137 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸加工工藝改進與創新

□竺亦泓

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠上海200240

137 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸加工工藝改進與創新

□竺亦泓

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠上海200240

概述了137 MW聯合循環汽輪機的結構與加工制造，結合生產實踐，介紹了137 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸加工工藝的改進與創新，具體包括：攻克結構難題，完成內部葉根槽及汽封槽等的加工；通過刀具改進完成大深度測溫孔的加工；通過工藝優化解決泵水泄漏問題等。

汽輪機；內缸；工藝；改進

電力行業的發展水平是衡量一個國家先進制造水平的重要標志，我國在過去的幾十年內在核電、風力發電、燃氣輪機發電，以及太陽能綠色發領域電均取得了長足發展[1-2]。

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠長期從事大型汽輪機、燃氣輪機的開發和制造，機型覆蓋面廣，其中137 MW聯合循環汽輪機是以266 MW等級聯合循環機組的設計制造經驗為基礎，結合300 MW等級凝汽汽輪機和熱電聯供汽輪機的成熟技術開發出的新一代F級燃機多軸一拖一汽輪機[3-6]。這一機組采用高中壓合缸、低壓缸雙流的雙缸布置方式，高中壓部分為反流結構，即高壓進汽和再熱進汽均設在汽缸中部，高壓排汽在汽輪機端部，中壓排汽在電機端。內缸前后均采用上貓爪、中分面支承，熱位移不會影響汽缸對中。高中壓內缸的最大回轉直徑為3 194 mm，總長為3 935 mm，呈圓桶狀。高中壓內缸內腔型線復雜，多重類型的T形槽組合在一起，同時高壓側平衡活塞汽封槽軸向尺寸較深，使得技術準備和實際加工工藝都存在很多困難[7-8]。

1 高中壓內缸結構分析

高中壓內缸的外形如圖1所示，缸體采用G17CrMoV5-10鑄鋼件，質量為33.5 t，總長為3 935 mm，最大加工直徑為2 425 mm，最小加工直徑為710 mm，最深加工尺寸為1 968 mm。整體為通流結構，有24條高壓靜葉槽、16條中壓靜葉槽和13條高壓側平衡活塞汽封槽。

圖1 高中壓內缸外形

高中壓內缸靜葉槽均為T形槽結構，有24條高壓靜葉槽，為內缸加工過程中最小的T形槽結構，槽寬最窄處僅13.8mm，如圖2所示，加工難度較大。

圖2 T形槽結構

汽缸端面需要加工3個直徑為3.5 mm/8.5 mm的測溫孔，由于其結構細長，局部長徑比達到了90，造成加工難度很高。深孔加工時鐵屑難以排出，容易纏繞在鉆頭上使加工阻力增大，最終可能造成鉆頭斷裂在汽缸內部，并難以取出[9-13]。如圖3所示，最深處的壁厚為8 mm，需用φ3.5 mm鉆頭加工鉆穿。

圖3 測溫孔結構

整個內缸加工結束后，分別裝配徑向汽封齒、高壓側平衡活塞汽封和40級靜葉片，再車削汽封齒和靜葉圍帶。

2 高中壓內缸加工制造

高中壓內缸的主要加工流程為劃線、中分面孔加工、立車粗車與割槽、鏜床加工泵水結構、泵水試驗、立車精車與割槽、鏜床加工外形結構等。大約需耗時5個月完成整個高中壓內缸的精加工，之后再進行高中壓內缸徑向汽封齒的裝配和車削加工。主要加工流程具體分析如下。

（1）劃線，分配加工余量。

（2）鏜床粗銑中分面。

（3）鏜床及鉆床中分面孔加工。中分面粗加工留1 mm余量，中分面孔上半部由數控鏜銑床定位、預鉆，最終鉆床加工，下半螺孔均由數控鏜銑床鉆、擴、銑完成，如圖4所示。

圖4 數控鏜銑床加工中分面孔

為立車加工校調基準時，沿轉子軸向方向在高中壓內缸上、下半內圓上各銑出多處小平臺，操作者記錄這些小平臺的坐標位置，以供立車校調使用。

中分面定位錐銷孔加工時，由于粗車與精車工序中還存在一次中分面的加工工序，因此對定位錐銷孔需放余量分兩次加工，分別滿足汽缸在粗車與精車工序的定位功能。具體為汽缸拼合狀態下，粗車前先將定位錐銷孔加工至φ30 mm，錐度1∶50；在精車前再將定位錐銷孔按圖紙精加工至φ40 mm，錐度1∶50。

（4）立車粗車。采用6.3 m數控立車粗車，8 mm割刀車中壓汽封槽，12.7 mm割刀車中壓靜葉槽，15.88 mm割刀車高壓汽封槽。針對高壓靜葉槽，由于寬度很窄，采用一把6 mm割刀進行車加工，單面留3 mm余量，如圖5所示。

圖5 立車粗車靜葉槽

由于毛坯余量很大，一端內圓加工完成后，鐵屑就達到缸體一半的高度，所以割槽時是由下向上進行加工的，避免了由于鐵屑堆積對加工造成的負面影響，如圖6所示，這是與常規機組的汽缸在立車工序加工中的不同之處。

圖6 鐵屑照片

（5）鏜床加工泵水結構。使用數控龍門鏜銑床粗、精銑兩側搭子厚度，以及中分面，然后采用以銑代車的創新加工方法，銑泵水工具安裝面。

（6）鉆床鉆、擴、鉸6-φ40 mm錐銷孔。

（7）泵水試驗。泵水試驗技術要求為汽缸分段泵水，密封泵水持續3 min，水平中分面法蘭不得從兩側向外泄漏。泵水試驗一共進行三次，最終達到滿意結果。試驗中主要問題是出現在中分面部分螺栓位置漏水，如圖7紅色圓圈所示三個生銹較嚴重的螺栓位置。

為了克服泵水泄漏問題，工藝專家進行原因分析，改進加工工藝，將中分面的密封槽加工改在泵水前加工，同時安裝密封件，以改善合缸后該區域的密封性能，如圖8所示。通過加工工藝的改進，最終在第三次泵水試驗時，沒有再發生漏水情況，順利通過了泵水試驗。

圖7 泵水試驗中漏水螺栓

圖8 中分面密封槽

（8）立車精車。首先割掉泵水試驗的安裝凸臺，半精車加工汽缸內圓各檔尺寸，然后分別半精車、精車高中壓汽封槽及靜葉槽。靜葉槽的具體加工順序如圖9所示。

T型槽上、下彎槽常規加工都是選用方刃彎頭車刀，并根據工件彎槽寬度及割刀刃口寬度進行編程，一刀一刀進行車削。這一加工方案存在很多缺點，如由于切削深度較大，鐵屑排出時會連成長條。為避免鐵屑纏繞刀具且損壞工件，操作者需時刻關注并及時勾出鐵屑，工作量較大。同時，操作人員必須仔細對刀，并根據各規格割刀的不同參數，在數控程序中設定補償值，過程繁瑣，容易犯錯。本機組高中壓內缸的加工采用創新加工方法，先用配置圓刀片的彎頭車刀（圖10）以圓心對刀方式進行編程加工，一層一層剝去材料，這樣采用小切削深度、大進給量的方法使鐵屑更容易斷碎和排出；然后再利用上、下彎槽割刀加工上、下彎槽部分，這樣能減小切削深度，從而降低刀片損耗，同時提高車削效率。

除此之外，立車同時還要加工汽缸其余內外圓各尺寸及圓角等。

（9）拆分上、下半缸體。

（10）數控鏜銑床加工壓板槽、各搭子面，以及頂部及背部的鍵槽。加工各汽口的同時，要安裝與汽口匹配的密封環，如圖11所示。

圖9 靜葉槽加工順序

圖10 配置圓刀片的彎頭車刀

圖11 安裝密封環

加工大深度測溫孔時，先使用φ8.5 mm硬質合金長鉆頭加工至圖紙深度要求，由于長徑比大，采用低轉速及低進給參數鉆孔。在加工φ3.5 mm通孔時，為最大程度提高剛性，采用了新制階梯式高速鋼麻花鉆，其柄部直徑為6.2 mm，刃口直徑為3.5 mm，如圖12所示。加工時需頻繁退出鉆頭，清理纏繞在上面的鐵屑，現場加工時非常順利，并未出現鉆頭斷裂的情況，唯一缺點是耗時較長。

圖12 階梯式麻花鉆

（11）鉗工工序。手攻螺紋，去毛刺，然后進行清潔。

（12）裝配高中壓內缸徑向汽封齒。

（13）拼合上、下半缸體。

（14）立車加工。粗車高中壓內缸徑向汽封齒，留0.5 mm余量。

（15）拆分上、下半缸體，去汽封齒毛刺，裝配靜葉片、高壓側平衡活塞汽封。

（16）拼合上、下半缸體。

（17）立車加工。精車高中壓內缸徑向汽封齒，粗、精車靜葉圍帶，精車平衡活塞汽封齒內圓。

（18）拆分上、下半缸體，靜葉圍帶等各處由鉗工去毛刺，裝配高壓隔板汽封。

（19）拼合上、下半缸體。

（20）立車加工。車高壓隔板汽封齒內圓。

（21）中分面騎縫銷孔加工檢驗配合。檢驗上下半缸體水平中分面mm騎縫銷孔尺寸精度及表面粗糙度，以保證達到圖紙要求。

（22）完工檢驗，進入高壓缸總裝。

3 總結

通過加工工藝技術的改進，順利完成了首臺137 MW聯合循環汽輪機高中壓內缸加工工藝攻關，順利解決了整個加工過程中所遇到的疑難問題，精確完成了關鍵技術及創新點的加工工藝技術，編制了全新參數化循環數控程序，大大提高了生產效率，最終優質完成產品的生產制造任務，同時也積累了加工槽、孔和汽口等部位的實際加工經驗，為后續類似機組內缸的加工工藝準備打下了堅實的基礎。

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（編輯：平平）

強強聯手發力能源儲存國軒高科與上海電氣成立合資公司

日前，國軒高科與上海電氣共同投資成立合資公司的簽約儀式在上海舉行。此次合作，雙方將集中優勢資源，強強聯合、共同推動清潔能源及新能源儲存應用的發展。上海電氣在核電、風電、太陽聚能等清潔能源裝備制造方面優勢顯著，同時也在分布式能源、智能電網等新能源應用系統解決方案上進行了積極的探索和實踐，研發出智能新能源控制系統、供用電管理系統、微網能量管理系統，并且具備完善的電力工程服務體系。未來，上海電氣將與國軒高科一起，在鈦酸鋰負極材料上深耕細作，制備長壽命、高安全、高倍率的鈦酸鋰儲能電池。

Gave an overview on the structure and manufacturing of 137 MW combined cycle steam turbine and introduced the improvement and innovation of the processing technology for high and medium pressure inner cylinder of 137 MW combined cycle steam turbine combined with production practice.In aspect of structure,the processing of the internal blade root groove and steamseal groove were finished，the processingoflarge deep temperature hole was accomplished by the improved tool,and the pump leakage was solved via process optimization.

Steam Turbine；Inner Cylinder；Process；Improvement

TH163；TM611.3

B

1672-0555（2017）02-032-05

2016年11月

竺亦泓（1984—），男，碩士，工程師，主要從事汽輪機制造工藝制造研究工作。