摘要：转子作为汽轮机中能量转换的核心部件,它的作用是把高温高压的气体内能转化为旋转的机械能,从而输出功率。转子在运行中承受着非常复杂的作用力,主要有扭力、离心力及热应力等,因此其结构形式的设计、材料的选用及加工工艺都面临着严峻的考验。转子的稳定性对汽轮机运行起着至关重要的作用,转子的不平衡量越小,转子在转动过程中跳动就越小,转动就越平稳,因此对转子精加工的加工精度有着相当高的要求,所以设计比较全面的加工制造工艺方案,对保证转子在加工、装配中的精度是至关重要的。
关键词：汽轮机；转子；加工；工艺
本文通过试验对汽轮机转子加工转速、进给量、吃刀量进行分析,找出三者与表面粗糙度的关系,便于确定加工工艺参数。通过对无冷却液切削、有冷却液以及复合喷雾法的对比试验研究,发现复合喷雾法效果最好。对汽轮机转子各个组成部分进行研究,并对加工过程中的难点进行了分析,研究开发了一种特定的刀杆,用于转子轮槽间汽封齿的加工,保证加工准确的进行;设计了一种转子加工平台用于转子加工过程中的装夹定位,即保证了加工精度,又大大减少了装夹定位的时间;对转子机加工工艺进行设计、改进,包括机床、刀具、和检测等方面,并确定了合理的加工参数,完成了对转子加工工艺的最优化。对转子的锁口、轮槽和平衡孔的加工过程中的加工难点进行系统、全面的分析,并对切削刀具、加工方法和工艺参数进行改进。对于转子轮槽加工,采用粗精加工刀具分开的方式,提高了刀具的利用率及加工效率,也能更好地满足零件加工精度;对于平衡孔的加工,通过设计新刀杆并在三菱机床进行加工的方法,解决了压力级叶轮多,平衡孔跨距长无法在钻床加工的问题,并保证了转子的加工精度和加工质量;对锁口的优化加工,通过运用UG进行数控编程加工,锁口加工精度更高,表面质量更美观,并且省时、省力。
一、汽轮机转子装夹方案
在汽轮机转子加工过程中,选择正确的装夹方法是保证工件加工质量的前提,比如:转子前、后轴颈外圆的表面粗糙度要求为Ra0.8,形位公差(圆柱度、垂直度等)保持在0.01~0.02mm范围内。转子对加工精度的要求很高,每一尺寸都有公差带。为保证转子各处的精度要求,须在事先确定好加工次序的前提下,依照制造流程,选择合理的装夹方法。
为避免定位转子时产生变形,采取一夹一顶的定位方式,即初始加工时,先夹住转子的前端,顶住汽轮机排汽端,在花盘处车削一段基准外圆,用以搭建中心架,然后掉过来进行装夹,也在汽轮机排气端车削一段用以搭建中心架的基准外圆。利用支承架支承在转子的前端,割出转子第一轴段长度,需留出2mm,重打中心孔。然后掉头进行装夹(夹住转子前端,顶住汽轮机排气端),并将支承架支承至排气端,切割轴段长度,并留有相同的加工余量,重修中心孔,待完毕后,利用滚压工具对第一轴段和第五轴段进行滚压,确保基准外圆的表面粗糙度为Ra0.8。滚压前需确保外圆径向跳动与椭圆度要求,以保证加工转子时的同心度要求。按上述步骤重搭中心架,待校准完毕后,紧固尾架顶尖。
二、汽轮机转子叶根槽的加工工艺分析
转子通流部分是一个复杂的结构体,在生产制造中存在着诸多难题,进而对转子的质量造成很大的影响。
（一）槽型结构加工工艺分析
转子通流部分转鼓级和持环挡驱动级的槽型结构大体呈倒T字形,槽底分布着一个半圆形的垫隙槽。
1、确定定位基准。以直槽右侧端面作为T形槽的轴向定位面,以末级持环右侧大端面作为转子通流部分的轴向加工基准面。按照客户的不同要求,计算出转鼓级倒T形槽的级数。T形槽尺寸长度为从转子通流部分轴向加工基准面到T形槽轴向定位面之间的距离,粗、精车倒T形槽的各部位。
2、T形槽加工路线。依据T形槽的形状,先用割刀加工直径8.4mm,上公差为0、下公差为-0.1mm、槽深为14.8±0.1mm的矩形直槽。然后利用90°正反劈刀加工横槽上部外圆直径12.5mm,上偏差为0.04mm,下偏差为0。完毕后以其为基准,加工横槽7.5mm,上公差为-0.04mm,下公差为-0.07mm,并进行倒角加工。最后对半圆形垫隙槽进行加工。
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3、加工刀具要求。倒T形槽加工大体分为4步,在加工横槽过程中,要求横槽刀必须能够放到直槽内,并留点间隙,在对深为2.3mm,上公差为0.2mm、下公差为0的横槽进行加工时,使用弯头割刀,要求切削刃到刀体深度应大于2.5mm。叶根槽底部半径为2mm,其横槽内侧半径为0.4mm,这就要求刀具有一定宽度和刀体强度。在加工横槽过程中,通常横槽刀尺寸为5mm,深度为2.8mm,而且确保进入直槽内的刀体宽度也为5mm。
（二）转子加工过程中的排屑问题
当刀具(横槽刀或直槽刀)正装时,铁屑向上排出,容易使刀具与槽子产生碰撞,可能会崩碎刀头,进而会损坏刀具,同时铁屑排出中与工件产生挤压,直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度。被挤压的工件也会致使转子产生振动,进而影响转子的形位误差。为阻止上述问题的产生,转子加工过程中,采用刀具反装、机床主轴反转、冷却液下冲等措施,此时铁屑畅通无阻地往下排,进而保证了工件的加工精度和表面粗糙度,也提高了工件的加工进度。
（三）转子本体刚性差、形位公差难以保证
转子结构特点为两头细长、直径小,且中间通流部分外径尺寸大又长,转子运行时转速很高使得通流部分转鼓级和叶轮槽轮的刚性变差。在对这两个位置的横槽进行加工时,转子受到轴向串动和径向离心力的作用,导致转子本体产生振动,加大了刀具的切削力,从而难以进行切削加工,转子的形位误差难以达到图纸设计要求。为了增强转子本体加工部位的刚性,在转子本体加工处侧搭中心架,具体步骤为:在加工通流部分转鼓级的倒T形槽时,分段使用中心架,并尽可能保证刀具位置靠近中心架,尽量确保转子不产生振动,从而确保了加工部位形位公差的要求。在进行试加工后,避免了上述不利因素,从而可以轻松地完成对工件的切削加工。
三、汽轮机转子轴颈和推力面加工工艺分析
汽轮机工作时转子转速很高,为保证轴颈和推力面的形位公差和加工精度要求,采用滚压方法进行加工。根据多年实践探索,在滚压加工中积累了一些经验。
（一）滚压操作前
确保被滚压件外圆不能有锥度和椭圆度,表面粗糙度要求为Ra0.8以下,并保证好加工误差要求。
（二）控制好车刀刀尖半径尺寸 在一定范围内,车刀半径越大,滚压时压入量越小;车刀半径越小,滚压时压入量就越大。经过多次实践,车刀刀尖半径尺寸在0.2~0.3mm为最宜,压入量在0.02~0.03mm之间,从而在滚压前确定出尺寸控制的公差范围。 （三）确定加工参数 在经过滚压试加工后,控制转子转速在80~120r/min之间,当压入量在0.5~1mm时,可将工件直径压下0.01~0.03mm,此时的进给量为0.1~0.15mm。按照上述加工方法,经过滚压后的转子轴颈和推力面,其加工精度和形位公差等均达到了设计要求。 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。
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论文作者:于波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：转子论文; 加工论文; 汽轮机论文; 公差论文; 刀具论文; 精度论文; 通流论文; 《电力设备》2018年第22期论文;