汽轮机转子加工工艺分析

汽轮机转子加工工艺分析
发表时间：2018-04-13T10:22:35.603Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：乔义明1 王珊珊2
[导读] 摘要：汽轮机转子是汽轮机发电机组的核心部件。

(1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046;2哈尔滨电气国际工程有限公司黑龙江哈尔滨 150046) 摘要：汽轮机转子是汽轮机发电机组的核心部件。

汽轮机转子工作时做高速旋转，不仅要承受动叶片所产生的离心力，更要承受动应力。

因而，通常图纸对叶根槽加工后的尺寸公差、行位公差和表面粗糙度要求极为严格，叶根槽的加工是转子加工的重点。

本文对汽轮机转子叶根槽及轴颈和推力面的加工工艺进行分析，转子加工采用了合理的装夹方案，通过分析在加工过程中出现的诸多难题，并针对这些
难题提出了合理的加工方案，从而保证转子的加工精度和表面粗糙度要求。

关键词：汽轮机转子；叶根槽；轴颈；加工工艺
一、汽轮机简介及转子结构特点
1、汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。

它是一种高温、高压、高速旋转的机械，因此设计要求汽轮机具有高效率，高安全可靠性，且可调性要好。

汽轮机本体主要由转动部分和静止部分两方面组成。

转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。

静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

2、汽轮机转子分高、中、低压三种，重量从十几吨到上百吨不等，属于大型轴类零件，其结构复杂。

一般高、中压转子外形尺寸为Φ1200mm×8000mm，低压转子外形尺寸为Φ1800mm×8000mm，其外圆存在许多形状各异的叶片槽，各槽形状复杂且不规则，且多数转子调阀端中心存在Φ130mm×2000mm 左右的套料盲孔。

汽轮机转子由于其特殊的结构特点，外圆上存在密排深而窄的不规则叶片槽，其加工量大，散热差，对刀具的形状及性能提出较高的要求。

而且多数转子要求在调阀端中心Φ120mm盲孔范围内套出Φ60mm试棒，这种小孔径大试棒的套料及割断加工较为复杂，而且2000mm长套料孔的最终圆跳动必须控制在0.25mm以内。

二、汽轮机转子装夹方案
在汽轮机转子加工过程中，选择正确的装夹方法是保证工件加工质量的前提。

同时，转子对加工精度的要求高，且每一尺寸都有公差带。

为保证转子各处的精度要求，需依照制造流程，选择合理的装夹方法。

为避免定位转子时产生变形，采取一夹一顶的定位方式，即初始加工时，先夹住转子的前端，顶住汽轮机排汽端，在花盘处车削一段基准外圆，用以搭建中心架，然后掉过来进行装夹，也在汽轮机排气端车削一段用以搭建中心架的基准外圆。

利用支承架支承在转子的前端，割出转子第一轴段长度，重打中心孔。

然后掉头进行装夹，并将支承架支承至排气端，切割轴段长度，并留有相同的加工余量，重修中心孔，待完毕后，利用滚压工具对第一轴段和第五轴段进行滚压，确保基准外圆的表面粗糙度为 Ra0.8。

滚压前需确保外圆径向跳动与椭圆度要求，以保证加工转子时的同心度要求。

按上述步骤重搭中心架，待校准完毕后，紧固尾架顶尖。

三、汽轮机转子轴颈和推力面加工工艺分析
汽轮机工作时转子转速高，为保证轴颈和推力面的形位公差和加工精度要求，采用滚压方法进行加工。

1、滚压操作前，确保被滚压件外圆不能有锥度和椭圆度，表面粗糙度不能超过Ra0.8，并保证好加工误差要求。

2、确定加工参数。

在经过滚压试加工后，控制转子转速在80～120 r/min 之间，当压入量在0.5～1mm时，可将工件直径压下0.01～0.03mm，此时的进给量为0.1～0.15mm。

按上述加工方法，经过滚压后的转子轴颈和推力面，其加工精度和形位公差等均达到了设计要求。

3、控制好车刀刀尖半径尺寸。

在一定范围内，车刀半径越大，滚压时压入量越小；车刀半径越小，滚压时压入量就越大。

经过实践，车刀刀尖半径尺寸在 0.2～0.3mm为最宜，压入量在0.02～0.03mm之间，从而在滚压前确定出尺寸控制的公差范围。

四、汽轮机转子叶根槽的加工工艺分析
转子通流部分是一个复杂的结构体，在生产制造中存在着诸多难题，进而对转子的质量造成影响。

1、槽型结构加工工艺分析。

转子通流部分转鼓级和持环挡驱动级的槽型结构大体呈倒T字形，槽底分布着一个半圆形的垫隙槽。

1）确定定位基准。

以直槽右侧端面作为T形槽的轴向定位面，以末级持环右侧大端面作为转子通流部分的轴向加工基准面。

按客户的不同要求，计算出转鼓级倒T形槽的级数。

T形槽尺寸长度为从转子通流部分轴向加工基准面到T形槽轴向定位面之间的距离，粗、精车倒T形槽的各部位。

2）加工刀具要求。

倒T形槽加工大体分为4步，在加工横槽过程中，要求横槽刀必须能够放到直槽内，并留有间隙，在对深为2.3mm，上公差为0.2mm、下公差为0的横槽进行加工时，使用弯头割刀，要求切削刃到刀体深度应大于2.5mm。

叶根槽底部半径为
2mm，其横槽内侧半径为0.4mm，这要求刀具有一定宽度和刀体强度。

在加工横槽过程中，通常横槽刀尺寸为5mm，深度为2.8 mm，并确保进入直槽内的刀体宽度为5mm，具体尺寸如图1所示。

3）T形槽加工路线。

依据T形槽的形状，先用割刀加工直径8.4mm，上公差为0、下公差为-0.1mm、槽深为14.8±0.1 mm 的矩形直槽。

然后利用90°正反劈刀加工横槽上部外圆直径12.5 mm，上偏差为0.04 mm，下偏差为0。

完毕后以其为基准，加工横槽7.5 mm，上公差为-0.04 mm，下公差为-0.07mm，并进行倒角加工。

最后对半圆形垫隙槽进行加工。

因此，T型叶根槽是最常见的一种叶根槽形式，具有结构简单、加工方便的优点。

因其所承应力较小，一般用于汽轮机转子高压部分。

2、转子本体刚性差、形位公差难以保证。

转子结构特点为直径小、两头细长，且中间通流部分外径尺寸大又长，转子运行时转速高使得通流部分转鼓级和叶轮槽轮的刚性变差。

在对这两个位置的横槽进行加工时，转子受到轴向串动和径向离心力的作用，导致转子本体产生振动，加大了刀具的切削力，从而难以进行切削加工，转子的形位误差难以达到图纸设计要求。

为增强转子本体加工部位的刚性，在转子本体加工处侧搭中心架，具体步骤为：在加工通流部分转鼓级的倒T形槽时，分段使用中心架，并尽可能保证刀具位置靠近中心架，确保转子不产生振动，从而确保加工部位形位公差的要求。

3、转子加工过程中的排屑问题。

当刀具（横槽刀或直槽刀）正装时，铁屑向上排出，易使刀具与槽子产生碰撞，会崩碎刀头，进而损坏刀具，同时铁屑排出中与工件产生挤压，直接影响到工件的加工精度和表面粗糙度。

被挤压的工件也会致使转子产生振动，进而影响
转子的形位误差。

为阻止这些问题的产生，转子加工过程中，采用刀具反装、机床主轴反转、冷却液下冲等措施，此时铁屑畅通无阻地往下排，进而保障工件的加工精度和表面粗糙度，并提高工件的加工进度。

五、结语
汽轮机转子是汽轮机的关键部件，其结构复杂，且尺寸精度和跳动要求高，加工难度大，依据汽轮机转子结构和工艺特点，文章论述了汽轮机转子的装夹方法，对汽轮机转子叶根槽及轴颈和推力面关键结构的加工工艺进行分析研究，并针对在加工过程中产生的问题提出合理的加工方法，从而保证转子的加工精度和表面粗糙度要求。

参考文献：
[1]曹红波，李明超.汽轮机转子加工工艺研究[J].工艺技术研讨会论文集，2017.
[2]杜胜宝，周焕军.浅谈电机转子加工工艺［J］.电机学院学报，2016，14（2）：133-136.
[3]许阿萍，高晓丁.转子型线加工技术及关键工序分析［J］.压缩机技术，2016，（6）：33-34.。