螺旋鉸刀現場鉸孔提高工作效率

■南京汽輪電機廠（江蘇 210000）華寧芳 孫克強

1.汽輪機工作原理

由高壓蒸汽推動汽輪機透平葉輪旋轉，將蒸汽的熱能轉變成轉子的機械能從而做功產生電能。汽輪機分為背壓式、凝汽式、抽汽式和抽背式。背壓式汽輪機沒有凝汽裝置，進入汽輪機的工作蒸汽經過各級葉輪旋轉做功，末級排汽供熱用戶。凝汽機是進入汽輪機的工作蒸汽在各級膨脹做功，最后變為負壓排入凝汽器內，經冷卻后形成凝結水回收再利用。抽汽機的工作過程與抽背式基本一樣，其工作過程是將進入汽輪機的工作蒸汽在做功過程中抽出一部分供應用戶需要，剩余部分將繼續做功最后排入冷凝器。

汽輪機在安裝過程中永遠不能忽視軸與軸之間的聯接重要性。聯軸器的功能是把兩軸聯接在一起，在機械運轉時兩軸不能分離，只能在機器停車并將聯接拆開后兩軸才能分離。聯軸器所聯接的兩軸由于制造及安裝過程中的誤差、承載后的變形以及溫度變化等影響，都會引起兩軸之間的相互位置變化，往往不能保證嚴格的對中。聯軸器有無彈性元件決定了其對各種相對位移有無補償的能力，即在發生相對位移條件下，其能否保持聯接功能以及能否起到聯軸器的作用。聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器和安全聯軸器。

2.剛性聯軸器的特點

目前的汽輪機行業中，高中壓轉子與低壓轉子主要是剛性聯軸器中的凸緣式聯接，此聯軸器特點是構造簡單、成本低、可傳遞較大的轉矩，但不允許兩軸之間有相對位移。其優勢是轉速低、無沖壓、軸的剛性大、對中性較好。高中壓轉子與低壓轉子聯接部分如圖1所示。汽輪機低壓轉子（汽輪機端）與發電機端相聯接部分如圖2和圖3所示。

聯軸器上的螺栓孔徑留有0.5 mm余量，用于汽端總裝的鉸配。待電廠總裝找中后，鉸配至所要求的尺寸。聯軸器螺栓外圓留有余量，最終尺寸根據鉸孔尺寸裝配加工。在現場安裝時，聯接法蘭上的螺栓、螺母及止動墊片成組稱重，使對稱位置的聯接零件組重量之和相差不超過7 g，并在全部螺栓以及接觸面上涂抹二硫化鉬潤滑劑（U型）或同等代用品。聯接螺栓成組安裝后，法蘭孔及對應組件打上標記。汽輪機轉子低壓端、發電機端聯軸器如圖4所示。

汽輪機端與發電機端的聯接工作要求相當高，現場聯接孔的精度要求也是很高。

3.常用手用鉸刀與螺旋鉸刀

鉸刀是對已有的孔進行半精加工和精加工用的工具。它可以用手操作或在車床、鉆床、鏜床等機床上工作。由于鉸削余量小，切削厚度薄，因此與鉆頭或擴孔鉆相比，鉸刀齒數多、導向好、容屑槽淺、剛性增加，所以鉸孔的加工精度一般可達到H7～H9級，表面粗糙度值Ra＝1.6～0.4 μm。

鉸刀的生產率較高，費用成本較低，既可鉸削圓柱孔，也可鉸削圓錐孔，因此在孔的精加工中應用廣泛。

鉸刀種類很多，根據使用方式可分為手動鉸刀和機用鉸刀；根據用途分為圓柱孔鉸刀和圓錐孔鉸刀。此外，還可按刀具材料、結構等進行分類，如硬質合金鉸刀、鑲片鉸刀等。

圖1

圖2 低壓轉子與發電機端聯軸器

圖3 汽輪機端與發電機端聯軸器

圖4

最常用的手用鉸刀是整體式的（見圖5）。此鉸刀結構簡單，手動操作方便。由于此鉸刀一般采用實心多刃，現場攜帶不便，一把常用手用鉸刀（φ56 mm）重量大概10 kg左右，在磨損后尺寸不能調節，故使用壽命短，在鉸削過程中用力不均衡，切削量很小大概僅有0.10 mm，中心孔也很難對準，鉸刀退出時又不能反轉，因鉸刀有后角，反轉時容易使切屑塞在鉸刀刀齒后面和孔壁之間，最終會使孔壁劃傷，同時磨損鉸刀。轉子材料一般都采用30Cr1Mo1V-590、241～277HBW，最終造成聯軸器孔質量差，兩軸之間沒有達到最理想狀態——無間隙，這樣兩軸之間就會產生振動，當振動達到一定極限時汽輪機的蒸汽力矩和發電機的磁力矩不能相互平衡，作用于各個軸段的扭矩會使該區域傳遞的有效功率下降，同時也會使軸在瞬間產生沖擊扭矩或周期交變扭矩，將引起轉速變化并激發軸系的扭轉振動，從而在軸系上產生交變的扭應力，使材料發生疲勞損壞，影響轉子的使用壽命。這樣一來此鉸刀是達不到安裝要求的。

螺旋鉸刀也具有一個或者多個刀齒，是用以切削薄金屬已加工表面的旋轉刀具（見圖6）。經過鉸刀加工后的孔可以獲得精確的尺寸和形狀，主要是用于鉸削工件上已鉆削（或擴孔）加工后的孔，提高孔的加工精度，降低其表面粗糙度值，使銷孔螺栓與銷孔之間的配合間隙符合圖樣要求。螺旋鉸刀目前有三大特點：①鉸刀前端有一段螺旋，主要起一定的導向作用，能準確地找準孔的位置，能切削一定的加工余量。②鉸刀設計成其中心有一通孔槽，主要是減輕重量（φ56 mm）攜帶方便，同規格鉸刀重量只有5.2 kg左右。③其一次鉸削量為0.25 mm，耐磨性好、工作效率高、鉸孔質量高、勞動強度小、工裝成本低。

此螺旋鉸刀一般比較適用于安裝過程中的聯軸器鉸孔，并且是人工鉸孔排除機械鉸孔。因聯軸器孔位置在空間上有一定局限性，這時我們會采取人工現場（電廠）鉸孔。

采用螺旋鉸刀進行切削加工，其重量只有常用手用鉸刀的一半左右，在鉸削孔的過程中基本上能夠準確無誤地找準中心位置，這是因為螺旋鉸刀前端有大約30 mm長度的螺紋，主要是起導向及前端切削作用，這樣就能使切削刃部位有較強的切削力同時還會使聯軸器孔中心處于正確的位置，受力方面也比較均衡，其切削量是常用手用鉸刀的2倍多，最大鉸削量為0.25 mm，而常用鉸刀最大只能鉸削0.10 mm，做功也只是常用手用鉸刀的一半左右，鉸孔的精度也隨之提高，這樣一來螺旋鉸刀使用壽命也會大大延長，使用刃具成本就會降低。隨之帶來轉子之間產生的扭轉振動也會降低。

圖6 螺旋鉸刀

現我單位有一實例：一臺印度老機組改造的50MW冷凝式汽輪機（N50-8.83），其主要是以通流改造提高熱效率。由于用戶方目前嚴重缺電，急需進行通流改造來提高熱效率，且用戶給的生產周期很短，只有4個月時間，用戶方資金情況也不是太好，所以要求更換主要零部件。現整個軸系中只更換了轉子、汽輪機聯軸器等，但不更換發電機聯軸器。上文中已說明聯軸器分汽輪機高壓端、汽輪機中壓端、發電機端，這樣隨時會帶來汽端聯軸器（新）與現場發端聯軸器（舊）聯接孔不一致，這時就會考慮到給聯軸器孔留有一定的余量。現從下述表格中不難看出12個聯軸器孔徑基本上不同（見表2和圖7）。

轉子需要重新安裝時，聯軸器孔就必須在原有尺寸上進行鉸孔，主要是使汽輪機轉子與發電機轉子之間能很好地剛性聯接。目前汽端聯軸器孔要求孔φ但到現場鉸孔量只需放0.50 mm。只要準備2 把螺旋鉸刀φ54.75 mm、φ55.00 mm即可完成。而采用普通常用手用鉸刀鉸孔就需要四種：φ54.53±0.01 mm粗鉸、φ54.87±0.01 mm半粗鉸刀、φ54.95±0.01 mm半精鉸刀和φ55H7 mm精鉸刀，每種又需要2把，總數需要8把完成。從上述實例中兩種形式的鉸刀在同一情況下更能體現他們之間的不同，所以說采用螺旋鉸刀是最合適不過了，又一次體現了螺旋鉸刀方便之處。

對一個制造企業來講，產品的好壞直接檢驗制造工藝水平的好壞。制造工藝不好，產品質量就沒法保證。制造企業只有在制造工藝上加以提高才能保證過硬的產品質量，才能取得用戶信任，才能繼續有新的發展和新的未來。

圖7

表1 記錄的聯軸器螺栓長度 （單位：mm）

表2 螺栓尺寸數據記錄 （單位：mm）