汽輪機數控加工技術探討

董愛強

摘要：葉片的工作條件較為復雜，且需要長時間運作，因此在進行葉片加工時不僅要重點把握葉片的質量，同時也在生產過程中考慮到生產企業自身經濟效益。傳統葉片加工工藝不僅繁瑣，且需要人力財力較多，而數控加工技術的出現不僅能夠有效解決這一問題，同時也有利于提升我國工業產業整體科技水平。本文對汽輪機中的葉片及其特點進行分析，同時基于并聯機床對數控加工技術在汽輪機中的應用進行研究。

關鍵詞：數控加工技術;汽輪機;葉片;有效應用

汽輪機上的葉片能夠在運作過程中將蒸汽轉換為機械能，并通過不斷旋轉的形式為汽輪機提供動力，使其能夠產生電力并不斷運行，由此可見，葉片作為汽輪機中的重要組成部分，在整個能量轉換過程中有著至關重要的作用。近年來我國工業科技水平不斷受到國際化、科技化的推動而提升，而全球工業的進步也對汽輪機的設計提出了新要求，其中最重要的就是對葉片的型面設計。由于傳統工藝加工技術已經無法滿足工業生產需要，因此必須在傳統技術的基礎上融入數控加工等計算機科技手段并不斷對其優化，在確保能夠提高其加工工藝水平的同時促進工業工廠生產效率，促進我國工業實力的進步與發展。

1汽輪機葉片結構的特點及運作分析

葉片作為汽輪機中的重要組成部分，不僅是使風輪機轉換能量的重要前提，同時其質量也決定著風輪機的運作效率，是決定汽輪機是否能夠正常運作的基本條件，葉片在通常情況下分為動葉片與靜葉片兩種。就動葉片而言，其主要由葉身、葉根、拉筋以及型面、葉冠和中間體幾個部分構成。其中，中間葉身的結構是最繁瑣的，平常見到的多數為扭轉型的自由曲面。通常情況下，可將葉身型面劃分成葉根圓角、進氣邊圓角、背弧、拉筋以及葉冠圓角、出氣邊圓角和內弧幾個部分。葉身型面均由不一樣的截面型線擬合而成的曲面，葉身型面是由一組間距不一致的截面型線所形成的一種空間扭曲面，通常情況下，將葉身部分的該部分橫截面稱作葉型，將每個橫截面的邊緣叫做型線，在通常，一條型線均由三個部分構成，即背弧、進氣邊圓弧以及內弧與出氣邊圓弧，型線對葉片的具體工作有著直接性的作用和影響，許多型面均屬于一種彎扭變截面與等截面彎扭曲面。在通常情況下，葉根形式有菱形、T形以及樅樹形與叉形四種。與動葉片不同的是，靜葉片被固定在汽輪機中的氣缸里的葉片。而氣缸中具有許多靜葉片，每一個靜葉片都與一個動葉片進行組合形成一級，而當熱蒸汽進入汽缸并進入到第一個葉片級時，靜葉片就將蒸汽倒入動葉片處，并使其產生推力推動動葉片旋轉，而隨著熱蒸汽的不斷進入，每一級葉片都因受到上一級的推動而轉動起來，并且隨著蒸汽總量與速度進入的增加，動葉片旋轉的速度也不斷加快，最終使每一級的動葉片都不斷運行，并產生機械能，為汽輪機提供動力。

2葉片的數控加工工藝

傳統葉片加工工藝已無法滿足現代工業企業生產需要，而數控技工技術與葉片加工工藝的結合完美地解決了這一問題。其中葉片在運作時產生的氣道對汽輪機所產生的功率有直接影響作用，因此在進行葉片加工時需要將葉片氣道作為保證葉片質量的重要指標之一。國外發達國家已經能夠熟練地運用先進數控加工技術來進行葉片加工，而現如今我國仍屬于起步階段，在葉片數控加工方面略顯不足。因此，我國相關科研人員正不斷地研究該技術并創新，以期為促進我國工業發展奠定基礎。數控加工葉片技術不僅具有先進的科學性，同時也具備其它優勢。首先，數控機加工技術在一定基礎上能夠通過智能化加工及管理有效提高葉片的質量，在降低葉片型線誤差值的同時也為提高汽輪機整體質量提供保障;其次，數控加工葉片技術的投入大量節省人力，并且有效地提高加工工作效率，為工業生產企業節省成本的同時增加經濟效益。由于受到其工作性質影響，加工企業在選擇葉片材料時通常采用1Crl3與2Crl3等不銹材料，以確保能夠提高葉片的使用壽命，增加汽輪機的能量轉換率及機械利用率。但由于這兩種材料具有高強度、易變形等特點，因此在加工過程中增加了一定難度。

3基于并聯機床的汽輪機葉片的數控加工應用

并聯機床是近年才出現的一種有效結合了科技與工藝的新概念加工機床，該機床通過利用CAD/CAM軟件等先進科學技術將機器人結構與機床完美結合，不僅具有低成本、高效率以及結構簡單等特點，同時也因其壽命長、加工精度較高等優勢受到全世界工業產業的關注。通常情況下，基于并聯機床的汽輪機葉片的數控加工程序由以下幾個部分進行實現：第一，CAD技術的處理流程;第二，并聯機床的加工流程。并聯機床的加工內容著重包括葉身型面、葉冠、葉根和葉身以及葉片的葉根和葉冠的交接面。基于UG的葉片數控加工的編制程序著重涵蓋了以下幾個方面的內容：a.葉片零部件的三維造型;b.對葉片數控加工的工藝程序、加工的工具進行確認;c.刀位的精確計算和所生成的刀具的運動軌道;d.對刀具的運動軌跡進行科學的校驗以及仿真與編輯，同時形成相應的刀位文件;e.以后置處理流程為依據，將刀位文件變成數控機床可以讀取的NC代碼。運用UG軟件對葉片進行數控加工，在通常情況下，其數控加工的編制程序均是在UG/CAM中形成了刀具的軌跡后，在進行NT仿真與校驗，可將加工數據與信息輸出視為刀位源的一種具體文件。在刀位源文件中著重包括刀具信息、加工坐標系信息、刀具位置以及所有的加工輔助命令信息和姿態信息，需要通過一定的后置處理器，把它轉換成數控機床可以接受的一些數控程序，同樣，也可擇取并聯機床自身所有的后處理程序進行相應的后處理工作。在UG軟件中，供應了在形式上抽象、繁瑣的各種零件的粗精加工，廣大用戶可按照各種零件架構、加工精度以及加工表面形狀等方面的一些具體要求，對加工類型進行科學、合理的選擇，在所有的加工類型中都涵蓋了多種形式的加工模塊。運用加工模塊能迅速的建立加工操作。在交互操作中，在圖形方式之下對編輯刀具路徑進行交互，進而形成適合于機床的數控加工流程。

4結束語

綜上所述，數控加工葉片工藝技術不僅能夠將傳統加工工藝中的不足進行完善，同時也能夠提升葉片的整體質量。此外，由于在進行加工設計時，將傳統工藝中的去毛坯余量的步驟放在普通機床中進行，而具體加工則采用并聯機床，不僅大大節省了加工時間，同時也能夠利用并聯機床的先進性與智能性，在提高葉片的加工精度、降低加工誤差值的同時大量節省人力財力，從根本上提高了生產效益，對促進我國工業科技水平的提高起到重要作用。

參考文獻：

[1]羅偉華.汽輪機葉片斷裂原因分析及對策[J].石化技術，2016（9）.

[2]潘毅，章泳健，趙軍燧.汽輪機葉片數字化檢驗技術的研究與實踐[J].汽輪機技術，2011（3）.

[3]朱曙光，劉華平，范可歆.基于Inventor的汽輪機直葉片三維參數化模塊設計[J].金屬加工（冷加工），2013（6）.

[4]石玉文，王祥鋒，顏培剛，韓萬金.大焓降汽輪機靜葉柵氣動性能實驗研究（英文）[J].科學技術與工程，2013（15）.

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