动叶片工艺

2024-08-01

动叶片工艺（精选七篇）

动叶片工艺篇1

汽轮机末级叶片, 尤其是大型机组的末级叶片几何尺寸大、结构复杂、叶片汽道相对薄, 是标准的柔性叶片, 因而制造工艺复杂、检测难度高, 并且涉及数控加工、测量、材料、热处理等多个领域。针对末级叶片复杂的物理特性, 进行加工工艺研究、制造设备研发及检测技术研究, 进而可以延伸推广到其他大叶片的制造和检测, 为未来超大型叶片的制造技术打下坚实的基础。

1 原工艺方案介绍

一般机组末级动叶片叶根采用枞树形直齿结构, 叶型是自由成形弯扭结构, 叶型中间内背面自带有拉筋凸台, 在汽道顶部进汽边焊司太立合金片防水蚀, 叶顶围带内背凸凹型线呈骨形, 间隙装配。在早期四轴加工“1029”叶片时已经发现此种叶片加工时易变形, 装配时效果非常不好。现在通过工艺性的改进及法拉利大型五轴设备的引进, 此级叶片现在可以很好地加工出来。

以往的工艺方案为以毛坯三顶针定位, 直接浇方箱, 基准转换后加工叶根, 以叶根为主基准, 加工汽道、拉筋及叶冠装配面。加工时先加工准叶根, 再以叶根齿形完全定位进行汽道、装配面的加工, 这样的方法在中小型枞树型叶根叶片上大量运用, 但是对于大叶片来说, 由于齿形工作面非常小, 精度对其他部位的加工影响非常大, 尤其是此级叶片叶根与型线部位的比例接近1∶10, 叶根微小的误差对叶顶的误差放大效果非常明显, 毛坯有缺陷时, 汽道无法铣, 只能报废;叶根加工后, 汽道铣出变形时进行的矫形后热处理非常复杂;单只叶片加工后变形情况较多, 装配后超差。

2 改进后新的工艺方案

是否可以采取逆向思维, 以大面保小面, 先加工汽道型线及装配面各部位, 再以加工好的基准面反过来加工叶根型线呢?依此进行细化分析, 先将汽道及凸台、叶冠型线装配面一起加工, 相对位置能有一个比较好的保证。然后再以加工好的汽道型线等定位加工叶根, 这样, 一个新的工艺方案就诞生了, 如图1所示。

1) 模锻毛坯重检及校孔。哈汽加工的大叶片模锻毛坯都是外购的。因供货厂家不同, 同一产品相同技术协议的毛坯仍有很大差别。工艺第一步就是要求检验部门按照技术协议和毛坯图样要求检查、检测毛坯是否满足要求, 并及时反馈到工艺部门和加工部门, 进行重打三顶针孔等相应工艺措施来满足加工要求, 见图2。

2) 汽道型线加工。汽道型线加工, 是此次末级动叶片加工时工艺性变化最大的工序。粗加工时, 充分考虑到毛坯的因素, 首先用四轴机床粗加工, 使下序加工时余量均匀化, 并进行相应热处理去除应力。

在法拉利机床加工时, 为了防止因粗铣后叶片变型过大而引起精加工报废, 在此序创造性地加入了应用对刀仪做的一种检测程序, 通过检测程序的控制, 当在五轴加工的叶片余量均匀时, 则调用正常的加工程序来加工。若正常检测余量不均匀时, 则调用相应的转角程序将叶片完全加工出来, 见图3。

3) 叶根加工。叶根加工时, 仍采用浇方箱定位的传统模式, 这种方式目前应用效果较好。

4) 装配面加工。大叶片工艺性好坏, 不仅仅体现在单只叶片的尺寸精度上, 更多体现在装配精度及一致性上。在叶根加工完成后, 以叶根为基准, 将装配面加工出来, 使其基准统一, 装配一致性好。

5) 完工成品检查。此级动叶片在精加工完成后, 仍存在一定量的后续变型。在装配前, 需要进行成品的检查, 以进一步将变形量消除。完工检查时, 要有校型、三坐标检测等工艺手段进行配合。

3 结语

工艺改进后有下列特点:以毛坯三顶针定位, 首先机加汽道, 再将汽道基准转换到三顶针。以三顶针为基准浇注方箱, 加工叶根, 再以叶根为基准, 精加工叶冠装配面及拉筋。由于优先加工汽道, 毛坯有缺陷时, 叶根部位不受影响, 可以铣出, 不造成报废;汽道铣出变形时, 进行矫形后热处理简单;叶片单只变形量控制效果好, 组装后效果好, 不超差。当然因为改进后要进行几次基准转换, 需要严格控制几次转换基准重合, 避免基准变化导致的加工超差。

经实际验证, 改进后的工艺能够更好地保证叶片的加工及装配效果, 方案合理可行。

摘要：对汽轮机末级动叶片加工工艺进行创新, 借助原有四轴的加工力量, 给五轴精加工去余量, 先加工汽道及装配面, 然后再加工叶根, 取得较好的效果。

动叶片工艺篇2

烟机是炼厂催化裂化装置能量回收机组的关键设备之一, 其平稳运行直接关系到整个机组乃至整个装置安稳长周期运行。作为机组设备之一, 烟机的平稳运行受很多外界因素的干扰, 尤其是转子, 很容易损坏, 其中动叶片表现的最为明显, 主要包括动叶片被冲蚀破坏、激光熔敷后熔敷部位产生裂纹、动叶片榫齿与轮盘榫槽接触不良产生局部应力过大破坏叶片等, 主要就这类问题进行讨论。

1 动叶片冲蚀破坏的基本情况

烟气中催化剂颗粒对烟机过流部件的冲蚀会直接导致叶片涂层破坏, 叶片涂层一旦破坏, 表面出现磨坑, 就会形成应力集中的发源地, 产生微裂纹, 这种情况下, 在叶片运行的时候由于受到自身质量引起的离心力、气流对叶片的作用力及受热不均匀引起的热应力综合作用下, 裂纹会继续扩展, 由微观裂纹变成宏观裂纹, 并最终导致叶片断裂。动叶片冲蚀破坏后的实物照片如图1所示, 可以看出, 动叶片冲蚀部位主要集中在叶片的迎风面及内弧近出气端面处, 尤其是内弧近出气端面处冲蚀现象特别严重, 有些地方甚至出现了蚀透的现象。

1.1 冲蚀机理及原因分析

冲蚀破坏主要受催化剂颗粒的流动速度、粒度、浓度、冲击角度及叶片涂层性能几方面因素的影响。

根据经验公式可知, 粉尘颗粒对金属的冲蚀量可简单表示为:

公式中ε为叶片冲蚀量, k为系数, 与粒子的硬度, 冲击角度等参数有关;V为粒子流动的速度;d为粒子的直径;a、b为常数。

关于粉尘颗粒粒度大小与冲蚀量的关系, 根据国外专业厂家试验[1]如图2所示及经验数据表明:颗粒粒度在5μm以下时可以造成较小的冲蚀;在5~20μm时将造成严重的冲蚀;20~40μm时将造成更严重的冲蚀, 而在颗粒粒度超过50μm以后, 实际上不再增加冲蚀量。

气体、小粉尘颗粒及大粉尘颗粒通过动叶片时的流动轨迹如图3所示, 由于粉尘颗粒质量惯性的缘故, 在流动过程中, 直径越大的微粒相对气流中心线的偏移量越大。

根据气动模拟可以给出, 不同粒度的催化剂在叶栅内的轨迹图, 如图4所示, 参照叶片被冲蚀现象, 判断造成叶片被冲蚀破坏的主要介质直径为15~40μm的大颗粒催化剂。

1.2 YL型烟机防冲蚀设计

由于烟机通过介质为含有固体催化剂颗粒的高温烟气两相介质, 因此, 在气动设计上一方面要从机组总体设计考虑, 在满足装置匹配要求的通流量的条件下, 优化选择合理的流道尺寸、轮盘直径、叶型及安装角度, 使之效率达到优化值, 还需要通过多相流分析, 预测不同粒度的催化剂颗粒在流道中的运动轨迹, 分析其冲蚀情况后做相应的调整, 尽量地降低催化剂对叶片和流道的冲蚀破坏。因此, 在设计中就出现了效率特性和磨损特性 (叶片、材料的磨损率和寿命) 相矛盾的问题。

为了有效地解决效率特性和磨损特性相矛盾的问题, YL型烟机的结构设计上采取了一系列的措施:

在设计时控制气流合理的流动速度。YL型烟机动叶片选取0.5的反动度, 与其他反动度叶片比较, 0.5反动度叶片的优点在于它的介质流速较低, 静叶、动叶的出口流速仅高于圆周转速30%, 这样就有效地减少了介质对叶片的冲击速度。

在流道内设立固体颗粒折转台阶, 如图5所示, 由于离心力的作用, 固体颗粒往往向流道外侧偏移, 设立这样的折转台阶可以有效地防止动叶片上部冲蚀破坏严重的现象, 使得叶片的冲蚀在整个叶身上比较均匀。

叶片及流道表面喷涂高性能的防冲蚀涂层。目前YL型烟机采用的涂层为“长城1号”[2]高效耐磨涂层, 该涂层是专门为YL型烟机开发研制的, 曾获得国家科技进步三等奖, 实验室数据及使用经验都证明:该涂层无论与母体的结合强度还是耐冲蚀性能都完全可以满足目前一般烟机在设计工况的使用要求。另外, 针对专门大功率高焓降烟机的“长城33号”耐磨涂层, 其工艺、硬度、结合强度等技术指标都优于“长城1号”, 能够对叶片提供更好好的保护。

在叶片型线系列成熟、完善, 涂层质量保证, 装置的工艺条件及催化剂颗粒的硬度、流动速度、直径及其对叶片的冲击角度相对稳定的情况下, 设计上采取的这些有效措施很好地防止了催化剂颗粒对叶片和流道的冲蚀破坏。

2 齿面接触面积不够产生局部应力超标

2.1 榫齿及榫槽加工尺寸的控制

YL型烟机转子轮盘和动叶片采用枞树型三齿结构连接, 采用枞树型叶根, 优点是尺寸小、强度高、安全性好、拆卸方便。图6为烟机常用φ890轮盘与配套叶片榫槽、榫齿的加工图纸, 其中榫齿加工采用磨削或铣削加工, 轮盘采用拉削加工, 加工时要求严格保证精度要求。

在榫头设计时, 考虑到工艺上很难做到百分之百的接触, 通常采用80%接触作为应力计算的准则。我们举YL型烟机比较常用的φ890轮盘与配套叶片进行说明, 该榫齿、榫头尺寸理论接触数值见表1。

2.2 接触不良产生原因及对叶片寿命的影响

在较长周期使用后, 由于用户在转子修复时齿型尺寸控制不好, 或者由于催化剂对接触面的磨损等原因, 很容易产生榫齿与榫槽接触面积减小, 导致二者匹配性不好, 影响烟机的长周期稳定运行, 甚至造成叶片断裂。φ890轮盘与配套叶片设计榫齿接触面长度为51.2mm, 如果接触长度低于这个数值, 挤压、弯曲和剪切应力就会比设计值高, 拉伸应力也可能因为接触面的变化而产生不均匀分布。

叶片强度在结构和受力上必然有它的特殊性。叶片榫头在设计时一般取安全系数为2, 如果我们假设齿面接触长度仅有总长度的50%, 小于设计值 (总长度的80%) , 也不会产生问题。但当接触区长度小于50%时, 由于应力增大, 产生疲劳断裂的概率就会增加。而且在烟机长期运行过程中, 外加应力在正常范围内的波动是难免的, 对于榫头齿面接触不良的叶片, 应力就可能超过允许值而引起疲劳断裂。在应力水平最高的部位产生疲劳裂纹萌生、扩展, 最后导致断裂。疲劳裂纹的萌生和扩展是一个缓慢的过程, 断裂前虽然叶片是在榫头带有裂纹的情况下运行, 但烟机各项运行指标不会受到明显的影响, 依然正常运行, 从外部参数上根本看不出任何变化, 因此, 裂纹萌生到叶片断裂经过了相当长的时间而没有被发现。当裂纹扩展到应力强度因子与材料的断裂韧度值相等时, 断裂就会突然发生。

目前, YL型烟机轮盘榫槽和动叶片榫齿除了采用合理的工艺路线、专用工装夹具和精密的加工设备保证零件的加工精度外, 还加入了轮盘榫槽研磨工艺和动叶片榫齿抛丸强化处理工艺, 进一步保证叶片榫齿和轮盘榫槽的的良好接触, 同时榫齿抛丸处理还能够有限改善烟机动叶片榫齿的常温和高温疲劳性能, 提高设备的安全运行稳定性。

3 激光熔敷对叶片基体组织的破坏

由于烟机动叶片材料及使用环境的特殊性, 有些厂家在对动叶片修复时缺乏相应的判别能力和修复技术, 这也是造成2005-2006年烟机动叶片频繁断裂的一个很重要的因素。这里要特别提出的是激光熔覆技术的应用, 近年来随着烟机部件修复技术的发展, 出现了激光熔敷修复技术。对于该项技术, 我们认为其不能增加零件的强度, 只能够恢复零件的形状, 其属于金属热加工, 很容易形成沿晶裂纹和熔敷层中的缺陷, 在母材与熔敷物结合区域也容易存在微裂纹、这将为以后的裂纹扩展造成叶片断裂事故留下隐患。

3.1 激光熔敷后断裂叶片金相组织

下面是国内某炼油厂动叶片断裂后金相组织分析情况, 该叶片裂纹起始于叶片进气边处, 将断裂的叶片断裂源区制成金相试样, 如图7所示。

此处的熔敷层厚度大约为3mm (基体组织到进气边) 。因此, 疲劳裂纹起始于熔敷层, 扩展的初期也是在熔敷层。在熔敷层内还存在着两条长约9mm和8mm的裂纹, 其中一条裂纹与断裂面贯通如图8所示。在基体与熔敷层的连接面上发现有多条沿晶裂纹如图9所示, 有的裂纹已经扩展, 扩展长度约4.5mm。沿晶裂纹是在熔敷过程中形成的热裂纹, 如果使用中裂纹在熔敷层内扩展就有成为断裂源的可能。

在所观察的其他未断裂解剖叶片金相试样中, 都无一例外的发现有大量的沿晶裂纹。沿晶裂纹起始于基体表面, 裂纹在基体表面最宽, 向基体内部扩展2~3个晶粒, 向熔敷层扩展0.1~3mm。所观察到的沿晶裂纹应是在熔敷中形成的热裂纹, 而不是使用中因腐蚀、应力腐蚀、疲劳等形成的裂纹。

3.2 激光熔敷中的缺陷

激光熔敷中的主要缺陷是疏松、夹杂和裂纹。有的疏松或夹杂尺寸达φ0.8mm, 并伴有裂纹如图10所示。有的裂纹长度已经大于4mm。有些裂纹是埋藏型裂纹, 有些已露出表面成为表面裂纹。这些裂纹是随机分布的, 当这些缺陷位于叶片使用中的最大应力处时, 就极有可能成为断裂源。

4 结论

4.1 要有效地防止催化剂对烟机叶片的冲蚀破坏

要有效地防止催化剂对烟机叶片的冲蚀破坏, 必须保证烟气中催化剂浓度、粒度在标准要求的范围内, 其中特别重要的是大颗粒催化剂浓度。在运行的过程中要密切监测烟机前旋风分离器的工作状况, 必要时可在烟机前水平管道上安装催化剂粒度和浓度监测设备, 随时监测。同时注意在装置开工不稳定的时候不要轻易将烟机并入装置, 在检修时, 要注意检查叶片涂层是否完好, 保证叶片合理的型线。从而保证烟机长周期、安全稳定地运行。

4.2 要保证叶片榫头齿面和涡轮盘榫槽接触良好

在转子长周期使用后或者在修复时要检查叶片榫齿与轮盘榫槽榫齿与榫头的接触情况, 为了防止榫齿局部产生应力超标导致断裂, 通过尺寸检查、配研检查的方法, 严格保证各齿的接触面积达到设计要求, 保证烟机长周期安全稳定的运行。

4.3 谨慎使用激光熔敷技术

激光熔敷中产生的缺陷也会导致叶片出现微裂纹, 并扩展导致叶片断裂。激光熔敷属于金属热加工, 目前还未看到有权威机构对此项技术实施后的结果如何的相关资料, 我们认为能否将该技术应用在烟机的修复中还需要做大量的工艺试验, 优化相关的工艺措施, 并做工艺评定。目前我们不建议对于轮盘和动叶片使用激光熔敷修复。其余静止部件, 激光熔敷修复时也应该比较谨慎, 要充分考虑熔敷部位、零件的损害程度及零件的其余理化检验结果。

参考文献

动叶片工艺篇3

汽轮机次末级叶片指汽轮机内蒸汽过程的最后几级叶片, 通常指汽机低压缸的最后一两级叶片。因此次末级叶片是汽轮机各级叶片中比较长的一级, 我们这里介绍汽轮机次末级动叶片长度在700mm左右的叶片的加工问题。

考虑到叶片的生产质量问题, 并且由于机械加工设备的进步, 现在汽轮机的大中型叶片基本都采用数控加工。但由于设备投入等原因, 目前国内生产厂家采用五轴数控进行加工的相对较少, 大多数生产厂家仍然应用三轴数控进行加工, 其加工所用的刀具为直径32R5的棒铣刀, 棒铣刀经济性虽高, 但相对于球头刀来讲, 加工时受到很多的限制。基于目前的生产情况, 我们有必要对此类叶片在三轴数控上使用棒铣刀加工进行深入研究。

经过多年来对此类次末级动叶片的加工实践, 并结合UG软件编程, 现把一种比较成熟的在三轴数控机床上用直径32R5棒铣刀进行的加工方式阐述如下。

1 实体建模

在UG建模功能里, 首先按叶片型线将叶片汽道部分完成实体, 然后按产品图纸生成叶片的中间体及叶冠。这样是为了将根冠部位与汽道相接处的圆弧生成。次末级叶片的圆弧一般大于R15, 而我们用的是直径32R5的刀加工, 生成此处的圆弧, 不会造成实际加工过切。

2程序制作

2.1 叶型分析

如图1所示, 次末级叶片从汽道根部到冠部2/3处叶型多如此, 从此叶片型线可以直观看出, 进出汽边均高出内弧最低点处。

如图2所示, 次末级叶片从汽道2/3位置处至冠部多为此叶型, 此处叶片型线为进汽边处最低, 逐渐走高至出汽边。

2.2 加工分析

我们利用三轴数控设备, 叶片汽道分内背两序加工。两序分别加工时, 叶片只有一个固定的装夹位置, 即将叶片的背径向贴紧机床平面加工内弧型线, 加工背弧型线时将叶片的内径向面贴紧机床平面。

2.2.1 内弧加工

1) 我们通常的内弧加工方式是从进汽侧至出汽侧垂直汽道长度方向进行加工, 那么图1的加工效果如图3图示, 图2的加工效果如图4所示。可以看到, 图4的部分可以完全铣出, 但图3中的阴影部分不能铣出来, 将作为余量残留下来。

现在, 我们采用一种新的加工方式来加工内弧, 我们将图1所示的部位按图5所示进行加工, 即在此部位按平行于汽道长度方向走刀。而在图2所示部位仍按原始方法走刀。这样, 两种方式的结合, 可将叶片汽道无余量残留地全部铣出。

2) 加工内弧时, 需要说明的是, 模锻毛坯一般进出汽边余量是比较大的, 通常会大于5 mm, 个别毛坯厂提供的毛坯会在10 mm左右。从毛坯的实用性来说, 虽然余量大, 可以将叶片完全铣出来, 但是在加工过程中, 如果遇到这种毛坯, 那么最好在铣内弧的程序里加上两小段程序, 即切进汽边和切出汽边程序。具体的加工按照UG里的Flow Cut的驱动方式进行, 这里不做详细介绍。

2.2.2 背弧加工

1) 次末级叶片的毛坯几乎全部为模锻毛坯, 汽道单面余量为3~5 mm, 考虑我们使用的刀具为直径32R5的棒铣刀。如图6所示, 可分析出, 如果我们横向进刀理论上不大于5 mm, 那么R5的棒铣刀可相当于球头刀。实际中一般采用3 mm横向进给进行加工。程序效果如图7所示。可在加工过程中, 连续进给加工背弧。

2) 在背弧加工时, 我们也可以根据叶片汽道型线从根部至冠部的扭曲程度来确定是否采用另外的一种加工方式。即如果汽道扭曲没有接近90°时, 我们可以选择从根部一直走刀至冠部, 然后再从冠部走到根部这种连续的加工方式, 其走刀轨迹相似于图5所示。

3 程序生成

在UG软件中, 选择加工功能, 在此环境中选择mill_contour类型中的F2XED_contour子类型进行加工, 生成程序。程序的生成方面, 根据三轴机床的数控系统不同, 其生成的程序稍有不同, 可根据机床说明书稍加变化即可。

动叶片工艺篇4

通过多年的车间实践, 总结了倒T型、双倒T型叶根末叶片锁紧方式为铆销钉形式的动叶片装配应遵循的普遍的工艺方法, 适用于各类汽轮机转子倒T型、双倒T型叶根装配。

2 叶片装配前的准备工作

(1) 首先要确认各级叶片的代号及其在转子上的装配位置。各级动叶片的旋转方向 (内弧指向背弧) 为从汽轮机端向电机端看为[顺/逆]时针方向 (顺/逆根据叶片装配图来选择确定) 。装配前仔细擦净转子前后轴颈, 涂防锈油, 装上轴颈保护套, 拧紧螺栓;并保证装配过程中保护套不与轴颈发生相对摩擦。

(2) 按照轴径跨度适当摆放两支架, 吊放转子到支架上, 调整前后支架中心高度, 确保装配过程中转子转动时不会轴向串动。按叶片装配图明细表领取各装配件。检查确认各零件有合格证、印记齐全。按照工艺规程领取所需工装及装配辅料, 检验所有工装, 确认能够正常使用。

(3) 根据叶片装配图要求需要, 各级动叶片应带有静平衡排序装配表, 每只动叶片上应该有顺序号与装配表对应, 按装配表对应动叶片上顺序号将各叶片排好装配先后顺序。各级动叶片装配顺序以不影响其他级别叶片装配为基本原则, 一般由低到高逐级装配, 正反向对应各级叶片可同时装配。

(4) 清理轮槽及叶根, 确保轮槽及叶根上没有污物及毛刺。按叶片装配图划Sa测量截面线。修围带的内错牙。有频率要求的动叶片需测单只静频, 装在同一叶轮上的叶片频率分散度应符合设计要求。

3 动叶片装配

装动叶片时必须注意汽轮机转子的旋转方向, 由汽轮机向发电机看为[顺/逆]时针方向。按装配图纸技术要求进行叶片装配, 动叶片安装数量应该与设计图纸一致。

3.1 配准末叶片叶根宽度

分别按照叶轮装配口实测尺寸配磨准末叶片两侧面 (径向面修配余量暂时不修) , 保证与锁口的装配间隙A (见图1) , 具体要求见叶片装配图中末叶片与末叶片槽装配间隙图。两侧最大修磨量为B (见末叶片图) , 如修磨量超出B必须复查锁口尺寸是否加工正确。

3.2 辐射线量具预调整

根据辐射线量具设计使用原理及叶片图辐射线要求调整、校准辐射线量具。

对于辐射线所在位置截面围带部位没有直接标注相对辐射线的尺寸, 需要通过计算确定。

3.3 辐射线测量偏差允许值确定

(1) 确定测量截面和测量位置:根据动叶片图和量具结构确定测量截面和测量位置。调整量具到正确状态。 (2) 计算背弧侧围带测量位置距离辐射线尺寸及公差Cb±Db; (3) 计算内弧侧围带测量位置距离辐射线尺寸及公差Cn±Dn; (4) 按叶片装配图辐射线偏差要求±E。 (5) 确定背弧侧量具调整值和检测范围:如在背弧侧检测辐射线按照Cb调整量具, 按照±Fb (Fb=E-Db) 确认叶片辐射线偏差是否超差。 (6) 确定内弧侧量具调整值和检测范围:如在背弧侧检测辐射线按照Cn调整量具, 按照±Fn (Fn=E-Dn) 确认叶片辐射线偏差是否超差。

3.4 叶片预装配

(1) 将修磨准的一只末叶片用垫片撑紧装在末叶装配口内。用辐射线量具将末叶片辐射线调正。

(2) 按照装配顺序表从另一末叶装配口装入叶片, 装配时保证与末叶片相邻的两只动叶片露出槽口部分均匀, 具体尺寸见装配图纸技术要求。

根据叶片图及叶片装配图确定内 (或背) 径向面为拂配基准面, 以叶根内 (或背) 径向面为基准对叶根、围带径向面拂配, 保证围带处间隙符合叶片装配图中围带间隙详图及技术要求。叶根处符合叶片装配图中叶根贴合详图 (见图2) 及技术要求, 尺寸线部分要求相邻叶片紧密贴合间隙不大于H (具体数值见图纸技术要求) , 接触面积不小于G% (具体数值见图纸技术要求) 。

用辐射线量具测量动叶片辐射线偏差, 通过修磨叶根围带背 (或内) 径向面修正叶片辐射线偏差, 保证辐射线偏差符合装配图要求。修磨后叶根径向节距尺寸不能小于叶片图下差尺寸。

(3) 按照叶片编号测量并记录所有叶片叶根节距尺寸, 计算最大可修磨量。

(4) 装配过程中, 每两只叶片下配一个软钢垫片, 要求承力面紧密贴合见叶片装配图中叶根与轮槽配合详图 (见图3) , 允许有间隙H (具体数值见技术要求) 。

(5) 所有动叶片装入后分别在叶根和围带部位胀紧整圈叶片, 胀紧过程中用铜棒依次敲击叶片中间体部位, 使所有叶片叶根工作面与轮槽紧密贴合, 胀紧后用铜棒依次敲击叶片叶身部位, 应该发出一致的清脆声音, 并能够感觉到转子叶轮上有回音。

3.5 叶片修磨量计算

测量叶根及围带处末叶封口尺寸, 计算修磨量。

修磨量=末叶片尺寸-封口尺寸-过盈量 (1)

当修磨量小于2J (2倍末叶修磨量) 时, 可以通过修磨两只末叶片 (每只末叶片背 (或内) 径向面有修配余量J, 两只末叶片修磨量均分) 来完成修配。当修磨量大于2J时, 按照3.4节记录结果统计出需要修磨叶片的编号及修磨量, 以及末叶片修磨量。

3.6 修磨叶片

拆下所有叶片, 按照修磨量计算结果修磨相应叶片, 末叶片可适当减小修磨量, 待最后装配胀紧后测量封口尺寸后配磨末叶片, 防止修磨误差造成过盈量不足。

4 正式装叶片

(1) 将一只末叶片用垫片撑紧装在末叶装配口内。用辐射线量具将末叶片辐射线调正。

(2) 按照装配顺序表从另一末叶装配口装入叶片, 修磨过的叶片以叶根内 (或背) 径向面为基准对叶根、围带径向面重新拂配, 保证围带处符合叶片装配图中围带间隙详图及技术要求。叶根处符合叶片装配图中叶根贴合详图 (见图2) 及技术要求, 达到相邻叶片紧密贴合间隙不大于H (具体数值见图纸技术要求) , 接触面积不小于G% (具体数值见图纸技术要求) 。用辐射线量具测量叶片辐射线偏差, 确认辐射线偏差符合装配图要求。检查员确认辐射线偏差、叶根贴合状态符合装配图要求。

(3) 装配过程中, 每两只叶片下垫一个软钢片, 要求承力面紧密贴合见叶片装配图中叶根与轮槽配合详图 (见图3) , 允许有间隙H (具体数值见技术要求) 。检查员确认软钢片紧度符合装配图要求。

(4) 分别在叶根和围带部位胀紧整圈叶片, 胀紧过程中用铜棒依次敲击叶片中间体部位, 使所有叶片叶根工作面与轮槽紧密贴合, 胀紧后用铜棒依次敲击叶片叶身部位, 应该发出一致的清脆声音, 能够感觉到转子叶轮上有回音。检查员确认紧度。

(5) 按照式 (1) 重新测量计算末叶片修磨量。拆下末叶片, 按照计算结果修磨两只末叶片。检查员确认过盈量符合要求。

(6) 按照末叶片图在叶根两端面划出铆钉孔辐射线, 并引至中间体端面上。

(7) 在末叶片叶根上涂润滑油, 同时在两个装配口上装入末叶片, 打紧末叶片。

(8) 按照B/Z58.13-2012《叶片装配过程中测量喉部尺寸Sa工艺守则》测量并记录叶片喉部尺寸, 按照装配图纸要求进行相应计算, 检查人员配合确认喉部尺寸符合装配图纸要求。如果喉部尺寸不符合装配图纸要求需联系设计人员。

(9) 检查员确认叶片进汽边朝向、装配顺序、叶片数量、配合间隙符合装配图要求。

5 钻末叶铆钉孔

(1) 将末叶片中间体上的铆钉孔辐射线引至叶轮两端面上, 并划出铆钉孔中心线和圆线。 (2) 末叶销孔加工设备调试。调整钻孔设备, 使主进给轴与转子中心线平行在每100mm偏差在0.02mm以内。 (3) 叶轮预钻孔。取出末叶片, 按划线用直径小于铆钉直径4mm以上的钻头在叶轮一侧端面上预钻铆钉孔底孔。 (4) 末叶片号孔。将末叶片打入装配口, 用钻头号孔。 (5) 末叶片预钻孔。取出末叶片, 按照叶根端面在钻床上找正, 夹紧叶根, 按号孔直径钻铆钉孔。检查员确认预钻孔垂直度。 (6) 钻通预钻孔。将末叶片和叶轮装配口内毛刺、污物、铁屑等清理干净。将末叶片重新打入装配口, 钻通铆钉孔。 (7) 确认预钻孔。参照端面上的铆钉孔线确认预钻孔与转子中心线平行度符合要求。 (8) 扩、铰末叶铆钉孔、装铆钉。扩、铰末叶铆钉孔至装配图要求尺寸。确认铆钉直径、长度、材质符合零件图要求。检查员确认铆钉孔直线度和粗糙度及与铆钉的配合状态。装入铆钉, 铆牢铆钉两端。

末叶片打入装配口时, 应该用铜棒敲击中间体上部使末叶片就位。取出末叶片时用铜棒从两侧敲击末叶片中间体使末叶片滑出。

6 结论

详细论述了倒T型、双倒T型叶片具体装配操作步骤, 如何进行预装配, 测量辐射线, 叶片修配, 末叶片装配等, 从装配工艺角度保证了叶片装配质量, 减少了返工, 提高了工作效率。

摘要：汽轮机高中压转子叶根形式一般为倒T型或者双倒T型, 这种形式叶根槽通过车削加工实现, 虽然形式简单, 但由于是高中压转子, 叶片的修配, 末叶片的锁紧操作都有专门的要求。介绍了倒T型及双倒T型叶片的具体装配步骤。

汽轮机动叶片预装配的工艺研究篇5

关键词：预装配,装配间隙,过盈量

1 引言

叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件, 其结构型线和工作状态将直接影响能量转换效率, 因此其加工精度要求很高。动叶片通过叶根安装在叶轮或转鼓上, 由于叶片数量很大, 动叶片装配成为制约汽轮机出产的瓶颈。为减少装配周期, 提高装配质量, 对汽轮机叶片预装配的工艺研究具有至关重要的意义。本文以装配周期长、结构复杂的内、背弧结构的动叶片为例, 进行汽轮机动叶片预装配的工艺研究。

2 预装配工艺流程

如图1、2所示, 动叶片结构形式多种多样, 径向方向为装配内、背弧结构;叶根既有带凹槽的倒T型结构, 也有带凹槽的P型结构;叶冠有铆钉头结构, 也有自带冠结构, 还有开放式叶顶, 汽道处有带拉筋孔的。根据各种叶片不同的结构形式以及相应叶片的装配要求, 借鉴以往装配经验, 编制出动叶片预装配工艺流程, 具体如图3。

3 预装配的难点

通过对汽轮机高、低压动叶片预装配工艺流程的编制可以看出, 要提高装配质量, 缩短装配周期, 有以下三方面问题急需解决:

(1) 因为叶片最大锉削量不超过0.1mm, 所以需要有效手段控制单只叶片精度, 以此满足装配要求。

(2) 正常装配时, 叶片靠叶根端面的定位销将叶片顶起, 轴向依靠叶根凹槽定位, 防止窜动。而预装配时, 如何将叶片顶起, 使工作面与叶轮接触, 达到与装配状态一致, 叶片轴向如何定位?

(3) 预装配时, 需要修磨装配内背弧型线, 以达到70%的接触面积, 否则易造成过盈量的假象, 而过盈量是决定加厚叶片减薄量的唯一依据, 如何测得叶片型线的修磨已达到标准, 以及如何得出正确过盈量?

4 具体解决方案

4.1 控制单只叶片精度

(1) 提高夹具精度, 加工装配背弧时, 以内弧型线定位, 内弧型线垫块的型线轮廓度要做准, 防止加工中由于定位不准造成型线窜动, 如果进出汽侧重叠区域过小, 将叶片转角加工, 保证装夹稳定。

(2) 叶片材料为1Cr11Mo, 此材料加工时, 因为粘度大、硬度低, 产生的切削力在脱离叶片时导致刀具前刀刃压力大, 铣刀切削用量不适合叶片材料易产生积屑瘤, 我们通过多次试验, 得出合理切削参数, 以52mm宽的叶片为例, 主轴转速230～300r/min, 走刀速度58～78r/min, 切削深度0.3mm左右。

(3) 叶片装夹时, 不要用力过猛, 否则易导致叶片内弧向内“窝”, 引起变形。

(4) 设计径向量具, 以装配内弧型线定位, 用径向卡板配合量具测量径向节距。

4.2 叶片在工艺叶轮上的定位

叶片加工完成后, 在工艺叶轮上进行预装配, 因为是预装配, 为保证叶片的可拆卸性, 我们必须解决两个方面的问题: (1) 将叶片顶起, 保证工作面接触。 (2) 叶片轴向定位。正常装配时, 靠定位销将叶片顶起, 为了使叶片能够拆卸, 我们将定位销尺寸磨掉0.15mm, 每装一只叶片放入一个定位销, 使装配状态尽可能最接近实际装配状态, 工艺叶轮轴向无法定位, 我们以出汽侧定位, 进汽侧塞一圈塞尺, 防止叶片轴向窜动。

4.3 通过预装配得到正确的过盈量

通过对叶片径向面涂蓝, 查看两只叶片间的接触面积, 作为修磨叶片型线轮廓度的依据。通过预装配, 得出正确的过盈量, 修磨掉大部分的装配余量, 节约了装配周期。具体预装配数据见表1、表2。

5 巩固措施

通过对某机组动叶片装配记录分析, 我们可以清楚地知道哪些级叶片装配中存在问题, 哪些级叶片叶冠径向节距比叶根径向节距厚, 哪些级叶片叶根径向节距比叶冠径向节距厚, 针对各级叶片相应地调整公差带, 为下次加工减少过盈量。目前, 对各级叶片的工艺改进已经纳入相应的作业指导书中。

6 结语

通过以上工艺手段, 严格控制了装配内背弧型线轮廓度以及装配内背弧的径向节距, 保证了铆钉头与叶根装配内背弧的位置度以及拉筋孔的位置度, 从而提高了装配质量。动叶片在工艺叶轮上试装, 完全可以通过预装配, 为下序装配车间减少部分修配量, 节约装配周期, 解决制约汽轮机生产的瓶颈问题。

参考文献

[1]黄树红.汽轮机原理[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[2]广东电网公司电力科学研究院.汽轮机设备及系统[M].北京:中国电力出版社, 2011.

汽轮机叶片预装配工艺方法篇6

我公司生产的低压转子末级叶片在进行叶片装配时, 经常出现轴向错牙、径向面间隙满足不了设计要求以及动平衡时不平衡量较大的现象。

出现这种问题后, 需要将叶片逐只拆下后重新进行调整、修磨 (见图1) , 然后再重新进行装配。这样不仅严重影响了产品的质量, 同时也加长了生产周期, 更是造成了生产成本的增加。

2 工艺方案

针对我公司目前生产的末级和次末级产品叶片为1029mm、1000mm、900mm、515mm四种形式, 我们首先改进工艺方法, 由原来直接将叶片装配到转子上并在转子上加工围带的方法, 改为在工艺叶轮上先预装叶片并在工艺叶轮上加工围带的方法。围带加工后将叶片拆下转送到总装分厂, 在总装分厂只需将叶片按预装顺序装于转子上即可。这就使得以前修磨、调换叶片、配准间隙的工作量转移到了具有专业人员、专业设备的叶片制造部门, 使出厂的叶片成为能够满足装配要求的合格叶片。因此大大缩短了生产周期, 提高了装配效率, 保证了产品质量。

3 具体实施

由于是末级或次末级叶片单独在叶轮上装配, 因此与以前的装配方式不同。为了保证装配后的叶片能够满足装配要求, 转到总装分厂后不再进行修配, 我们确保装入的每只叶片都处于工作状态, 在这种状态下配准每相邻两只叶片的径向面间隙。由于是工艺叶轮, 所以在不影响叶轮强度的前提下, 可以在叶轮上加工一些工艺螺孔, 经过分析计算后我们在工艺叶轮轮缘内侧的精确位置沿径向加工了顶紧螺栓孔, 每只叶片两顶, 使叶片受力面与轮槽受力面紧密贴合, 以此类推, 配准每只叶片叶冠的辐射线端面。

尤其是1000mm与515mm叶片, 采取的是叶轮平放的方式进行装配, 否则就会在叶轮立式装配时由已装配叶片自重原因而导致在12点位置闪出间隙, 在3点与9点以下这个区域由叶片下垂致使装末叶片处围带间隙过小, 而需在末叶相邻叶片上焊接顶开螺母, 待末叶装后再将其割掉并打磨光滑。与卧式装配相比, 这种方式既准确又方便。

1029mm叶片围带不需要加工, 因此按上述方法预装、修配, 合格后入库, 然后转总装分厂按预装顺序号装配于转子上即可。900mm叶片预装配采用的是卧式装配法, 一根工艺转子上套两个工艺叶轮, 正反向同时装配, 为了增加刚性, 在叶轮进出汽侧与工艺转子之间焊接了加强筋。然后按照已往加工方式进行加工即可, 加工过程中要随时检测工艺叶轮的跳动。

1000mm与515mm规格的叶片装配后围带需要加工, 我们根据加工的需要设计了加工所需工装, 使装有叶片的工艺叶轮定位、夹紧等环节都有了可靠的保证。同时将叶根端面与工装端面紧密贴合, 这就克服了由于叶轮平放的方式装配、加工所造成的叶根端面相对叶轮端面轴向窜动, 以及叶顶相对叶根受自重的影响而相对下垂等很多问题, 保证了轴向窜动严格控制在±0.25mm以内, 保证了加工时的稳定性。图2为预装配后的叶片。

尤其是将过去卧式车法的成功经验完美地与立车的实际情况相结合, 经过分析计算用工艺垫片或者焊条将围带径向工作面与非工作面以3∶2的比例在围带圆周方向均匀涨紧, 这样就使整圈的叶片形成一个整体, 大大提高了刚性, 避免了车削时的断续车削及叶冠松动造成的加工困难及对加工精度的影响。

根据转子加工图与转子总图的数据准确地换算出叶顶端面相对叶根端面进汽侧的尺寸, 通过上述各项措施严格保证了装配与加工的精度和质量。同时与围带车相比较, 这种加工方式的成本远远低于围带车。

叶片进行预装配后, 需将叶片从叶轮上拆下, 这样可以充分清除叶片的毛边、毛刺, 以及清除掉间隙中的铁屑, 解决了叶片直接装在转子上车削时而产生的清理困难问题, 从而提高产品的质量。

叶片在工艺叶轮上进行预装配后, 可以在立车上进行围带的加工, 立车的找正、装夹难度及加工的经济性都要远远优于围带车。这样既可以缓解围带车的加工任务, 又提高了经济效益。更重要的是避免了由于围带车两顶针孔的不同轴度而造成的叶冠径向尺寸的偏差, 从而减轻了总装时修磨汽封齿的工作量, 也保证了径向间隙, 因此大大提高了整台机组的效率。

叶片进行预装配后, 在加工围带过程中如果发现个别叶片由于制造的原因而保证不了叶冠厚度及径向、轴向尺寸时, 则可以方便地更换新叶片, 比在转子上进行拆卸容易得多。更避免了频繁吊运转子带来的不便及频繁在转子轮槽上拆、装叶片造成的轮槽拉毛。

4 结语

本文所述的低压转子末级次末级叶片预装配已取得了圆满成功, 这种装配方式大大提高了工作效率, 缩短了生产周期, 提高了经济效益。缓解了我公司转子生产任务的紧张局面, 这种装配方式将会被广泛推广, 同时也缩短了与国际上先进转子装配国家的差距。

摘要：汽轮机转子末级叶片在进行叶片装配时经常出现轴向错牙、径向面间隙满足不了设计要求的问题。为此采用了预装配工艺, 可缩短工作周期, 保证产品质量, 提高经济效益。

高温合金叶片高效切削的工艺研究篇7

高温合金主要分为三类, 即:镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金。其中镍基高温合金是目前抗高温氧化性能最稳定的材料, 也是切削加工性最差的材料, 此种材料现在越来越广泛地应用于汽轮机高压调节级叶片, 因此我们以镍基高温合金为主进行高温合金叶片高效切削的工艺研究。镍基高温合金的主要特点: (1) 高温强度高; (2) 导热性差; (3) 刀具易磨损; (4) 加工硬化倾向大; (5) 粘性大、易粘刀, 光洁度差。

高压调节级三联叶片常常采用高温合金材质, 由于高温合金材料具有很差的切削性能, 它要求低转速、小进给, 加工周期长, 三联叶片的加工工序繁多, 因此此种材质三联叶片的加工无疑成为制约装机的关键, 我们以此高温合金材质三联叶片为例, 研究如何提高高温合金叶片的加工效率。

2 分析叶片结构并制定合理加工方案

针对高温合金叶片具有很差的机械加工性能, 分析叶片结构, 确定合理的加工方案, 争取通过采用多种加工方法 (如电火花、线切割等) 提高叶片加工效率。三联叶片具体结构如图1所示。

(1) 汽道的加工

三联叶片, 顾名思义由三个汽道组成, 分别为1#, 2#, 3#汽道, 借鉴以往加工经验, 1#内弧和3#背弧由型线铣刀机械加工, 效率远远高于电火花加工, 但是此种三联叶片为高温合金材质, 高温合金是最难加工的材料之一, 机械加工性很差, 根据我们试切削的经验, 如果采用铝高速钢 (501) 的刀具切削汽道, 切削深度为3～4mm, 主轴转速为36r/min左右, 进给为6mm/min, 而内弧最低点余量约50mm, 大约需要切削12层, 加工效率极其低下。我们考虑使用电火花加工1#内弧和3#背弧。

加工1#内弧出汽边时, 电火花机床行程有限, 需要把石墨电极和斜度垫块的尺寸做到最小, 才能加工1#内弧出汽边。石墨电极的设计, 通过UG实体造型, 造出三联叶片, 然后设计出相应各个部分的石墨电极, 避免干涉。同时, 考虑到夹头不能干涉, 石墨电极的长度不能太短。

(2) 叶根的加工

叶根尺寸如图3所示, 可以看出叶根槽余量很大, 如果使用普通的三面刃铣刀分层切削, 叶根槽深度为91.9mm, 切削深度为每层3～4mm, 需要切削30多层, 加工效率极其低下, 我们采用线切割去余量, 单面留量1.2mm, 切出叶根槽。叶根槽底圆弧, 叶根精加工使用镶有带涂层硬质合金刀片的三面刃铣刀加工, 此种三面刃铣刀为国外采购, 刀具寿命长。

3 选择合理的刀具材料、刀具几何角度、切削用量

针对必须使用铣床或磨床加工的工序, 我们通过查阅大量国内外的资料以及进行一系列的加工实验, 选择合理的刀具材料、刀具几何角度以及合理的切削参数, 提高叶片加工效率。

(1) 刀具材料的选择

高性能高速钢:高速钢具有很好的强度和韧性, 产生的切削热低, 使得加工硬化现象减轻, 但是此种材料的刀具热处理时间长, 铲齿困难, 我们只有在加工复杂型面时采用高性能高速钢。通常选择硬度为HRC 67-69的高速钢, 主要有两大类:高钴高速钢M42;铝高速钢501。

硬质合金刀切削高温合金材料时, 最常用的是硬质合金刀具。加工高温合金叶片时切削力大, 切削温度高, 集中在刀刃附近, 容易产生崩刃和塑性变形现象, 经常采用韧性较好的K类和高温性能好的S类合金。表面需要涂层, 经过PVD涂层工艺, 减少摩檫系数, 延长了刀具寿命, 极大地提高了叶片的加工效率。

通常粗加工选用YG10H、YG8W等牌号, 精加工时选用YG813、YG643M等, 涂层通常选择三氧化二铝、氮化钛、氮化铝等。

(2) 刀具几何角度的选择

刀具前角略小, 后角加大, 刀具锋利, 不易产生积屑瘤。主偏角应尽可能小些, 刀具的后刀面磨损限度可取切削普通钢材时刀具的1/3-1/2。

(3) 刀具切削用量的选择

在切削高温合金时, 切削速度过高或过低, 刀具磨损均较迅速;进给量宜取中等偏小, 切削深度不宜过小。

具体实验数据如表1所示。

4 从机床和冷却液方面采取有效措施