《热能与动力机械制造工艺学 教学课件 ppt 作者 陶正良 张华第二篇 汽轮机制造工艺第6章 转子与叶轮的制造工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热能与动力机械制造工艺学 教学课件 ppt 作者 陶正良 张华第二篇 汽轮机制造工艺第6章 转子与叶轮的制造工艺（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 转子与叶轮的制造工艺,本章讲述以下几个问题：,6.1 汽轮机转子的制造工艺 6.1.1 汽轮机转子的组成和作用 6.1.2 转子的分类和结构型式 6.1.3 汽轮机主轴和转子体锻件的热稳定性试验 6.1.4 汽轮机转子叶根轮槽的加工 6.1.5 汽轮机转子的机械加工工艺 6.2 汽轮机叶轮的加工 6.2.1 叶轮主要结构形式 6.2.2 叶轮材料 6.2.3 汽轮机叶轮加工工艺,6.1 汽轮机转子的制造工艺,6.1.1 汽轮机转子的组成和作用,1. 汽轮机转子的组成 汽轮机转动部件的组合体称为转子，它由主轴、叶轮(或转鼓)、动叶片、联轴器及装在主轴上的其它零件组成。 2. 汽轮机转子的
2、作用 转子的作用是把蒸汽的动能转变为机轴旋转的机械能，对外输出机械功。,6.1.2 转子的分类和结构型式,1. 转子的分类 按形状可分为转轮型和转鼓型； 按主轴与其他部件间的组合方式，转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合转子四大类； 按中心孔分为有中心孔转子和无中心孔转子 以转子工作段来划分：主轴、高压转子、高中压转子、中压转子和低压转子(有时分低压I转子与低压转子)等。,2. 转子的主要结构型式 转子按制造工艺可分为套装、整锻式、组合及焊接转子。 一台机组采用何种结构型式的转子，应根据汽轮机的形势、参数和功率，遵循强度、振动安全、工艺可行、机组运行可靠及锻件供应方便的原则。,1. 套
3、装转子,套装转子的优点： 单件加工方便，制造工艺简单； 主轴和各级叶轮可分散平行加工，生产周期短； 叶轮、主轴等锻件尺寸小，锻件质量容易保证。 (2) 套装转子的缺点： 转子刚性较差，静挠度较大； 轮孔应力大，尤其是工作于湿蒸汽区的末几级叶轮，在键槽处容易产生应力腐蚀,在高温下工作时，叶轮内孔直径将因材料的蠕变而逐渐增大，最后导致装配过盈量消失，使叶轮与主轴之间产生松动，从而使叶轮中心偏离轴的中心，造成转子质量不平街，产生剧烈振动，且不利于机组快速起动。 (3) 用途 套装转子不宜作为高温高压汽轮机的高压转子。一般用于工作温度低于400的中、低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子。,2. 整锻
4、转子,整锻转子的叶轮、主轴和其它零件是用整体毛坯锻造以后再加工的。主要优点是：叶轮和主轴是整体的，高温下不会松动；装配零件少、结构紧凑；强度高、刚性好。缺点是锻件尺寸大、加工制造困难、 材料消耗大。主要用于大功率汽轮机的高压转子。,(1)整锻转子结构形式 1)有中心孔的整锻转子,2)无中心孔的整锻转子,无中心孔转子具有的优点有：工作应力低；安全性能好；有利于使用更长的叶片；可以延长机组的使用寿命；有利于改善机组的启动性能，缩短启动时间；造价便宜。,(2)整锻转子的优点： 1)结构紧凑，装配零件少，可缩短轴向尺寸。 2)没有红套的部件，对机组启动和变工况的适应性较强，适合于在高温条件下运行。 3
5、)转子刚性较好，应力较小。 (3)整锻转子的缺点： 1)锻件重量重、尺寸大、加工制造困难、工艺要求高、加工周期长。 2) 对锻件质量要求严格、且检验比较复杂、锻件材料消耗大、不利于材料的合理使用、成本高。 整锻转子常用于高参数大功率机组的高压和中压转子，或高转速的工业汽轮机转子。随着冶炼和锻造技术的提高，大功率机组的低压转子也都采用整锻转子。,3. 焊接转子,焊接转子由若干个轮盘和两个端轴拼焊而成。,焊接式转子具有以下优点： 1) 焊接转子质量轻、锻件小、结构紧凑、承载能力高； 2) 热应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷的快速变化，使用寿命长； 3)每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各段
6、的质量可得到保证，探伤比较彻底，个别段即使发生质量问题，处理也较方便； 4)小块锻件，热处理淬透性好，残余应力低，材质均匀； 5)材料可按需要灵活选用； 6)机组的结构简单，而且运行经济性也有所提高。,焊接转子虽然具有启动热应力低、锻件尺寸小、便于冶炼、锻造和热处理等有利条件，但是由于汽轮机转子为高速旋转部件，动平衡要求极高，不仅对焊缝质量要求极为严格，同时还要求严格控制焊接变形和焊接残余应力。因而高难度的焊接技术和复杂的焊接工艺限制了焊接转子的发展和应用。 焊接转子可用于高参数大功率机组的高、中、低压转子。尤其适用于工作在湿蒸汽区的重量重，尺寸大的大功率机组低压转子。,4. 组合式转子,组合
7、转子是在整锻转子的轴上热套若干级低压叶轮组成。它组合了整锻转子和套装转子两者的优点。高温区用整锻可防止叶轮与主轴之间的松动，有利于机组快速起动，并选用高温性能好的材料；而低温区用套装可减少整锻转子的重量和尺寸，便于锻件的供应，同时由于低温区叶片长、应力高，叶轮可选用常温下强度高的材料。 组合转子常用于高参数、中等功率的汽轮机上。,6.1.3 汽轮机主轴和转子体锻件的热稳定性试验,汽轮机主轴和转子体锻件热稳定性试验简称“热跑”，是在模拟汽轮机实际运行温度条件下(试验温度为工作温度+3050)，使主轴或转子体锻件以24r/min的转速旋转，通过测定主轴或转子体锻件因热胀冷缩蠕变和应力释放而发生变形
8、所产生的挠度大小(标准规定不允许超过0.050mm)，来判断其热稳定性是否合格的一种试验方法。,影响转子热稳定性的主要因素,影响转子热稳定性的主要因素有材质因素和制造因素两个方面: (1)材质因素 (2)制造因素 制造因素也分供方和需方两个方面: 1)供方因素 主轴或转子体锻件生产厂在生产制造过程中，各道工序是否严格按工艺规范进行起着决定性的作用。,主轴或转子体锻件在供方的制造过程包括: 冶炼铸锭加热锻造锻件外观检查低倍试验锻件毛坯超探粗车毛坯超探性能热处理超探理化试验打中心孔及孔检查切槽精车(按订货图或供方交货图加工，主轴无切槽工序)尺寸检查合格交货。 2)需方因素 需方按标准复验的内容包括
9、：中心孔检查化学分析残余应力力学性能硬度超探酸洗(磁粉)半精车后除应力热稳定性试验(按用户要求选做)等等。,6.1.4 汽轮机转子叶根轮槽的加工,转子和叶轮的叶根轮槽的型线和叶根型线一样。从加工方法来看比叶根加工要简单得多。除了轴向轮槽外都是在车床上车削加工。轮槽加工不象叶根那样需要一套特殊的夹具，它只要一套成型车刀和样板。从加工要求来看，轮槽加工需要更高的技术。因为它的精度和叶根相同，一不小心会造成整只转子或叶轮报废。因此轮槽加工往往单独由一个工序来完成。,1. T形叶根槽的加工,T形叶根轮槽的型线虽多，但其加工方法是相近的，都是用一套成型车刀，先加工出简单型线，然后逐渐做成所需要的轮廓。最
10、后用成型车刀精加工，并用样板检验。,图6-6 T形轮槽的加工程序,整个工序由10个工步组成。黑线表示加工余量。各工步中下面的图表示检验方法及所用的量具。车轮槽时左右二侧支承面要求在同一平面上，相对偏差不大于0.02毫米。,轮槽两侧相对偏差的保证,2. 枞树形叶根槽的加工,图6-8 末级轮槽加工所需轮槽铣刀,1-粗铣刀；2-粗铣刀；3-加深立铣刀；4-半精铣刀； 5-半精铣刀；6-精铣刀；7-断面铣刀,机床选择： 由于普通铣床无法加工大型枞树型轮槽，而大型的数控铣床加工大型枞树型轮槽也存在精度问题，经分析、试验，采用数控铣床加工此类轮槽，经三坐标测量仪测定试件圆弧半径误差在0.0lmm0.04m
11、m之内，该数控铣床的加工精度符合低压转压轮槽的加工要求。 分度选择： 分度装置使用分度头。经36面棱镜测试，该分度头装置的分度精度为士15“基本上满足了转子加工精度。而重要的问题是如何确保转子一轮槽的分度准确性。,枞树型轮槽工艺过程： 转子找正 低压转子末级圆弧槽加工,圆弧位置样板图,轮槽样柱,加工汽轮机转子轴向轮槽的专用数控铣床,6.1.5 汽轮机转子的机械加工工艺,1 整锻转子加工工艺： 加工工艺过程与编制要点： (1)锻件进厂检验 复验转子的锻件外形尺寸和核对质保书。 对转子中心孔进行潜望镜检查，超声波和磁粉探伤。 割取试样和应力试环，复验材料机械性能和内应力试验。,(2)热跑前粗加工与
12、检验 按热跑图车准各外形尺寸。 各挡外圆和端面，粗糙度Ra3.2；轴承挡外圆和热跑测点外圆粗糙度Ra1.6。 (3)热跑试验 按PS600297汽轮机锻件转子的热稳定试验规程做热跑试验。 (4)转子的半精、精加工 加工内容：转子外圆、端面、叶轮、轴承挡、汽封处、轮槽(T型、叉型、外包型等)，动叶围带等。,(5)转子在镗床上加工 加工内容：转子连接孔、平衡螺孔、其他一般螺孔、轮槽末叶窗口、各键槽等。 (6)转子在钻床上的加工 加工内容：整锻转子叶轮上的平衡孔。 (7)转子上枞树型轮槽的加工 加工内容：转子叶轮上的纵树型轮槽。 (8)转子装配 转子装配主要是装配叶片，红套叶轮，同时装汽封套圈与隔圈
13、等,(9)转子动叶围带的加工 一般转子在装好叶片后，根据设计要求须对叶片围带进行外圆与轴向端面的加工，围带加工的尺寸与要求，一般在转子装配图中标出，个别的在叶片部套图中标出，工艺编制中要根据设计注明围带加工图。 (10)转子的检验 转子作为汽轮机中重要而关键的零件，对其检验也有一定的要求。主要有：转子进厂检验、磁粉和超声波探伤、酸洗、内应力试验与完工后的磁粉探伤等检验项目。,2 焊接转子加工工艺 焊接转子的制造有下面几个主要阶段(不包括检验)： 各焊接件的锻造和热处理； 各焊接件的机械加工； 焊前装配、预热、焊接和热处理； 转子的机械加工； 转子装配及动平衡。,3 套装转子加工工艺 加工工艺过
14、程与编制要点： 热处理(调质、除应力)一般在厂内做，热跑不做。 加工设备有大车(加工外圆与端面)与镗床(加工键槽)。其加工工艺方法可参考整锻转子在大型车上的加工，关键是由于是要套装叶轮与汽封套圈等，故对于要红套的各轴径挡需精加工(留余量)再根据叶轮内径与红套过盈量做准。,转子装配：主要是装配叶片，红套叶轮，同时装汽封套圈与隔圈等，金工工艺中一般不具体写明装配内容，而写上详见装配工艺卡。钻末叶销孔也安排于装配工序中，包括转子动平衡等。 装配工艺一般道序为：装叶片红套叶轮车围带送装配，做动平衡。,4 组合转子的加工 组合转子是在整锻转子的轴上热套若干级低压叶轮组成。 它组合了整锻转子和套装转子两者
15、的优点，其加工工艺也综合了整锻转子与套装转子的方法，高、中压部分按整体转子加工(有叶轮带有各种叶根槽)、低压部分(套装叶轮)按套装转子加工相关的轴径挡(红套过盈)。转子装配主要是装配整体叶轮上的叶片，车好围带后再红套叶轮(同时装汽封套圈与隔圈等)，再进入转子动平衡。,6.2 汽轮机叶轮的加工工艺,6.2.1 叶轮主要结构形式 汽轮机叶片安装于叶轮上，叶轮起到固定叶片并传动力的作用，叶轮是高速旋转的部件，除承受自身离心力外，还要受到叶片、轴以及蒸汽的作用力。 汽轮机叶轮有直接在转子本体上的整体结构，有加工后再套到转子上的套装式叶轮，通常由轮缘、轮面、轮毂三部分组成 。,1-轮缘；2-轮体；3-轮榖； 4-主轴；5-平衡孔,叶轮结构形式 ：,(a)、(b)等厚度叶轮；(c)等厚度和锥形叶轮；(d)、(e)锥形叶轮； (f)双曲线叶轮；(e)等强度叶轮,6.2.2 叶轮材料 叶轮属于大锻件类，一般采用中碳铬镍钼钢，如：34CrNi3Mo、25Cr2NiMoV等。 6.2.3 汽轮机叶轮加工工艺 叶轮的制造工艺大体可分为三个阶段： 毛坯制造，一般在毛坯供应厂进行，包括锻造、退火，荒加工，热处理，材料试验等。 机械加工，在机加工车间进行，加工后达到零件图上的要求。 装配叶片及静平衡，在装配车间进行。,(1)叶轮常规工艺工序 (2)精车叶轮轮面具体加工步骤 (3)加工中的注意事项,
