摘要：電站汽輪機(jī)是目前電力行業(yè)應(yīng)用廣泛的發(fā)電設(shè)備，電廠在汽輪機(jī)運(yùn)行及日常維修管理時，為確保汽輪機(jī)的運(yùn)行安全與穩(wěn)定，工作人員通常要定期進(jìn)行零件質(zhì)量檢查，及時找出隱患，并采取合理的措施加以解決。葉片是汽輪機(jī)中的關(guān)鍵零件，設(shè)計(jì)人員要通過增加葉片扭轉(zhuǎn)角以及削減葉片厚度，減輕葉片重量，而設(shè)計(jì)需求會直接影響葉片切削加工方式，為葉片生產(chǎn)加工帶來新的挑戰(zhàn)?；诖耍疚闹攸c(diǎn)從葉片的切削加工角度分析問題，結(jié)合基本工作流程和相關(guān)注意事項(xiàng)，研究如何通過提升葉片的精度和加工質(zhì)量全面發(fā)揮汽輪機(jī)葉片通流效率，以供參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；葉片切削；葉片加工

一、常見汽輪機(jī)葉片的類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）葉片的常見類型

葉片的種類較多，不同葉片適用于不同結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)，因此，在具體開展葉片切削加工工作前，應(yīng)先確定葉片的種類，明確不同葉片的切削側(cè)重點(diǎn)。例如，常規(guī)葉片一般可以按照工作性質(zhì)分成靜葉片和動葉片兩種類型。靜葉片是裝配在隔板上，靜止不動的葉片，根據(jù)裝配位置的不同有著不同命名。在蒸汽室中的靜葉片稱為噴嘴，在速度級中稱為導(dǎo)向葉片，靜葉片在汽輪機(jī)中承擔(dān)著為蒸汽流導(dǎo)向和使蒸汽加速的功能，使蒸汽流在進(jìn)入下一列動葉組前改變方向。動葉片是裝配在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上，需要通過葉根固定葉片，隨著汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子同時轉(zhuǎn)動，動葉片的主要功能是負(fù)責(zé)傳遞動力，汽流通過推動葉片帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。兩種葉片的造型具有較明顯的差異，應(yīng)分別編制不同的葉片切削工藝，確保成品葉片滿足生產(chǎn)質(zhì)量的需求。另外，根據(jù)葉根的形狀進(jìn)行劃分，將葉片分為倒T型、雙倒T型、樅樹型、菌型、叉槽型等多種類型。需要關(guān)注的是，不同形狀的葉片加工方式、生產(chǎn)工序和裝配要求具有一定區(qū)別，需要工作人員高度關(guān)注。葉根類型如圖1～5所示。

（二）葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

葉片的汽道型面決定著后續(xù)切削時的刀具運(yùn)行路線，根據(jù)汽道型面的形狀以及是否扭曲可分為等截面直葉片和變截面扭曲葉片。在研究如何優(yōu)化切削工藝時，應(yīng)著重圍繞葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。實(shí)際上，葉片主要由葉根、汽道和葉冠組成，動葉片的葉根部分與汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子緊密連接，動葉片的葉冠部分具有外端固定的作用，與此同時，將所有葉片連接起來會形成封閉的槽道，以防止蒸汽流失。葉片的工作區(qū)域是汽道型面，其形狀多為直紋曲面或自由曲面，在將整級葉片裝配完成后，每兩只葉片的汽道型面會形成蒸汽通道，而汽道型面的加工精度和蒸汽通道的通流寬度會直接影響汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

（三）葉片的汽道型面結(jié)構(gòu)分析

汽道型面的截面由汽道背弧形線、汽道內(nèi)弧形線、進(jìn)汽邊型線和出汽邊型線四段型線構(gòu)成。較大的圓弧形狀進(jìn)汽邊是為了更好地接納由各個方向進(jìn)入的蒸汽；較薄的圓弧形狀出汽邊是為了降低蒸汽流出葉片時的損耗。葉片的汽道型面是整只葉片的主要工作部分，而葉片型面上的截面型線是整個葉片造型的關(guān)鍵，所以葉片型線必須要有足夠的精度和光順度，確保葉片的起動性能和轉(zhuǎn)換效率。對此，在落實(shí)切削加工任務(wù)時，可以考慮結(jié)合葉片組成結(jié)構(gòu)的不同功能特征和安裝位置采取分步驟加工的方式，以分?jǐn)偧庸毫Α⒐芸厝~片質(zhì)量，同時要重點(diǎn)關(guān)注葉片汽道型面的加工精度，確保加工效果滿足葉片的實(shí)際使用需求。除此之外，由于汽輪機(jī)的運(yùn)行需求不同，預(yù)扭葉片的進(jìn)出汽側(cè)汽道型面薄厚也會存在差異，尤其是出汽側(cè)部位較薄，剛性較弱，受到切削作用力的影響會發(fā)生變形的現(xiàn)象，這也是現(xiàn)階段的切削加工難題。

二、汽輪機(jī)葉片加工工藝流程及相關(guān)注意事項(xiàng)

要想科學(xué)提升葉片的精度，就要從葉片的加工制造環(huán)節(jié)著手，確定加工順序，了解每個加工環(huán)節(jié)的工作要點(diǎn)，管控工作質(zhì)量及效率。

（一）基本工藝流程

汽輪機(jī)的葉片加工流程較為復(fù)雜，工作難度及強(qiáng)度較大，要由專業(yè)工作人員以相互配合的方式開展。該工作的基本原則是遵循重要性原則，要結(jié)合汽輪機(jī)的基本運(yùn)行原理，在葉片主要位置加工完成后，再進(jìn)行葉片次要位置的加工。需要注意的是，先進(jìn)行粗加工，后進(jìn)行精細(xì)化加工?；卷樞蚴窍忍幚砻?，后進(jìn)行作業(yè)面的加工處理，關(guān)鍵要按照汽道、葉根、葉冠的順序開展基礎(chǔ)切削任務(wù)，每項(xiàng)工作流程都要設(shè)置專門的負(fù)責(zé)人管控工作效果。傳統(tǒng)的加工方式為先加工葉片毛坯，在銑出基準(zhǔn)面后，打頂針孔，然后進(jìn)行汽道型面的加工，最后加工葉根部分和葉冠部分。這種加工方式對原材料的利用率不高，加工精度受操作人員的技能水平限制，無法有效控制葉片質(zhì)量。相關(guān)加工流程如圖6所示。

為了滿足目前生產(chǎn)加工需求，引進(jìn)數(shù)控機(jī)床設(shè)備進(jìn)行汽輪機(jī)葉片加工，利用數(shù)控編程軟件控制加工程序，將汽道型面、葉根、葉冠三個位置的加工合并，整個加工過程都在數(shù)控機(jī)床集成，一次裝夾成型。方鋼毛坯的葉片需要先銑準(zhǔn)基準(zhǔn)面，再進(jìn)行粗精銑汽道工序加工；模鍛毛坯的葉片，需要先銑準(zhǔn)工藝柄，然后進(jìn)行粗精銑汽道工序加工。使用數(shù)控機(jī)床加工，可以避免人工因素影響葉片工件質(zhì)量，提高加工效率。

（二）相關(guān)注意事項(xiàng)

以我國傳統(tǒng)火力發(fā)電廠使用的電站汽輪機(jī)為例，在常規(guī)的葉片加工環(huán)節(jié)中，通常應(yīng)挑選合適的原材料，因?yàn)樵牧系馁|(zhì)量會直接影響最終葉片成品的使用效果。同時，工藝人員應(yīng)提前按照汽輪機(jī)的產(chǎn)品圖確定葉片的參數(shù)信息，主要包括大小、形狀、汽道厚度等，并確定葉片的加工工藝流程，編制加工工藝以及后續(xù)成品葉片的裝配方案。新時期，在開展葉片切削加工工作時，應(yīng)重點(diǎn)研究如何提高工作效率，涉及引進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)行自動化、智能化切削加工的環(huán)節(jié)，這項(xiàng)工作有一定的操作難度，需要數(shù)控機(jī)床等基礎(chǔ)設(shè)施，確保技能人才具有對數(shù)控加工技術(shù)的靈活應(yīng)用能力。另外，在實(shí)際工作中，考慮到人為因素、環(huán)境因素等對葉片質(zhì)量造成的影響，加大監(jiān)管力度，可以確保順利完成葉片加工任務(wù)。切削加工只是葉片制造過程中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行粗加工、精加工處理時，一般要進(jìn)行拋光、質(zhì)量檢測，才能將葉片正式應(yīng)用于汽輪機(jī)的安裝工作中。

三、汽輪機(jī)葉片切削環(huán)節(jié)的刀具應(yīng)用思路

切削時使用的主要設(shè)施是刀具，鋒利度、下落的速度及角度等都會影響葉片的切削成果，應(yīng)要求工作人員理清機(jī)床刀具的更換思路，理清換刀順序。具體工作流程如下：

（一）確定刀具的運(yùn)行路線

汽輪機(jī)的葉片與其他金屬零部件不同，形狀較復(fù)雜，汽道型面設(shè)計(jì)上有曲面弧度，會導(dǎo)致實(shí)際切削難度較高。因此，機(jī)床工作人員使用普通銑床進(jìn)行銑削加工時，需要不斷提升葉片的加工精度，更好地滿足葉片的精度需求，著重研究進(jìn)行自動化切削的可行性?，F(xiàn)階段，自動化切削的側(cè)重點(diǎn)是在數(shù)控機(jī)床上安裝刀具，選擇合適的刀頭后，預(yù)設(shè)刀具的運(yùn)行路線，再啟動設(shè)備，數(shù)控機(jī)床進(jìn)行自動切削。這就對相關(guān)數(shù)控機(jī)床編程設(shè)備的功能提出了較高的要求，目前較常見的方法是引進(jìn)CAM軟件，并安排工作人員系統(tǒng)地學(xué)習(xí)數(shù)控編程軟件的操作方法。利用軟件對粗加工和精加工環(huán)節(jié)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)之后，還應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，便于模擬刀具切削的全過程，精準(zhǔn)確定刀具的運(yùn)行路線。最后，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)中，機(jī)床全程動態(tài)化運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)備開始切削加工。

（二）明確刀具與葉片的接觸點(diǎn)

在現(xiàn)場進(jìn)行汽輪機(jī)葉片切削工作時，要掌握新切削加工工藝的操作方法，關(guān)鍵是對加工的第一片葉片進(jìn)行校模時找出刀具和葉片的接觸點(diǎn)。通常情況下，如果校模過程的狀況不好，接觸點(diǎn)選擇不當(dāng)，會導(dǎo)致切削位置發(fā)生偏移，引發(fā)較大的誤差，造成葉片報廢，機(jī)械加工工作的經(jīng)濟(jì)成本提高。基于此，工藝人員應(yīng)嘗試使用專業(yè)的編程軟件計(jì)算接觸點(diǎn)。一般要及時有序地構(gòu)建三維坐標(biāo)系，根據(jù)葉片曲面的弧度特點(diǎn)設(shè)定矢量坐標(biāo)點(diǎn)，并在計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序中設(shè)定刀具的運(yùn)行參數(shù)，嘗試調(diào)整刀具的滾軸旋轉(zhuǎn)角度。例如，將刀具旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為20°，在刀具偏移的過程中觀察刀心和刀尖的距離變化情況。通常在順時針旋轉(zhuǎn)后，進(jìn)行逆時針旋轉(zhuǎn)測試，以此觀察刀具的靈活度。此外，可以結(jié)合相關(guān)計(jì)算公式得出刀具轉(zhuǎn)動的矢量方向，從而得到各個接觸點(diǎn)處的切削力，并通過刀具運(yùn)動時的坐標(biāo)點(diǎn)變化情況，判斷刀具與葉片的各個接觸點(diǎn)位置，以此有針對性地開展精細(xì)化的切削加工任務(wù)。

（三）調(diào)整葉片的切削數(shù)據(jù)

在進(jìn)行葉片切削工作之前，要總結(jié)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，不斷研究如何簡化切削流程，提高切削水平。結(jié)合新時期的汽輪機(jī)葉片切削任務(wù)特點(diǎn)看，由于葉片的汽道型面不同，工藝人員在切削加工環(huán)節(jié)中要及時調(diào)整切削數(shù)據(jù)，通常可以先借助編程軟件收集校模數(shù)據(jù)，計(jì)算切削刀具的進(jìn)刀量等參數(shù)，及時生成三維模型。影響葉片精度的切削數(shù)據(jù)包括切削速度、寬度、深度等，當(dāng)工作人員認(rèn)真調(diào)整這些數(shù)據(jù)后，葉片加工質(zhì)量會顯著提升。但是在實(shí)際數(shù)據(jù)采集時，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)和完整已經(jīng)成為工藝人員關(guān)注的重點(diǎn)問題。因此，很多工藝人員都會嘗試針對一種葉片設(shè)置多個切削參數(shù)，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)的方式選擇合適的參數(shù)，并為實(shí)際的切削工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為理論依據(jù)。

四、合理開展汽輪機(jī)葉片切削仿真實(shí)驗(yàn)

要推廣現(xiàn)代化的葉片切削方案，就要在完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，讓相關(guān)行業(yè)和人才都發(fā)現(xiàn)該切削工藝的應(yīng)用價值，以此引導(dǎo)人們主動學(xué)習(xí)新的切削方案，提升葉片切削水平。

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

在確定切削加工實(shí)驗(yàn)前，要進(jìn)行切削參數(shù)測試，主要用于分析方案是否具有可行性。在測試時，先為工作人員分配具體工作任務(wù)，并測試工作人員工作態(tài)度和能力，確保綜合能力符合參與切削工作的基本需求，避免人為因素影響葉片切削效果。同時，做好充足的前期準(zhǔn)備工作，具體包括：首先，投入一定數(shù)量的毛坯，用于切削實(shí)驗(yàn)的使用。其次，檢查數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，做好周圍環(huán)境的安全管理工作。最后，圍繞葉片樣本的特點(diǎn)穩(wěn)步開展虛擬建模工作。一般建模時，要從多個角度完成任務(wù)，分別對機(jī)床、刀具、毛坯和工裝夾具完成建模操作。要注意及時建立數(shù)據(jù)庫，收集相關(guān)建模信息，為建模工作的穩(wěn)步開展奠定良好基礎(chǔ)。當(dāng)所有準(zhǔn)備工作結(jié)束后，可以進(jìn)行模擬切削操作，并擬定完善的內(nèi)部管理制度，確保工作過程的規(guī)范、安全。

（二）實(shí)驗(yàn)具體流程

本次切削實(shí)驗(yàn)主要是在Vericut系統(tǒng)中完成各項(xiàng)操作的，并通過計(jì)算機(jī)顯示屏實(shí)時觀察實(shí)驗(yàn)過程。通常要重點(diǎn)觀察葉片和機(jī)床、刀具之間是否存在摩擦、碰撞的現(xiàn)象，及時分析問題，調(diào)整裝置的運(yùn)行軌跡。與其他實(shí)驗(yàn)操作相比，Vericut系統(tǒng)的優(yōu)勢是：當(dāng)發(fā)生異常問題時，虛擬模型的相應(yīng)部分會自動通過高亮顯示的方式標(biāo)記問題，提示工作人員及時處理。應(yīng)注意在實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定好工件位置點(diǎn)，先進(jìn)行樣本點(diǎn)采集工作，確保樣本點(diǎn)數(shù)量充足、數(shù)據(jù)真實(shí)，并按照規(guī)定要求修改參數(shù)信息和系統(tǒng)運(yùn)行程序。整體實(shí)驗(yàn)完成后，可以使用離線檢測的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評價。另外，應(yīng)使用信息技術(shù)完整記錄工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行工作總結(jié)，這是進(jìn)一步創(chuàng)新葉片切削思路的關(guān)鍵，主要用于分析工作中是否存在不足。

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在分析切削加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果時，工作人員應(yīng)及時標(biāo)記汽道背弧面、內(nèi)弧面、出汽邊和進(jìn)汽邊的參數(shù)信息，綜合分析數(shù)值，統(tǒng)計(jì)葉片的變形情況，并結(jié)合國家對葉片質(zhì)量問題出臺的管理規(guī)定，判斷切削加工誤差是否在合理范圍內(nèi)。如果誤差較小，表示本次實(shí)驗(yàn)科學(xué)有效，說明由此方法加工的葉片成品可以投入使用。同時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了葉片切削工作會受到多種因素的影響，這是后續(xù)工作中應(yīng)關(guān)注的關(guān)鍵問題。另外，在優(yōu)化切削參數(shù)后可以有效控制葉片變形量，證實(shí)了進(jìn)行葉片自動化切削工作的可行性。不過，如果決定將實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)用于實(shí)際加工環(huán)節(jié)中，工作人員應(yīng)結(jié)合以往的切削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出本次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢和不足，由此設(shè)定下一步的工作目標(biāo)，以此完善切削流程，讓葉片加工工作符合時代的發(fā)展需求。

五、結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行葉片切削加工工作時，應(yīng)根據(jù)不同運(yùn)行方式的汽輪機(jī)中葉片的不同特點(diǎn)有針對性地制定切削計(jì)劃。葉片切削加工技術(shù)可以融入創(chuàng)新意識，引進(jìn)信息技術(shù)及設(shè)備來提升切削水平，簡化切削流程，減輕員工的工作壓力，但需要提前進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，靈活調(diào)整切削數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)刀具的切削路線，還需要人才之間相互協(xié)作，共同分享工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)工作優(yōu)缺點(diǎn)，找出未來工作的著力點(diǎn)，全面提升葉片制造行業(yè)的整體發(fā)展水平，以此提高葉片制造的效率和質(zhì)量。

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作者簡介：張旭明（1996），男，遼寧省喀左縣人，大學(xué)本科，工程師（助理），主要研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。