核電汽輪機低壓轉子輪槽加工中支承分度系統結構及測試

成國富

摘要：汽輪機是以水蒸汽為工質，將熱能轉變為機械能的外燃高速旋轉式原動機，它是用來驅動發電機生產所需的電能的，是國家重要的動力機械設備。轉子是汽輪機最重要的部件之一，其由轉子本體和葉片構成，擔負著工質能量轉換及扭矩傳遞的重任，它在高溫、高壓的條件下高速旋轉。因此需要很高的強度和均勻的質量，以保證它安全工作，任何設計、制造、安裝、運行等方面的疏忽，均會造成重大事故，而轉子加工中最為關鍵、最為困難的是輪槽的加工，保證了輪槽的加工質量，就從根本上保證了轉子的加工質量。輪槽加工的關鍵是選擇由適當的機床、適當的支承和分度機構組成的加工系統，來保證輪槽加工的精度和穩定性。本文探討在數控鏜床上加工輪槽的支承分度系統結構及測試。

關鍵詞：核電汽輪機；轉子輪槽；支承分度系統

引言

由于核電低壓轉子重量大，加工輪槽時切削力大，因而要求支承剛性要好，分度積累誤差要小，因此對支承和分度系統，我們在數控鏜床加工輪槽試驗中使用了專門支承分度系統，并對該系統進行了試驗檢驗。

1.支承分度系統結構

該系統軸承支承的支承載荷為120T，液壓夾緊力為35T。如圖1所示，支承系統采用了靜壓軸瓦，液壓夾緊，使整個系統有很高的剛性，在軸瓦給油托起，液壓夾緊和分度之間用

PLC順序控制，液壓系統的壓力也有監控以保證安全性。分度系統采用圓光柵閉環控制，以保證分度精度。

2.液壓軸承支承系統剛性試驗

選擇和核電轉子材料一樣的30Cr1Mo1VA試驗件作切削加工試驗，加工設備選用2WF180-NC數控鏜床。其主軸直徑Φ180mm，固定工作臺16m×6m，可以滿足轉子安裝的要求。該試驗中試件重11T，跨距為4m，外圓直徑為φ1200mm，。試驗時按參數Vc=26m/min、f=25mm/min進行粗銑；按Vc=30m/min、f=15mm/min進行半精銑；按Vc=35m/min、f=25mm/min進行精銑，得到以下結論：

2.1夾緊與放松狀態轉子軸徑僅下沉0.02mm，對加工精度影響極小；

2.2加工中發生輕微振動，且葉輪處振動最大，加工面粗糙，僅達到Ra1.6。分析原因是試件剛性不足，切削力過大造成，而支承系統剛性是很好的，使用實際轉子時，系統剛性會增加，振動會減少，粗糙度精度會提高，可以滿足轉子輪槽加工要求；

2.3輪槽型線加工精度滿足設計要求。

3.分度精度試驗和監測

用三十六面棱鏡對分度頭單獨進行檢查，分度精度實測結果為±15″，反映在葉輪外圓上的節距誤差為±0.063mm，該分度精度完全能夠滿足輪槽分度精度要求。

3.1輪槽的分度精度是轉子最重要的技術要求，分度機構稍有不穩定，造成分度錯誤，就將造成整根轉子報廢，造成巨大損失。因而輪槽加工中上均配備了分度監測機構，以檢查分度機構分度的正確性，而我們所選用的液壓支撐和分度裝置，有數控分度裝置，卻沒有監測裝置，對轉子輪槽加工帶來不確定性。因而尋求分度監測方法，對分度機構工作的準確性加以監控，就成為安全可靠地使用支承分度機構的關鍵。利用分度頭本身的分度裝置，在葉輪的最外圓上預銑五十六個寬10mm，深5mm的小槽，作為“監測槽”，監測槽在后續輪槽加工中被加工掉。由于無切削過程的影響，監測槽的精度要好于輪槽加工時的精度，經檢測這些小槽，相鄰兩槽之間的節距誤差在0.10mm之內。

影響輪槽分度精度的因素主要有兩個：

⑴ 轉子分度不到位，經打表測量分度盤卡爪與聯軸器有相對位置誤差；

⑵ 機床主軸的Y方向上出現“0”位漂移。

有了“監測槽”，在每次加工分度后，都在主軸上裝夾Φ10mm樣棒，用“監測槽”檢查分度精度，由于轉子分度值的變化誤差在15"內是隨機的，因此在第二次分度，即實際加工中沒有必要按“監測槽”找到“0”位，在實際中這樣也做不到。設計要求兩輪槽節距公差±0.13mm，因此規定主軸在“監測槽”的±0.05mm之內即允許加工，這樣即保證了輪槽加工的定位精度，又方便了工人實際操作，使工藝簡單化。“監測槽”是轉子分度的實在位置，誤差極小，完全可以用來檢測加工時的分度精度。

4.結語

通過對支承分度系統試驗表明本支撐結構有足夠的剛性，能保證加工系統的穩定性，防止發生振動，滿足加工精度和粗糙度。分度機構有足夠的分度精度，能保證輪槽的均布要求。

參考文獻：

[1]蔡頤年.蒸汽輪機.西安交通大學出版社.1998：3-5

[2]侯志蓉等.轉子齒形輪槽加工工藝研究.汽輪機技術2002（4）：249-250

[3]袁保山.汽輪機大件加工的現狀.發電設備.1995，（5～6）：11～15

[4]陳永亮，由岫等.P25轉子葉根槽加工試驗.汽輪機技術1998（2）：20-22

[5]鄭力，張伯鵬等.考慮刀具-工件-機床系統柔性的銑削表面誤差模型.清華大學學報1998（2）：76-79.