某沖反結(jié)合低壓內(nèi)缸制造工藝研究

熊運(yùn)龍，邱興渺，李光富

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽，618000）

0 引言

構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的目標(biāo)和方向。在這場能源革命中，常規(guī)火電機(jī)組逐漸向清潔高效、靈活調(diào)節(jié)方向發(fā)展。在質(zhì)量與效率的提升中，某660 MW 機(jī)組低壓模塊走在了前列。其低壓內(nèi)缸采用球墨鑄鐵材質(zhì)，進(jìn)汽腔室變截面型線鑄造成型，汽流效率提升。中分面采用斜面結(jié)構(gòu)，把緊性能好，漏汽損失小。內(nèi)腔采用反動式靜葉與常規(guī)隔板槽結(jié)合結(jié)構(gòu)，相對于常規(guī)沖動式內(nèi)缸，通流結(jié)構(gòu)緊湊，級數(shù)多，效率更高。結(jié)構(gòu)的大幅度調(diào)整，帶來了加工方式的變化。本文圍繞該沖反結(jié)合類型低壓內(nèi)缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開，對加工過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析及研究。

1 結(jié)構(gòu)簡介

該低壓內(nèi)缸為球墨鑄鐵件，上半重約31.5 t，下半重約45 t。內(nèi)腔最大回轉(zhuǎn)直徑約φ4 070 mm，軸向長度約3 580 mm。外部與常規(guī)焊接低壓內(nèi)缸類似，4 處貓爪支撐，天地方向與水平法蘭側(cè)面設(shè)置鍵槽與外缸定位，前后端面接配導(dǎo)流環(huán)，上半一處進(jìn)汽管，下半預(yù)埋抽汽接管。不同之處在于上半中分面帶有0.05°的斜度，下半中分面為水平面；內(nèi)腔區(qū)別于常規(guī)沖動式低壓內(nèi)缸隔板槽結(jié)構(gòu)，其正反1～5 級為反動式結(jié)構(gòu)，直接安裝靜葉與汽封齒，正反6、7 級為隔板槽，安裝隔板。對于大型龍門銑或鏜床等三軸機(jī)床，中分面斜面的銑削及斜度保證較為困難。反動式結(jié)構(gòu)在低壓內(nèi)缸上的應(yīng)用，在靜葉槽車削、葉片安裝、車削尺寸保證上，由于尺寸較大、剛性不高，相對于高壓內(nèi)缸，呈現(xiàn)不同的加工特點(diǎn)。對比高壓反動式筒形缸的紅套把緊，低壓內(nèi)缸的斜面把緊結(jié)構(gòu)，在對通流開合缸尺寸及中心調(diào)整上，也存在不一致的地方。需要通過合理的工藝流程及完善工藝方案試驗(yàn)進(jìn)行解決。

某低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)（下半）如圖1 所示。

圖1 某低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)圖（下半）

2 工藝方案制定

結(jié)合常規(guī)焊接低壓內(nèi)缸與反動式筒形高壓內(nèi)缸的加工方式，制定該沖反結(jié)合類型低壓內(nèi)缸工藝方案如圖2 所示。

圖2 工藝方案流程圖

在這套工藝方案中，采取了常規(guī)內(nèi)缸加工的通用流程。鑒于上半中分面帶斜度結(jié)構(gòu)僅對最終的通流尺寸有影響，與內(nèi)腔靜葉及齒安裝槽、壓板槽、管口等關(guān)聯(lián)不大，為便于找正及保證安裝葉片及齒狀態(tài)下中分面間隙，將上半中分面斜面的銑削放在第1 次立車及鏜床后，安裝靜葉及齒之前，相應(yīng)的中分面錐銷孔分2 次鉸準(zhǔn)。靜葉及齒采取一次車削：靜葉及齒一起安裝后，部分汽封齒位于兩級靜葉之間，軸向?qū)挾燃s140 mm，徑向深度約250 mm，刀具長度及穩(wěn)定性還能滿足汽封齒車削。一次車削，可以減少一次合缸與拆缸的流程。鑄鐵件加工變形較大，且中分面斜面影響，可能導(dǎo)致圓及開檔錯位。為此，6、7 級隔板槽第1 次車削預(yù)留余量，第2 次立車時一并車準(zhǔn)。

3 中分面斜度銑削

為增加中分面把緊性能，減少漏汽損失，汽缸上半中分面設(shè)計(jì)為帶0.05°的斜面結(jié)構(gòu)。如圖3所示?？紤]下半中分面與總裝找平、負(fù)荷分配等息息相關(guān)，因此，僅在上半中分面設(shè)計(jì)有斜度。

圖3 上半中分面斜度示意圖

一般說來，中分面的斜度銑削有3 種方式。

（1）鏜床主軸銑削。采取汽機(jī)側(cè)或電機(jī)側(cè)端面向下，中分面向主軸的上活方式。通過旋轉(zhuǎn)工作臺B 軸精度來保證斜面角度。轉(zhuǎn)準(zhǔn)B 值后，用主軸完成中分面銑削。由于汽缸負(fù)荷不均勻，或者上活狀態(tài)與龍門銑平面銑削狀態(tài)（中分面向上）不一致等，鏜床找正時，中分面一般不能完全找平，常出現(xiàn)三點(diǎn)找零后一點(diǎn)掉角的情況。平面度找正偏差0.1～0.3 mm，不能滿足斜度在相應(yīng)節(jié)距線位置±0.05 mm 的公差要求。

（2）龍門銑萬向角銑頭加工。龍門銑萬向角銑頭一般最小角度調(diào)整為0.5°，且角銑頭功率較小，大平面銑削粗糙度較差，接刀明顯，一般不用于精度要求較高的大平面銑削。

（3）龍門銑主軸加工。針對龍門銑主軸加工中分面斜面，試驗(yàn)了2 種銑削方式。首先是按原精銑中分面找平，主軸走插補(bǔ)，來保證0.05°斜度。加工過程發(fā)現(xiàn)斜度和插補(bǔ)值大，傾刀現(xiàn)象明顯，每一刀之間出現(xiàn)兩端高、中間低的現(xiàn)象，高低差值達(dá)0.06～0.08 mm，即加工出來的面不平。另外一種方式是中分面找平時，人為將外側(cè)墊高，按圖示距中心1 005 mm 位置為0 位，距中心（1 005～1 430）mm 位置高1.25±0.05 mm，調(diào)整出0.05°角度。主軸加工就和常規(guī)中分面銑削一致，只是外側(cè)余量偏大、內(nèi)側(cè)余量少的區(qū)別。銑削時建議從內(nèi)側(cè)往外側(cè)銑，Z 值每上0.01 mm，X 方向要走0.01/tan（0.05）=11.5 mm。從外向內(nèi)銑削，很容易超過圖示要求的1 005 mm 位置線。中分面銑為斜面后，可以在中分面法蘭背部打平面基準(zhǔn)，便于后續(xù)加工或尺寸檢查找正使用。

綜合分析，龍門銑主軸加工配合支撐調(diào)整的方式更能滿足中分面斜度要求，且調(diào)整方式簡單方便。因此，采用中分面墊高調(diào)準(zhǔn)斜度，龍門銑主軸銑削完成上半中分面斜面加工。

4 靜葉及汽封齒加工

作為通流直接相關(guān)的尺寸，低壓內(nèi)缸靜葉及汽封齒的加工是整個低壓內(nèi)缸加工的關(guān)鍵工序。主要分為靜葉及汽封齒槽的車削、靜葉及汽封齒安裝、靜葉及齒加工與尺寸檢查3 個階段。

4.1 靜葉及齒安裝槽的車削

低壓內(nèi)缸靜葉及汽封齒槽的車削包含在汽缸端面、其余隔板槽的車削中，即一次車削。相對于反動式高壓內(nèi)缸的車削，其靜葉槽前期龍門銑進(jìn)行了粗加工，單邊僅有3 mm 余量。且低壓內(nèi)缸中分面間隙要求把緊狀態(tài)0.03 mm 塞尺不入，沒有高壓內(nèi)缸自由狀態(tài)0.03 mm 塞尺不入的高要求，車削加工對其中分面變形及間隙影響較小。因此，低壓內(nèi)缸采用一次合缸，粗精車一次車削完成。只是在粗車單邊留1.5 mm 后，增加松開壓板釋放應(yīng)力大于24 h 的要求。

針對反動式靜葉槽及汽封齒槽，進(jìn)行槽型結(jié)構(gòu)要素的標(biāo)準(zhǔn)化選型，配備相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)車刀加工。且低壓內(nèi)缸直槽相對較寬，加工難度較高壓內(nèi)缸降低。一般按照精車內(nèi)孔—半精車外直槽—半精車內(nèi)直槽及槽底—半精車R5.05 槽—半精車上、下彎槽—精車R5.05 槽—精車外直槽—精車內(nèi)直槽及槽底—精車上下彎槽—精車汽封齒槽的流程加工。重點(diǎn)保證外直槽寬度，上下彎槽徑向貼合面的位置度，及R5.05 槽到徑向貼合面的相對值。通過標(biāo)準(zhǔn)程序一次車削各槽同一部位，提高效率。采取隨Z 值增加，徑向補(bǔ)償?shù)姆绞奖ＷC徑向尺寸準(zhǔn)確。

4.2 靜葉及汽封齒的裝配

反動式汽缸的汽封齒多采用J 型結(jié)構(gòu)，即J 型的密封片，用填絲脹緊齒槽后進(jìn)行齒圓加工。鑲嵌時一般2 名鉗工配合作業(yè)，將汽封齒及填絲起始部位鑲?cè)氩蹆?nèi)，中分面位置冒出約50 mm 供修配。一名鉗工在前將齒及填絲裝入槽內(nèi)，一名鉗工在后用風(fēng)槍配合扁鏟打緊填絲，脹緊汽封齒。完成半圈鑲嵌后，修磨中分面冒出部分與中分面接平。最后檢查齒無明顯傾倒、變形和松動。

低壓內(nèi)缸靜葉采取了預(yù)扭結(jié)構(gòu)。安裝時，需要進(jìn)行預(yù)扭裝配，保證圍帶一定的錯位量，一般約0.3 mm，不同級數(shù)不盡一致。此外，相鄰葉片的圍帶和葉根徑向面需緊密貼合，保證0.03 mm塞尺不入。并滿足各截面之間的喉寬要求。預(yù)扭值、葉片間隙、喉寬的保證與葉片加工質(zhì)量息息相關(guān)。實(shí)際裝配過程中，難點(diǎn)更多來自于整圈周長的配準(zhǔn)。安裝流程如下：

（1）首葉安裝。首塊擋塊固定在汽缸中分面，裝入中分面首塊葉片，保證工裝擋塊與中分面首葉間隙0.05 mm 不入。依次裝入A、B 墊條，并打緊，保證葉片間隙及預(yù)扭值要求。

（2）預(yù)拂配。按上序要求預(yù)緊安裝每半汽缸的約1/3 葉片，剩余的2/3 葉片松裝。測量尾塊葉片刻線與中分面位置關(guān)系，并配銑加厚片。

（3）多次拂配。依次緊裝每半汽缸的1/2 葉片、緊裝至剩余約10 只葉片，并配銑。最后一次配銑可以留約1～1.5 mm 的鉗工修配量，避免因松裝與緊裝差距造成的周長偏短。最后一次配銑尾塊葉片刻線需與另外一半汽缸尾塊配合，協(xié)調(diào)確定配銑量。最終單半汽缸葉片周向一般留0.2 mm 的余量，在合缸時配準(zhǔn)。

（4）合缸修配。低壓內(nèi)缸由于上半偏重，約31.5 t，單級葉片支撐時，中分面間隙不能很好地反饋葉片周向偏差量。因此，反動式低壓內(nèi)缸一般在正反5 級靜葉都安裝后，再通過多次合缸，按相應(yīng)級位置汽缸中分面間隙與未安裝葉片時的差值確定返修量，修準(zhǔn)每級尾塊葉片，保證中分面結(jié)合位置的葉片間隙、預(yù)扭值及汽缸自身中分面間隙。

靜葉安裝中，周向長度的配準(zhǔn)是難度所在。由于制造、裝配等誤差，一般設(shè)置不超過標(biāo)準(zhǔn)葉片數(shù)量20%的加厚片，且給出了整級葉片葉根總節(jié)距的成級配套要求。裝配中如上序2、3，分多次預(yù)裝、預(yù)拂配，保證最終的安裝要求。當(dāng)實(shí)際節(jié)距偏差較大時，若偏短，可以補(bǔ)焊部分葉片背弧側(cè)徑向面，但需注意控制補(bǔ)焊變形量；若偏長，可以實(shí)測每只葉片的節(jié)距值，與理論值比較，盡量將返修量平均在多只葉片上，以滿足喉寬要求。

4.3 靜葉及齒尺寸形位公差保證

靜葉及汽封齒安裝后，進(jìn)行第2 次深坑合缸，鉸準(zhǔn)中分面錐銷孔，就進(jìn)入靜葉及齒通流尺寸的車削工作。在結(jié)構(gòu)空間及刀具允許情況下，盡量采取一次合缸、一次車削靜葉及齒。避免靜葉與齒分開安裝、分開車削，造成多次合缸、裝夾、車削的浪費(fèi)。精車靜葉城墻齒，可以采取靜葉槽車削類似的方式，一次編制程序，各級次的上或下端面、槽按程序一起車削。粗車時先試驗(yàn)機(jī)床不同位置稍度情況，在精車時按實(shí)測內(nèi)孔尺寸，對主軸剛性及刀具磨損帶來的稍度進(jìn)行補(bǔ)償。

由于中分面斜度及靜葉預(yù)扭的存在，汽缸在上下半把緊及單半狀態(tài)，靜葉及齒的內(nèi)孔、開檔尺寸會有一定變化。一般內(nèi)圓天地方向差值較小，左右方向差值較大。軸向尺寸左右差值呈不一樣趨勢。加工階段需要提供立車把緊狀態(tài)、龍門銑單半狀態(tài)測量的差值，作為總裝通流測量后計(jì)算的補(bǔ)償值。尺寸測量是這一工序的難點(diǎn)在于：立車狀態(tài)，汽封齒位于兩級葉片之間，內(nèi)徑尺操作空間?。积堥T銑單半狀態(tài)，汽封齒水平方向直徑測量，由于汽封齒較薄，尋邊儀很難找到最大點(diǎn)位置。為此，立車汽封齒直徑尺寸，一般通過機(jī)床保證，也可以通過深度尺測量到靜葉相對距離換算得到，作為驗(yàn)證。龍門銑汽封齒水平方向直徑，還需要通過內(nèi)徑尺對可操作位置測量進(jìn)行復(fù)查，綜合測量來保證尺寸提供的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

本文通過對某沖反結(jié)合類型低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，制定了合理的工藝流程。針對中分面斜面結(jié)構(gòu)、內(nèi)腔反動式結(jié)構(gòu)帶來的加工難點(diǎn)，給出了切實(shí)有效的工藝解決方案。提出了龍門銑主軸加工配合支撐調(diào)整的方式進(jìn)行中分面斜面銑削的工藝方法；針對低壓缸，在靜葉及齒槽的標(biāo)準(zhǔn)化車削、靜葉及齒安裝調(diào)整、尺寸補(bǔ)償與測量上提出了操作性方案，并在魯西、信豐等多臺份汽缸中進(jìn)行了驗(yàn)證，為同類型的低壓內(nèi)缸加工制造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。