湯巧琳

(金隆銅業(yè)有限公司,安徽銅陵 244021)

1 前言

金隆公司是一家大型的中外合資銅冶煉企業(yè)。閃速爐熔煉廢熱鍋爐產(chǎn)生的中壓飽和蒸汽至動力汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。汽輪發(fā)電機(jī)為德國KKK公司的AFA 4 G6a型2550kW飽和蒸汽輪發(fā)電機(jī)，年發(fā)電量為800萬kWh左右，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

汽輪發(fā)電機(jī)于2001年在動力中心安裝使用，運行情況穩(wěn)定。2008年12月汽輪機(jī)葉輪上的兩個葉片被打碎，檢查進(jìn)口過濾網(wǎng)破損，可能是管道施工留下的異物將葉片打碎。因進(jìn)口葉輪費用高（報價168萬元人民幣），制作周期長（5個月），決定聯(lián)系國內(nèi)生產(chǎn)廠家對葉輪進(jìn)行修復(fù)，并制作國產(chǎn)葉輪。

2 設(shè)備參數(shù)

德國KKK透平機(jī)葉輪設(shè)備參數(shù)：

工作轉(zhuǎn)速16800r/min，

葉片的最大線速度約為21900 m/min；

葉輪最大直徑為415 mm；

葉輪厚度：最大39 mm，最小9.85 mm；

葉片數(shù)量共87片，為非對稱結(jié)構(gòu)；

最大蒸氣壓力為45 kg，葉輪二邊壓差最大達(dá)40 kg；

工作溫度250℃，

材質(zhì)為X 22CrMO V 121V為德國鋼號。

3 技術(shù)要求

3.1 測繪與設(shè)計

測繪將決定葉輪工作狀態(tài)、定位及加工精度標(biāo)準(zhǔn)，也是制作工裝模具的重要依據(jù)。測繪精度是汽輪機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，及設(shè)備狀態(tài)和使用壽命的重要因素。

要求采用三坐標(biāo)測量儀，配合高精度分度儀，精確測繪出真實的葉輪構(gòu)造、葉片的三維形狀及其分布規(guī)律、與轉(zhuǎn)子配合的位傘齒精度。對數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析和設(shè)計，破解出原始的設(shè)計圖形。從原裝葉輪測繪得到的數(shù)據(jù)中，要識別可疑數(shù)據(jù)是加工誤差，還是變形、磨損造成。

3.2 材料采購與毛坯制造

因汽輪機(jī)使用飽和蒸汽，結(jié)構(gòu)緊密，工作轉(zhuǎn)速高，與現(xiàn)國產(chǎn)汽輪機(jī)葉輪有較大的區(qū)別，對材料性能具有很高的要求，決定選用原廠葉輪設(shè)計的材料X22CrMO V 121V，屬于德國產(chǎn)馬氏體耐熱鋼，以保證葉輪具有足夠的熱穩(wěn)定性、抗蠕變強(qiáng)度，良好的防腐蝕及耐磨性。

3.3 加工工裝模具的設(shè)計制作

為提高葉輪制造過程加工精度和滿足各種設(shè)備加工條件，必須定制各種專用工裝，以保護(hù)工件達(dá)到加工目的。因此必須設(shè)計并制作高精度機(jī)加工工裝及組合加工模具、動平衡標(biāo)準(zhǔn)軸等，保證機(jī)加工質(zhì)量，避免葉輪在加工過程中造成的損傷。

3.4 熱處理工藝

葉輪制造的技術(shù)難度在于如何解決葉片的熱處理應(yīng)力，葉片邊緣厚度僅0.8 mm，中部最厚處為7 mm，過渡快又二邊不對稱度較大，很容易在冷熱處理中殘留應(yīng)力，當(dāng)它超過材料屈服強(qiáng)度時會出現(xiàn)變形，超過強(qiáng)度極限時會產(chǎn)生開裂。要求采用合理的熱處理工藝流程，改善毛坯組織和應(yīng)力狀態(tài)，控制變形，防止裂變的有效保障，同時必須為機(jī)加工工藝留下空間。根椐馬氏體型鋼熱處理制度正確控制退火、淬火、回火及冷卻方式，確保溫控精度和時間控制。

3.5 成形加工工藝及設(shè)備選形

先用五坐標(biāo)加工中心數(shù)控機(jī)床進(jìn)行初加工，再進(jìn)行熱處理。為防止高速刀具葉片帶來的損害，葉片精加工采用非切加工，以保護(hù)葉片邊緣薄弱處不受損傷。

3.6 無損探傷及變形檢測

利用無損探傷技術(shù)，對加工后的葉輪進(jìn)行全面探傷，特別是葉片及齒面是探傷的重點。利用機(jī)械檢測，激光測繪等手段檢測葉輪形變，整體形變量不得大于0.05 mm。3.7 葉輪動平衡試驗

因不能采用原軸做整體平衡，單獨平衡新葉輪，必須將不平衡量進(jìn)行拆分與組合，把原葉輪不平衡量數(shù)據(jù)，正確復(fù)制到新葉輪上。不平衡量要符合高速葉輪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)動平衡試驗后相對不平衡量小于10 mg，出具試驗報告。

4 結(jié)束語

2009年10月，國產(chǎn)新葉輪到貨后安裝，運行半個月后發(fā)生葉片斷裂。后與制作廠家進(jìn)行協(xié)商，在不影響通流面積前提下適當(dāng)增加葉片厚度，并對熱處理重新進(jìn)行優(yōu)化。2010年6月重新制作的葉輪到貨安裝，汽輪機(jī)運行穩(wěn)定，效率與使用原葉輪相似，運行至今沒有出現(xiàn)任何故障。此葉輪國產(chǎn)化費用總計為16萬元，較進(jìn)口葉輪便宜很多，開創(chuàng)了高速、飽和蒸汽汽輪機(jī)葉輪國產(chǎn)化制作先例。