大型發電設備制造工藝的現代化

哈爾濱電機廠有限責任公司 劉孝忠

在世界聞名的三峽機組建成并成功投運后，通過引進、消化、吸收和再創新，國內廠家不僅在科研、設計、開發等方面達到了世界先進水平，還在制造工藝領域也達到了甚至超過了世界先進水平。無論是大型加工設備，還是工藝裝備、工藝路線、工藝方案，幾乎都是現代化的。這是多國合作生產的需要，更是我國實施現代化的重大舉措。

1 精密鑄造

1.1 更新裝備

為熱加工事業部門配備了“VOD+LF”精煉爐、100t鑄件熱處理火爐等先進的設備，以及直讀光譜儀、紅外碳硫分析儀、NOH氣體分析儀等，以保證鑄件化學成份的穩定性、準確性，提高鋼水的潔凈度。

1.2 仿真模擬

利用計算機進行葉片的模樣放樣，替代了模型工在圖紙上放樣的傳統方法，實現了模樣尺寸的經緯儀檢測，提高了模樣制造的可靠性；“鑄造過程仿真技術”、“近凈形鑄造技術”是鑄造技術的發展方向，利用NOVACAST、Magma等先進的鑄造仿真模擬軟件，實現了計算機模擬式生產，大幅度提高了產品成品率；對全部鑄件進行溫度場的模擬，使毛坯余量由過去的CTl4級提高到CTl2級；各種中高低合金鋼的造型制心均采用先進的酯硬化水玻璃砂和堿性酚醛樹脂砂工藝，提高了鑄造質量。

2 數控切割

（1）激光切割。切割機的應用，不僅解決了哈電生產大型磁軛沖片的設備沖壓能力不足的問題，而且降低了成本、提高了加工效率。（2）回轉切割。無限回轉三割炬數控切割機的應用，可切割隨焊接位置變化而不斷改變切割角度的渦殼、球罐類部件的鋼板下料，配有可以切割最大厚度為600毫米的特大氣割槍，是亞洲最先進的切割設備。（3）等離子切割。切割機的應用，切割速度快，避免了碳離子浸入焊接熔池的不良影響。（4）線切割。2維鉬絲線切割機的應用，具有割口小、數控排料簡單、切割精度高、變形小、材料利用率高。（5）大斜面切割。通過對氣割設備的改造及完善，可以很方便地完成斜率比大于1／10的大斜面切割。還開發了曲線坡口機（國家專利）。

3 沖剪沖壓

（1）自動沖壓。國內最先采用500 t全自動沖壓機沖制定子沖片，使定子沖片的質量和生產效率得到了全面提高。（2）水溶性漆。率先實現沖片涂水溶性半無機漆工藝，并成功地應用于600MW汽輪發電機和三峽左岸發電機定子沖片上，制造出了世界一流水平的定子沖片。（3）數控沖槽。首次獨家采用了數控沖槽機和數控自動焊、數控激光焊接兩種技術，進行定子通風槽板的沖制和焊接，保證了通風槽鋼的位置精度，提高了發電機的通風性能。（4）去毛刺。引進荷蘭去毛刺機，實現自動調整間隙，不僅提高了關鍵工序的生產能力，而且提高了沖片質量，對防止發電機定子鐵心松動、發熱起到了重要作用。

4 線圈制造

（1）液壓成型。通過技術引進、消化、吸收、再創新，哈電的導線成型“四位一體”線棒壓型換位工藝已由手動改為液壓，并采用風動馬達成型技術來確保線棒幾何成型質量；（2）屏蔽防暈。導體內部采用內屏蔽結構，中溫多膠板及高性能防暈材料，提高了耐電壓性能及絕緣壽命；（3）轉子線圈。采用先進的設備和技術，使我公司磁極線圈的制造水平達到國際領先地位；配備了數控銑孔機、數控銑槽機、自動沖孔送料裝置、銅排扁彎機、干式噴砂機、中頻感應透熱爐、進口移動式中頻感應釬焊機等設備，使火電轉子線圈加工逐步實現自動化。（4）定子線圈。進口多臺移動式中頻感應釬焊機、氬弧焊機、微束等離子焊機，提高了定子線圈封焊及導電塊的焊接質量；還配備了三座標鍘量平臺的使用，減少了測量誤差。

5 焊接工藝

（1）清根法。采用氧-乙炔火焰清根法，使焊接坡口光滑，滲碳較小。（2）氣體保護焊。早在1980年代，手工電弧焊就基本上被氣體保護焊這一高效的焊接方法所取代，目前哈電開發和應用的半自動氣體保護焊技術已經領先國內同行水平，技術優勢明顯。（3）埋弧自動焊。針對軸類件及環形件的焊接，窄間隙埋弧自動焊作為成熟的焊接技術應用于大軸的焊接。焊接效率高，焊接材料損耗少，焊接質量好。（4）機器人焊接。三峽轉輪采用機器人自動焊接新工藝在國際上也是第一次，應用機器人取代手工焊接的工作量約占總焊接量的40%以上，其優點是：速度快、質量好、效率高，而且不受人的因素影響，比如人眼視力錯覺、體力疲勞、精神波動等對操作的影響。機器人自動焊接設備包括具有轉位和頂起功能的變位機、埋弧焊機器人及相應軟件等焊接機器人的應用，具有戰略意義。（5）中頻焊。釬焊技術得到了飛速發展，中頻感應硬釬焊完全取代了火焰釬焊；銀銅鋅或磷銀銅釬焊料替代了錫鉛釬料，提高了線棒接頭的高溫強度和導電率。引進10臺多便攜式中頻焊機，提高效率和質量。（6）四角焊。應用瑞式四角焊實現自動釬焊、自動換位，焊后自動平整。（7）真空釬焊。開發應用了高溫基真空釬焊、軟連接大功率電阻釬焊等新技術提高精度。（8）大件焊接。寬帶埋弧焊機、埋弧自動焊機、窄間隙埋弧焊機，微弧等離子焊機，隧道焊機等的引進、應用，還配備了大型變位機、滾輪架等，提高了大件焊接質量、效率。

6 加工制造

現代化數控機床、數控鏜銑床、數控立車及多用途數控加工中心的投入使用，使哈電的加工能力大幅度提高，實現了從傳統的機械加工到數控加工的新的跨越。通過國外引進、吸收、消化、再創新，應用的現代化數控機床已多達300臺，居國內同行業首位。

葉片型面。與高等院校、科研院所合作共同開發應用了五軸聯動數控編程軟件；開發應用了五軸數控龍門銑可加工葉片的型面，在國內首次實現了混流式葉片的全方位數控加工。在三峽左岸葉片的數控加工中創造了加工一片葉片僅用7天的佳績。

三點找正。開發應用了水輪機轉輪葉片數控加工計算機輔助三點找正新工藝，解決了葉片找正問題。

刀具干涉。創新開發應用了平底刀層切技術和插銑技術，解決了葉片三軸加工效率低及刀具干涉問題。

聯軸螺孔。開發應用了專用鏜床可在廠內與工地加工轉輪的聯軸螺孔。

摩擦劑。開發應用了轉輪與主軸之間通過摩擦傳遞扭矩的新工藝，自主研發了摩擦劑的配方。只依靠螺栓的預緊力，就能保證摩擦力的要求，實現了它們的互換性。

工地制造。開發應用了大型水輪機馬氏體不銹鋼轉輪的工地整體制造新工藝，填補了國內空白。

內球面。以轉槳式葉片樞軸定位，數控加工過流面、葉片外圓及葉片兩肩內球面，從而取代了笨重的專用樣板研肩的傳統工藝。

大螺紋。采用數控圓弧擦補銑削的方式加工，保證了大直徑螺紋加工質量，降低了制造成本；

轉輪平衡。開發應用了兩種大型轉輪平衡工藝， 即液壓球軸承平衡及測桿平衡。

導水機構。采用在工地使用專用設備磨削上、下把合面，保證導水機構的裝配質量；采用數控加工頂蓋、底環的導葉軸孔，使導水機構預裝周期明顯縮短，同軸度、導葉上下端面間隙、立面間隙均勻，產品質量大幅度提高。

同軸度。蝶閥中閥體的兩軸孔的同軸度很難保證，開發應用了數控加工工藝圓滿解決了這一難題。

聯動操作。實現了ф5000mm的蝶閥廠內與接力器聯動的操作、試驗，并推廣到ф5300mm蝶閥的操作試驗中。

雙鴿尾筋。采用雙鴿尾定位筋替代鴿尾筋托塊結構，該項工藝技術達到了國際領先水平。

槽孔精割。成功研制出通風槽孔精割新工具及新工藝，有效提高了生產效率。已應用在紅花、康楊，下福等水電站的發電機中。

推力軸承。大型部件如推力頭、鏡板的撥盤拖動也有了新的突破，性油箱制造技術日臻成熟，彈性粱推力軸承支撐結構推力軸承技術國內領先。

撥盤拖動。大型汽輪發電機轉軸加工時，采用撥盤拖動、雙中心架支撐新工藝，克服了機床對加工工件精度的影響，軸頸加工精度明顯提高。

找中心。汽輪發電機定子與端蓋找中心，采用光學準直儀替代了拉鋼絲的方法，提高了找正精度。

超聲波。應用了引進的超聲波加工儀，在大軸外圓上加工的表面粗糙度由Ra 3.2μm提高到0.2μm。

動平衡。通過對動平衡間改造、技術創新，圓滿完成熱敏感試驗，各種參數完全達到了國際標準，填補了汽輪發電機制造技術的一項空白。

定子裝配。對600MW及300MW汽輪發電機轉軸加工、定子下線及裝配，先后進行了定子鐵心磁屏蔽、外疊裝等30多項工藝改進，使得生產效率成倍增加。

內外機座。空冷135MW汽輪發電機定子采用內外機座分別加工，內機座整體浸漆后再與外機座組裝（國家專利）。

退火拋丸。全纖維大型退火爐、大型拋丸清理機的應用，具有技術先進、加工效率高、結構合理、安全適用等特點。

表面處理。采用先進的超音速噴涂新工藝技術，噴涂金屬、陶瓷等耐磨、抗蝕材料，通過對水輪機過流表面進行強化處理，減輕了常見的氣蝕、磨損、腐蝕等問題。

7 工藝研究

近年來在工藝研究課題方面有下述科研成果獲得國家、部委、省、市頒發的科技進步獎。(1)三峽水輪發電機定子線棒的研究與制造；(2)三峽發電機據系統分定子線棒防暈材料的篩選和防暈結構的研究；(3)三峽水輪發電機導水機構加工及裝配工藝研究；(4)水輪機轉輪制造工藝模擬及質量控制研究；(5)大型水輪機轉輪工地加工設備研制；(6)150兆瓦空冷汽輪發電機的研制；(7)提高濕繞組絕緣可靠性的研究；(8)多泥沙電站耐磨材料研制；(9)巨型推力軸承研究；(10)大型水輪機蝶閥的研制；(11)大型彎曲面構件熱模壓成型工藝模擬優化的研究；(12)水輪機葉片測量研究；(13)大型水輪發電機絕緣技術研究；(14)300兆瓦汽輪發電機彈性定位筋材料國產化研究；(15)6500MVA沖擊發電機；(16)景洪葉片鑄造；(17)三峽右岸全空冷水輪發電機冷卻系統研制；(18)大型貫流式水輪發電機關鍵技術研究混流式水輪機葉片數控加工技術研究 ；(19)水輪機球閥 制造工藝研究；(20)三座標16t沖槽機數控電氣系統研制；(21)伊朗卡倫轉輪裝配、焊接質量控制；(22)巖灘水輪發電機圓盤轉子支架組制造工藝研究等。

8 今后課題

我國重大裝備制造業的的主要課題之一就是大型鑄鍛件的國產化，發電設備也不例外。三峽機組的大型鑄鍛件，我國是分包給羅馬尼亞、韓國、巴西等國制造供貨的，今后應在質量、數量方面盡快實現國產化。