摘要：随着国家政策不断调控，社会的不断进步，垃圾焚烧发电项目在中国乃至世界节能环保中起着重要作用，汽轮机是项目中核心设备，而且汽轮机转子是汽轮机的关键部件，其结构很复杂，且尺寸精度和跳动要求很高，加工难度较大，依据汽轮机转子结构和工艺特点，对汽轮机转子的加工工艺进行分析研究，并针对在加工过程中产生的问题提出了合理的加工方法，从而保证了转子的加工精度和表面粗糙度要求。
关键词：汽轮机转子；加工工艺；分析
1前言
汽轮机转子是发电机组设备的关键零件，是发电机与汽轮机之间的纽带，也是把蒸汽的动能转变为机械能，对外输送机械功，带动发电机产生电力的作用，通常汽轮机的工作环境比较恶劣，热应力比较大，运行速度比较高，不仅易产生低周疲劳损伤，而且还会引起高温蠕变损伤，另外转子旋转速度快，多处部位应力集中，如出现裂纹，既不能改变运行方式来阻挡裂纹扩散，也不容易修复，还能造成转子的转动不平衡，所以转子是整个机组中最危险部件，其寿命决定汽轮机的寿命，转子的材质、加工与装配、动平衡等关键点质量控制关系到整机的使用性能，汽轮机转动部件的组合体称为转子，它由主轴、叶轮和动叶片等零件组建而成。
2主轴加工工艺
转子是汽轮机的重要组成部分。由于其工作环境温度高、转速快、应力集中程度高，所以其寿命直接决定了汽轮机的寿命。涡轮旋转部件的组合体称为转子，主要包括主轴、叶轮、叶片、联轴器和安装在其轴上的部件。由于转子结构复杂，尺寸精度和脉动要求较高，因此加工难度很大，转子加工质量对汽轮机的性能有直接影响。根据涡轮转子的特点和相关的加工经验，经过反复的工艺研究，可以采用许多有效的加工方法。
主轴的加工工艺为：材料化学分析→锻造→热处理→粗加工→调质→无损探伤→机械性能→半精加工→热稳定→精加工。
2.1主轴的化学成分
对主轴的材质化学成分见证，一般有两种方法，一种是用光谱仪直接在主轴上进行试验，另一种是有资质部门的专业人员，在本体上取样进行人工试验，化学成分主要检验C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、W、Cu、N、V、Al、Nb、As、Sb、Sn等元素。比如28CrMoNiV材料，在监造时一定要加强对C、Ni、Cr、Mo、V的下限值进行监控，最好能提高一点，而对于P、S元素的上限值进行控制，不能超出范围，同时对那些有害元素As、Sb、Sn加以控制，这是因为C含量的增加，可提高强度，韧性下降，钢中Mn元素较低（＜2%）时可增大冷奥氏体稳定性，同时可提高强度及韧性，而降低P、S有害杂质可提高钢材的塑性及热性。
2.2主轴锻打后热处理工艺
为了确保主轴热处理合格，应建议制作方采用井式炉，让本体锻件在垂直悬挂状态进行淬火与回火处理，让其内部组织转变和应力释放均在悬挂状态下得以充分完成，热稳定不彻底会造成主轴的热变形弯曲，给动平衡以及汽机运行带来影响。主轴锻后需要正火加回火或退火加回火处理。在满足性能的前提下，回火温度尽可能提高，回火冷却速度应＜25℃/h，以确保主轴的残余应力不大于规定的屈服强度下限的8%，否则应进行去除应力处理，去除应力处理的温度一般在实际回火温度以下15℃～50℃。监理主要检查制造商采取热处理方式，并旁站见证进炉，根据相关要求，严格审核热处理原始曲线报告，计算回火时间、升降温度速度。
2.3主轴粗加工调质后机械性能
为了全面掌握转子各个部位的性能，分别在转子表面及中心进行取样检验。经热处理后，例34CrMo1A材料，按JB/T7025—93标准应符合以下要求范围：屈服强度≥600MPa（N/mm2），抗拉强度≥720MPa（N/mm2），延伸率≥15%，收缩率≥40%，冲击功≥47J。试验过程中，对于涉及的设备、试样编号、几何尺寸进行检查，确保整个试验规范正确有效。
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2.4半精加工后热稳定工艺
热稳定试验过程按照JB/T9021—1999，选择转子2、3、4测试带进行测量，测试过程分为首次冷测、加热、保温和第二次冷测4个过程。试验后最终结果为，每条测试带点上的测试点正式热测值与第二次冷测值之间的差值一般不大于0.0025mm；每条测试带点上的测试点正式热测值与第二次冷测值的差值相加后最大跳动一般不大于0.050mm，第一次冷测值与第二次冷测值之差一般＜0.05mm。在此试验过程中，利用相位校正2RC数据滤波技术和最小二乘法挠度分析技术可显著改善主轴热稳定的测量和处理精度。
3叶轮制造工艺
叶轮的加工工艺为：材质的检查→锻造→粗加工→热处理→机械性能试验→无损探伤→精加工。
3.1叶轮锻造粗加工后热处理工艺
锻后热处理为正火和回火粗加工后进行淬火加回火的性能热处理。回火冷却速度不应大于25℃/h。锻件在性能热处理后应检查硬度的均匀性，在轮缘和轮毂的半径方向上每隔90°各测一点（共8点），轮缘和轮毂间任两点的硬度差不应超过40HBS，轮缘各点间和轮毂各点间的硬度差不得超过30HBS。锻件直径600mm～1000mm时，残余应力不应大于40N/mm2，锻件直径大于1000mm时，残余应力不应大于50N/mm2。
3.2叶轮尺寸的精加工工艺
叶轮尺寸检查，首先检查所有涉及量具的校对证书，其次测量轮面型线与标准样板的漏光不大于0.1mm，局部漏光不大于0.3mm，内孔键槽中心与主轴孔轴线平行度不大于0.03mm，动叶片槽外端面与主轴孔端面对称度的保证，主轴孔端面跳动不大于0.03mm，动叶片槽外端面跳动不大于0.05mm，测量主轴孔公差确保主轴的过盈量范围。叶轮磁粉探伤，通过现场检查要求长度为1.0mm～2.0mm的单个缺陷显示不超过12个；长度大于2.0mm～3.5mm的单个缺陷显示不超过５个；不允许有长度大于3.5mm的缺陷显示；在同一条母线上，两个缺陷显示之间的距离小于其中较大缺陷显示长度５倍时，则此两个缺陷显示的连线作为1个缺陷显示。超过上述规定的缺陷在允许打磨的部位，可进行局部研磨、抛光，但研磨深度不得大于1.5mm，并与周围表面光滑过渡。
4转子装配工艺
装配前先复查叶轮与主轴的尺寸，计算过盈量，根据工艺均匀加热叶轮孔壁，直到内孔比主轴外圆大0.1mm～0.2mm左右，或通过红外线测温仪检测，升温到250°C～290°C左右（根据内孔大小决定），进行热套装配。在此过程中，注意叶轮的垂直度及安装位置，热套必须短时间套入，待到冷却时叶轮内孔对主轴外圆产生很大的收缩压力，确保转子工作时安全可靠。由于叶轮受热，会产生微量变形，加上装配误差，因此，必须在动平衡试验前，上机检测叶轮的端面跳动/转子挠度，修整围带外圆。
5转子动平衡检查
高速平衡流程为：预平衡→低速预平衡（600r/min～2800r/min）→高速预平衡→超速试验（检查是否满足额定转速的112%）→转子围带修正（自带围带的动叶片，在超速后有围带错位且超标时应进行修正）→最终动平衡。评价在平衡机上的轴承座或轴的振动，分析振动的大小、角度，判断是否影响转子的使用性能。验证剩余不平衡量，检查是否满足使用性能要求。试验结束必须检查平衡块的牢固性、叶面表面质量、围带位移量、吊装、安放的安全措施。
6结束语
本文针对汽轮机转子叶根槽及轴颈和推力面的加工工艺进行分析，转子加工采用了合理的装夹方案，通过分析在加工过程中出现的诸多难题，并针对这些难题提出了合理的加工方案，从而保证了转子的加工精度和表面粗糙度要求。
参考文献：
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[2]许阿萍.转子型线加工技术及关键工序分析[J].压缩机技术，2011（6）：33-34.
论文作者:汤国旺
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/22
标签：转子论文; 主轴论文; 汽轮机论文; 叶轮论文; 加工论文; 应力论文; 加工工艺论文; 《基层建设》2018年第5期论文;