汽輪機轉子加工工藝分析

來逢亮

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

0 引言

轉子是汽輪機重要的組成部件，由于其工作環境溫度高、旋轉速度快、應力集中部位較多等特點，其壽命長短直接決定著汽輪機的壽命。汽輪機轉動部件的組合體統稱為轉子，它主要包括主軸、葉輪、葉片、聯軸器以及安裝在其軸上的零件。由于汽輪機轉子結構復雜，尺寸精度和跳動要求較高，因此加工難度很大，轉子加工質量的好壞對汽輪機的使用性能有著直接的影響。針對汽輪機轉子特點并結合相關加工經驗，經過反復的工藝研究，可采取諸多行之有效的加工工藝方法。

1 汽輪機轉子裝夾方案

在汽輪機轉子加工過程中，選擇正確的裝夾方法是保證工件加工質量的前提，比如：轉子前、后軸頸外圓的表面粗糙度要求為Ra0.8，形位公差（圓柱度、垂直度等）保持在0.01～0.02 mm范圍內。轉子對加工精度的要求很高，每一尺寸都有公差帶。為保證轉子各處的精度要求，須在事先確定好加工次序的前提下，依照制造流程，選擇合理的裝夾方法。

為避免定位轉子時產生變形，采取一夾一頂的定位方式，即初始加工時，先夾住轉子的前端，頂住汽輪機排汽端，在花盤處車削一段基準外圓，用以搭建中心架，然后掉過來進行裝夾，也在汽輪機排氣端車削一段用以搭建中心架的基準外圓。利用支承架支承在轉子的前端，割出轉子第一軸段長度，需留出2 mm，重打中心孔。然后掉頭進行裝夾（夾住轉子前端，頂住汽輪機排氣端），并將支承架支承至排氣端，切割軸段長度，并留有相同的加工余量，重修中心孔，待完畢后，利用滾壓工具對第一軸段和第五軸段進行滾壓，確保基準外圓的表面粗糙度為Ra0.8。滾壓前需確保外圓徑向跳動與橢圓度要求，以保證加工轉子時的同心度要求。按上述步驟重搭中心架，待校準完畢后，緊固尾架頂尖。

2 汽輪機轉子葉根槽的加工工藝分析

轉子通流部分是一個復雜的結構體，在生產制造中存在著諸多難題，進而對轉子的質量造成很大的影響。

2.1 槽型結構加工工藝分析

轉子通流部分轉鼓級和持環擋驅動級的槽型結構大體呈倒T字形，槽底分布著一個半圓形的墊隙槽。

1）確定定位基準。以直槽右側端面作為T形槽的軸向定位面，以末級持環右側大端面作為轉子通流部分的軸向加工基準面。按照客戶的不同要求，計算出轉鼓級倒T形槽的級數。T形槽尺寸長度為從轉子通流部分軸向加工基準面到T形槽軸向定位面之間的距離，粗、精車倒T形槽的各部位。

2）T形槽加工路線。依據T形槽的形狀，先用割刀加工直徑8.4mm，上公差為0、下公差為-0.1mm、槽深為14.8±0.1 mm的矩形直槽。然后利用90°正反劈刀加工橫槽上部外圓直徑12.5 mm，上偏差為0.04 mm，下偏差為0。完畢后以其為基準，加工橫槽7.5 mm，上公差為-0.04 mm，下公差為-0.07mm，并進行倒角加工。最后對半圓形墊隙槽進行加工。

3）加工刀具要求。倒T形槽加工大體分為4步，在加工橫槽過程中，要求橫槽刀必須能夠放到直槽內，并留點間隙，在對深為2.3 mm，上公差為0.2 mm、下公差為0的橫槽進行加工時，使用彎頭割刀，要求切削刃到刀體深度應大于2.5 mm。葉根槽底部半徑為2 mm，其橫槽內側半徑為0.4 mm，這就要求刀具有一定寬度和刀體強度。在加工橫槽過程中，通常橫槽刀尺寸為5 mm，深度為2.8 mm，而且確保進入直槽內的刀體寬度也為5 mm，具體尺寸如圖1所示。

圖1 轉子通流部分轉鼓級T形槽結構圖

2.2 轉子加工過程中的排屑問題

當刀具（橫槽刀或直槽刀）正裝時，鐵屑向上排出，容易使刀具與槽子產生碰撞，可能會崩碎刀頭，進而會損壞刀具，同時鐵屑排出中與工件產生擠壓，直接影響到工件的加工精度和表面粗糙度。被擠壓的工件也會致使轉子產生振動，進而影響轉子的形位誤差。為阻止上述問題的產生，轉子加工過程中，采用刀具反裝、機床主軸反轉、冷卻液下沖等措施，此時鐵屑暢通無阻地往下排，進而保證了工件的加工精度和表面粗糙度，也提高了工件的加工進度。

2.3 轉子本體剛性差、形位公差難以保證

轉子結構特點為兩頭細長、直徑小，且中間通流部分外徑尺寸大又長，轉子運行時轉速很高使得通流部分轉鼓級和葉輪槽輪的剛性變差。在對這兩個位置的橫槽進行加工時，轉子受到軸向串動和徑向離心力的作用，導致轉子本體產生振動，加大了刀具的切削力，從而難以進行切削加工，轉子的形位誤差難以達到圖紙設計要求。

為了增強轉子本體加工部位的剛性，在轉子本體加工處側搭中心架，具體步驟為：在加工通流部分轉鼓級的倒T形槽時，分段使用中心架，并盡可能保證刀具位置靠近中心架，盡量確保轉子不產生振動，從而確保了加工部位形位公差的要求。在進行試加工后，避免了上述不利因素，從而可以輕松地完成對工件的切削加工。

3 汽輪機轉子軸頸和推力面加工工藝分析

汽輪機工作時轉子轉速很高，為保證軸頸和推力面的形位公差和加工精度要求，采用滾壓方法進行加工。根據多年實踐探索，在滾壓加工中積累了一些經驗。

1）滾壓操作前，確保被滾壓件外圓不能有錐度和橢圓度，表面粗糙度要求為Ra0.8以下，并保證好加工誤差要求。

2）控制好車刀刀尖半徑尺寸。在一定范圍內，車刀半徑越大，滾壓時壓入量越小；車刀半徑越小，滾壓時壓入量就越大。經過多次實踐，車刀刀尖半徑尺寸在0.2～0.3mm為最宜，壓入量在0.02～0.03 mm之間，從而在滾壓前確定出尺寸控制的公差范圍。

3）確定加工參數。在經過滾壓試加工后，控制轉子轉速在80～120 r/min之間，當壓入量在0.5～1 mm時，可將工件直徑壓下0.01～0.03mm，此時的進給量為0.1～0.15 mm。

按照上述加工方法，經過滾壓后的轉子軸頸和推力面，其加工精度和形位公差等均達到了設計要求。

4 結語

本文針對汽輪機轉子葉根槽及軸頸和推力面的加工工藝進行分析，轉子加工采用了合理的裝夾方案，通過分析在加工過程中出現的諸多難題，并針對這些難題提出了合理的加工方案，從而保證了轉子的加工精度和表面粗糙度要求。

［1］ 曹紅波，李明超，葛春新，等.F級燃氣輪機轉子加工工藝研究［C］//2011年“天山重工杯”全國機電企業工藝年會暨第五屆機械工業節能減排工藝技術研討會論文集，2011.

［2］ 杜勝寶，周衛東，周煥軍.基于曲軸專用機床的350MW電機轉子加工工藝［J］.上海電機學院學報，2011，14（2）：133-136.

［3］ 許阿萍.轉子型線加工技術及關鍵工序分析［J］.壓縮機技術，2011（6）：33-34.