聯合循環汽輪機高中壓內缸車削加工技術

□宮同浩

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠 上海 200240

聯合循環汽輪機高中壓內缸車削加工技術

□宮同浩

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠 上海 200240

介紹了上海汽輪機廠自主研發的266 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸車削工藝技術。從工藝分析、工藝方案制定、工藝難點解決、工裝設計、刀具應用等方面對高中壓內缸的車削加工進行了深入分析，解決了新型結構汽缸的加工工藝難題，提升了制造工藝技術水平。

由上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠自主設計研發的266 MW聯合循環汽輪機采用三壓、再熱、反動式、雙缸雙排汽、中低壓可解列、抽汽凝汽式設計結構[1]，配套4000F燃氣輪機。根據產品的模塊化設計原則，高中壓部分采用自主開發的高中壓模塊。為適應聯合循環快速啟動的要求，高中壓模塊采用雙層缸結構，為提高機組核心競爭力，高中壓內缸采用整體內缸結構。

作為汽輪機靜子部分的重要零件，汽缸功能主要是支撐隔板、靜葉及持環等其它靜止部件，從而保證蒸汽在內部的能量轉換。自主研發的266 MW等級聯合循環汽輪機高中壓內缸[2]如圖1所示，采用了全通流結構。該汽缸為新設計產品，無加工經驗可循，其內腔復雜的葉根槽和汽封槽結構對切削刀具及加工技術提出了較高的要求。

圖1 聯合循環汽輪機高中壓內缸

1 高中壓內缸結構分析

高中壓內缸采用了高、中壓合缸的整體設計結構，屬大長徑比零件，上、下半通過水平中分面螺栓連接，如圖2所示。毛坯采用了鑄鋼件，零件總長4 085 mm，最大回轉直徑3 268 mm，總質量35.5 t。高壓側設計有24級T形葉根槽，如圖3所示。中壓側設計有13級T形葉根槽，高、中壓過渡段設計有9級平衡活塞汽封槽，如圖4所示。

圖2 高中壓內缸中分面結構

圖3 葉根槽

圖4 平衡活塞汽封槽

2 高中壓內缸車削加工工藝難點分析

2.1 高壓側平衡活塞汽封槽加工

該汽缸內腔加工直徑非常小，考慮到加工干涉和退刀空間，選用了滑枕截面為360 mm×360 mm的6.3 m數控立車。機床滑枕伸出極限為2 500 mm，但高壓側平衡活塞汽封槽距離汽缸端面最大尺寸為2 405.8 mm（圖5），滑枕伸出過長[3-4]，加工過程中可能會產生振動[5]和讓刀現象，從而影響汽封槽的加工精度?；谝陨显?，需要通過試件切削來獲得最佳切削參數，經試驗確認采用翻身加工來解決。

2.2 T形葉根槽加工

該汽缸內腔葉根槽（圖6）規格多達7種，各級葉根槽內圓直徑及型線尺寸跨度大，定位面形位精度要求不大于0.02 mm，葉根槽直槽最小寬度僅13.8 mm，最小加工直徑786.04 mm。為適應以上型線結構、加工尺寸及精度要求，需要制定合理的加工方案，并配備相應的非標刀具。

圖5 平衡活塞汽封槽結構尺寸

圖6 葉根槽型線

2.3 徑向汽封齒加工

根據裝配技術要求,高壓側徑向通流間隙需達到0.8 mm，中壓側徑向通流間隙需達到0.9 mm，考慮到多次拆缸會引起汽封齒變形，從而導致徑向通流間隙（圖7）無法保證，因此需要采取組合加工工藝方案，以滿足徑向汽封齒與隔板汽封齒的同軸度要求。

圖7 高中壓缸通流間隙

3 高中壓內缸車削加工方案

3.1 模擬車削試驗

該汽缸總長4 085 mm，內腔通體加工時，立車滑枕至少外伸2 045 mm，才能滿足加工要求。但根據以往6.3 m數控立車使用經驗，滑枕外伸在1 800 mm以內為最佳車削狀態。為避免立車滑枕伸出過長而產生振動和讓刀，進而導致新產品加工超差，需要設定合理的切削參數使滑枕剛性能夠滿足加工要求。實踐中，用試件模擬車削（圖8）的工藝方法確定了最佳切削參數。試件采用環形結構，內圓設計有一個與零件同規格的汽封槽，毛坯采用鋼板下料，試驗時立車橫梁上升至3 000 mm位置，滑枕外伸2 100 mm，分別應用R3圓頭割刀、R3彎頭割刀、6 mm彎頭割刀、12.7 mm直割刀和雙菱形刀試加工汽封槽。

圖8 6.3 m數控立車試件切削示意圖

針對試驗初期產生的振動和讓刀，不斷調整切削參數[6]，直至機床滑枕趨于穩定。經質檢人員測量，汽封槽所有加工尺寸均達到了圖紙要求，最終獲得了應用于產品加工的最佳切削參數，見表1。

表1 模擬的最佳切削參數

3.2 T形葉根槽加工方法及刀具配備

由于T形葉根槽[7]結構復雜、級數多、尺寸規格不同、各級內徑尺寸落差大、精度要求高，為保證T形葉根槽的加工精度，減少換刀次數，在各級葉根槽加工中對各加工部位余量進行了合理的分配，并應用了參數化數控編程技術。葉根槽加工流程如圖9所示。

為保證加工可靠、切削性能好及加工效率高，同時為滿足不同型線規格的加工需要，共配備了7種類型車刀，如圖10所示。所配備的葉根槽刀具存在以下特點：刀柄采用CAPTO型式[8]，剛性好，對中性穩定，拆裝方便；冷卻方式采用內冷卻；采用了硬度高、耐磨性好的硬質合金刀片[9]。與此同時，為避免加工過程中發生碰撞和干涉，對車刀刀體進行了專門設計。

3.3 組合車削徑向汽封齒

分析了類似結構零件的加工案例。由于高中壓內缸采用上、下分半結構，水平中分面螺栓采用熱緊安裝方式，若徑向汽封齒在裝靜葉之前車好內圓，后期拆缸重新拼缸會發生變形，導致徑向通流間隙無法保證。通過討論分析和方案論證，制定了組合加工工藝方案[10]，以滿足徑向汽封齒與隔板汽封齒的同軸度要求，具體實施過程如圖11所示。

由于徑向汽封齒與隔板汽封齒內圓深度（尺寸A）較大，兩級靜葉之間距離（尺寸B）很小，徑向汽封齒的加工和測量比較困難，如圖12所示。

為加工徑向汽封齒內圓，通過圖紙分析和現場測繪，專門設計了一把車刀排。刀排柄部采用70 mm×70 mm方身設計，與6.3 m數控立車刀架接口相匹配，外伸部分厚度設計為25 mm，可以覆蓋整個通流各級距離。刀具夾持缺口采用3個螺栓夾緊，加工時分別夾持左右手割刀進行車削。

圖9 葉根槽加工流程示意圖

圖10 葉根槽車削刀具

圖11 組合車削徑向汽封齒過程

圖12 高中壓內缸通流尺寸示意圖

高中壓內缸各級距離尺寸較小，徑向汽封片非常薄，常規內徑千分尺無法直接測量。為測量加工后的徑向汽封齒內圓尺寸，首先以靜葉圍帶內圓為測量基準，采用深度尺測量內圓深度尺寸，然后采用內徑千分尺測量各級圍帶內圓，最后通過換算獲得徑向汽封齒內圓尺寸。

4 結束語

通過采用以上車削加工技術，解決了首套自主設計266 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸的車削加工難題，形成了一套成熟可行的加工工藝方案。

最終經質保部門檢驗，高中壓內缸各項加工精度均達到了圖紙要求，成功實現了首套高中壓合缸內缸零件的試制，加工方法將被推廣至后續新型產品的自主制造。本項加工技術的突破，將拓展上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠在聯合循環汽輪機組市場中的占有率。

[1]沈堅，張立建，陳倪.F級二拖一聯合循環抽凝背汽輪機的開發[J].裝備機械，2013（3）：14-18.

[2]陳倪.聯合循環汽輪機本體設計思路 [J].上海汽輪機，2001（3）：8-13.

[3]王莉莉.新型300 MW、600 MW機組高壓內缸工藝研究[J].機械工程師，2016（3）：225-226.

[4]沈永根，蔡振銘.燃氣輪機中間缸制造技術的研究[J].裝備機械，2015(3):21-27.

[5]陳澤英.對車削加工中振動的思考[J].電子世界，2012(12): 95-96.

[6] 盧大綱.利用優化技術選擇車削參數 [J].機床與液壓，1996(6):49-50，31.

[7] 金建江，辛健.聯合循環汽輪機中壓內缸的國產化制造[J].熱力透平，2007，36（2）：136-137.

[8]徐林紅，鄒華.國外先進的刀機接口淺析[J].機械工人（冷加工），2003（4）:10-12.

[9]侯新志.涂層硬質合金刀片切削性能的試驗研究[J].水利電力機械，1998（2）:21-24.

[10]袁禮彬.機床夾具制造中組合加工法的應用與實踐[J].機械制造與自動化，2010（1）:49-51.

An overview was given on the turning technology developed by STP itself for high/medium pressure inner cylinder of 266 MW combined cycle steam turbine.By in-depth analysis of the turning technology for high/medium pressure inner cylinder that covered process analysis,processing plan establishment,settlement of key processes,tooling design and tool application,the cruces for processing of the cylinder with new structure were addressed and solved and as the result,its engineering level had been improved.

聯合循環汽輪機；內缸；車削加工

Combined Cycle Steam Trubine；Inner Cylinder；Turning

TH122；TH161

B

1672-0555（2016）04-006-05

2016年6月

宮同浩（1982—），男，本科，工程師，主要從事汽輪機大型部套工藝及制造工作