燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)端面變形控制

鞏麗，楊達偉，張強

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000）

燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)端面變形控制

鞏麗，楊達偉，張強

（東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000）

為有效控制燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)的端面變形，文章詳細分析了閥環(huán)的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合生產(chǎn)實踐，深入探討控制閥環(huán)端面變形的有效措施。

燃機，閥環(huán)，端面，變形控制

燃氣輪機屬于發(fā)電設備行業(yè)中的高端戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)復雜、加工制造難度大等特點。作為燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組的重要零部件，燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)加工精度要求高、裝配要求高、加工難度大。本文將圍繞旁路機構(gòu)閥環(huán)的端面變形控制展開，深入探討控制閥環(huán)端面變形的有效措施。

1　旁路機構(gòu)閥環(huán)結(jié)構(gòu)特點及加工難點

燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)材料為合金結(jié)構(gòu)鋼12Cr2Mo1R，屬難加工材料。閥環(huán)為上、下半結(jié)構(gòu)型式 （見圖1），其最大外圓直徑為4 000 mm，內(nèi)圓直徑為3 400 mm，板體最大厚度為54.5 mm，最小厚度為34.5 mm，為典型的薄壁件加工。從結(jié)構(gòu)上看，閥環(huán)端面上分布有20個Φ174 mm的通孔及18個方形凹槽。在后續(xù)裝配環(huán)節(jié)，燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)需與閥體裝配成一體，且閥環(huán)與閥體上銷釘端面的接觸面積要求控制在80%以上，具體裝配要求見圖2。

由于燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)直徑大、板體薄，在加工后極易出現(xiàn)端面變形較大的現(xiàn)象。經(jīng)統(tǒng)計，某臺份閥環(huán)端面高低差嚴重超差，且變形趨勢多呈內(nèi)高外低。通過對該臺份閥環(huán)端面平面跳動的檢測 （見圖3），可以看到該閥環(huán)端面變形高達0.98 mm，且同一位置內(nèi)、外側(cè)最大差值達到0.30 mm，直接導致該閥環(huán)在滑入閥體的過程中出現(xiàn)極為嚴重的卡澀現(xiàn)象 （見圖4）。

圖1　燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖

圖2　燃機旁路機構(gòu)閥環(huán)裝配簡圖

圖3　某臺份閥環(huán)端面變形數(shù)據(jù)分析

圖4　某臺份閥環(huán)裝配卡澀說明圖

2　閥環(huán)端面變形控制措施

旁路機構(gòu)閥環(huán)端面變形控制涉及到閥環(huán)加工制造的整個流程，包括來料環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、起吊翻身環(huán)節(jié)及擺放、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)等等。通過流程梳理及進一步分析可以確定，閥環(huán)加工環(huán)節(jié)是實施閥環(huán)端面變形控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，本節(jié)就是圍繞閥環(huán)加工環(huán)節(jié)的控制措施展開的。

2.1閥環(huán)工藝流程優(yōu)化

通過對閥環(huán)的結(jié)構(gòu)分析可以看到，閥環(huán)端面布置有多個Φ174 mm的通孔及方形凹槽，且這些結(jié)構(gòu)均需在熱處理后加工完成，由此閥環(huán)在加工環(huán)節(jié)金屬去除量較大。為減小切削應力對閥環(huán)端面變形的影響，閥環(huán)工藝流程設計的原則就是盡可能減小各通孔及凹槽的精加工余量，并延長時效時間。在此原則基礎上，閥環(huán)的工藝流程設計見圖5。

圖5　閥環(huán)工藝流程圖

2.2閥環(huán)精加工切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在車削和鏜削兩方面。結(jié)合閥環(huán)的結(jié)構(gòu)特點，加工過程中應適當控制其精加工參數(shù)，并優(yōu)化精加工流程。

（1）閥環(huán)車削切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)半精車和精車過程中，應注意使用風管對車刀刀尖位置進行降溫。同時，在閥環(huán)端面半精車后，需松開立車卡爪，停留1 h。待閥環(huán)重新找正卡緊后，精車閥環(huán)各尺寸。此時應注意從閥環(huán)內(nèi)、外圓分別進刀，并在徑向方向中間位置接平，且車削切削切深不超過0.2 mm。為了更好地監(jiān)控閥環(huán)端面變化，車削過程中應增加閥環(huán)端面的平面度檢查。

（2）閥環(huán)鏜削切削參數(shù)優(yōu)化

閥環(huán)鏜削時應使用專用胎具進行裝夾。鏜削過程中，切削參數(shù)因切削狀態(tài)而異。具體是：粗鏜時：S=700 n/min，F(xiàn)=300 mm/min，ap=1.5～2 mm；半精鏜時：ap=0.5 mm，S=850 n/min，F(xiàn)=240 mm/min；精鏜時：ap=0.05～0.06 mm，S=850 n/ min，F(xiàn)=200 mm/min。

精鏜各滑塊槽或滑塊時，需使用4個小等高塊分別對加工部位4點支撐。該支撐僅用于防止閥環(huán)受切削力而引起的應力變形，不需對單個滑塊槽或滑塊進行找正。

2.3閥環(huán)支撐方式優(yōu)化

由于閥環(huán)為薄壁零件，其支撐方式對閥環(huán)端面跳動具有一定的影響。圖6是將閥環(huán)上、下半把合后，支撐在閥環(huán)中部測得的閥環(huán)端面跳動變化圖，圖7則是將閥環(huán)上、下半把合后，支撐在閥環(huán)外圓臺階面處測得的閥環(huán)端面跳動變化圖。從圖中可以得到：（1）內(nèi)圓或外圓平面度跳動呈波浪型；（2）雖然支撐位置的變化對平面度波動的總趨勢影響不大，但其影響端面跳動波動值的范圍。

圖6　閥環(huán)端面跳動圖 （支撐閥環(huán)中部）

圖7　閥環(huán)端面跳動圖 （支撐閥環(huán)外圓臺階處）

因此，為保證閥環(huán)端面的平面度，閥環(huán)支撐方式由之前多支點支撐方式 （見圖8）優(yōu)化為整體胎具支撐方式 （見圖9）。通過對使用整體胎具后閥環(huán)的端面跳動檢測可以看到，整體胎具的設計和使用減小了因支撐接觸面積引起的變形，有效地減小了閥環(huán)端面變形。

圖8　閥環(huán)多支點支撐方式

圖9　閥環(huán)整體胎具支撐方式

3　實施效果跟蹤

為了進一步驗證上述控制措施的有效性，分別在后續(xù)某臺份閥環(huán)精加工滑塊槽后及閥環(huán)把緊滑塊后的端面跳動進行了檢測 （見圖10、圖11）。從圖中可以看到，閥環(huán)端面跳動值控制在0.40 mm以內(nèi)。同時，該臺份閥環(huán)在后續(xù)裝配中順暢，無卡澀。閥環(huán)裝入閥體后，閥環(huán)與閥體的接觸均勻，閥環(huán)銷釘與閥體的接觸間隙0.08 mm以內(nèi)，閥環(huán)中分面內(nèi)外側(cè)高低差在0.25 mm以內(nèi) （見圖12、圖13）。

圖10　某臺份閥環(huán)精加工滑塊槽后端面數(shù)據(jù)

圖11　某臺份閥環(huán)把緊滑塊后端面數(shù)據(jù)

圖12　某臺份閥環(huán)裝配接觸圖

圖13　某臺份閥環(huán)裝配后中分面間隙圖

4　結(jié)論

本文圍繞旁路機構(gòu)閥環(huán)的端面變形控制展開，在對閥環(huán)結(jié)構(gòu)特點深入分析的基礎上，優(yōu)化了閥環(huán)的加工制造流程和關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)中的切削參數(shù)，優(yōu)化了閥環(huán)的支撐方式，并設計出能夠快速實現(xiàn)閥環(huán)裝夾找正的胎具。通過現(xiàn)場實踐，旁路機構(gòu)閥環(huán)的端面變形已得到有效控制。同時，本文所提及技術(shù)經(jīng)驗也可應用于其它同類型薄壁零件的制造加工。

The Deformation Control Technology of End Surface for the Valve Ring in Gas Turbine

Gong Li，Yang Dawei，Zhang Qiang

（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

In order to control deformation of the end surface for the valve ring in gas turbine effectively，this paper analyzes structure characteristics of the valve ring in detail，and then，combining with the production practice，this paper further presents effective measures to solve the technical problem.

gas turbine，valve ring，end surface，deformation control

TK266

B

1674-9987（2015）02-0041-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.02.008

鞏麗 （1981-），女，碩士，畢業(yè)于重慶大學機械系，主要從事工藝設計及數(shù)控加工領(lǐng)域的工作。