首台“华龙一号”核能发电机主要部件加工工艺

何 伟 邹银行 王立堂

（东方电气集团 东方电机有限公司，德阳 618000）

1 “华龙一号”核能发电机转子加工

发电机转子的主要作用是传递汽轮机供给的负载转矩，同时固定转子绕组产生旋转磁场。转子总体上包括转轴、绕组、槽绝缘、槽楔、护环、中心环、阻尼绕组、风扇、联轴器等。高速旋转的转子在运行时由于离心力而受到很大机械应力。转子加工必须精确，不然容易造成机械不平衡而引起机组过大的振动[1]。

“华龙一号”发电机单机容量1200MW，为四极隐极式半转速电机，额定转速1500r/min。转轴材料为合金钢材料，转轴锻件重量234t，车序加工完后重226t，铣序加工完成后重181t，如图1所示。

图1 “华龙一号”核能发电机转轴

1.1 核电转轴车序加工

根据“华龙一号”核电转轴长度和重量选择在350t重型卧车上进行转轴车序加工。转轴与卧车采用“一卡+双托”非刚性联接装卡工艺，这种装卡工艺可以最大限度减少机床精度误差对工件加工尺寸的影响。加工时，首先需要进行“修架口”工艺，“修架口”工艺是采用特殊刀具进行反复微量切削不断消除支撑部位圆度误差的一种加工工艺，是转轴加工中一道非常关键的工艺。

“华龙一号”核电转轴在卧车加工时需要完成三次装卡才能完成所有部位车削加工，车削加工后需要使用特殊的“专用抛光工具”对轴颈表面进行抛光，抛光后的轴颈表面粗糙度最高可以达到Ra0.8。此外加工时还应注意温度变化对转轴尺寸的影响，特别是对于转轴轴颈、护环止口、集电环安装段等尺寸公差非常严格的部位，应安排在20℃左右的温度下进行加工和测量。

1.2 “华龙一号”核电转轴铣序加工

转轴铣序安排在大电机厂房INNSE转子铣床进行。INNSE转子铣是从意大利进口的专用机床，最长加工长度20000mm，最大承重300t，最大加工直径Φ2500mm。转轴铣序加工部位主要有：嵌线槽、鸽尾槽、通风槽、平衡螺钉孔等。

转轴在转子铣床采用两个主支撑和三个辅支撑的“2+3”装卡方式，转轴两端分别与机床分度轴联接，采用全闭环分度系统进行分度，分度精度可以达μ级。机床分度精度越高，转轴加工完后的质量分布越均匀，可以减少后面转子平衡工作难度。

转轴加工嵌线槽之前，首先数控程序分度在转轴端面加工长度约5mm的工艺验证缺口，使用游标卡尺检验分度和数控程序是否准确，然后才能进行嵌线槽加工，嵌线槽深度尺寸采用分层加工的方式分3次加工至设计深度。鸽尾槽位于嵌线槽内采用成型刀具分粗、精两次加工完成，加工后使用特殊的检验规进行检验。通风槽位于嵌线槽最底部，主要作用是转子通风冷却，采用数控插补进行加工。平衡螺孔采用螺纹铣削的加工方式完成，需要注意的是，螺孔底部需要加工成球面状，以避免应力集中。

1.3 “华龙一号”核能发电机转子集电环加工（绕组装配后）

“华龙一号”核能发电机采用静态励磁方式，因此在发电机转子励端布置有两个集电环，集电环与转轴之间采用过盈配合，集电环需要先进行加热，然后与转轴和绝缘筒进行装配。为减少集电环与碳刷之间的摩擦阻力，转子装配后需要重新上卧车对集电环进行加工，以便提高集电环表面粗糙度和消除装配产生的径向偏差。集电环采用“车削+研磨”的加工工艺，加工后表面粗糙度可达Ra0.8。为防止加工铁屑和异物掉入发电机转子引起短路，加工前要对发电机转子进行严密的防异物处理措施。

2 “华龙一号”核能发电机定子机座加工

核能发电机定子机座用于固定、支撑、保护定子铁芯、定子绕组，同时它还构成发电机通风循环回路，承担转子质量，而且作为氢冷发电机，要求机座必须具有承受气体压力和防爆功能[1]。“华龙一号”核电定子机座长度超过12000mm、高度和宽度都超过5000mm，重量达到134t，该机座尺寸超过了台山核电（单机容量1750MW）定子机座，是目前公司设计制造尺寸最大、重量最重的定子机座，许多加工尺寸都达到了机床和厂房的极限。

2.1 划检工序

核电机座需要在加工之前先进行划检工序，机座划检工序安排在划线平台上进行，平台的长宽尺寸为12000mm×9000mm。“华龙一号”核电定子机座长度已经超出了划线平台长度，因此划线时机座只能沿对角线放置。机座划线最关键步骤是确定加工基准，确定加工基准时必须综合考虑机座所有尺寸。划线人员先检测出机座所有内环板中心尺寸，然后在工艺人员的指导下确定机座加工中心线，并以此为基准划出全部加工线和找正线。

2.2 镗序加工

“华龙一号”核电机座镗序加工安排在Φ260镗床进行，该机床加工行程为：X轴23500mm、Y轴6000mm。机座在镗床加工的主要部位包括：端盖把合面、冷却器把合面、出线罩把合面、底脚板等。

机座加工时，先竖放使端面正对镗床主轴，加工机座汽、励两端与端盖把合平面；然后将机座横放，加工两侧的底脚板；最后将机座侧翻90°，加工冷却器和出线罩把合平面。为了保证汽励两端环板加工后的同心度公差，必须在机座两端设计增加专用的工艺基准，加工后使用激光跟踪仪对机座同心度进行检测。

2.3 机座定位筋加工

机座定位筋主要起到定位和固定铁芯冲片的作用，“华龙一号”核电定子机座内腔均匀布置了24根定位筋，定位筋的定位面设计为鸽尾形，每根定位筋的长度8m。机座定位筋加工安排在水压试验后进行。加工定位筋的是一台专用设备，加工高度最大可以达到13m，机床床身可以实现360°旋转和数控分度。加工时需要将机座套入机床，反复调整机座至与机床同心，在定位筋上加工“鸽尾槽”时需要先将定位筋加工成矩形，然后再使用特制刀具加工鸽尾形，每一条定位筋加工完成后都要使用专用的检验规对鸽尾形状和分度精度进行检验。

3 结语

核能汽轮发电机是大型核电站的核心设备，是将核能转化为电能的关键设备。在多年核能汽轮发电机研究设计和制造能力的经验积累下，东方电机潜心钻研我国三代核电设备技术，成功攻克了多项技术制造难题。重金工分厂承担了国内首台“华龙一号”核能发电机转子和定子机座两大关键部件加工任务。分厂工艺技术人员在加工前对转子和定子机座加工进行充分的工艺论证、加工方案准备、设备准备、刀具准备和工装工具准备等工作，组织了多次对操作人员的专项技术交底，并且工艺人员参与了全部加工过程的质量管理和质量控制工作。“华龙一号”核能发电机制造过程严格遵守“四个凡事”核电文化，发电机转子和定子机座加工质量完全达到和超过设计标准，为国内首台“华龙一号”核能发电机自主研制成功奠定了坚实基础。