自主核電低壓5 級隔板中分面間隙控制

楊金平， 張瓊， 彭剛， 肖波

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000 )

1 前言

自主核電低壓5 級隔板是核電重要的靜子部件之一, 是目前公司生產的直徑最大的隔板, 與引進機型低壓5 級隔板存在較大偏差, 特別是葉片型線首次采取彎扭結構, 中分面首次采取折線結構。 公司多年前就開始承擔該級隔板的制造,順利完成了HD1520ANo1 自主核電低壓5 級隔板制造攻關,但由于其直徑長達7 m、導葉長達1.7 m、重達24 t, 加工、 吊運過程中極易發生扭曲變形,經常出現上機床返修中分面的情況, 數據統計見表1, 不僅影響產品質量, 同時也對正常生產造成了很大沖擊, 迫切需要改進。 為確保控制措施有效, 找到出現問題的根本原因, 將“自主核電低壓5 級隔板中分面間隙控制” 作為重點進行研究。

某自主核電低壓5 級隔板中分面間隙調查、 統計表

2 自主核電低壓五級隔板制造特點

2.1 工藝簡介

來料—劃線—打基準—粗銑中分面—粗車—精銑中分面—精車—外觀檢查和探傷—銑懸掛銷槽—車T 型槽—清理毛刺、 修磨錯位處、 裝配汽封圈、 測量出口面積和打印標識—涂油—入庫。

2.2 結構分析

自主核電低壓5 級隔板直徑6 829 mm, 內外環為拼焊件, 由長度達1 680 mm 的空心導葉片聯接而成, 見圖1, 重達24 t, 屬于典型薄壁件, 且內環還采取了全新的折線帶鍵槽結構, 在公司屬于首次加工, 難度可想而知。

圖1 自主核電低壓5 級隔板結構圖

2.3 制造工藝難點

（1）機床工作臺設計偏小, 中分面銑削時裝夾不良。

（2）鏜床精度指標不滿足加工要求, 銑削后中分面與肩胛面垂直度0.05 mm 無法保證。

（3）立合地坑平面度超差, 鉗工修磨中分面無基準平面。

（4）中分面立合、 平合時要求1/4 無間隙, 而且軸向所有位置不能穿透。

（5）內環結合面位置間隙要求小于0.2 mm。

要克服中分面間隙超差就要求從細節入手,每個制造環節都必須嚴格控制。

3 工藝難點分析及質量控制對策

自主核電低壓5 級隔板直徑多達6 829 mm,內外環跨度達1 680 mm, 剛性差, 裝夾、 找正稍有不當及加工殘余應力釋放均導致隔板已加工平面發生不同程度變形, 導致中分面與肩胛面不垂直, 使中分面間隙超差。 為了避免此情況發生,進行了如下改進。

3.1 統一隔板支撐、 裝夾方式

按照以往的加工經驗, 隔板完全可以采用三點支撐, 因為三點確定一平面, 但對于國核5 級隔板不太適用, 因為該隔板外徑大且重量大, 如采用三點支撐點與點之間跨度較大, 隔板會因為重力原因使未支撐位置產生下沉, 從而導致平面不平。 為了避免此情況引起中分面間隙超差, 特作了要求, 如圖2 所示。

圖2 核電低壓五級隔板支墊位置示意圖

3.1.1 鏜削

（1）鏜床加工中分面時支墊位置左右距離中分面50 mm 左右, 墊鐵擺放位置為外環大平面或中分面法蘭位置。

（2）裝夾時需保證壓緊力與支撐力軸向受力位置一致。

（3）精銑時自由狀態下銑削中分面前, 需復查出汽側肩胛面跳動, 超過0.15 mm 需調整。

3.1.2 車削

（1）立車車削找正時墊鐵支墊部位必須與鏜床保持一致, 若需在墊鐵位置使用輔助支撐調平肩胛面, 應保證其輔助支撐位置靠近墊鐵位置, 找正后墊鐵要承擔主要支撐力, 輔助支撐接觸即可。

（2）立車粗車時需將其隔板外環放置墊鐵部位毛坯面見光。

改進措施實施后, 立車、 鏜床由于支撐點位不統一導致的中分面間隙超差得到很大改善, 其前后變化量均控制0.03 mm 左右。

3.2 改進隔板找正、 加工方法

設備多次調整后精度仍不滿足要求。 為了避免問題發生, 擬定了相應的控制措施, 制定了嚴格的控制方案, 已彌補設備精度問題和剛性差、撓度大的影響。

3.2.1 鏜削

由于機床旋轉工作臺加工范圍小, 僅4 000 mm×3 500 mm, 單工作臺不能滿足零件加工, 需借助固定工作臺, 但是兩工作臺平面存在一定高差, 無法用機床直接找平隔板, 因此采用了自制水連通將其放置于隔板定位肩胛面上來調平隔板,用機床X 軸找平隔板左右。 但在找平隔板左右正時, 只能采用機械千斤頂人工調整, 在調整的過程中, 因隔板自身剛性差會產生較大變形, 如不減小或者消除這種變形, 對隔板中分面與肩胛面垂直度有較大影響。 通過分析發現是由于隔板直徑過大、 重量重, 在使用千斤頂調整隔板左右正時受力不均, 隔板自身發生了塑性變形, 即便卸掉支撐力也不能恢復如初。 因此就在每一次調平左右后在支撐處使用千斤頂頂隔板使其與支撐墊鐵脫離, 待支撐墊鐵恢復至完全與工作臺面接觸,再將隔板放置于支撐墊鐵上, 最后在用銅棒敲擊支撐墊鐵, 通過觀察中分面處的百分表表針, 直至表針無變化, 則可以判定該變形已消除, 且在壓緊前, 需盡量保證壓緊力和支撐點在同一直線上。 在完成精銑中分面所有工序后, 在零件下機床前, 先松開各壓板, 然后檢測水平中分面平面度并按圖3 做好記錄以便后序查找原因。 中分面平面度超出0.05 mm, 需在工件處于自由狀態下對其中分面進行返修, 保證其滿足要求。

圖3 低壓5 級隔板中分面點位檢測圖

改進措施實施后, 自主核電低壓4～5 級隔板從鏜床吊下時中分面跳動均滿足0.05 mm 以內的要求。

3.2.2 車削

3.2.2.1 粗車

隔板進、 出汽側粗車后, 需松開卡爪釋放應力, 待重新裝夾后再將出汽側肩胛面和進汽側外環大端面見光作為鏜床找正基準, 其平面度要求控制在0.02 mm 以內, 粗糙度要求控制在Ra6.3以內。

3.2.2.2 精車

（1）隔板上機床前必須將水平中分面上的毛刺鐵削等異物、 清理干凈, 合并上下半前必須用手指觸摸以確認中分面四周不能有加工、 起吊等工作產生的毛刺或凸起。

（2）加工低壓五級隔板時, 要求保證同一副隔板每次加工時的支墊位置基本一致, 見圖4。

圖4 核電低壓5 級隔板支墊位置示意圖

（3）隔板精車前需在自由狀態下檢測中分面間隙。 間隙控制要求： 隔板內環局部允許最大0.08 mm 塞尺不入, 隔板外環中分面聯接螺栓布置區域需保證0.05 mm 塞尺不入, 其余部位局部允許最大0.15 mm 塞尺不入。 立車將中分面間隙檢查情況按圖3 做好記錄。 （隔板裝夾部位因卡爪干涉位置可不做間隙檢測, 但應保證隔板水平中分面每條邊均有代表性的間隙檢測點位數據）。

（4）隔板精車前, 在找正后, 應檢查水平中分面連接螺栓把緊前后的出汽側肩胛面、 板體端面的端面跳動及錯位情況, 若二者差異超過0.1 mm,需處理。

（5）低壓5 級隔板第一次精車時（T 型槽留量）,出汽側定位肩胛面單邊留0.2 mm 精車余量, 各開檔尺寸按上偏差加工。

（6）立車精車T 型槽時, 按肩胛面找平, 在自由狀態下檢測中分面間隙, 若超出圖紙工藝要求,應通知技術組處理。 找正后注意檢測鉗工在隔板內環靠近內孔位置中分面區域修磨的軸向等高面是否在同一平面上, 若軸向偏差≥0.1 mm, 需處理, 否則可直接將該等高面調平, 進行加工。

注意： 確認低壓5 級隔板出汽側定位肩胛面留量情況, 并按圖紙要求加工準該面。

改進措施實施后, 自主核電低壓5 級隔板,鉗工修磨的等高面立車找平檢查均未超過0.1 mm。

3.2.3 鉗工

（1）鉗工精車T 型槽前, 隔板立放檢查中分面間隙時, 應根據立車實測間隙數據, 修刮中分面,盡可能保留隔板單側或大面積的原始加工基準面,去除高點, 以確保水平中分面修刮后, 隔板定位肩胛面的平面度滿足要求。 （隔板中分面修刮時,應參考立車實測中分面間隙數據, 原則上禁止再修磨立車測量時顯示間隙偏大的區域, 若鉗工立合中分面時實測的間隙與立車實測間隙趨勢不一致, 應處理。）

（2）隔板中分面間隙合格后, 需在隔板板體靠近內孔處水平中分面位置, 修磨上下半軸向等高面, 修磨等高面前, 合并隔板上半時, 應緩緩吊落上半, 避免中分面出現較大沖擊力, 從而引起隔板軸向錯位； 修磨后, 應將隔板上半略微吊起0.5～5 mm, 并再次確認該等高面是否在同一平面內, 二者偏差在0.1 mm 以內, 可視為該軸向等高面合格, 否則需重新修磨等高面（鉗工修磨等高面后, 應用做好標記, 以便車削序辨認）。

按改進措施實施后, 自主核電低壓5 級隔板中分面間隙一次合格率得到很大提高, 解決了隔板剛性差和設備精度不足的問題。

3.3 優化中分面密封鍵槽

圖紙要求隔板內環橫密封鍵槽上半寬度比下半寬度單邊大0.5 mm, 由于其隔板內外環跨度大,連接剛性差, 若以外環為基準, 隔板加工后內環上下半端面變形不可能完全一致, 從而使其中分面超差, 為此對其隔板內環橫密封鍵槽進行了優化, 要求其上半鍵槽寬度按下半寬度執行, 從而降低了隔板精車后隔板內環變形導致的中分面間隙超差風險。

3.4 降低地坑平面不平度

隨著公司自主研發設計的核電低壓末級、 次末級隔板批量投入制造, 以低壓5 級隔板為例,其隔板比引進型機組低壓五級隔板大1 m 左右,直徑達Φ6 829 mm, 嚴重超出公司現有鏜床設備工作臺（4 000 mm×3 500 mm）, 且內外環跨度多達1 680 mm, 連接剛性差, 單半多達12.5 t, 在加工、 裝夾找正過程中工件極易產生局部變形,當摩擦力大于工件變形釋放所需力時, 那么工件局部變形就無法立刻得到釋放, 從而造成隔板上下半合并時中分面左右存在交叉變形情況, 然鉗工立合時需借用鏜床銑削中分面進行找平, 并以此面為基準在研磨、 修刮另一半保證中分面間隙,現為了確保立合時隔板狀態更加接近運行立放狀態, 隔板分廠對其立合地坑地基平面進行了檢測,發現其地基不平多達10 mm, 迫切需要改造, 因此分廠決定通過使用鋼板來調平地坑, 保證其平面度滿足0.2 mm 以內的要求。

改進措施實施后, 使用水連通對鋼板進行調平, 使平面度達到0.15 mm。

綜上所述, 改進措施實施后, 自主核電低壓5級隔板中分面與肩胛面垂直度得到極大控制, 消除了隔板因裝夾、 找正及切削應力釋放導致的隔板變形, 從而為隔板立合、 平合中分面間隙保證,奠定了堅實的基礎。

4 結束語

通過優化找正方法、 設計結構, 規范加工流程, 自主核電低壓5 級隔板制造過程中的變形問題得到有效解決, 為公司同類隔板的精益制造提供了寶貴的經驗。