核电汽轮机中低压轴承箱加工工艺改进

核电汽轮机中低压轴承箱加工工艺改进

张晨旭

哈尔滨电气股份有限公司 黑龙江省 哈尔滨市 150000

摘要：某工程的核汽轮机是自行研制的三代模型。该装置由一个高中压模块和三个低压模块组成。中低压轴承箱是机组的核心支撑部件，其制造质量直接影响机组的安装和运行。中低压轴承箱结构复杂，制造精度高，轴承负荷大。因此，基于类似轴承座的制造经验，研究了一种先进、适用、低成本的制造工艺方案。

关键词：核电汽轮机；低压轴承箱；加工工艺

1中低压轴承箱总体介绍

1．1设计结构及工作状态

中低压轴承箱由上半推力轴承盖、前箱盖、后箱盖和下半箱盖组成。各部件材质为q345-b，推力轴承盖为铸钢毛坯，其余三件为焊接结构件，焊接前轴承座为铸钢毛坯，其余为钣金件。中低压轴承座有五个内孔，两端有油密封齿轮，中间有轴承齿轮。中低压轴承齿轮为半圆结构，其余三个齿轮为全圆。中压轴承齿轮和推力轴承齿轮支撑高中压轴承和高中压转子，低压轴承齿轮支撑低压轴承和低压转子，高、中压缸中压排气端猫爪压在箱体支撑面上。中低压轴承箱分别承受转子的垂直和轴向载荷约220t和2T，承受高中压定子模块的自重和垂直载荷，包括管道、绝缘层等约600t部件。根据受力要求，箱体底部设置44套球形斜垫铁，其中10套为M90×6。地脚螺栓压缩了箱子。箱体是轴系和高中压模块的死点。它由纵向和横向定位键定位在基础埋置部分上。它是机组最大的轴承部件之一。对比中低压轴承箱的四个部件，箱体处于核心位置，是制造的关键，这是讨论的重点。

1．2主要技术要求

(1)中分面平面度0．05mm1000mm，把13螺栓，间隙＜0．05mm，箱体底面平面度1mm1000mm。(2)轴承档两端面平行度和对中分面的垂直度为0．03mm，中低压轴承档内孔圆柱度0．05mm，中低压轴承档内孔对两端油封档位置度0．1mm，电机侧油封档对汽机侧油封档同轴度0．1mm，汽机侧油封档对中分面垂直度0．1mm，各内孔对中分面位置度0．1mm。(3)猫爪支撑面、各定位键槽对基准的垂直度和平行度为0．03～0．05mm。(4)中分面粗糙度Ｒa1．6μm，内孔、各定位键槽、猫爪支撑面Ｒa3．2μm，底面Ｒa6．3μm。(5)主要尺寸公差等级IT4～IT9。(6)箱体底面与球面斜垫铁接触面积≥75%。

2中低压轴承箱加工难点

（1）刚度差，变形大，不同部位刚度差异大。（2）精度高，特别是每个内孔的几何公差要求。（3）现有机床的实际精度是有限的。（4）工件夹紧方式有限，夹紧精度难以保证。（5）箱体底面与球形斜垫铁接触要求高，必须提高底面平面精度。（6）中低压轴承齿轮为半圆形结构，尺寸精度为it4~it5。也是断续切削，难以保证加工精度。

3工艺方案

3．1粗精加工分开

中低压轴承箱一侧的加工余量为10~20mm。由于毛坯误差，最大加工余量约为25mm。为了减小加工应力引起的加工误差，粗加工后进行应力消除热处理，然后精加工。粗加工时，中低压轴承齿轮两端留30mm加工余量，用于内孔精镗时的对刀和孔径测量，其余零件一侧留4mm加工余量，然后精加工。

3.2卡加载方式的选择

加工过程中，工件的夹紧和支撑方式应尽量与总装和电厂安装方式一致或接近，加工过程中应增加中分面和底面上的载荷分布，以减少挠度变形的影响，工件变形、重力变形等因素对加工精度的影响。

3.3数据统一

在加工过程中，应尽可能统一设计、加工、总装和电厂安装标准，以减少标准的不一致误差。装置的中心线和剖分面是重要的设计依据，被选为工艺依据。为了便于加工、总装和电厂安装，本工艺方案提高了底面加工精度，并以此为工艺基准。

4加工方法及工艺措施

3.1底面

（1）底面位于龙门铣削中，根据标记方法，应在测功机支架底面四角进行载荷分配，将支撑基准面铣放在汽轮机侧内孔两侧和猫爪支撑面的轴向中心线底板上。（2）底面应垂直放置在镗床上，根据支撑基准进行找平和支撑，并用测功机重新检查支点载荷。当支架基准面水平与荷载不一致且超过公差时，应相互借用箱体的水平和垂直方向。（3）半精铣的底面应留有0.5~0.7mm的加工余量。平面度应为0.05mm1000mm，整个底面应为≤0.25mm，工具连接应为≤0.02mm，粗糙度应为ra6.3μm。在与底部支点相对应的中分面和猫爪支承面处处理支撑基准。主支点对应A1~A5，辅助支点对应B和C的合力点，共有17个主支点和辅助支点。（4）底面位于龙门铣床上。根据底面找平后，先压实主支点，再支撑辅助支点。要求底面和各支点对应位置的高度公差为≤0.02mm，然后精铣底面。（5）钳工按接触要求将球面斜垫铁与底面刮平。

3.2拆分

（1）龙门铣床顶部和底部朝下时，用球形斜垫铁支撑底面。首先安装的10个主要支撑点A1~A5，然后将其他球形斜垫铁放置到位。这些球面斜垫铁的螺栓拧紧力矩与轴承箱安装一致，即125N•M。（2）精铣中分面，钻铣推力轴承盖拧紧螺孔。（3）铣镗基准、铣镗加工找正基准、纵横键槽。（4）用前后箱盖编号标记对开螺孔，以供临床使用。（5）钻孔并攻丝对开螺钉孔。（6）关闭前后箱盖和止推轴承压盖，检查中分面间隙。（7）使用移动式通用钻在中分面上钻削和铰削锥形销孔。

3.3内孔

在镗床上加工内孔，并使用800mm平面旋转圆盘。根据工作状态支撑底面，并根据分割面和工艺基准对齐。由于轴向主基准面是汽轮机侧油封的外端面，因此首先加工汽轮机侧的内孔，然后转过来加工电机侧。水平旋转盘安装在方闸板上后，如果选择方闸板进行轴向切割和钻孔，则钻孔轴将因搭接头而倾斜，方闸板悬挂增加。因此，选择旋转工作台进行轴向切割和内孔钻孔。这种切割方法能很好地保证水平镗孔轴线。（1）汽轮机侧面面向镗床平面转盘，先钻油封齿轮、中压轴承齿轮、推力轴承齿轮内孔。（2）根据加工难度，先是止推轴承齿轮，然后是中压轴承齿轮，最后是油封齿轮，依次在每个齿轮内孔的两个端面上钻孔。（3）转一圈，将电机侧面转到镗床平面转盘上，按（1）和（2）完成电机侧面油封齿轮和低压轴承齿轮的镗孔。（4）在加工中低压轴承齿轮时，为了便于用内径千分尺准确测量孔径，在孔一侧的中分面上安装30mm厚的工艺量块，与孔截面轮廓一起镗孔内孔。这种大于半圆的内孔可以很好地保证测量要求。选择孔的两端和中间点作为测量点，并保证三点尺寸的一致性≤0.025mm。精镗刀选用金刚石涂层刀片，切削参数：AP=0.08~0.12mm，n=25~30R最小值，VF=0.08~0.12mm最小。（5）拆卸前后箱盖和止推轴承压盖。

3.4纵向和横向键槽

箱体在龙门铣床或镗床上就位，根据加工面和工艺基准找正，猫爪支撑面、定位键槽、压板槽、中低压轴承压紧螺孔等加工部位，窗户法兰和其他螺孔应完成。

结论

改进后的加工方案技术先进，箱体垂直放置，消除了挠度变形对加工精度的影响；根据工作状态，支撑中分面、猫爪支撑面和每个内孔，实现了设计、加工和装配基准的统一，消除了基准不重合误差；在粗加工和精加工之间添加应力消除工艺，消除加工应力，确保加工精度的长期稳定性。整个加工方案改变了以往核电汽轮机轴承箱的传统加工方法，既有效保证了制造精度，又降低了生产成本。值得在汽轮机制造行业推广。

参考文献：

[1]周鹏,杨璋.核电汽轮机低压转子摩擦振动试验研究[J].汽轮机技术,2019,59(04):306-309.

[2]杨璋,王瑜,蒋彦龙.核电汽轮机低压缸不均匀热变形诊断[J].汽轮机技术,2019,59(03):207-210.