超超临界锅炉给水泵筒体部件加工工艺探讨

王 鑫

（中国电建集团上海能源装备有限公司，上海 201316）

随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步，超超临界锅炉给水泵应运而生，超超临界锅炉给水泵是目前使用较为广泛且较为先进的火电机组用泵，在我国具有较好的应用价值和应用前景，其能够有效降低工程造价以及运行的费用，提高相关企业在市场上的竞争能力。而要想超超临界锅炉给水泵发挥出最大的作用，就需要保证超超临界锅炉给水泵筒体部件加工的工艺质量，因此对其进行研究具有非常重要的意义。

1 超超临界锅炉给水泵及筒体部件概述

1.1 超超临界锅炉给水泵概述

超超临界锅炉给水泵是当今社会上比较先进和科学的火电机组用泵，其中超超临界是指在锅炉内进行工作的相关介质水的压力，并且在工作的过程中锅炉内的温度不能低于593℃，蒸汽的压力也不能低于31MPa，因此被称为超超临界。由于超超临界锅炉在性能上具有较高的要求，因此其相关的制造成本也相对较高。要想对其中存在的关键部件的加工制造方案进行改进，有效降低制造的成本，就需要相关的工艺人员不断对其进行研究，找到合适的方法，改成更加科学、先进的加工制造方案，为相关企业创造出更多的经济价值，实现可持续发展的目标。在超超临界锅炉给水泵中其泵芯的结构为水平中开结构，上下涡壳的结构为空间流道结构，径向力自行平衡能够避免在转子上出现节段式结构的径向力，在一定程度上能保证给水泵平稳运行。泵芯采用不锈钢材料制作，没有平衡装置，能够减少泵的泄露情况，提高给水泵运行的效率，并且不需要外接水管，就能够瞬间启动。根据相关的火电机组要求，超超临界锅炉给水泵在运行过程中最重要的就是其安全可靠性，并符合节能的特点，具有较高的自控程度，方便检修。由于超超临界机组拥有较大的单机容量，且提高了其机组的参数，因此也提高了超超临界锅炉给水泵的要求。目前使用比较广泛的超超临界锅炉给水泵多为多级离心泵，呈双壳体筒型，该类给水泵能够永久焊接在水管路上，能与机组负荷的变化相适应，更加方便和可靠。

1.2 泵筒体部件的相关概述

文章主要研究了型号为FK8R 的泵筒体，该泵筒体的主体材料为CK22N 锻件，筒体的外圆长为250mm，规格为φ1330mm，一共由16 个大、小零件拼焊组成了泵筒体部件，这些零部件的原材料的型号具有一定的差异，且采用的工艺也不相同。一般筒体部件的工艺路线被分为以下四个步骤：首先，对筒体单件进行简单的粗加工，并进行检验；其次，拼装焊接筒体以及各个组件，进行相关的加工工序之后要开展检验工作；再次，当组件拼焊完成之后进行精加工；最后，要对整机的性能进行试验，及时解决存在的问题。因为在不同的阶段中会面临不同的问题，所以需要相关的工作人员拥有较强的责任心，有效采取相应的措施解决存在的问题，保证筒体部件的质量，进一步保证超超临界锅炉给水泵的质量。

2 超超临界锅炉给水泵筒体部件加工工艺分析

2.1 分析特殊部位的焊前结构与加工

型号为FK8R 的泵筒体毛坯制造的初期需要进行成分分析以及超声波等方面的检验工作，当泵筒体的力学性能以及成分、超声波等符合相关标准之后才进行最重要的焊接加工工序。一般泵筒体使用的焊接形式包括内孔止口堆焊、流道内堆焊以及拼装焊接各组件。在进行焊接工序之前，需要对焊接工作进行综合考虑，保证焊接变形之后能够保留足够的加工余量保障加工后的尺寸精度，并且还要保证部件结构与相关的规定标准相符，因此焊接需要对部件尺寸进行设计加工。

（1）内孔止口堆焊前的结构与工艺。为了将筒体的硬度和耐磨性有效提高，需要筒体的配合止口以及端面等部位的吐出口内部拥有厚度为3mm、型号为316L 的堆焊层。对筒体内孔进行堆焊时，焊机本身对堆焊件的外壁有规范的定位要求，要求堆焊件外壁为圆柱。而在实际的图纸设计中，其设计的尺寸的吐出端外径和吸入端外径分别为1330mm、φ1140mm。正常情况下需要按照图纸要求开展施工工作，到焊接工序时就需要做相应的工装进行支撑，而筒体件相对较大，筒体件的做工不仅费时，还在很大程度上废料。最为经济的解决方法就是在制作毛坯时，较小的一端按照较大一端的尺寸锻制毛坯，并且在车床进行加工时，保证其堆焊之前的外圆尺寸整体为φ1334mm×1200mm 即可。这样经过检验之后就可以直接转到焊接车间内进行堆焊工作，整个过程非常方便。

（2）筒体吸入口焊唇的结构与相关工艺。堆焊工序完成之后就需要做好组件焊接的准备工作，将各处的接口进行加工。一般情况下给水泵的吸入接管与筒体的连接端的入口为双入口，其具体的数值为2-φ270mm，长度为645mm，需要在筒体圆周的方向横向截面布置，但是在实际的筒体外圆周中，图纸上只会给出相应的尺寸范围，一般为外圆柱上形成的平面长度（340mm×380mm）。超过尺寸范围的对接平面就需要使用焊料堆在外圆柱上，通常对接处会留出一定的定位止口让组件的位置得到保证，这样就形成了双面坡口焊接成型的工序，堆焊且镗平圆周面之后，就会在堆焊的基础上按照相关的工艺附图镗出用于焊接的坡口。在实际的焊接过程中，由于接管单件本身的设计就拥有焊接坡口，而在泵筒体的两个规格型号为φ270 的吸入口的平面上却没有焊接坡口，加上吸入口的压力往往比吐入口低，所以在圆周上使用焊料堆积且镗平的坡口就显得比较浪费。对此，可以在泵筒体的吸入口堆焊处直接镗平，让其成为平面，这样就不需要对其进行焊唇的工序，操作相对比较简单，且能避免重复加工的情况出现，有效节省了工时，又在一定程度上节省了焊料，具有一定的经济效益。

2.2 检验焊层硫酸铜表面余量

一般客户的要求以及相关的质量文件控制都必须是进行精加工之后相应的检验结果，但是为了能够让最终的结果得到保证，锅炉给水泵筒体部件在加工工艺就必须在粗加工阶段就进行各种检验工作，其中包括成分分析、超声波、力学性能等。在半精加工之后还需要检验堆焊层表面的硫酸铜，防止在进行补焊时产生的热变形对精加工止口的精度造成破坏和影响，因此需要在半精加工之后开展相应的检验工作。而要想保证检验的效果并不浪费材料，就需要思考需要在多少余量的加工表面进行检验。通常情况下选择半精加工的单边留下厚度为0.5mm 的余量，这样厚度的余量相对比较合适，即使焊层存在一定的缺陷，也能够很容易地被检查出来，并且出现大面积缺陷时还可以在后续的精加工工作开始之前就完成补焊，不会对最后的精度造成影响。这样精加工之后，就极大地提升了硫酸铜合格概率，就算存在缺陷也不会影响精度，且补焊也相对比较方便。在给水泵筒体的吐出接口的内孔壁流道中也有堆焊层，因为该位置不是配合止口，所以没有较高的尺寸精度要求，最后精加工之后只需要对其硫酸铜以及着色进行检验即可。

2.3 安排水压试验的工序

在超超临界锅炉中，泵筒体部件以及吐出侧的泵盖、吸入侧的本该承受的压力都是不一致的，因此在加工工作完成之后必须对此三个部件进行水压试验。为了让试验更加方便，且能够降低试压工装设计的难度，一般会合装这三个部件一起进行试压工序，合装泵筒体部件和吸入侧泵盖开展5MPa 的低压试验，并于吐出侧的泵盖合装进行高压试验，高压具体数值一般为48MPa。安排试压的工序一般包括精加工、半精加工和粗加工试压。铸件一般需要经过两次试压，其中包括粗加工试压和精加工试压，而锻件就只需要进行一次精加工试压。尽管泵筒体部件、吐出侧泵盖以及吸入侧泵盖都属于锻件，但是还是需要以筒体实际的承压状态和结构为依据，安排更具针对性和科学性的工艺。在进行水压试验之前，需要对泵筒体拥有深入的了解，一般情况下泵筒体的内孔中高压和低压的交界处，存在一边承受高压，另一边承受低压的情况，但是由于受到结构的限制，外圆已经从较大的一端过渡到了较小的一端，由φ1430mm 变为φ1240mm，这样在进行试压时会承受过高的压力，从而导致产生的变形情况比高压外侧端面止口的变形大，因此需要在该交界处的止口以及端面处留下适量的加工余量。当水压试验完成且合格之后才能进行精加工。当其他两侧端面的止口尺寸都符合相关的标准规定和压力结构范围，并没有发生较为明显的变形情况，进行精加工之后直接开展试压工序即可，这样在一定程度上避免对锻件进行两次试压工作，且能让具有特殊要求的部件的加工精度得到有效保障。

3 结束语

现代社会的发展还在不断加快，人们对超超临界锅炉的使用要求也越来越高，所以相关的工作人员必须跟上时代发展的步伐，不断改进和创新超超临界锅炉给水泵筒体部件的加工工艺和加工方案，有效将关键加工步骤前后的顺序解决好，合理安排好余量，并根据这样的步骤开展相应的生产加工工作，使生产的产品部件的精度和质量要求达到相关的标准，让超超临界锅炉的性能更加可靠，为相关企业提供设备支撑，进一步提高企业在市场中的竞争力。