100 MW 級反動式高壓內(nèi)缸制造工藝流程探究

岳軍賢

（東方電氣集團東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000）

0 引言

余熱發(fā)電主要是指利用鋼鐵、 煤礦、 化工等企業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的多余熱能轉(zhuǎn)化為電能。該發(fā)電技術不僅節(jié)能， 還能實現(xiàn)清潔環(huán)保。 數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)階段中國一次能源利用率約30%， 比世界平均水平低3 個百分點左右， 存在著巨大的能源浪費， 因此提高能源利用率成為當前國家節(jié)能環(huán)保的重要手段， 余熱發(fā)電市場前景相對可觀。 本文選取100 MW 級超高溫亞臨界機組高壓內(nèi)缸的制造流程來探討制造成本及效率問題。

1 100 MW 級反動式高壓內(nèi)缸的結構特點

100 MW 級超高溫亞臨界機組采用高壓、 低壓及后缸三缸結構， 高低壓部分均為雙層缸結構，采用反動式通流技術。 從電廠運行情況以及理論推算反動式通流技術在額定工況下氣耗相比沖動式通流技術低8%～10%， 且熱能轉(zhuǎn)換更加充分、熱利用率更高， 被廣泛應用于鋼鐵、 建材、 化工行業(yè)。

與常規(guī)沖動式機組不同， 此類機組均采用反動式汽輪機技術設計。 在相同的蒸汽參數(shù)和容量等級條件下， 反動式的級數(shù)較沖動式多， 汽缸更長、 內(nèi)腔更小且全為加工面。 其高壓內(nèi)缸內(nèi)孔尺寸就更加狹小， 加工難度相對較大。 圖1 所示是高壓內(nèi)缸的毛坯輪廓圖。

圖1 高壓內(nèi)缸毛坯輪廓圖

高壓內(nèi)缸具體結構如下：

（1）汽缸為上下半合缸結構。 材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V， 上下半毛坯的重量都為6 000 kg，缸體的外形輪廓長2 031 mm、 最大外徑φ1 620 mm、 內(nèi)孔直徑φ735 mm～φ820 mm， 靜葉圍帶車削后內(nèi)孔直徑φ660 mm。

（2）內(nèi)腔結構包含12 級靜葉安裝T 型槽及12根槽底斂縫片槽， 各級靜葉安裝槽之間4 根汽封片槽共計48 槽， 分為高低齒， 高壓端開檔槽及內(nèi)缸定位環(huán)槽； 外部結構包含上下半各2 個進汽管及定位鍵。

（3）中分面通孔背部是很狹窄的法蘭結構， 法蘭與非加工面過渡復雜； 中分面連接孔采用6 個4-8un、 14 個3-8un、 6-M60×4、 4-M52×3 等4 個規(guī)格的螺孔組成； 同時布局有4 個φ30 錐銷孔、 2導柱孔及2 頂開孔。

2 高壓內(nèi)缸制造工藝流程設計

2.1 總體加工方案制定

100 MW 級反動式高壓內(nèi)缸為上下半結構， 主要加工的部位有： 中分面、 中分面各孔及背部刮面、 內(nèi)腔開檔槽、 T 型槽、 斂縫片槽、 汽封片安裝槽、 背部定位環(huán)槽、 懸掛銷槽、 背部進汽管等。

高壓內(nèi)缸經(jīng)鑄造、 熱處理、 粗加工合格后轉(zhuǎn)入精加工工序。 主要加工設備有： XKA2840*100數(shù)控龍門銑、 RFH100 搖臂鉆床、 CKX5250 數(shù)控5米立車、 TK6916 數(shù)控落地鏜銑床。

2.2 高壓內(nèi)缸制造工藝流程

相較于沖動式筒形內(nèi)缸， 應將該反動式汽輪機內(nèi)缸在自由狀態(tài)下中分面的接觸間隙設計在0.03 mm 之內(nèi)。 加工過程中需要保證汽封齒片安裝槽、 斂縫片槽及靜葉安裝槽完全符合設計要求。結合該高壓內(nèi)缸的結構特點、 加工流程的順暢性以及加工效率， 初步考慮設計2 種加工工藝流程進行加工對比， 見圖2。

圖2 2 種加工流程

2.3 2 種制造工藝流程優(yōu)缺點分析探討

2.3.1 第1 種加工流程分析

第1 種加工流程即是傳統(tǒng)的加工流程， 工步之間就存在弊端。 實際操作發(fā)現(xiàn)先轉(zhuǎn)鏜床進行多余金屬去除經(jīng)常存在部分位置銑削不到位至刮面無法進行， 又得再次上鏜床， 如此來回重復動作會造成吊車轉(zhuǎn)運、 各機床重復裝夾及找正、 機床資源處于被動狀態(tài)等， 有很大程度的等待浪費，僅僅鉆鏜工序就讓加工周期加長； 接著車床序要求粗車完成后拆開進行消缺后再精車， 此工序也對產(chǎn)品加工周期造成一定影響， 實際加工中發(fā)現(xiàn)該步僅需進行目視檢查再進行臨床消缺即可。

2.3.2 第2 種加工流程圖分析

結合實際加工情況及第1 種流程的弊端經(jīng)驗形成第2 種加工流程， 對第1 種加工流程中部分工序進行優(yōu)化并合并， 2 種流程對比主要變化的地方在第2 種加工流程二中用藍色字體進行區(qū)別。

（1）在龍門銑粗銑階段就將中分面各孔利用復合鉆調(diào)整好鉆頭直徑至目標孔直徑， 直接在粗銑時將中分面孔鏜銑到位且深度超過刮面要求深度；

（2）直接轉(zhuǎn)至鉆床將上半中分面孔利用約φ30的鉆頭鉆通并鉆完其余圖紙要求的小孔、 下半中分面鉆疏水孔及鉆攻其余各孔， 對于上半鉆床無需進行背部刮面工序；

（3）上半在轉(zhuǎn)到鏜床進行背部刮面銑削；

（4）轉(zhuǎn)龍門銑精銑面及等高即可；

（5）車削工序半精車后不在拆缸處理， 而是通過目視檢查后進入精車工序；

（6）針對汽缸不同關鍵部位加工所應用到的刀具進行精細化設計。 如： 背部刮面銑削時設計了專用銑面刀具， 很大程度上降低了刀片消耗（粗步測算節(jié)省費用為2.1 萬元/臺次）， T 型槽車削選用鋒鋼R 刀、 鋒鋼左右R 刀， 汽封片安裝槽選用機架刀， 有效提高了加工質(zhì)量與加工效率。 第2種加工流程無需考慮多余金屬影響鉆床反刮面而來回重復動作的等待浪費， 同時銑出的刮面粗糙度遠好于鉆床刮面的粗糙度。 經(jīng)過調(diào)整改進后加工的流暢性上明顯提高， 同時將周期縮短近三分之一， 加工制造成本每臺次可降低近10 萬元。 因此， 在該型高壓內(nèi)缸的實際制造過程中傾向于第2種加工流程， 同時推廣于類似氣缸加工。

3 結論

當前低能耗、 可循環(huán)的節(jié)能環(huán)保型汽輪機組的加工生產(chǎn)已成為各大汽輪機制造企業(yè)的主要發(fā)展方向， 而反動式通流技術的應用能夠更好提升機組運行的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。 依托工業(yè)廠礦、 城市供暖、 垃圾發(fā)電實現(xiàn)汽輪機的余熱循環(huán)利用，進一步為汽輪機加工制造流程優(yōu)化提供重要的指導意義。 對于企業(yè)而言降低制造成本勢在必行，通過100 MW 級高壓內(nèi)缸制造流程的探索， 總結出了一套完整、 高效且成本低廉的制造流程方案， 同樣可適用于各類相似結構的汽缸制造加工過程中達到降本提質(zhì)的作用。 為后續(xù)市場訂單打下堅實的基礎。