汽輪機轉子加工工藝分析

撰文/劉建華

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汽輪機轉子加工工藝分析

撰文/劉建華

轉子是汽輪機的重要組成部件之一，結構相當微妙和復雜。由于轉子在運行時需要承受著葉片、葉輪、主軸本身質量的離心力，承受著溫度分布不均勻產生的熱應力，還要承受著巨大的扭轉力矩和軸系振動產生的動應力，所以轉子的尺寸精度和跳動要求很高。所以汽輪機轉子的裝夾方法，葉根槽及軸頸和推力面對關鍵結構的加工工藝十分重要，為提高轉子的加工精度和保障表面粗糙度的要求而探討合理的加工工藝。汽輪機轉子；裝夾；葉根槽；加工工藝

■150046哈爾濱汽輪機廠有限責任公司黑龍江哈爾濱

1　汽輪機轉子

1.1汽輪機轉子概述。汽輪機中所有轉動部件的組合體叫做轉子。轉子的作用就是把蒸汽的動能轉變為汽輪機軸的回轉機械能。還主要用于匯集各級動葉柵上所得到的機械能并傳遞給發電機轉子。它主要有主軸、葉輪、動葉及聯軸器、盤車裝置等組成。按主軸上是否有葉輪，汽輪機轉子可分為兩種基本形式，即轉輪型轉子和轉鼓型轉子。輪式轉子具有安裝、固定動葉片的葉輪，常用于沖動式汽輪機；鼓動式轉子無葉輪，動葉片直接安裝在轉鼓上，常用于反動式汽輪機。

1.2轉子在運行時應注意的問題。汽輪機運行中，轉子可能發生的問題主要是軸的彎曲和折斷。發生彎曲和折斷的原因可能是汽輪機第一次振動過大、可能是運行操作不當、汽輪機啟動時的受熱不均等原因造成軸的彎曲。還有可能是轉子在運行中較大振動而造成的轉子彎曲。

2　汽輪機轉子裝夾工藝

選擇正確的裝夾方法是保證汽輪機轉子加工質量的前提。根據汽輪機各部件的尺寸和規格，也就無形的確定了轉子的尺寸和規格。因為部件和部件之間要完美的銜接，不能差之毫厘。在加工轉子前、后軸頸外圓時，其表面粗糙度要求是Ra0.8，行位公差必須嚴格控制在0.01-0.02毫米范圍內。所以為了保證轉子各處的精確度，必須依照流程、按照順序，選擇合適的裝夾方案。

在初始加工時，為防止轉子變形，要利用一種東西固定住夾子。即采用一夾一頂的定位方式。具體步驟就是：先夾住轉子的前端，頂住汽輪機排汽端，在花盤處車削一段基準外圓，擁有搭建中心架，然后調過來進行裝夾，同時也在汽輪機排汽端車削一段基準外圓，用以搭建中心架。然后在轉子的前端，割出轉子的第一段軸長，需留出2毫米，用以打中心孔。在重復前面的步驟，調頭裝夾，把支承架放在排汽端，切割軸段長度，同樣留2毫米，為方便進行重修中心孔。完畢后利用滾軸分別對第一軸段和第五軸段進行滾壓，直至基準外圓的表面粗糙度為Ra0.8。另外需要注意的是，滾壓前需確保外圓徑向跳動與橢圓度要求，這樣就能準確了轉子的同心度。多次重復上面的重搭中心架，待校準無誤后，方可緊固尾架頂端。

3　汽輪機葉根槽的加工工藝

葉根槽是轉子的通流部分，是個相當復雜的結構體，對轉子的質量有著至關重要的影響。轉子通流部分轉鼓級和持環擋驅動級的槽型結構大體呈倒T字形，槽底墊著一個半圓形的墊隙槽。

3.1確定定位基準面。利用直槽右端面定位T型槽的軸向，利用末級持環右側大端面定位轉子的通流部分的軸向加工基準面。根據不同要求，計算轉鼓級倒T型槽的級數，轉子的通流部分軸向加工基準面到T型槽軸向定位面之間的距離為T型槽尺寸長度。

3.2T型槽加工路線。根據T型槽的形狀，先用割刀加工半徑4.2mm，上、下公差分別為0和-0.1mm，槽深為14.7-14.9mm的矩形直槽，然后利用90度正反劈刀加工橫槽上部外圓直徑12.5mm，上、下偏差分別為0.04 和0mm。完畢后以其為基準，加工橫槽7.5mm，上、下公差分別為-0.04 和-0.07，并進行倒角加工。最后再對半圓形的墊隙槽加工。

3.3加工刀的要求。在進行橫槽的加工時，要求橫槽刀長度必須小于橫槽直徑，以便橫槽刀能夠放進直槽內，應留有一定的間隙。在對深2.3mm，上、下公差分別為0.2mm和0的橫槽加工時，必須使用彎頭割刀，要求切削刃到刀體深度嚴格大于2.5mm。葉根槽底部直徑為4mm，橫槽內側直徑為0.8mm，這就要求加工到具有一定的寬度和刀體強度。在鏡像加工時，一般選用橫槽刀的尺寸為5mm，深度為2.8mm。要控制好車刀半徑尺寸，保證加工誤差要求。

在汽輪機轉子加工過程中還要注意排屑的問題，如果加工過程中鐵屑不及時清理，會直接影響到工件的加工精度和表面粗糙度。另外還要注意轉子本體加工部位的剛度，在轉子本體加工處側搭中心架，嚴格按照順序一步一步進行操作。具體的步驟是：在加工通流部分轉鼓級的倒T 形槽時，分段使用中心架，并盡可能保證刀具位置靠近中心架，盡量確保轉子不產生振動，從而確保了加工部位形位公差的要求。在進行試加工后，避免了上述不利因素，從而可以輕松地完成對工件的切削加工。

參考：

[1]來逢亮.汽輪機轉子加工工藝分析[J].機械工程師.2014（12）

[2]曹紅波，李明超，葛春新等.F級燃氣輪機轉子加工工藝研究［C］//2011 年“天山重工杯”全國機電企業工藝年會暨第五屆機械工業節能減排工藝技術研討會論文集，2011.