K K K汽轮机叶轮国产化制作

汤巧琳

(金隆铜业有限公司,安徽铜陵 244021)

1 前言

金隆公司是一家大型的中外合资铜冶炼企业。闪速炉熔炼废热锅炉产生的中压饱和蒸汽至动力汽轮发电机进行发电。汽轮发电机为德国KKK公司的AFA 4 G6a型2550kW饱和蒸汽轮发电机，年发电量为800万kWh左右，产生了较好的经济效益。

汽轮发电机于2001年在动力中心安装使用，运行情况稳定。2008年12月汽轮机叶轮上的两个叶片被打碎，检查进口过滤网破损，可能是管道施工留下的异物将叶片打碎。因进口叶轮费用高（报价168万元人民币），制作周期长（5个月），决定联系国内生产厂家对叶轮进行修复，并制作国产叶轮。

2 设备参数

德国KKK透平机叶轮设备参数：

工作转速16800r/min，

叶片的最大线速度约为21900 m/min；

叶轮最大直径为415 mm；

叶轮厚度：最大39 mm，最小9.85 mm；

叶片数量共87片，为非对称结构；

最大蒸气压力为45 kg，叶轮二边压差最大达40 kg；

工作温度250℃，

材质为X 22CrMO V 121V为德国钢号。

3 技术要求

3.1 测绘与设计

测绘将决定叶轮工作状态、定位及加工精度标准，也是制作工装模具的重要依据。测绘精度是汽轮机的性能和经济指标，及设备状态和使用寿命的重要因素。

要求采用三坐标测量仪，配合高精度分度仪，精确测绘出真实的叶轮构造、叶片的三维形状及其分布规律、与转子配合的位伞齿精度。对数据进行全面分析和设计，破解出原始的设计图形。从原装叶轮测绘得到的数据中，要识别可疑数据是加工误差，还是变形、磨损造成。

3.2 材料采购与毛坯制造

因汽轮机使用饱和蒸汽，结构紧密，工作转速高，与现国产汽轮机叶轮有较大的区别，对材料性能具有很高的要求，决定选用原厂叶轮设计的材料X22CrMO V 121V，属于德国产马氏体耐热钢，以保证叶轮具有足够的热稳定性、抗蠕变强度，良好的防腐蚀及耐磨性。

3.3 加工工装模具的设计制作

为提高叶轮制造过程加工精度和满足各种设备加工条件，必须定制各种专用工装，以保护工件达到加工目的。因此必须设计并制作高精度机加工工装及组合加工模具、动平衡标准轴等，保证机加工质量，避免叶轮在加工过程中造成的损伤。

3.4 热处理工艺

叶轮制造的技术难度在于如何解决叶片的热处理应力，叶片边缘厚度仅0.8 mm，中部最厚处为7 mm，过渡快又二边不对称度较大，很容易在冷热处理中残留应力，当它超过材料屈服强度时会出现变形，超过强度极限时会产生开裂。要求采用合理的热处理工艺流程，改善毛坯组织和应力状态，控制变形，防止裂变的有效保障，同时必须为机加工工艺留下空间。根椐马氏体型钢热处理制度正确控制退火、淬火、回火及冷却方式，确保温控精度和时间控制。

3.5 成形加工工艺及设备选形

先用五坐标加工中心数控机床进行初加工，再进行热处理。为防止高速刀具叶片带来的损害，叶片精加工采用非切加工，以保护叶片边缘薄弱处不受损伤。

3.6 无损探伤及变形检测

利用无损探伤技术，对加工后的叶轮进行全面探伤，特别是叶片及齿面是探伤的重点。利用机械检测，激光测绘等手段检测叶轮形变，整体形变量不得大于0.05 mm。3.7 叶轮动平衡试验

因不能采用原轴做整体平衡，单独平衡新叶轮，必须将不平衡量进行拆分与组合，把原叶轮不平衡量数据，正确复制到新叶轮上。不平衡量要符合高速叶轮设计标准：经动平衡试验后相对不平衡量小于10 mg，出具试验报告。

4 结束语

2009年10月，国产新叶轮到货后安装，运行半个月后发生叶片断裂。后与制作厂家进行协商，在不影响通流面积前提下适当增加叶片厚度，并对热处理重新进行优化。2010年6月重新制作的叶轮到货安装，汽轮机运行稳定，效率与使用原叶轮相似，运行至今没有出现任何故障。此叶轮国产化费用总计为16万元，较进口叶轮便宜很多，开创了高速、饱和蒸汽汽轮机叶轮国产化制作先例。