反動式筒形高壓內缸加工工藝分析與探究

岳軍賢 張玉勝

摘 要：反動式技術與通流技術的應用可以有效減輕汽輪機的機組自重，還有助于降低汽輪機的熱耗水平、提高工作效率。本文分析了反動式筒形高壓內缸的結構特點與加工方案，從把合與裝夾方式設計、靜葉片通流尺寸加工、車削刀具設計等三個角度入手，探討了反動式筒形高壓內缸的具體加工工藝，以供參考。

關鍵詞：汽輪機；筒形高壓內缸；反動式；加工裝配工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.052

0 引言

余熱利用主要是指利用工業廠礦或垃圾發電所產生的蒸汽促使動力汽輪機轉化為機械能，依托廢棄能源利用實現節能環保目標。因此在進行汽輪機反動式筒形高壓內缸的設計時，需要著重就氣缸的車削加工流程進行優化設計，實現對加工風險與加工質量的有效管控，為汽輪機機組運行效率的提高奠定穩固保障。

1 反動式筒形高壓內缸的結構特點與加工方案設計

1.1 結構特點分析

本文選取的筒形高壓內缸的制作材質為，其上下半部分的重量分別為6000kg、7000kg。汽缸的外形輪廓長度為2100mm、最大回轉直徑為，內腔回轉直徑為mm，靜葉安裝后約為。該汽缸的內腔共包含12級靜葉安裝槽及槽底墊條槽，每一級安裝槽之間還配備了4根汽封齒槽。在進行靜葉片安裝時，需要依據每一級靜葉的通流尺寸進行安裝槽尺寸的設計，依托精確的相對定位尺寸與形位公差為高壓汽缸靜子通流創設完備保障。

1.2 加工方案設計

相較于沖動式筒形內缸而言，應將該反動式汽輪機內缸在自由狀態下中分面的接觸間隙設計在0.03mm之內，紅丹粉接觸面檢測不低于80%。在進行靜葉、汽封齒安裝設計時，應確保這些部件都能夠與汽缸的T型槽具有良好的匹配度，并注重考慮到汽缸收縮變形的問題。具體來說，首先檢查內缸毛坯根據精加工尺寸要求借正各處余量進行劃線、中分面進行半精銑、鉆序、螺紋銑削以及對中分面進行精銑處理等工序過程，經由合缸把緊后依據圖紙進行半精車各級靜葉槽直槽、汽封槽、內腔定位環、外圓以及粗切各開檔，然后在重復上述工步進行精加工工序依次車準各內腔尺寸，滿足圖紙需求；最后再完成靜葉片、汽封齒的裝配作業，完成合缸，并針對靜葉圍帶與汽封齒進行精車處理，拆缸后進行毛刺清理。該加工方案的設計可以實現對靜葉的葉根城墻齒、葉頂汽封片尺寸的精確控制，實現對相關部件找正誤差的有效管控，進一步降低加工風險、提升關鍵部位的加工精度，為加工生產效率的提高打下良好的基礎[1]。

2 反動式筒形高壓內缸的具體加工工藝探討

2.1 把合與裝夾方式設計

通過觀察筒形高壓汽缸的內缸結構可以發現，其把合、裝夾方式與沖動式汽缸一致，主要依靠中分面螺栓進行把合，把緊力有限，因此后續可根據汽輪機實際運行情況進行改進，建議額外在汽缸外圓適當處設計箍環固定并結合螺栓把緊的方式進行緊固，如此可保證密封性，減少蒸氣損耗。立車時選用平鐵和平面千斤頂安裝在汽缸底部進行支撐，有效實現對汽缸端面高度的控制。同時利用高抱爪在汽缸上下兩端頂緊，以提高支撐效果，有效抵抗工件旋轉所產生的離心力，保障立車裝夾的穩固性。

2.2 靜葉片通流尺寸加工

反動式筒形內缸的設計主要在汽缸內壁處安裝靜葉和汽封齒，其難點在于確保靜葉安裝T型槽的尺寸配套，以及靜葉通流尺寸車削精度的控制，需要確保汽缸尺寸和形位公差能夠與圖紙、實物精確匹配。

一方面從靜葉安裝T型槽、汽封槽加工，依據靜葉及汽封齒安裝要求嚴格控制各關鍵部位加工尺寸。在軸向位置度設計上確保靜葉軸向兩種靜葉槽定位面31及30公差（+0.05/+0.01）小；在徑向定位面設計上確保平面度的左右高差小于0.02mm，避免出現靜葉安裝傾斜問題[2]。具體可按以下工步加工：半精車端面及內孔，粗切各級靜葉槽、汽封槽、開檔槽、半精車內腔定位環及外圓；注意粗車時單邊留量1mm左右，使應力得到有效釋放，緩解切削變形問題；經半精車后在執行精車，車準端面、定位環、外圓、汽封槽、靜葉槽、墊條槽及汽封片槽，完成拆缸；內孔精車時注意徑向基準的確定；再次粗車各直槽單邊留量0.1mm，防范鐵屑損壞直槽開檔面；接下來再次粗車各彎槽單邊留量0.2mm左右，確保所排出的鐵屑不會對損壞內腔加工面；接著再針對上下直槽與彎槽進行精車，依照統一程序針對12處T型槽和48處汽封片槽加工、確保一次成型，有效提高加工效率、降低加工誤差。此外需注意的是車削汽缸底部時主軸的懸伸較長、剛性較弱，故不同位置需進行精確測量，借助編制統一程序、提高機床精度等方式最大限度確保尺寸的精確性，并將各檔值帶入到程序中，最大限度實現基準的統一，提高安裝槽的加工質量。其次是靜葉及汽封齒片的安裝：（1）將首塊擋塊固定在中分面處；（2）中分面導葉片葉根外圓處劃安裝基準線；（3）裝中分面導葉，依次裝入墊條并打緊，按此方法裝入余下導葉，測量導葉徑向面間隙，測量喉寬尺寸；（4）測葉片總節距尺寸；（5）頂緊末葉，修磨導葉背弧側并記錄；（6）鑲汽封齒；以上均需滿足相應技術要求。

另一方面是靜葉通流尺寸加工，在完成汽缸靜葉安裝工序后，其內孔的最小值約為，相對來說可供操作的空間有限，因此要想保證尺寸合乎加工需求還應當著重提高機床精度，并依托輔助測量提供雙重保障。在正式開始靜葉通流尺寸加工時，需要針對機床精度進行復查，分別將X、Z軸的定位精度、重復定位精度、垂直度控制在0.01/1000mm左右，并依據實測值對徑向尺寸進行補償，最大限度提高靜葉圍帶尺寸及氣封齒車削尺寸的精確度，以滿足設計要求。

2.3 車削刀具設計

此外，還需針對汽缸不同關鍵部位加工所應用到的刀具進行精細化設計，制成立車工序刀具清單，保障加工尺寸、形位公差、粗糙度滿足規范要求。以T型槽的粗切與精車兩道工序為例，在粗切T型槽時應當選用編號為的切刀片，在精車T型槽時應當選用編號為的刀片，以此有效提高加工質量與加工效率。

3 結論

總而言之，當前低能耗、可循環的汽輪機組的加工生產已成為各大汽輪機制造企業所尋求的主要發展方向，而反動式技術、通流技術在機組加工中的應用能夠更好的提升機組運行的穩定性與經濟性，真正依托工業廠礦、城市供暖、垃圾發電實現汽輪機的余熱循環利用，進一步為汽輪機加工生產提供重要的指導意義。

參考文獻：

[1]李廣華.基于兩種熱力循環的內燃機余熱回收系統的研究[D].天津大學，2015.

[2]邱興渺，熊運龍.某反動式筒形高壓內缸制造工藝研究[J].東方汽輪機，2018（02）.