探析汽輪機制造質量控制常見問題

陳緒良

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

隨著科學技術的提高，汽輪機領域得到空前發展，但對于汽輪機的質量要求也越來越高。根據目前調查得知，汽輪機制造過程中的質量缺陷主要存在于材料、加工過程、運輸過程等。企業必須針對上述缺陷進行針對性處理，提升汽輪機制造質量解決安全隱患。

1 材料理化性能方面的問題

材料是機械制造的基礎，材料關系到機械產品的強度、剛度等性能，而汽輪機材料的性能問題主要體現在超標以及缺陷兩方面。因此，汽輪機制造階段采用的轉子零件和鑄件時產生的運動性能無法滿足預期要求。制造汽輪機的主要材料為C、Al、Cr、N、Nb等，人們必須對上述元素進行測試。Cr元素的正常取值為10.5%，但通過測試結果可知，C樣品中所包含的Cr元素略微超過上極限，達到10.8%。

部分樣品中的Cr元素含量已經達到11%，說明樣品中的Cr元素含量已超過標準范圍。此外，汽輪機材料的Al元素含量應不超過0.01%，但是絕大多數樣品的Al元素檢測含量超過0.02%，背離預期標準。同時，沖擊吸收能量是檢測汽輪機性能的重要指標，但是經過標準測試后，大部分轉子鍛件并未達到預期沖擊吸收值，說明產品質量不滿足標準。

對某型汽輪機內部鑄件進行監測，可知其屈服強度在480～490MPa，但屈服強度的標準值為500MPa，說明內部鑄件抵抗塑性變形的能力不滿足預期，甚至會產生裂紋等現象。

2 機械加工過程中出現錯誤

汽輪機內部含有大量的零部件，如鋼坯、閥門、殼、葉片等，任何一個部件都會影響汽輪機運行狀況。同時，上述部件要求采用進口產品，但汽輪機在實際生產階段采用的都是國內產品。

汽輪機內部零件眾多，因此部件加工成為重點工序之一。內部構件的加工工藝不成熟將直接導致部件幾何尺寸產生誤差，這類誤差超過標準范圍，會導致汽輪性運行質量下降。例如，某型號汽輪機具備高中壓兩類轉子平衡鼓，平衡鼓間的直徑部分時常被加工人員制造成臺階狀，致使其尺寸遠遠小于原先圖紙設計的尺寸，根據調查得知，實際尺寸與預期尺寸相差9cm。某型號汽輪機轉子的末尾級葉根槽為叉狀，其中部分葉根槽的尺寸超出預計尺寸3mm，而且工作人員并未對此槽進行強度校核，留下安全隱患。

3 流通間隙超過標準規定

由于設備采購以及加工工序所采用的轉子等零件，制造工期比氣缸等零部件時間長。因此，國內汽輪機制造企業開展間隙測量工作時，通常采用計算機進行操作，相關企業通過計算機實現工況模擬，近似還原總站流水線，然后以模擬結果作為參考，進而實現裝配。但是，制造企業的計算機模擬結果與實際裝配結果差異較大，導致組裝效率嚴重下降，無法達到預期目標。

例如，汽輪機制造企業制造某型號汽輪機組時，全部采用計算機模擬技術來實現裝配工序，模擬以及計算轉子流通的間隙來通過驗收標準。但是，總裝企業在安裝階段經常發現流通間隙與間隙標準范圍不匹配的問題，制造廠與組裝廠的數據不一致，進而導致組裝失敗。

4 焊接、外觀和裝運等方面的質量控制問題

根據調查得知，汽輪機生產階段所采用的零件存在嚴重的焊接問題，主要分為變形和缺陷兩類。以國內某型號汽輪機為例，隔板焊接工作是由制造企業委托其他企業完成的。隔板焊接階段會存在較大的工作電流，極易導致隔板變形，甚至部分葉片的汽邊節圓線出現尺寸誤差等問題；如果高低不均勻會導致焊接殘留物飛濺損害葉片。最為嚴重的情況下，飛濺物可以達到6mm，它會導致汽輪機中壓隔板全部失效，進而造成汽輪機無法運行，企業蒙受巨額損失。

汽輪機制造階段需要大量的設備，但是上述設備并非存在于各個制造廠，而是從其他單位運送至制造單位。因此，運輸過程中總會存在設備磕碰等問題，導致設備損壞或者零部件附著一些殘留物，又或者因為汽輪機制造設備的材料等問題導致運輸階段受到腐蝕。上述問題均會導致設備失效，進而影響汽輪機制造質量。以國內某型號汽輪機為例，其軸承箱或者隔板等部位的安裝流程較為煩瑣，工作人員經常會在接縫處清除大量殘留物，如鐵屑和焊渣，而且油管和軸承內部經常會出現銹跡，需要長時間清理方可開展下一階段工作。

各個部件在運輸階段會遭受到各類擦碰，容易導致安全事故的發生。同時，制造企業結束葉片裝配后會進行高壓轉子的試驗，將汽輪機送往總裝車間時，固定不牢會導致轉子脫落，使葉片等部件產生破裂或者變形，此事故不僅會延緩汽輪機的制造工期，同時會給企業造成嚴重的經濟損失。

5 汽輪機承壓鑄鋼件監造過程中所具有的質量控制問題

承壓鑄鋼件監造過程屬于人為監督舉措，旨在促進工作人員努力工作并反復核對汽輪機制造階段的質量。但是，承壓鑄鋼件監造階段也存在質量控制問題，其主要表現在蒸汽室修繕等方面。監理人員得到相關消息后會立即告知業主，業主會派遣工作人員到現場協調并處理相關難題。側部蒸汽室是汽輪機運行蒸汽到達噴嘴前所處的部位，蒸汽的流通軌跡是從下至上的，通過各類閥門后再流回尾部氣缸，進而達到噴嘴部分。焊接可以使承壓鑄鋼件與高壓氣缸相互連接，大量的氣孔距離蒸汽室上方的距離為10cm，而法蘭孔的大小只有20mm，工作人員進行質量檢查時較為困難。同時，此處屬于汽輪機內部溫度最高的部位，如果出現損壞甚至破裂，容易導致安全事故的發生。

6 結論

隨著經濟的不斷發展，機械領域逐漸向智能化方向發展，但是汽輪機作為大型機械設備的核心部件，關乎用戶的生命安全。因此，有關企業必須嚴格控制汽輪機制造質量保證其供電以及供熱，穩定高效。經過調查，筆者發現目前汽輪機制造質量控制過程存在很多問題，例如：材料理化性能方面的問題，包括屈服強度不足、元素配比不正確等；用戶要求采用進口產品，但是制造商依然采用國產產品；葉根槽的尺寸以及轉子間平衡鼓與實際范圍差距略大；流通間隙超過標準規定，計算機模擬工況的結果與實際結果差距較大；焊接、外觀和裝運問題；零部件運輸過程中經常遭受磕碰導致損壞；汽輪機承壓鑄鋼件監造過程問題；監理人員難以查看法蘭孔等特殊部位。上述問題均能導致汽輪機制造質量下降，因此如何嚴格控制汽輪機制造質量是人們急需研究的課題。