汽輪機主汽門錨固板配鉆銷孔工藝分析

樊向松，鄭東宏，張守龍

(上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200233)

某核電廠常規(guī)島汽輪機主汽門(Main Steam Valve,MSV)為國外進口設(shè)計制造，采用高壓主汽聯(lián)合調(diào)節(jié)汽門，定位銷為圓柱形軸銷，總計68條，其中16條主汽門和支架定位銷在工廠內(nèi)已定位安裝好，其余與錨固板連接部分需在現(xiàn)場定位后配制，但其余銷孔廠家也提前完成配鉆、鉸孔[1]，同時所有定位銷也全部運輸?shù)浆F(xiàn)場。在現(xiàn)場配制大尺寸定位銷，要求不允許修改已加工好的銷孔，并且上下部分不出現(xiàn)錯口偏差，施工難度大，一旦發(fā)生問題，影響也大。此種工藝要求，國內(nèi)沒有先例，沒有經(jīng)驗借鑒。進口廠家反饋的工藝是制作定心套，采用人工配制，保證上下孔同心，并預(yù)留2 mm的余量，利用鉸刀鉸孔，以保證上下銷孔同心。制造廠施工條件好、環(huán)境好，而現(xiàn)場在汽缸、主汽門定位后，施工空間狹小，機械布置困難，如果采用人工操作，則在保證光潔度、圓柱度方面有困難，同時全部采用人工配制大量大尺寸定位銷，勞動強度大，施工時間長，效率低。若采用機械操作，則沒有成熟經(jīng)驗技術(shù)，一旦出現(xiàn)任何細(xì)微偏差，將造成設(shè)備損傷，出現(xiàn)更多問題。因此本文將探索一種新的機械鉆孔、鉸孔方法，既能提高效率、減少勞動強度，又能實現(xiàn)上下同心一致，不出現(xiàn)錯口，以填補此類領(lǐng)域?qū)嵺`的空白。

1 工藝難度分析

主汽門安裝的工藝要求定位銷只有在主汽門最終底板定位后才能進行安裝。在制造廠車間內(nèi)，其定位銷配鉆工藝如下：

1)使用磁座鉆在定心套中配鉆；

2)采用定心套夾具配鉆銷孔，預(yù)防加工時出現(xiàn)偏心；

3)直接將孔徑鉆鉸到65 mm較為困難，一般先將孔徑鉆到63 mm，然后再制作定心套[2]，如圖1所示，然后逐漸增大鉆頭的尺寸，將定位銷孔加工到設(shè)計尺寸。

圖1 定心套示意圖

在制造廠內(nèi)鉆孔時，由于環(huán)境、空間和工具等條件良好，易于進行加工、配制，能保證質(zhì)量，但在現(xiàn)場配鉆定位銷孔存在諸多不便，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)現(xiàn)場加工余量不足。常規(guī)情況下為保證配鉆質(zhì)量，銷孔上部應(yīng)預(yù)留2 mm的余量，現(xiàn)場先根據(jù)上部銷孔位置配鉆下部銷孔，孔徑達到63 mm后，再用鉸刀將孔徑加工到要求的尺寸。因上部銷孔孔徑已全部加工到65 mm，現(xiàn)場已沒有修刮余量,要求上部已定型的銷孔不能進行任何修改，每個定心套尺寸必須嚴(yán)格控制，并準(zhǔn)備足夠的備件，一旦發(fā)生磨損，將造成鉆孔偏心，因此每次鉸孔時不能損傷上部的銷孔壁面，工藝控制難度大，質(zhì)量難以保證。

2)現(xiàn)場施工環(huán)境、空間和工具不足。由于設(shè)備已定位在基礎(chǔ)上，空間狹小，且在汽缸加裝保溫層后進行大尺寸的定位銷孔施工，配制各種特制規(guī)格、型號的鉆頭、鉸刀難度很大。

3)配鉆數(shù)量多，現(xiàn)場人工勞動強度大。52個銷孔的孔徑已在制造廠內(nèi)加工到65 mm，其中16個65 mm×110 mm(孔徑×長度，下同)的銷孔在車間制造時已配鉆安裝好，現(xiàn)場需以65 mm的孔徑為基準(zhǔn)，配鉆20個65 mm×160 mm以及32個65 mm×200 mm的銷孔。

2 解決方案

進口機組廠家的設(shè)計方案在現(xiàn)場實施時存在的諸多困難，沒有成熟經(jīng)驗可借鑒。本文認(rèn)為采用機械操作更為適宜，一方面能提高效率，提高光潔度，另一方面能節(jié)省大量人力。如果能成功完成，將探索出一條工藝思路，為國內(nèi)同類情況提供支持。在具體操作時關(guān)鍵要解決兩個問題：(1)不損傷上部銷孔內(nèi)壁，保證上下兩部分同心；(2)控制轉(zhuǎn)動機械鉸孔時的速度，不能損壞鉸刀和銷孔內(nèi)壁。為解決上述兩個問題，我們采用以下方法。

2.1 工具配制

為保證完成主汽門定位銷現(xiàn)場鉆孔、鉸孔工作的順利實施，首先準(zhǔn)備了如下通用工具：內(nèi)徑千分尺，0～300 mm；外徑千分尺，50～75 mm；磁棒，直徑15 mm；力矩扳手，750～2 000 Nm；吸塵器；空壓機；調(diào)整螺栓，10 mm×150 mm(直徑×長度)。并準(zhǔn)備了如下消耗性材料：煤油、白布、棉紗、600號砂紙、潤滑脂、防咬劑、橡膠手套、紅丹粉、透平油等。與此同時咨詢、查閱了磁座鉆的功能、速度性能等信息，分析磁力鉆機械鉆孔、鉸孔是否會影響鉆孔光潔度，是否會損壞鉸刀。最終確定購置歐寶多功能磁座鉆MOD.OB-100，設(shè)備慢速檔為28 r/min和66 r/min，較低的速度既能保證光潔度，又不損傷鉸刀。

具體工具配制過程如下：

1)鉆孔專用工具的制作。測量地腳螺栓頂部到主汽門支座上表面的距離，確定磁座鉆的位置；用H型鋼支撐磁座鉆的底座，底座一側(cè)和汽門支座接觸，用汽門支座的螺栓固定，另一側(cè)作為磁座鉆的吸附面。底座四周用鐵板進行加固，底座的高度為測量的數(shù)據(jù)，底座的寬度為磁座鉆吸盤的寬度。

2)定心套的制作。測量主汽門支座上在制造廠內(nèi)已配鉆好的銷孔深度，確定定心套的高度。為防止鉆孔過程中定心套隨鉆頭轉(zhuǎn)動，定心套的外徑設(shè)定為64.98～65.00 mm，定心套開孔直徑根據(jù)鉆頭的規(guī)格進行加工。為確保鉆孔過程中中心位置不出現(xiàn)偏差，預(yù)先加工配制多個備件，鉆孔過程中及時取出碎屑。為防止取出定心套時損傷成品銷孔的受力面，在每個定心套頂面法蘭加工3個M8的頂絲螺紋孔，每個孔相隔120°。分別加工定心套各5套，尺寸如表1所示。鉆孔時依次更換鉆頭及配套的定心套。

表1 定心套尺寸(單位：mm)

3)鉆頭的配制。為確保鉆孔效果和連續(xù)施工，依次采用直徑為16 mm、30 mm、45 mm、55 mm、64.5 mm的鉆頭。由于磁座鉆的高度和需要配鉆的銷孔深度已超過標(biāo)準(zhǔn)鉆頭的長度，需要根據(jù)測量的具體尺寸定制特殊長度的鉆頭?，F(xiàn)場實際配鉆工藝如圖2所示。

2.2 銷孔配鉆工藝實施

現(xiàn)場進行銷孔配鉆的加工工藝流程如圖3所示。使用內(nèi)徑為16 mm的定心套和外徑16 mm的鉆頭配套鉆孔，在使用8號定心套后不需要其他定心套，直接用外徑64.5 mm的鉆頭鉆孔。

圖3 現(xiàn)場銷孔配鉆加工工藝流程圖

銷孔配鉆工藝過程如下：

1)銷孔清理。清理定位銷及汽門支座上廠家鉆配完成的銷孔，用煤油和棉紗清理直徑65 mm的定位銷，將清理好的定位銷放入專用的木箱中。用壓縮空氣對汽門支座上廠家鉆配好的銷孔進行吹掃，吹掃完成后用棉紗蘸煤油清理銷孔，再用圓銼刀去除銷孔上表面的毛刺，用600號砂紙打磨銷孔內(nèi)圓，防止定心套安裝時發(fā)生偏斜。用膠皮覆蓋完成清理的銷孔，防止異物掉入。

2)主汽門錨固板鉆配銷孔。將1號定心套放入汽門支座的銷孔內(nèi)，安裝磁座鉆底座，將磁座鉆吸附在底座上。操作磁座鉆緩慢鉆孔，鉆孔過程中密切觀察作業(yè)情況，當(dāng)鐵屑從定心套中出來時，更換2號短程定心套鉆孔，及時清理定心套底部和錨固板上鉆孔時累積的鐵屑[3]。清理干凈后用深度尺測量其深度，當(dāng)深度達到圖紙要求時，停止鉆孔作業(yè)。用直徑16 mm孔鉆完成作業(yè)后，用磁棒和壓縮空氣清理孔內(nèi)的鐵屑。鉆孔過程中，及時冷卻鉆頭，避免鉆頭過熱。

3)鉆孔。在鉆配好直徑16 mm銷孔的基礎(chǔ)上依次更換直徑30 mm、45 mm規(guī)格的鉆頭，在3～8號定心套導(dǎo)向下依次鉆孔。鉆孔過程中用深度尺測量鉆孔深度，并及時清理定心套底部和錨固板上鉆孔時累積的鐵屑。最后，去掉定心套，直接用直徑64.5 mm的鉆頭沿著直徑55 mm的孔中心鉆孔，控制鉆頭的進給力和速度，確保光潔度滿足要求。直徑64.5 mm銷孔鉆配結(jié)束后，徹底清理孔內(nèi)的鐵屑。

4)鉸孔。為避免鉸孔出現(xiàn)偏斜，鉸刀選用機用鉸刀，以提高加工精度。實施時依次用直徑64.6 mm、64.8 mm、65 mm鉸刀鉸孔，控制磁座鉆以最低速度28 r/min鉸孔，并用透平油冷卻鉸刀。鉸孔完畢后清理孔內(nèi)鐵屑。

5)安裝。在定位銷表面涂抹防咬劑，用銅棒將定位銷輕輕敲入銷孔內(nèi)。

6)其他情況。有4個定位銷位于主汽門汽端特殊位置，機械配鉆無法照常進行，需額外采取措施，割除預(yù)先安裝的小管道，讓出空間，然后根據(jù)實際情況，配制專用支墩以支撐磁力鉆，最后進行人工操作。

2.3 質(zhì)量控制措施

本文所述工藝過程質(zhì)量控制措施如下：

1)鉆孔前需要測量定心套的加工尺寸，將偏差控制在0.05 mm以內(nèi)，按需進行內(nèi)外倒角，避免卡澀；

2)定心套安裝前，必須對廠家在廠內(nèi)鉆配好的銷孔進行全面清理，保證干凈，無毛刺、雜物；

3)鉆孔過程中必須使用磁座鉆的最低轉(zhuǎn)速28 r/min，并控制好力矩，避免力矩過大，損壞鉆頭和鉸刀等設(shè)備；

4)必須按照銷孔直徑由小到大的順序依次鉆配，避免鉆頭和鉸刀因力矩過載而損壞；

5)定心套的更換必須用頂絲取出，不能強制用尖銳工具撬出，以防損傷定心套或成品銷孔的工作面。

3 結(jié) 論

本文針對核電機組尺寸大、數(shù)量多的主汽門和錨固板的圓柱型定位銷的現(xiàn)場配制過程進行了探索，在上部銷孔無加工余量、配鉆銷孔無錯邊調(diào)整的情況下，對加工工藝進行了分析、探索、實踐。通過測量設(shè)備尺寸，制作各種規(guī)格的定心套，準(zhǔn)備各類規(guī)格尺寸的鉆頭、鉸刀，選擇合適的磁力鉆，以制造廠家已配鉆好的支座銷孔為基準(zhǔn)，在不對支座銷孔進行擴孔的條件下完成了機械配鉆錨固板的鉆孔和鉸孔工作過程。同時對該加工工藝出現(xiàn)的問題及時進行修正和優(yōu)化，最終找到了最佳方式。本文所述工作為消化吸收進口設(shè)備技術(shù)、解決后續(xù)同類問題提供了借鑒。