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1000MW 超超臨界汽輪機(jī)閥桿套筒深孔加工

2019-10-29 來源：哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司作者：陳釗

摘要：超（超）臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展至今已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史。從 20 世紀(jì) 50 年代起，以英國(guó)、德國(guó)和日本為代表，就開始了對(duì)超（超）臨界發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和研究，而且起步就是超越臨界參數(shù)。在以閥桿套筒的深孔加工為研究對(duì)象的過程中，對(duì)于研究深孔加工的特點(diǎn)，在內(nèi)孔如果不采用傳統(tǒng)磨削加工的條件下，一定會(huì)帶來加工工藝的復(fù)雜性和高難度。在這種情況下，如果想設(shè)計(jì)一種新型的直徑比較大的蹚桿，那么在高密度的要求之下，就一定要采用更多的應(yīng)用工藝方案來解決這個(gè)問題，也就是說，為了解決套筒高精度深孔切削加工的難度問題，那么在實(shí)施的過程中，就需要能夠滿足閥桿套筒加工技術(shù)的各種細(xì)節(jié)要求，并且可以舉一反三、觸類旁通地推廣到其他類似的零件深孔加工生產(chǎn)技術(shù)之中。

關(guān)鍵詞：1000MW；超超臨界；汽輪機(jī)；閥桿套筒；深孔加工

閥桿套筒的技術(shù)，是汽輪機(jī)中聯(lián)合壓力氣閥的核心部件，在 1000MW 超超臨界機(jī)組的閥桿套筒，可以采用平面示意圖的角度規(guī)定其比例，套筒的長(zhǎng)度一般為 1000～ 1500mm，寬度一般為 200 ～ 500mm 之間，整個(gè)套筒的形狀類似魚雷，后面帶有尾翼。在配備內(nèi)孔為階梯孔的設(shè)計(jì)過程里，一般長(zhǎng)的口徑比會(huì)大于 8。套筒的常規(guī)加工方法，在以往的加工類產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)的范疇里，僅僅依靠?jī)?nèi)孔在半精車車工之后的打磨工藝。

1、閥桿套筒核心性的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 閥桿套筒的定義

防水閥桿套筒包括筒體，在筒體的頂端設(shè)置有柱狀突起，在柱狀突起的軸心開設(shè)有柱形孔，在柱形孔處設(shè)置有將其封堵的堵頭，堵頭由置入柱形孔的柱體及設(shè)置在柱體一端的帽體組成，在柱體上設(shè)置有外螺紋，在柱形孔的孔壁上設(shè)置有與柱體外螺紋相適配的內(nèi)螺紋槽，在堵頭的軸心開設(shè)有貫通的閥桿孔；在筒體的底端設(shè)置有與齒輪箱連接的外螺紋，在外螺紋的上方位置處設(shè)置有凸緣，在凸緣的下部開設(shè)有環(huán)形槽，在環(huán)形槽中固定“O”型密封圈。本實(shí)用新型密封性能好，可有效防止雨水進(jìn)入齒輪箱內(nèi)，避免齒輪箱內(nèi)存有積水，減緩齒輪箱內(nèi)部部件銹蝕，從而延長(zhǎng)了閥門的下一次保養(yǎng)時(shí)間，大大節(jié)省了保養(yǎng)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1.2 閥桿套筒的深孔加工問題

目前，在我國(guó)現(xiàn)有的生產(chǎn)制造條件下，由于條件的局限，對(duì)于內(nèi)孔磨削方案實(shí)施的技術(shù)中的精加工打磨，對(duì)于加工工藝的復(fù)雜性和高難度，會(huì)在設(shè)計(jì)新的加工工藝方案和車工磨合時(shí)，需要采用現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，想辦法研究新的加工工藝。深孔加工是在封閉和半封閉狀態(tài)下進(jìn)行，無論在哪種情況下，在進(jìn)行深孔加工的過程中，對(duì)于刀具的要求比較高，刀具往往細(xì)長(zhǎng)、具有很大的剛性、強(qiáng)度較低，在加工的過程中，如果輕微的震動(dòng)或者走偏的現(xiàn)象，就可能是孔的精細(xì)度和方向位置都產(chǎn)生比較大的變化。尤其是在系統(tǒng)加工的過程中，要注意這種加工可能會(huì)使得孔的粗糙度不能滿足實(shí)際要求。在深孔加工時(shí)，由于刀具本身因?yàn)槟Σ習(xí)a(chǎn)生溫度的上升，那么刀孔的散熱條件和刀具的耐用程度磨損，可能會(huì)劃傷已有的加工面，很重的時(shí)候甚至?xí)驗(yàn)榈毒叨斐煽障兜拇蚰ナд`。

1.3 閥桿套筒的工藝措施及新方案

針對(duì)公司和生產(chǎn)過程中各樣的深孔加工技術(shù)存在的問題，為了結(jié)合工程及工程現(xiàn)有設(shè)備的具體情況，需要制定合理的工藝方案，內(nèi)孔加工和粗加工技術(shù)的設(shè)計(jì)方案中，要考慮到不同的孔徑尺寸的要求。而且需要注意的是，在半精加工和精加工三個(gè)階段孔隙的粗糙度要求是比較精細(xì)的，尤其是在使用過程中，人們可能對(duì)于零件的裝夾方法采納“一夾（四爪卡盤）一托（滾動(dòng)中心架）方案。對(duì)于減少工件振動(dòng)的指數(shù)控制，再配合工件系統(tǒng)的剛性要求，就可以對(duì)于加工設(shè)備采納較新的數(shù)控技術(shù)。在深孔加工過程中，機(jī)床的徑向、軸向和跳動(dòng)小幅度，會(huì)對(duì)于導(dǎo)軌的直線度和抗振性提出要求，在冷卻液的壓力較大的過程中，為了保證機(jī)器的運(yùn)作動(dòng)力相對(duì)供應(yīng)充足，因此，要考慮到刀具的散熱鐵屑的排出以及冷卻更加方便的具體情況。對(duì)于內(nèi)孔精加工方案，采用的是以車工來代替打磨的工藝，深加工的機(jī)床要求帶有非常強(qiáng)的減震功能，并且對(duì)于刀具系統(tǒng)的剛性有很好的保障作用。

2、超超臨界的汽輪機(jī)閥桿套筒深孔加工的過程

2.1 粗加工工藝要點(diǎn)

考慮到具體的加工效率要求和內(nèi)孔深度的情況,因此，對(duì)于初加工的尺寸要考慮到基數(shù) 160，鏜床可能是機(jī)床主軸最大伸長(zhǎng)量的決定因素，很多機(jī)床，大概生產(chǎn) 量能夠達(dá) 到 1200mm，因此，在刀具的長(zhǎng)度要求方面，如果想要滿足初加工的需要，就必須要對(duì)于工件的大頭端頭采用面對(duì)主軸的方式，為了采納 V 型墊鐵墊平的技術(shù)，用采用機(jī)床壓緊和外圓拉直方式，是可以重點(diǎn)使用的方法。另外，對(duì)于小頭小端的外圓拉直，對(duì)于施工時(shí)候的單邊留量需要鏜準(zhǔn)內(nèi)孔，保證直線度的 0.1mm 之內(nèi)，就可以保證粗加工的精度了。

2.2 半精細(xì)加工和精加工的使用技術(shù)

要注意的一點(diǎn)是，汽輪機(jī)閥的刀桿選用原則，為了能夠?qū)τ谇行柬樌懦?，就要首先?jì)算好刀桿的強(qiáng)度和剛度系數(shù)，這樣做是為了能夠避免在加工時(shí)由于刀具的不正常振動(dòng)，使得加工精度受到很大的影響，如果刀的直徑過大，刀孔和孔器之間的距離不合理，造成排除屑的不暢通排出，這樣就可以造成堵塞。因此，為了能夠排除這種故障，就需要加入冷卻潤(rùn)滑液，潤(rùn)滑液不能與直徑太大的刀桿合作，為了能夠?qū)⒌谰叩哪p影響減少到最小，不影響刀具加工的精度，所以需要采用防振鏜桿，對(duì)于直徑和長(zhǎng)度要求更加合理的鏜桿，只要配合鏜桿內(nèi)部的可調(diào)節(jié)減振體，就可以帶動(dòng)內(nèi)龍孔的剛性?shī)A緊工藝。

2.3 刀座的配合工序

鏜桿的夾緊方式，是加工時(shí)候?qū)Ｓ玫牡谰吆瓦^渡工序。合理的刀做是為了防止刀具崩刃和折斷的保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于聲音和切屑的不順利排出，可視外觀現(xiàn)象和觸摸振動(dòng)的外況，根據(jù)一定的觸摸振動(dòng)來完善刀具底座。根據(jù)鏜桿的夾緊方式，對(duì)于設(shè)計(jì)專用的道具和過渡，在加工時(shí)候的專業(yè)化刀道具，其剛性是過渡套筒的只要基礎(chǔ)，刀座適用機(jī)型不同，尺寸標(biāo)準(zhǔn)不同；材質(zhì)可選用高速鋼、銅材等。

2.4 工藝試驗(yàn)的刀頭選用

工藝實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)方法可以更好保證老鷹頭切頭的精確度，為了使得鏜桿的前端更加輕靈，當(dāng)蒸汽壓力提高到 25MPa 時(shí)，要嚴(yán)格的控制機(jī)組的物料平衡關(guān)系，要求協(xié)調(diào)控制及時(shí)準(zhǔn)確。在控制鏜桿前段更加輕便，因此，為了抑制住不正當(dāng)?shù)恼駝?dòng)，就應(yīng)該將刀頭的切削頭的周圍空間更加有活動(dòng)空隙，對(duì)于排出磨損的碎屑，才能夠?qū)⒌额^的使用過程安排得更加合理?？紤]到切削頭的接口的鋒利需求，尤其是在鋸齒面的夾緊螺栓安排之上，一般三個(gè)螺栓需要有更加堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)形式。這些結(jié)構(gòu)是為了更好地提升閥桿套筒刀口的剛性，剛性是為了能夠?qū)⒓庸ぶ械恼駝?dòng)過程被控制住的保障，也就是說，對(duì)于防止套筒深孔加工的質(zhì)量應(yīng)該從刀口開始就被緊密控制。對(duì)于零件材料和汽輪機(jī)高溫部件的耐熱選擇，需要考慮到抗氧化的性能。

3、控制好閥桿套筒深孔加工過程的要點(diǎn)

在閥桿套筒刀頭工藝試驗(yàn)的半精密車工選擇時(shí)，對(duì)于刀片的加工效果，要采納保證穩(wěn)定的切削排出碎屑的過程更加精確，而為了確保刀具壽命，以及滿足孔內(nèi)徑的刀片取得更好的加工效果，就要保證閥桿套筒夾工件的大端，勢(shì)必按照工件小端的外圓中間位置對(duì)比。對(duì)于 0.05mm 內(nèi)部復(fù)驗(yàn)工件大端外圓，應(yīng)該粗加工車距工件的小端端面，將左右位置的寬度和表面粗糙程度的支架中心，配置在出車小端端面的內(nèi)孔上。為了將上悶頭的位置頂緊，外圓和斜面的加工件須更加精密的車工安排，需要將各外圓和大端的斜面都按照單面的流動(dòng)余量車工車出即可。發(fā)給套筒的掉頭和夾小端，在靠近閥桿套筒大端約為 50°的時(shí)候，斜面和見光圓柱的帶處支架和中心架，應(yīng)該出于正外圓的小范圍尺寸內(nèi)部。在將專用刀座吊上車床的時(shí)候，一定要控制住夾角的正確和精度，就是在裝入過渡套管和防振鏜桿的時(shí)候，對(duì)于開口處的刀座中分面，檢查鏜桿的安全夾緊，都在刀座的懸伸量的范圍，能夠?qū)⒌都獾母叨冉咏鼨C(jī)床主軸中心，這個(gè)時(shí)候可以安排在中拖板后面放上具有標(biāo)準(zhǔn)重量的平衡物，保證車的平穩(wěn)和內(nèi)孔孔徑，為了保證粗糙度和形位公差符合要求數(shù)據(jù)，就要求對(duì)于鏜桿系統(tǒng)的確定和加工過程時(shí)，注意觀察切屑的形狀和性狀。

4、結(jié)語

新時(shí)代要求，在大口徑的閥桿套筒高精度深孔加工工藝方案的制作過程中，對(duì)于解決閥桿套筒的加工難題，應(yīng)該從分解的結(jié)構(gòu)方面下功夫。為了加強(qiáng)和推廣應(yīng)用到其它類似零件的深孔加工，在總結(jié)了車床方面的額鏜桿、深孔的切削參數(shù)和數(shù)控程度的運(yùn)作規(guī)律，在奠定技術(shù)基礎(chǔ)和解決大直徑深孔加工的刀具、散熱，以及排出灰屑和深孔加工的尺寸度，對(duì)于表面粗糙度的程度控制，需要加強(qiáng)對(duì)于精度的精確控制，并且要推廣類似零件的深孔加工工作的技術(shù)。

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