某1000MW节能改造的低压内缸加工制造研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

某1000MW节能改造的低压内缸加工制造研究

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张翼张强陈俊李光富李常亮曾睿

[导读] 摘要：文章通过对某1000MW汽轮机节能改造的低压内缸的关键制造工艺进行研究，形成了关键通用制造技术。

        东方汽轮机有限公司四川德阳 618000
        摘要：文章通过对某1000MW汽轮机节能改造的低压内缸的关键制造工艺进行研究，形成了关键通用制造技术。重点解决了低压内缸的径向汽封体装配、齿槽加工、汽封齿镶嵌、汽封齿加工、第1级静叶片装配、定位销孔加工装配以及开档错位控制等难点。
        关键词：低压内缸；制造工艺；装配；错位控制
        0引言
        随着国家能源和环保对燃煤汽轮机的经济性提出高要求高标准，东方汽轮机开启了从150MW小功率机组到1000MW大功率机组的大范围改造，结构上也从冲动式到冲动式和反动式相结合进行优化，最终达到最佳的节能改造效果。本节能改造项目是1000MW超超临界、一次中间再热、四缸四排汽的凝汽式汽轮机，改造目的是最大限度提高了机组的经济性和安全性。本文围绕改造项目的低压内缸展开（如图1），对其加工制造的关键技术进行了深入分析研究。

                          图1 低压内缸装配图
        1低压内缸的结构特点
        低压内缸为冲动式设计，采用斜置式隔板套装焊结构，材料为某铸钢，上半重43t，下半重42t，最大回转直径φ6520mm，轴向尺寸4200mm（如图2）。汽机侧和电机侧分别有6级隔板定位槽，开档定位尺寸公差±0.13mm。低压末级采用装配径向汽封体和汽封齿结构，开档定位公差±0.10mm，齿槽公差±0.025，齿尖公差±0.025。进汽采用160只低压第1级叶片装配结构，相邻叶片结合面间隙小于0.03mm，叶片用16只定位销固定。其余结构与常规低压内缸相似：上下半用螺栓连接孔把合，锥销定位，上半带进汽口法兰，下半带多只抽汽管。因低压内缸存在外形尺寸大、超重、加工精度和装配精度很高的特点，对制造工艺提出了较高的要求。

        图2 低压内缸结构简图
        2总体工艺方案制定
        根据低压内缸的主要尺寸和精度要求，确定主要加工设备：12.5M立车、深坑摇臂钻、φ180镗床、φ250镗床和万向钻，再结合常规低压内缸加工工艺，形成了以下总体工艺流程，详见表1。表1 低压内缸加工工艺流程

        3关键制造工序方案的研究
        3.1径向汽封体装配
        径向汽封体为环形薄壁件，内外环直径分别为φ4357mm、φ4466mm，厚度只有30mm，单半汽封体非均匀分布了24-φ18（φ26沉孔）台阶孔（如图3），与汽缸端面24-M16连接固定，孔之间的可调间隙单边只有1mm，因汽封体外形尺寸大，变形量不易控制，容易造成汽封体和汽缸连接孔错位以及汽封体精车余量不足。经过分析研究，最终确定以下工艺方案：
        （1）为减少吊装产生的变形，汽封体装焊工艺拉筋；
        （2）汽封体端面所有连接孔按图加工准，外圆加工准，内圆单边留余量2mm；
        （3）低压内缸在第1次精车后镗床工序加工汽封体连接孔时，只加工电机侧和汽机侧首尾各2-M16；
        （4）电机侧向上，汽缸立放至钻床深坑，通过两只首尾连接孔大概定位汽封体装配位置，再微调使径向汽封体水平中分面高于汽缸水平中分面，高于中分面尺寸控制在0.3mm以内，同时确认汽封体内圆余量均匀；
        （5）把紧首尾2只连接孔，号钻其余22-M16螺孔；
        （6）拆除汽封体，清理低压内缸连接孔；
        （7）重新调整、把合径向汽封体，钻铰3-φ16（0，+0.025）定位销孔；
        （8）清理，装定位销，对螺钉和定位销敛缝；
        （9）汽缸翻身，按照步骤（3）～（8）进行汽机侧的汽封体装配加工（图4）；
        （10）切除汽封体上的工艺拉筋；
        （11）铣汽封体高于低压内缸中分面的多余部分，与中分面齐平。

                   图3 径向汽封体结构图                            图4 径向汽封体装配
        3.2径向汽封体齿槽加工
        径向汽封体与汽缸装配后，内圆φ4357（-0.10，+0.10），尺寸大，公差小。单侧汽封体5根齿槽，齿槽中心间距5mm（-0.10，+0.10），齿槽宽度1.65（0，+0.025）mm，深度2.5（-0.05，+0.05）mm，加工精度要求非常高（如图5）。因汽封体与汽缸是螺栓把合，刚性非常差，整个加工过程，刀具容易断裂并对已加工部位造成损伤。根据长期加工大型回转零部件以及弹性薄壁件的经验，编制了如下工艺方案：
        （1）汽缸上12.5M立车，汽机侧朝上，按照内圆和端面装夹找正至0.05mm以内；
        （2）精车汽封体内圆和型线，采用90°内圆机夹车刀加工；
        （3）精车汽封体齿槽（如图6），采用了3种不同规格刀具进行试加工，最终选定表2中的方案3，同时为防止刀具装夹偏差造成扎刀，用百分表监控找正时刀体各面；
        （4）汽缸翻身，按照（1）～（3）加工电机侧汽封体。
        表2 汽封体齿槽加工试验对比

                图5 汽封体齿槽尺寸                                                图6 汽封体齿槽加工
        3.3汽封齿镶嵌
        把合在汽缸上的径向汽封体内圆镶嵌约60片1.6mm汽封齿，每片汽封齿弦长约1129mm，汽封齿圆周衔接处不能有间隙，每排间距只有3.35mm，镶嵌的作业空间非常有限，容易豁边，汽封齿很难固定以及与汽缸的垂直度不易控制，最终会影响汽封齿精车以及汽轮机运行汽流的稳定性。经过反复试验，最终确定了最佳镶嵌方案：
        （1）汽机侧朝下，为避免作业空间的限制，5排汽封齿，从下向上的顺序镶嵌（如图7）；

        图7 汽封齿尺寸和轴线镶嵌方向
        （2）镶嵌前识别汽封齿的正反方向，防止镶嵌后出现汽封齿不垂直；
        （3）为减少汽封齿镶嵌变形以及应力集中，汽封齿装配从汽缸左侧向右侧延伸（如图8），将汽封齿余量预留在右侧中分面处，镶嵌结束后打磨高于中分面部分；
        （4）自制敛缝工具，敛缝间距控制在5mm，敛缝力度控制适中，确保敛缝工具受到敲击时刚好将汽封齿固定且不产生位置偏移；
        （5）翻身电机侧朝下，按照（1）～（4）镶嵌另外一侧汽封齿。
        3.4汽封齿加工
        汽封齿材料为合金钢，厚度1.6mm，内孔加工尺寸为φ4345（-0.2，+0.2），齿尖宽度只有0.13（-0.025，+0.025），齿形包含20°角度和R6.3，外形较复杂（如图9），因为镶嵌结构导致加工刚性非常差，尺寸控制难度非常大。结合精车高压内缸汽封齿经验，并反复试验参数，最终制定了加工方案：
        （1）按照已精加工内圆和端面找正；
        （2）车汽封齿内圆，选用高速钢切刀，用百分表监控找正（如图8），切削参数2r/min，0.1mm/r；
        （3）车汽封齿外形，选用高速钢车刀（如图9），用百分表监控找正，切削参数2r/min，0.1mm/r。

        图8 百分表监控      图9 高速钢车刀找正精车汽封齿
        3.5第1级静叶片装配
        低压内缸上、下半分别装配静叶片，装配呈全周分布，与汽缸装配要求非常高：所有叶片接合面间隙必须小于0.03mm，每组叶片首块和末块高于中分面的S值为9.5（-0.1，0）（如图10）。因叶片数量多，装配累计误差大，装配的尺寸控制难度非常大。经过多次分析、试验，最终确定如下工艺方案：

        图10 叶片装配图
        （1）将首块挡块固定在汽缸中分面处，不能有间隙；
        （2）装入首块叶片，确保叶片径向面与首块挡块斜面间隙小于0.03mm，检查首块导叶突出中分面尺寸值9.5（-0.1，0）；
        （3）装入第一组叶片，需确保相邻叶片间隙和节距要求；
        （4）按照步骤（3）重复装入第二组～第八组叶片；
        （5）测量尾块叶片突出中分面尺寸（如图11）；
        （6）重复（1）～（5），重复测量突出中分面尺寸；
        （7）计算出每块加厚叶片返修量；
        （8）按平均返修量，在机床修配加厚叶片冠部，合格后重新按照（1）～（7）装入叶片，测量尾块叶片突出中分面尺寸；
        （9）计算钳工均匀修配加厚叶片的值（如图12），合格后重新按照（1）～（6）装配叶片。

        图11 测量尾块叶片突出中分面尺寸     图12钳工修配加厚叶片
        3.6第1级静叶片定位销孔加工和装配
        汽缸上下半与低压第1级静叶片装入汽缸后，需加工16-φ16H7定位销孔。汽缸本体为碳素铸钢，叶片材质为不锈钢，两者材质和硬度差异较大，以及叶片与叶片、汽缸与叶片之间有装配间隙，加工时刀具容易断裂。定位销孔角度圆周间距在24.5°～29.5°区域，最远处一只销孔距离中分面达到2120mm（如图13、14），距离太远，钻较销孔刚性非常差，加工精度难保证。经过分析，最终确定采用φ250数控镗床和万向钻配合加工，方案如下：
        （1）汽缸上φ250数控镗床旋转工作台，中分面靠近工作台边缘，找正并装夹；
        （2）铣定位销孔R12沉孔，预钻销孔至φ12，深度20mm；
        （3）汽缸下机床，万向钻钻、扩、铰销孔至φ16H7；
        （4）拆除首尾块挡块和所有叶片，取出塞尺；
        （5）按照已加工销孔定位，复装叶片，本次不装塞尺；
        （6）装定位销，敛缝。

        图13 镗床加工定位销孔示意图     图14 镗床加工定位销孔
        3.7低压内缸开档错位控制
        汽缸外形尺寸和重量较大，加工过程汽缸翻身导致错位风险非常高，以及装焊件应力容易集中，加工后拆缸变形不易控制等，综合分析考虑，制定工艺方案如下：
        （1）为减少汽缸翻身变形，低压内缸上下半立车前合采用全螺孔把合；
        （2）为减少应力集中，汽缸螺孔把合方向从内侧向外侧展开；
        （3）第1次精车时，靠近叶片装配位置T型汽封槽留量1mm；
        （4）第2次合缸时，检查各级开档和T型汽封槽错位和变形数据；
        （5）第2次精车径向汽封体时，返修汽缸变形和错位。
        4 结束语
        本文对某1000MW节能改造的低压内缸结构进行剖析，确定多个制造难点：径向汽封体装配、汽封齿槽加工、汽封齿镶嵌、汽封齿加工、第1级静叶片装配、定位销孔加工装配以及低压内缸开档错位控制，通过研究和反复试验，最终制定了详尽的工艺方案并取得了成果，也为同类型低压内缸的制造积累了经验。
        参考文献：
        [1]董玉红.数控技术[M].北京：高等教育出版社，2010