大型發(fā)電設(shè)備制造工藝的現(xiàn)代化

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 劉孝忠

在世界聞名的三峽機(jī)組建成并成功投運(yùn)后，通過引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新，國內(nèi)廠家不僅在科研、設(shè)計(jì)、開發(fā)等方面達(dá)到了世界先進(jìn)水平，還在制造工藝領(lǐng)域也達(dá)到了甚至超過了世界先進(jìn)水平。無論是大型加工設(shè)備，還是工藝裝備、工藝路線、工藝方案，幾乎都是現(xiàn)代化的。這是多國合作生產(chǎn)的需要，更是我國實(shí)施現(xiàn)代化的重大舉措。

1 精密鑄造

1.1 更新裝備

為熱加工事業(yè)部門配備了“VOD+LF”精煉爐、100t鑄件熱處理火爐等先進(jìn)的設(shè)備，以及直讀光譜儀、紅外碳硫分析儀、NOH氣體分析儀等，以保證鑄件化學(xué)成份的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，提高鋼水的潔凈度。

1.2 仿真模擬

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行葉片的模樣放樣，替代了模型工在圖紙上放樣的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)了模樣尺寸的經(jīng)緯儀檢測，提高了模樣制造的可靠性；“鑄造過程仿真技術(shù)”、“近凈形鑄造技術(shù)”是鑄造技術(shù)的發(fā)展方向，利用NOVACAST、Magma等先進(jìn)的鑄造仿真模擬軟件，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)模擬式生產(chǎn)，大幅度提高了產(chǎn)品成品率；對全部鑄件進(jìn)行溫度場的模擬，使毛坯余量由過去的CTl4級提高到CTl2級；各種中高低合金鋼的造型制心均采用先進(jìn)的酯硬化水玻璃砂和堿性酚醛樹脂砂工藝，提高了鑄造質(zhì)量。

2 數(shù)控切割

（1）激光切割。切割機(jī)的應(yīng)用，不僅解決了哈電生產(chǎn)大型磁軛沖片的設(shè)備沖壓能力不足的問題，而且降低了成本、提高了加工效率。（2）回轉(zhuǎn)切割。無限回轉(zhuǎn)三割炬數(shù)控切割機(jī)的應(yīng)用，可切割隨焊接位置變化而不斷改變切割角度的渦殼、球罐類部件的鋼板下料，配有可以切割最大厚度為600毫米的特大氣割槍，是亞洲最先進(jìn)的切割設(shè)備。（3）等離子切割。切割機(jī)的應(yīng)用，切割速度快，避免了碳離子浸入焊接熔池的不良影響。（4）線切割。2維鉬絲線切割機(jī)的應(yīng)用，具有割口小、數(shù)控排料簡單、切割精度高、變形小、材料利用率高。（5）大斜面切割。通過對氣割設(shè)備的改造及完善，可以很方便地完成斜率比大于1／10的大斜面切割。還開發(fā)了曲線坡口機(jī)（國家專利）。

3 沖剪沖壓

（1）自動沖壓。國內(nèi)最先采用500 t全自動沖壓機(jī)沖制定子沖片，使定子沖片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到了全面提高。（2）水溶性漆。率先實(shí)現(xiàn)沖片涂水溶性半無機(jī)漆工藝，并成功地應(yīng)用于600MW汽輪發(fā)電機(jī)和三峽左岸發(fā)電機(jī)定子沖片上，制造出了世界一流水平的定子沖片。（3）數(shù)控沖槽。首次獨(dú)家采用了數(shù)控沖槽機(jī)和數(shù)控自動焊、數(shù)控激光焊接兩種技術(shù)，進(jìn)行定子通風(fēng)槽板的沖制和焊接，保證了通風(fēng)槽鋼的位置精度，提高了發(fā)電機(jī)的通風(fēng)性能。（4）去毛刺。引進(jìn)荷蘭去毛刺機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整間隙，不僅提高了關(guān)鍵工序的生產(chǎn)能力，而且提高了沖片質(zhì)量，對防止發(fā)電機(jī)定子鐵心松動、發(fā)熱起到了重要作用。

4 線圈制造

（1）液壓成型。通過技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新，哈電的導(dǎo)線成型“四位一體”線棒壓型換位工藝已由手動改為液壓，并采用風(fēng)動馬達(dá)成型技術(shù)來確保線棒幾何成型質(zhì)量；（2）屏蔽防暈。導(dǎo)體內(nèi)部采用內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)，中溫多膠板及高性能防暈材料，提高了耐電壓性能及絕緣壽命；（3）轉(zhuǎn)子線圈。采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，使我公司磁極線圈的制造水平達(dá)到國際領(lǐng)先地位；配備了數(shù)控銑孔機(jī)、數(shù)控銑槽機(jī)、自動沖孔送料裝置、銅排扁彎機(jī)、干式噴砂機(jī)、中頻感應(yīng)透熱爐、進(jìn)口移動式中頻感應(yīng)釬焊機(jī)等設(shè)備，使火電轉(zhuǎn)子線圈加工逐步實(shí)現(xiàn)自動化。（4）定子線圈。進(jìn)口多臺移動式中頻感應(yīng)釬焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、微束等離子焊機(jī)，提高了定子線圈封焊及導(dǎo)電塊的焊接質(zhì)量；還配備了三座標(biāo)鍘量平臺的使用，減少了測量誤差。

5 焊接工藝

（1）清根法。采用氧-乙炔火焰清根法，使焊接坡口光滑，滲碳較小。（2）氣體保護(hù)焊。早在1980年代，手工電弧焊就基本上被氣體保護(hù)焊這一高效的焊接方法所取代，目前哈電開發(fā)和應(yīng)用的半自動氣體保護(hù)焊技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先國內(nèi)同行水平，技術(shù)優(yōu)勢明顯。（3）埋弧自動焊。針對軸類件及環(huán)形件的焊接，窄間隙埋弧自動焊作為成熟的焊接技術(shù)應(yīng)用于大軸的焊接。焊接效率高，焊接材料損耗少，焊接質(zhì)量好。（4）機(jī)器人焊接。三峽轉(zhuǎn)輪采用機(jī)器人自動焊接新工藝在國際上也是第一次，應(yīng)用機(jī)器人取代手工焊接的工作量約占總焊接量的40%以上，其優(yōu)點(diǎn)是：速度快、質(zhì)量好、效率高，而且不受人的因素影響，比如人眼視力錯覺、體力疲勞、精神波動等對操作的影響。機(jī)器人自動焊接設(shè)備包括具有轉(zhuǎn)位和頂起功能的變位機(jī)、埋弧焊機(jī)器人及相應(yīng)軟件等焊接機(jī)器人的應(yīng)用，具有戰(zhàn)略意義。（5）中頻焊。釬焊技術(shù)得到了飛速發(fā)展，中頻感應(yīng)硬釬焊完全取代了火焰釬焊；銀銅鋅或磷銀銅釬焊料替代了錫鉛釬料，提高了線棒接頭的高溫強(qiáng)度和導(dǎo)電率。引進(jìn)10臺多便攜式中頻焊機(jī)，提高效率和質(zhì)量。（6）四角焊。應(yīng)用瑞式四角焊實(shí)現(xiàn)自動釬焊、自動換位，焊后自動平整。（7）真空釬焊。開發(fā)應(yīng)用了高溫基真空釬焊、軟連接大功率電阻釬焊等新技術(shù)提高精度。（8）大件焊接。寬帶埋弧焊機(jī)、埋弧自動焊機(jī)、窄間隙埋弧焊機(jī)，微弧等離子焊機(jī)，隧道焊機(jī)等的引進(jìn)、應(yīng)用，還配備了大型變位機(jī)、滾輪架等，提高了大件焊接質(zhì)量、效率。

6 加工制造

現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控立車及多用途數(shù)控加工中心的投入使用，使哈電的加工能力大幅度提高，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的機(jī)械加工到數(shù)控加工的新的跨越。通過國外引進(jìn)、吸收、消化、再創(chuàng)新，應(yīng)用的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床已多達(dá)300臺，居國內(nèi)同行業(yè)首位。

葉片型面。與高等院校、科研院所合作共同開發(fā)應(yīng)用了五軸聯(lián)動數(shù)控編程軟件；開發(fā)應(yīng)用了五軸數(shù)控龍門銑可加工葉片的型面，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了混流式葉片的全方位數(shù)控加工。在三峽左岸葉片的數(shù)控加工中創(chuàng)造了加工一片葉片僅用7天的佳績。

三點(diǎn)找正。開發(fā)應(yīng)用了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)控加工計(jì)算機(jī)輔助三點(diǎn)找正新工藝，解決了葉片找正問題。

刀具干涉。創(chuàng)新開發(fā)應(yīng)用了平底刀層切技術(shù)和插銑技術(shù)，解決了葉片三軸加工效率低及刀具干涉問題。

聯(lián)軸螺孔。開發(fā)應(yīng)用了專用鏜床可在廠內(nèi)與工地加工轉(zhuǎn)輪的聯(lián)軸螺孔。

摩擦劑。開發(fā)應(yīng)用了轉(zhuǎn)輪與主軸之間通過摩擦傳遞扭矩的新工藝，自主研發(fā)了摩擦劑的配方。只依靠螺栓的預(yù)緊力，就能保證摩擦力的要求，實(shí)現(xiàn)了它們的互換性。

工地制造。開發(fā)應(yīng)用了大型水輪機(jī)馬氏體不銹鋼轉(zhuǎn)輪的工地整體制造新工藝，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

內(nèi)球面。以轉(zhuǎn)槳式葉片樞軸定位，數(shù)控加工過流面、葉片外圓及葉片兩肩內(nèi)球面，從而取代了笨重的專用樣板研肩的傳統(tǒng)工藝。

大螺紋。采用數(shù)控圓弧擦補(bǔ)銑削的方式加工，保證了大直徑螺紋加工質(zhì)量，降低了制造成本；

轉(zhuǎn)輪平衡。開發(fā)應(yīng)用了兩種大型轉(zhuǎn)輪平衡工藝， 即液壓球軸承平衡及測桿平衡。

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。采用在工地使用專用設(shè)備磨削上、下把合面，保證導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的裝配質(zhì)量；采用數(shù)控加工頂蓋、底環(huán)的導(dǎo)葉軸孔，使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝周期明顯縮短，同軸度、導(dǎo)葉上下端面間隙、立面間隙均勻，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高。

同軸度。蝶閥中閥體的兩軸孔的同軸度很難保證，開發(fā)應(yīng)用了數(shù)控加工工藝圓滿解決了這一難題。

聯(lián)動操作。實(shí)現(xiàn)了ф5000mm的蝶閥廠內(nèi)與接力器聯(lián)動的操作、試驗(yàn)，并推廣到ф5300mm蝶閥的操作試驗(yàn)中。

雙鴿尾筋。采用雙鴿尾定位筋替代鴿尾筋托塊結(jié)構(gòu)，該項(xiàng)工藝技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

槽孔精割。成功研制出通風(fēng)槽孔精割新工具及新工藝，有效提高了生產(chǎn)效率。已應(yīng)用在紅花、康楊，下福等水電站的發(fā)電機(jī)中。

推力軸承。大型部件如推力頭、鏡板的撥盤拖動也有了新的突破，性油箱制造技術(shù)日臻成熟，彈性粱推力軸承支撐結(jié)構(gòu)推力軸承技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。

撥盤拖動。大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工時，采用撥盤拖動、雙中心架支撐新工藝，克服了機(jī)床對加工工件精度的影響，軸頸加工精度明顯提高。

找中心。汽輪發(fā)電機(jī)定子與端蓋找中心，采用光學(xué)準(zhǔn)直儀替代了拉鋼絲的方法，提高了找正精度。

超聲波。應(yīng)用了引進(jìn)的超聲波加工儀，在大軸外圓上加工的表面粗糙度由Ra 3.2μm提高到0.2μm。

動平衡。通過對動平衡間改造、技術(shù)創(chuàng)新，圓滿完成熱敏感試驗(yàn)，各種參數(shù)完全達(dá)到了國際標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了汽輪發(fā)電機(jī)制造技術(shù)的一項(xiàng)空白。

定子裝配。對600MW及300MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工、定子下線及裝配，先后進(jìn)行了定子鐵心磁屏蔽、外疊裝等30多項(xiàng)工藝改進(jìn)，使得生產(chǎn)效率成倍增加。

內(nèi)外機(jī)座。空冷135MW汽輪發(fā)電機(jī)定子采用內(nèi)外機(jī)座分別加工，內(nèi)機(jī)座整體浸漆后再與外機(jī)座組裝（國家專利）。

退火拋丸。全纖維大型退火爐、大型拋丸清理機(jī)的應(yīng)用，具有技術(shù)先進(jìn)、加工效率高、結(jié)構(gòu)合理、安全適用等特點(diǎn)。

表面處理。采用先進(jìn)的超音速噴涂新工藝技術(shù)，噴涂金屬、陶瓷等耐磨、抗蝕材料，通過對水輪機(jī)過流表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，減輕了常見的氣蝕、磨損、腐蝕等問題。

7 工藝研究

近年來在工藝研究課題方面有下述科研成果獲得國家、部委、省、市頒發(fā)的科技進(jìn)步獎。(1)三峽水輪發(fā)電機(jī)定子線棒的研究與制造；(2)三峽發(fā)電機(jī)據(jù)系統(tǒng)分定子線棒防暈材料的篩選和防暈結(jié)構(gòu)的研究；(3)三峽水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)加工及裝配工藝研究；(4)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪制造工藝模擬及質(zhì)量控制研究；(5)大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪工地加工設(shè)備研制；(6)150兆瓦空冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制；(7)提高濕繞組絕緣可靠性的研究；(8)多泥沙電站耐磨材料研制；(9)巨型推力軸承研究；(10)大型水輪機(jī)蝶閥的研制；(11)大型彎曲面構(gòu)件熱模壓成型工藝模擬優(yōu)化的研究；(12)水輪機(jī)葉片測量研究；(13)大型水輪發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)研究；(14)300兆瓦汽輪發(fā)電機(jī)彈性定位筋材料國產(chǎn)化研究；(15)6500MVA沖擊發(fā)電機(jī)；(16)景洪葉片鑄造；(17)三峽右岸全空冷水輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)研制；(18)大型貫流式水輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究混流式水輪機(jī)葉片數(shù)控加工技術(shù)研究 ；(19)水輪機(jī)球閥 制造工藝研究；(20)三座標(biāo)16t沖槽機(jī)數(shù)控電氣系統(tǒng)研制；(21)伊朗卡倫轉(zhuǎn)輪裝配、焊接質(zhì)量控制；(22)巖灘水輪發(fā)電機(jī)圓盤轉(zhuǎn)子支架組制造工藝研究等。

8 今后課題

我國重大裝備制造業(yè)的的主要課題之一就是大型鑄鍛件的國產(chǎn)化，發(fā)電設(shè)備也不例外。三峽機(jī)組的大型鑄鍛件，我國是分包給羅馬尼亞、韓國、巴西等國制造供貨的，今后應(yīng)在質(zhì)量、數(shù)量方面盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。