汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡塊毛坯的選用

華寧芳

(南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210037)

0 引言

汽輪機(jī)原理——汽輪機(jī)以蒸汽作為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[2]。

汽輪機(jī)由于轉(zhuǎn)子零件部件材質(zhì)分布不均勻和機(jī)械加工裝配中存在著誤差，這樣才容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在圓周方向上質(zhì)量不均形成偏重。在工程上叫質(zhì)量不平衡。回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量不平衡基本上可分為靜不平衡和動(dòng)不平衡。靜不平衡是指回轉(zhuǎn)體在靜止?fàn)顟B(tài)下其較重的位置在地心力作用下指向地心。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的不平衡離心力引起整個(gè)軸系的振動(dòng)形成動(dòng)不平衡。為使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不平衡量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中為轉(zhuǎn)子平衡設(shè)計(jì)了平衡塊，從而為轉(zhuǎn)子平衡創(chuàng)造條件。[4]

1 平衡塊的分類

1) 軸向平衡塊

圖1是軸向平衡槽在轉(zhuǎn)子中的位置。

圖1 軸向平衡槽在轉(zhuǎn)子中的位置

圖2是軸向平衡塊。

圖2 軸向平衡塊

2) 徑向平衡塊

圖3是徑向平衡槽在轉(zhuǎn)子中的位置。

圖3 徑向平衡槽在轉(zhuǎn)子中的位置

圖4是徑向平衡塊。

圖4 徑向平衡塊

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡塊材料牌號(hào)一般都采用合金鋼：15CrMoA、1Cr13等。此平衡塊安裝在節(jié)圓位置上，直徑大概在700mm～850mm之間，厚度大概10mm～30mm、弧長(zhǎng)大概在40mm～60mm之間。

毛坯狀態(tài)基本上可采用以下3種毛坯形式加工。就軸向平衡塊鍛件毛坯加工為例:

1) 鍛件環(huán)料進(jìn)行機(jī)械加工；

2) 鍛件條料按直徑方向排料進(jìn)行機(jī)械加工；

3) 鍛型材件(板料)進(jìn)行機(jī)械加工。

針對(duì)上述3種毛壞形式進(jìn)行如下選料及加工。

1) 毛坯形式是鍛件環(huán)料(圖5)毛坯尺寸：

毛坯尺寸：d820/D720×36～51 (59件壞料)

毛坯質(zhì)量：50.45kg～71.49kg

單件毛坯質(zhì)量：0.86kg～1.21kg

圖5 鍛件環(huán)料

鍛件毛坯在鍛打過(guò)程中因要加熱到一定的溫度后才能鍛打成形，就會(huì)有一定的熱損耗，所以鍛件毛坯外形尺寸需要在零件圖樣尺寸上放一定余量保證有足夠加工余量。一般高度方向需要放5mm～8mm，厚度方向單邊要放5mm～6mm。對(duì)平衡塊這樣的零件直徑相對(duì)大，厚度相對(duì)薄的鍛件毛坯就需要多放余量，因薄件在鍛打過(guò)程中保溫性能比較差容易產(chǎn)生裂紋，這樣的缺陷就會(huì)影響平衡塊的機(jī)械性能，所以平衡塊在鍛打中厚度方向、長(zhǎng)度方向都要比常規(guī)放量多。這樣加工出來(lái)的零件才能保證品質(zhì)無(wú)缺陷。使用不同的設(shè)備加工鍛件毛坯，毛坯長(zhǎng)度余量也是不一樣的：如利用立車來(lái)完成平衡塊加工，這時(shí)鍛件工藝上就不會(huì)考慮放加工工藝夾頭，立車在加工過(guò)程中裝夾是靠壓板固定，在加工外圓時(shí)壓內(nèi)圓，在加工內(nèi)圓時(shí)壓外圓直到內(nèi)外圓達(dá)到圖紙要求再轉(zhuǎn)線切割設(shè)備加工到位即可；但是利用臥車(C6140，C6150)加工此平衡塊時(shí)必須考慮到增加機(jī)加工工藝夾頭，因?yàn)榕P車裝夾是在主軸花盤的三爪或四爪上，對(duì)于此薄件直徑又相對(duì)比較大加工零件會(huì)產(chǎn)生機(jī)加工應(yīng)力造成工件變形反而不易裝配，所以加工過(guò)程中只需一次裝夾來(lái)完成(如圖6所示裝夾)，再轉(zhuǎn)線切割設(shè)備加工到位即可。

圖6 環(huán)料毛坯在臥車上的裝夾

2) 毛坯形式是鍛條料：把平衡塊按直徑方向進(jìn)行排料進(jìn)行機(jī)械加工(圖7)。

圖7 按直徑方向進(jìn)行排料的鍛條料毛坯

條料尺寸: 36×405×81(一次可作20件)

毛坯質(zhì)量：18.43kg(20件)

單件毛坯質(zhì)量：0.92kg

59件的毛坯質(zhì)量：54.28kg

此條料鍛件要比鍛環(huán)料厚度單邊減少10mm～15mm，雖然材料厚度減少了但是這樣給機(jī)械加工帶來(lái)很多不便，如圖8裝夾。

圖8 條料毛坯在立車上的裝夾

這種形式在使用設(shè)備上有一定的局限性，只能利用立車來(lái)完成平衡塊的加工。在裝夾過(guò)程中為了數(shù)據(jù)測(cè)量方便工件必須擺放成180°對(duì)稱，減少單邊切削相對(duì)提高加工利用率。但正常速度走刀還不行,因在加工過(guò)程中工件始終是間斷切削，這樣就會(huì)不斷沖擊刀頭使之磨損，工件光潔度也就達(dá)不到圖樣要求，隨之帶來(lái)加工周期延長(zhǎng)，加工成本無(wú)形中上升了，這不是最終目的。

3) 毛坯形式是鍛件條料或型材：為了更好地使材料利用率提高和機(jī)械加工成本下降，現(xiàn)可采購(gòu)鍛件條料或型材(板料)(圖9)。

圖9 鍛件條料或型材毛坯

毛坯尺寸：36×850×30

毛坯質(zhì)量：7.16kg

單件毛坯質(zhì)量：0.36kg

59件的毛坯質(zhì)量：21.12kg

前面講述此平衡塊外徑:d800mm；內(nèi)徑：D760mm；弦長(zhǎng)：42.11mm；弧長(zhǎng)：42.17mm按照此弦長(zhǎng)與弧長(zhǎng)之比42.11/43.16=0.999幾乎等于1∶1。這樣鍛件毛坯就可考慮為直條料毛坯，在厚度方面也比前面兩種形式的毛坯還可薄，這時(shí)厚度只需要單邊放4mm～5mm，長(zhǎng)度方向只在圖樣要求的尺寸單邊放線切割目絲余量0.15～0.20mm，在選擇機(jī)械加工設(shè)備上就可以采用一些比較簡(jiǎn)單設(shè)備如：小牛頭刨、銑床切削最后線切割使之工件與圖樣要求基本符合，只是在平衡塊上下四點(diǎn)接觸面有點(diǎn)小干涉。如何解決此問(wèn)題呢？唯一辦法只有通過(guò)裝配工在裝配過(guò)程中修配平衡塊與平衡槽之間拂配最終裝入。選擇這樣的毛坯方式及機(jī)加工設(shè)備對(duì)減少工藝流程縮、短生產(chǎn)周期，同時(shí)也減少材料用量都有很有好處，大大提高了材料利用率、達(dá)到了節(jié)約成本的目的，產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益。

2 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)上述3種鍛件毛坯形式進(jìn)行比較，不難看出毛坯形式第3種最具有經(jīng)濟(jì)性。一方面從設(shè)備利用上考慮也是第3種加工方式最為合理可行，另一方面材料成本也大大降低，這對(duì)機(jī)械制造者和使用者都是有利的，通常以單位質(zhì)量的工程材料價(jià)格(元/kg)來(lái)衡量材料的價(jià)值，從滿足使用性能的若干材料形式中選擇加工成本較低者，這對(duì)一個(gè)企業(yè)來(lái)講是一件好事，起了控制成本的作用，這樣的企業(yè)才能夠有新發(fā)展，新的未來(lái)。

[1] 陶正良.熱能與動(dòng)力機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 沈士一.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社.

[3] 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.