汽轮机转子加工工艺分析

2014-12-23来逢亮

机械工程师 2014年12期

来逢亮

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

0 引言

转子是汽轮机重要的组成部件，由于其工作环境温度高、旋转速度快、应力集中部位较多等特点，其寿命长短直接决定着汽轮机的寿命。汽轮机转动部件的组合体统称为转子，它主要包括主轴、叶轮、叶片、联轴器以及安装在其轴上的零件。由于汽轮机转子结构复杂，尺寸精度和跳动要求较高，因此加工难度很大，转子加工质量的好坏对汽轮机的使用性能有着直接的影响。针对汽轮机转子特点并结合相关加工经验，经过反复的工艺研究，可采取诸多行之有效的加工工艺方法。

1 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0.01～0.02 mm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2 mm，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。

2 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。

2.1 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±0.1 mm的矩形直槽。然后利用90°正反劈刀加工横槽上部外圆直径12.5 mm，上偏差为0.04 mm，下偏差为0。完毕后以其为基准，加工横槽7.5 mm，上公差为-0.04 mm，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。

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2.3 mm，上公差为0.2 mm、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2.5 mm。叶根槽底部半径为2 mm，其横槽内侧半径为0.4 mm，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5 mm，深度为2.8 mm，而且确保进入直槽内的刀体宽度也为5 mm，具体尺寸如图1所示。

图1 转子通流部分转鼓级T形槽结构图

2.2 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。