联合循环汽轮机高中压内缸车削加工技术

□宫同浩

上海电气电站设备有限公司汽轮机厂 上海 200240

联合循环汽轮机高中压内缸车削加工技术

□宫同浩

上海电气电站设备有限公司汽轮机厂 上海 200240

介绍了上海汽轮机厂自主研发的266 MW联合循环汽轮机高中压内缸车削工艺技术。从工艺分析、工艺方案制定、工艺难点解决、工装设计、刀具应用等方面对高中压内缸的车削加工进行了深入分析，解决了新型结构汽缸的加工工艺难题，提升了制造工艺技术水平。

由上海电气电站设备有限公司汽轮机厂自主设计研发的266 MW联合循环汽轮机采用三压、再热、反动式、双缸双排汽、中低压可解列、抽汽凝汽式设计结构[1]，配套4000F燃气轮机。根据产品的模块化设计原则，高中压部分采用自主开发的高中压模块。为适应联合循环快速启动的要求，高中压模块采用双层缸结构，为提高机组核心竞争力，高中压内缸采用整体内缸结构。

作为汽轮机静子部分的重要零件，汽缸功能主要是支撑隔板、静叶及持环等其它静止部件，从而保证蒸汽在内部的能量转换。自主研发的266 MW等级联合循环汽轮机高中压内缸[2]如图1所示，采用了全通流结构。该汽缸为新设计产品，无加工经验可循，其内腔复杂的叶根槽和汽封槽结构对切削刀具及加工技术提出了较高的要求。

图1 联合循环汽轮机高中压内缸

1 高中压内缸结构分析

高中压内缸采用了高、中压合缸的整体设计结构，属大长径比零件，上、下半通过水平中分面螺栓连接，如图2所示。毛坯采用了铸钢件，零件总长4 085 mm，最大回转直径3 268 mm，总质量35.5 t。高压侧设计有24级T形叶根槽，如图3所示。中压侧设计有13级T形叶根槽，高、中压过渡段设计有9级平衡活塞汽封槽，如图4所示。

图2 高中压内缸中分面结构

图3 叶根槽

图4 平衡活塞汽封槽

2 高中压内缸车削加工工艺难点分析

2.1 高压侧平衡活塞汽封槽加工

该汽缸内腔加工直径非常小，考虑到加工干涉和退刀空间，选用了滑枕截面为360 mm×360 mm的6.3 m数控立车。机床滑枕伸出极限为2 500 mm，但高压侧平衡活塞汽封槽距离汽缸端面最大尺寸为2 405.8 mm（图5），滑枕伸出过长[3-4]，加工过程中可能会产生振动[5]和让刀现象，从而影响汽封槽的加工精度。基于以上原因，需要通过试件切削来获得最佳切削参数，经试验确认采用翻身加工来解决。

2.2 T形叶根槽加工

该汽缸内腔叶根槽（图6）规格多达7种，各级叶根槽内圆直径及型线尺寸跨度大，定位面形位精度要求不大于0.02 mm，叶根槽直槽最小宽度仅13.8 mm，最小加工直径786.04 mm。为适应以上型线结构、加工尺寸及精度要求，需要制定合理的加工方案，并配备相应的非标刀具。

图5 平衡活塞汽封槽结构尺寸

图6 叶根槽型线

2.3 径向汽封齿加工

根据装配技术要求,高压侧径向通流间隙需达到0.8 mm，中压侧径向通流间隙需达到0.9 mm，考虑到多次拆缸会引起汽封齿变形，从而导致径向通流间隙（图7）无法保证，因此需要采取组合加工工艺方案，以满足径向汽封齿与隔板汽封齿的同轴度要求。

图7 高中压缸通流间隙

3 高中压内缸车削加工方案

3.1 模拟车削试验

该汽缸总长4 085 mm，内腔通体加工时，立车滑枕至少外伸2 045 mm，才能满足加工要求。但根据以往6.3 m数控立车使用经验，滑枕外伸在1 800 mm以内为最佳车削状态。为避免立车滑枕伸出过长而产生振动和让刀，进而导致新产品加工超差，需要设定合理的切削参数使滑枕刚性能够满足加工要求。实践中，用试件模拟车削（图8）的工艺方法确定了最佳切削参数。试件采用环形结构，内圆设计有一个与零件同规格的汽封槽，毛坯采用钢板下料，试验时立车横梁上升至3 000 mm位置，滑枕外伸2 100 mm，分别应用R3圆头割刀、R3弯头割刀、6 mm弯头割刀、12.7 mm直割刀和双菱形刀试加工汽封槽。

图8 6.3 m数控立车试件切削示意图

针对试验初期产生的振动和让刀，不断调整切削参数[6]，直至机床滑枕趋于稳定。经质检人员测量，汽封槽所有加工尺寸均达到了图纸要求，最终获得了应用于产品加工的最佳切削参数，见表1。

表1 模拟的最佳切削参数

3.2 T形叶根槽加工方法及刀具配备

由于T形叶根槽[7]结构复杂、级数多、尺寸规格不同、各级内径尺寸落差大、精度要求高，为保证T形叶根槽的加工精度，减少换刀次数，在各级叶根槽加工中对各加工部位余量进行了合理的分配，并应用了参数化数控编程技术。叶根槽加工流程如图9所示。

为保证加工可靠、切削性能好及加工效率高，同时为满足不同型线规格的加工需要，共配备了7种类型车刀，如图10所示。所配备的叶根槽刀具存在以下特点：刀柄采用CAPTO型式[8]，刚性好，对中性稳定，拆装方便；冷却方式采用内冷却；采用了硬度高、耐磨性好的硬质合金刀片[9]。与此同时，为避免加工过程中发生碰撞和干涉，对车刀刀体进行了专门设计。

3.3 组合车削径向汽封齿

分析了类似结构零件的加工案例。由于高中压内缸采用上、下分半结构，水平中分面螺栓采用热紧安装方式，若径向汽封齿在装静叶之前车好内圆，后期拆缸重新拼缸会发生变形，导致径向通流间隙无法保证。通过讨论分析和方案论证，制定了组合加工工艺方案[10]，以满足径向汽封齿与隔板汽封齿的同轴度要求，具体实施过程如图11所示。

由于径向汽封齿与隔板汽封齿内圆深度（尺寸A）较大，两级静叶之间距离（尺寸B）很小，径向汽封齿的加工和测量比较困难，如图12所示。

为加工径向汽封齿内圆，通过图纸分析和现场测绘，专门设计了一把车刀排。刀排柄部采用70 mm×70 mm方身设计，与6.3 m数控立车刀架接口相匹配，外伸部分厚度设计为25 mm，可以覆盖整个通流各级距离。刀具夹持缺口采用3个螺栓夹紧，加工时分别夹持左右手割刀进行车削。

图9 叶根槽加工流程示意图

图10 叶根槽车削刀具

图11 组合车削径向汽封齿过程

图12 高中压内缸通流尺寸示意图

高中压内缸各级距离尺寸较小，径向汽封片非常薄，常规内径千分尺无法直接测量。为测量加工后的径向汽封齿内圆尺寸，首先以静叶围带内圆为测量基准，采用深度尺测量内圆深度尺寸，然后采用内径千分尺测量各级围带内圆，最后通过换算获得径向汽封齿内圆尺寸。

4 结束语

通过采用以上车削加工技术，解决了首套自主设计266 MW联合循环汽轮机高中压内缸的车削加工难题，形成了一套成熟可行的加工工艺方案。

最终经质保部门检验，高中压内缸各项加工精度均达到了图纸要求，成功实现了首套高中压合缸内缸零件的试制，加工方法将被推广至后续新型产品的自主制造。本项加工技术的突破，将拓展上海电气电站设备有限公司汽轮机厂在联合循环汽轮机组市场中的占有率。

[1]沈坚，张立建，陈倪.F级二拖一联合循环抽凝背汽轮机的开发[J].装备机械，2013（3）：14-18.

[2]陈倪.联合循环汽轮机本体设计思路 [J].上海汽轮机，2001（3）：8-13.

[3]王莉莉.新型300 MW、600 MW机组高压内缸工艺研究[J].机械工程师，2016（3）：225-226.

[4]沈永根，蔡振铭.燃气轮机中间缸制造技术的研究[J].装备机械，2015(3):21-27.

[5]陈泽英.对车削加工中振动的思考[J].电子世界，2012(12): 95-96.

[6] 卢大纲.利用优化技术选择车削参数 [J].机床与液压，1996(6):49-50，31.

[7] 金建江，辛健.联合循环汽轮机中压内缸的国产化制造[J].热力透平，2007，36（2）：136-137.

[8]徐林红，邹华.国外先进的刀机接口浅析[J].机械工人（冷加工），2003（4）:10-12.

[9]侯新志.涂层硬质合金刀片切削性能的试验研究[J].水利电力机械，1998（2）:21-24.

[10]袁礼彬.机床夹具制造中组合加工法的应用与实践[J].机械制造与自动化，2010（1）:49-51.

An overview was given on the turning technology developed by STP itself for high/medium pressure inner cylinder of 266 MW combined cycle steam turbine.By in-depth analysis of the turning technology for high/medium pressure inner cylinder that covered process analysis,processing plan establishment,settlement of key processes,tooling design and tool application,the cruces for processing of the cylinder with new structure were addressed and solved and as the result,its engineering level had been improved.

联合循环汽轮机；内缸；车削加工

Combined Cycle Steam Trubine；Inner Cylinder；Turning

TH122；TH161

B

1672-0555（2016）04-006-05

2016年6月

宫同浩（1982—），男，本科，工程师，主要从事汽轮机大型部套工艺及制造工作