李西，彭剛

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

0 引言

核電汽輪機運行時大部分級處于濕蒸汽區(qū)，并且隨著蒸汽的不斷膨脹，其濕度逐漸增大，低壓末級隔板中流經(jīng)的蒸汽濕度最大，因此在末級隔板汽道上增加了疏水槽和疏水孔。低壓末級隔板尺寸大、質(zhì)量大，其疏水孔和疏水槽是其制造難點之一，疏水孔和疏水槽的加工技術(shù)方案是否合理將直接影響其技術(shù)安全性、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟性。本文以1400 MW等級核電汽輪機低壓末級隔板疏水孔和疏水槽的加工制造為例，對其制造技術(shù)進行了研究，為后續(xù)核電隔板的疏水槽和疏水孔的加工提供了經(jīng)驗和參考。

1 結(jié)構(gòu)特點

1400 MW等級核電低壓末級隔板重24 t、最大外徑為φ6829 mm，內(nèi)環(huán)汽道面與外環(huán)外圓間的跨距約為1893 mm；在內(nèi)、外環(huán)汽道面上分布的4組疏水孔分別距離出汽側(cè)端面為L1±0.2、L2±0.2、L3±0.2和L4±0.2，外環(huán)汽道面上設(shè)置有疏水槽，見圖1，其中，φA、φC和φD疏水孔位于空心導(dǎo)葉空腔型線內(nèi)，φB疏水孔位于疏水槽底部且在導(dǎo)葉型線外側(cè)，見圖2；各組孔從起始基準(zhǔn)確定第一個孔位置后，其余相鄰各孔在圓周上一定角度范圍內(nèi)均勻分布且各孔的軸線投影經(jīng)過隔板中心，見圖2；內(nèi)、外環(huán)汽道面分別與水平面成85°和45°夾角，疏水孔與水平面成45°夾角。

圖1 電側(cè)末級隔板結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 電側(cè)隔板汽道圓展開圖和疏水孔分布示意圖

由上可知，該級隔板疏水孔和疏水槽加工的關(guān)鍵點和難點分別是：保證孔、槽的軸向定位尺寸和孔的周向位置；隔板尺寸規(guī)格達到了現(xiàn)有設(shè)備加工能力的極限，缺少合適的周向分度設(shè)備，需制定合理的孔加工方案；加工疏水孔時不易使鉆尖定心和對刀；加工疏水槽時容易撞刀。

2 工藝難點分析

由上述可知，該級隔板為超大型零部件，對設(shè)備加工能力提出了較高要求。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況，如果采用8 m大立車旋轉(zhuǎn)工作臺作為加工平臺和分度設(shè)備，將萬向鉆床放置在工作臺外進行鉆削，見圖3，那么加工成本會較高。另外，立車工作臺周圍為地坑，地坑上搭建的薄鋼板不具備較大的承重能力，如果將重約7 t的萬向鉆床安放在地坑蓋板上會有較大安全風(fēng)險。因此，須制定合理的加工方案來解決設(shè)備瓶頸問題。

圖3 立車配合分度的加工示意圖

隔板內(nèi)、外環(huán)汽道面及4組疏水孔與水平面均成一定夾角，加工疏水孔時鉆尖易打滑，難以保證疏水孔的定位尺寸，甚至?xí)p傷汽道面。另外，為保證孔的軸線通過隔板中心，加工前需將刀具軸線調(diào)整至通過隔板中心。

疏水槽位于汽道斜面上，一方面采用成型車刀加工該槽會因切削量過大產(chǎn)生較大振動，難以保證加工質(zhì)量。另一方面，采用切槽刀加工疏水槽各面時，刀具又易與零件碰撞而造成較大的質(zhì)量損失。

由上可知，為保證技術(shù)安全性、加工質(zhì)量和提高技術(shù)經(jīng)濟性，必須制定合理的加工方案來解決設(shè)備瓶頸、鉆頭定心和對刀、車刀與汽道面碰撞等問題。

3 加工方法

3.1 疏水孔加工總體方案

采用7.5 m×4.5 m固定工作臺作為疏水孔加工平臺，將萬向鉆床放置在工件外進行加工，經(jīng)計算其行程滿足加工要求，見圖4，并通過制定合適的對刀方法來保證孔的周向位置。該方案相對于采用立車配合鉆削的加工方法可節(jié)約成本18萬元且無安全隱患。

圖4 采用固定工作臺進行加工示意圖

3.2 疏水孔加工方法

3.2.1 劃線方法

除1組疏水孔以外，其余均位于空心導(dǎo)葉空腔型線內(nèi)。為保證孔的位置和便于后續(xù)鉆削時對刀和定心，必須準(zhǔn)確劃出疏水孔的中心。首先，計算出各孔等高圓線與導(dǎo)葉安裝等高線 （L5下端面）的距離為L6、L7和L8，見圖5，再用劃規(guī)以導(dǎo)葉安裝等高線為起始基準(zhǔn)分別劃出各孔等高圓線。從圖2可知，從出汽側(cè)看電機側(cè)末級隔板疏水孔起始位置位于水平中分面右側(cè) （導(dǎo)葉伸出中分面的一側(cè)）。如圖6所示，首先計算出第一個疏水孔至水平中分面的弦長分別為P、Q、S，再用劃規(guī)以疏水孔所在圓線與中分面的交點為圓心、弦長為半徑劃圓弧與等高圓線相交，該交點即為第一個疏水孔的圓心，其它疏水孔按同樣方法即可劃出。

圖5 各孔與導(dǎo)葉片安裝等高線的距離示意圖

圖6 第一組疏水孔距中分面弦長示意圖

3.2.2 加工方法

普通麻花鉆鉆尖角度一般為118°的鈍角，內(nèi)外環(huán)分別為85°和45°的錐面，鉆孔時鉆尖易打滑，難以保證加工質(zhì)量，為此制定的加工方案見表1。

表1 疏水孔加工方案

為保證孔的軸線投影經(jīng)過隔板中心，采用劃規(guī)先劃出基準(zhǔn)圓線，見圖7，其次以該圓線與中分面結(jié)合處的交點為圓心和L1為半徑劃圓與基準(zhǔn)圓線相交于點1，采用相同的方法劃出對稱位置的另一交點1’，再次用平尺側(cè)面與交點1和1’對齊后將其側(cè)面作為對刀基準(zhǔn)面，見圖7，采用相鄰的已劃出交點作為圓心，兩點間的弦長作為半徑按上述方法即可找到各疏水孔的對刀基準(zhǔn)面。對刀時，先將鉆床主軸調(diào)整至與水平面成45°，再將鉆尖與對刀基準(zhǔn)面對齊，最后在隔板的軸向方向調(diào)整刀尖高度至疏水孔中心即可完成全部對刀。

圖7 對刀方法示意圖

對刀后，先采用電動工具打磨出定心面，防止鉆削時鉆尖打滑，再用Φ10鉆頭鉆出定心孔，見圖8，最后用合適的鉆頭鉆孔。為避免鐵屑擠傷孔壁，加工過程中需要及時退刀排屑 （每鉆15 mm深后即可排一次屑）。經(jīng)過試驗確定規(guī)格為Φ15、Φ12和Φ40的孔的合理鉆削參數(shù)分別為：s=450 r/min、f=0.05 mm/min和s=85 r/min、f=0.05 mm/min。

圖8 鉆削方法示意圖

3.3 疏水槽的加工方法

3.3.1 加工方案

采用8 mm切槽刀開直槽后再分別加工出上、下兩側(cè)槽壁和底部圓弧，詳細加工方案見表2。

表2 疏水槽加工方案

3.3.2 計算加工尺寸及制定走刀路徑

將工件坐標(biāo)系原點建立在平行且距出汽側(cè)端面340.83 mm的平面與汽道面交線處，加工尺寸及走刀路徑見圖9～12。

圖9 切直槽

圖10 切下側(cè)壁及槽底圓弧

圖11 切上側(cè)壁及槽底圓弧

圖12 退刀至安全點

3.3.3 加工程序設(shè)計

根據(jù)加工方案、加工計算尺寸及走刀路徑圖設(shè)計出加工程序，見表3。

表3 疏水槽加工程序

4 結(jié)語

本文對核電末級隔板、疏水槽和疏水孔的結(jié)構(gòu)特點進行了分析，梳理了其主要技術(shù)要求和技術(shù)問題，對孔和槽的加工難點和關(guān)鍵點進行了分析并制定了相應(yīng)的加工方法，為后續(xù)核電隔板的疏水孔和疏水槽的加工提供了經(jīng)驗和參考。

[1]馮之敬.機械制造工程原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.