汽輪機轉(zhuǎn)子加工工藝分析

撰文/劉建華

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汽輪機轉(zhuǎn)子加工工藝分析

撰文/劉建華

轉(zhuǎn)子是汽輪機的重要組成部件之一，結(jié)構(gòu)相當(dāng)微妙和復(fù)雜。由于轉(zhuǎn)子在運行時需要承受著葉片、葉輪、主軸本身質(zhì)量的離心力，承受著溫度分布不均勻產(chǎn)生的熱應(yīng)力，還要承受著巨大的扭轉(zhuǎn)力矩和軸系振動產(chǎn)生的動應(yīng)力，所以轉(zhuǎn)子的尺寸精度和跳動要求很高。所以汽輪機轉(zhuǎn)子的裝夾方法，葉根槽及軸頸和推力面對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的加工工藝十分重要，為提高轉(zhuǎn)子的加工精度和保障表面粗糙度的要求而探討合理的加工工藝。汽輪機轉(zhuǎn)子；裝夾；葉根槽；加工工藝

■150046哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司黑龍江哈爾濱

1　汽輪機轉(zhuǎn)子

1.1汽輪機轉(zhuǎn)子概述。汽輪機中所有轉(zhuǎn)動部件的組合體叫做轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的作用就是把蒸汽的動能轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C軸的回轉(zhuǎn)機械能。還主要用于匯集各級動葉柵上所得到的機械能并傳遞給發(fā)電機轉(zhuǎn)子。它主要有主軸、葉輪、動葉及聯(lián)軸器、盤車裝置等組成。按主軸上是否有葉輪，汽輪機轉(zhuǎn)子可分為兩種基本形式，即轉(zhuǎn)輪型轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子。輪式轉(zhuǎn)子具有安裝、固定動葉片的葉輪，常用于沖動式汽輪機；鼓動式轉(zhuǎn)子無葉輪，動葉片直接安裝在轉(zhuǎn)鼓上，常用于反動式汽輪機。

1.2轉(zhuǎn)子在運行時應(yīng)注意的問題。汽輪機運行中，轉(zhuǎn)子可能發(fā)生的問題主要是軸的彎曲和折斷。發(fā)生彎曲和折斷的原因可能是汽輪機第一次振動過大、可能是運行操作不當(dāng)、汽輪機啟動時的受熱不均等原因造成軸的彎曲。還有可能是轉(zhuǎn)子在運行中較大振動而造成的轉(zhuǎn)子彎曲。

2　汽輪機轉(zhuǎn)子裝夾工藝

選擇正確的裝夾方法是保證汽輪機轉(zhuǎn)子加工質(zhì)量的前提。根據(jù)汽輪機各部件的尺寸和規(guī)格，也就無形的確定了轉(zhuǎn)子的尺寸和規(guī)格。因為部件和部件之間要完美的銜接，不能差之毫厘。在加工轉(zhuǎn)子前、后軸頸外圓時，其表面粗糙度要求是Ra0.8，行位公差必須嚴(yán)格控制在0.01-0.02毫米范圍內(nèi)。所以為了保證轉(zhuǎn)子各處的精確度，必須依照流程、按照順序，選擇合適的裝夾方案。

在初始加工時，為防止轉(zhuǎn)子變形，要利用一種東西固定住夾子。即采用一夾一頂?shù)亩ㄎ环绞?。具體步驟就是：先夾住轉(zhuǎn)子的前端，頂住汽輪機排汽端，在花盤處車削一段基準(zhǔn)外圓，擁有搭建中心架，然后調(diào)過來進(jìn)行裝夾，同時也在汽輪機排汽端車削一段基準(zhǔn)外圓，用以搭建中心架。然后在轉(zhuǎn)子的前端，割出轉(zhuǎn)子的第一段軸長，需留出2毫米，用以打中心孔。在重復(fù)前面的步驟，調(diào)頭裝夾，把支承架放在排汽端，切割軸段長度，同樣留2毫米，為方便進(jìn)行重修中心孔。完畢后利用滾軸分別對第一軸段和第五軸段進(jìn)行滾壓，直至基準(zhǔn)外圓的表面粗糙度為Ra0.8。另外需要注意的是，滾壓前需確保外圓徑向跳動與橢圓度要求，這樣就能準(zhǔn)確了轉(zhuǎn)子的同心度。多次重復(fù)上面的重搭中心架，待校準(zhǔn)無誤后，方可緊固尾架頂端。

3　汽輪機葉根槽的加工工藝

葉根槽是轉(zhuǎn)子的通流部分，是個相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，對轉(zhuǎn)子的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。轉(zhuǎn)子通流部分轉(zhuǎn)鼓級和持環(huán)擋驅(qū)動級的槽型結(jié)構(gòu)大體呈倒T字形，槽底墊著一個半圓形的墊隙槽。

3.1確定定位基準(zhǔn)面。利用直槽右端面定位T型槽的軸向，利用末級持環(huán)右側(cè)大端面定位轉(zhuǎn)子的通流部分的軸向加工基準(zhǔn)面。根據(jù)不同要求，計算轉(zhuǎn)鼓級倒T型槽的級數(shù)，轉(zhuǎn)子的通流部分軸向加工基準(zhǔn)面到T型槽軸向定位面之間的距離為T型槽尺寸長度。

3.2T型槽加工路線。根據(jù)T型槽的形狀，先用割刀加工半徑4.2mm，上、下公差分別為0和-0.1mm，槽深為14.7-14.9mm的矩形直槽，然后利用90度正反劈刀加工橫槽上部外圓直徑12.5mm，上、下偏差分別為0.04 和0mm。完畢后以其為基準(zhǔn)，加工橫槽7.5mm，上、下公差分別為-0.04 和-0.07，并進(jìn)行倒角加工。最后再對半圓形的墊隙槽加工。

3.3加工刀的要求。在進(jìn)行橫槽的加工時，要求橫槽刀長度必須小于橫槽直徑，以便橫槽刀能夠放進(jìn)直槽內(nèi)，應(yīng)留有一定的間隙。在對深2.3mm，上、下公差分別為0.2mm和0的橫槽加工時，必須使用彎頭割刀，要求切削刃到刀體深度嚴(yán)格大于2.5mm。葉根槽底部直徑為4mm，橫槽內(nèi)側(cè)直徑為0.8mm，這就要求加工到具有一定的寬度和刀體強度。在鏡像加工時，一般選用橫槽刀的尺寸為5mm，深度為2.8mm。要控制好車刀半徑尺寸，保證加工誤差要求。

在汽輪機轉(zhuǎn)子加工過程中還要注意排屑的問題，如果加工過程中鐵屑不及時清理，會直接影響到工件的加工精度和表面粗糙度。另外還要注意轉(zhuǎn)子本體加工部位的剛度，在轉(zhuǎn)子本體加工處側(cè)搭中心架，嚴(yán)格按照順序一步一步進(jìn)行操作。具體的步驟是：在加工通流部分轉(zhuǎn)鼓級的倒T 形槽時，分段使用中心架，并盡可能保證刀具位置靠近中心架，盡量確保轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生振動，從而確保了加工部位形位公差的要求。在進(jìn)行試加工后，避免了上述不利因素，從而可以輕松地完成對工件的切削加工。

參考：

[1]來逢亮.汽輪機轉(zhuǎn)子加工工藝分析[J].機械工程師.2014（12）

[2]曹紅波，李明超，葛春新等.F級燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子加工工藝研究［C］//2011 年“天山重工杯”全國機電企業(yè)工藝年會暨第五屆機械工業(yè)節(jié)能減排工藝技術(shù)研討會論文集，2011.