汽轮机再热主汽调节阀主阀座孔以车代镗工艺研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 作者:骆占山

  600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀主阀座孔的加工一般以精镗加工为主,但是受镗床主轴的限制,加工质量一直不理想。文中以大型立车车削加工代替精镗加工,并介绍了此类主汽阀阀座孔的加工过程。

1、问题的提出

  600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的阀壳结构如图1所示,主阀的阀座孔位于阀体的中间部位,距进汽口端面约1500mm,阀座孔长度120mm,加工时机床主轴需要伸出1700mm,对于大多数大型镗床来说已是极限位置。

  受主轴挠度影响,加工部位的表面质量较差,直线度、圆度、尺寸误差都比较大,质量无法保证,而且新式机组的阀座孔带有配合型线,需要使用偏心盘采用数控差补进行加工,但数控镗床安装偏心盘后,主轴或是接长刀杆无法达到1000mm以上的加工长度,因此目前的数控镗床已经无能力加工带有配合型线阀壳的阀座孔。经研究决定使用大型数控立车代替镗床加工此类阀座。

再热主汽调节阀主汽阀结构

图1 再热主汽调节阀主汽阀结构

2、设备选用

  采用数控立车加工600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主阀座孔,需要设计专用的装夹工装,装夹工装与阀壳形成一个整体,其回转直径约为4500mm,立车的通过直径需要大于5000mm。立车所加工的最大工件高度大于3500mm、内孔最小加工直径小于350mm,主轴伸出长度大于1800mm。本文以齐齐哈尔第一机床厂有限公司生产的CK5263为例进行讨论。CK5263通过直径为6300mm,工件最大高度4000mm,主轴伸出长度大于2000mm,加工工件内孔最小直径430mm,最大承受重量100t,符合600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主汽阀阀座孔的加工要求。

3、装夹方式

  600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的阀壳属于不规则形状,在镗床上加工时便于装夹找正,但是加工质量无法保证,在立车上加工则需要将阀壳垂直放置,可以保证加工质量,但是存在装夹难题。我们首先设计制造一V型垫铁,用于600MW机组再热主汽调节阀的阀壳的固定;300MW机组每个再热主汽阀只有一个调节阀,可直接垂直安放与机床花盘上,省去V型垫铁。然后依据阀壳的外部形状,设计一弯板用于辅助支撑及装夹,弯板使用螺栓固定在阀壳上,这样使阀壳与工装间形成较为稳固的结构,再通过焊接辅助压板搭子,阀壳可以完全平稳地固定在立车花盘上,总体装夹方案见图2。因增加了弯板,整体结构的重心偏移,需要对其进行配重,以保证车削过程中的稳定性,图2中的两个垫块既起到支撑作用,也起到配重的作用。

立车装夹示意图

图2 立车装夹示意图

4、加工过程

  4.1、找正基准确定

  600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀的主阀座孔从图纸要求上看,其与轴孔间存在一定的位置要求,因此在上立车车削前需要由数控铣床和钻床将轴孔、阀盖孔以及对应螺孔加工准,而后在主蒸汽进口镗一找正圆及找正平面,在立车车削时按照主蒸汽进口的找正圆、找正平面找正即可保证图纸的要求。

  4.2、切削参数确定

  阀座孔的内孔直径较小,立车加工时线速度较低,加工的表面质量需要进行理论计算,选用合适的刀具及切削参数对于产品的最终质量有着重要的影响。

  CK5263花盘最高转速可达50r/min,但是在加工形体复杂的汽缸类零件时,其转速最好时只能达到最高转速的60%,即30r/min。刀尖角半径r与进给量f、表面粗糙度Ra的理论值存在一定关系,我们选择进给量时一般不应超过此值。600MW主阀调节阀主汽阀阀座孔图纸要求表面粗糙度为Ra1.6。根据理论计算公式:

  h=r-(r2-(0.5×f)2)0.5 (1)

  Ra=(0.25~0.33)h (2)

  得到:fmax=(Ra×r/50)0.5,选取r=1mm。

  fmax=(1.6×1/50)0.5=0.17mm/r

  选择f=0.20mm/r,ap=(3~4)f≈0.5mm。依据所加工部位的结构选用93°硬质合金刀具,主偏角大于90°因此:

  h=1000×(f2/8×r) (3)

  式中,f-每转进给量,mm/r;r-刀具刀尖角,mm。

  Ra=(0.25~0.33)×H=(250~330)×(f2/8×r)

  =(250~330)×(0.202/8×1)=(1.25~1.65)

  满足加工要求,因此切削参数确定为:f=0.20mm/r,ap=(3~4)f≈0.5mm,转速最大r=30r/min。

  4.3、装夹及加工过程

  首先在花盘上安放V型垫铁以及弯板,工件翻转为垂直状态,将工件平稳安放于V型垫铁上,调整弯板位置,使弯板与阀壳阀盖孔部位对正(该部位也作为加工时的观察孔之用),使用3~5个螺栓将弯板固定于阀壳上,安装垫块进行辅助支撑及配重,调整阀壳位置,安装压板,初步固定,使用百分表检查阀壳找正孔与找正面,找正后紧固压板,将阀壳固定好,开始加工,首先加工主蒸汽进口,而后留量0.50mm加工阀座孔平面、内孔及型线部位,最后精加工阀座孔各尺寸。

5、结语

  采用本文的加工方法,实现了哈汽公司的600MW、300MW汽轮机再热主汽调节阀主阀座孔以车代镗加工方法的转变,不仅提高了加工质量,而且加工效率提高了近2倍,为类似产品的加工提供了参考。

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