑鉆床，加工效率高、成本低，而且有效保證了螺栓孔的位置精度。此外，由于各塊槽鐵場地、鋼板場地水平精度高、尺寸合理，還可將其用作汽缸的劃線、精度檢驗(yàn)和裝配平臺(tái)。新建地坑鉆床總投資費(fèi)用只有約800萬元，如將其用于代替現(xiàn)有汽缸螺栓孔的加工，新增的經(jīng)濟(jì)效益只需加工五臺(tái)CAP1400核電汽輪機(jī)汽缸便可收回投資成本，故值得采用。