燃气轮机缸体精加工工艺研究

岳岁宁

(共享智能装备有限公司，宁夏 银川 750000)

0 引言

燃气轮机又叫燃气涡轮发动机，是一种旋转式热动力机械。燃气轮机装置主要由发电机、压气机、燃烧室、透平构成。

第二次工业革命后电力的使用需求直接促进了燃气轮机的诞生。1939年瑞士BBC公司制成第一台4 MW发电用燃气轮机，经过80多年的发展，高温材料、精密铸造、精密加工、高温部件冷却和防腐、大型零件装配等一系列重大技术得到突破，使得燃气轮机制造技术达到很高的水平，集新技术、新材料、新工艺于一身，成为公认的“装备制造业领域皇冠上的明珠”。

国外燃机技术起步早、发展快，已经形成了高度垄断，重要的核心企业为ABB、西门子、GE、三菱等。由于我国工业技术、经济能力以及能源政策等方面的原因，国内燃气轮机技术长期以来一直发展缓慢，近年来国家发展改革委和国家能源局多次捆绑招标，以市场换技术，引进了GE、MHI、西门子等公司的重型燃机制造技术，并设立了燃气轮机创新发展示范项目。依托这些示范项目，打破西方国家技术封锁，将长期以来依赖进口的燃气轮机产业核心技术逐步实现国产化。

1 燃气轮机缸体精加工工艺路线

燃气轮机装置结构如图1所示，其核心部件如进气缸、压气缸、排气缸、透平缸等零件均为上下半分体结构，零件单重从几百斤到几十吨不等，最大的进气缸单重接近50吨。

图1 燃气轮机装置结构

图2为某型号燃气轮机压气缸结构，其余几种缸体虽然外形和加工特征不同，但是整体加工精度要求相似，且都为上下半结构，精加工有相同的工艺路线。缸体的基本加工工艺路线如下：

图2 某型号燃气轮机压气缸结构

(1) 目视检查毛坯标识，铸件样冲，检查铸件喷涂、漆层状况，检查铸件表面有无锈蚀、有无磕碰缺材等情况。三维划线仪复线检验铸件加工留量是否合格，划结合面加工围线，划前、后端面加工围线，划工件中心线。

(2) 数控镗铣床粗铣前法兰端面，按线留量2 mm。

(3) 等高支顶前端面，按结合面划线找正，允差小于0.5 mm；粗铣结合面，按线留量0.5 mm；加工结合面合缸工艺销孔、工艺螺栓孔(相对图纸尺寸留量加工)；加工立车找平找正基准面。

(4) 清理上下半结合面上的毛刺。以定位销孔为基准定位，装配上下半(轴承盖)。合缸螺栓的扭矩参照规范给定;合缸完成后使用塞尺分别检验结合面间隙，要求0.03 mm塞尺探入深度不超过12.5 mm,若不符合要求，拆缸后使用研磨方法返修结合面，修至间隙合格。

(5) 等高支顶前端面，按第(3)步加工基准找平找正，允差小于0.05 mm；粗车后端面、内外圆、槽等特征，单边留量2 mm;翻件等高支顶后端面，车前端面内外圆、槽等特征，单边留量2 mm。

(6) 拆分工件，按照规范要求执行去应力操作(自然时效或震动时效处理)，释放工件加工应力；检查各加工面和结合面是否存在毛坯缺陷。

(7) 等高支顶前端面，按结合面找正，允差小于0.05 mm；铣结合面到线；加工结合面合缸销孔、螺栓孔和内外圆其他加工特征；加工立车找平找正基准面；加工第(10)步镗铣床B轴找零基准。

(8) 钳工操作平台清理上下半结合面上的毛刺。以定位销孔为基准定位，装配上下半(轴承盖)。合缸螺栓的扭矩参照规范给定;合缸完成后使用塞尺分别检验结合面间隙，要求0.03 mm塞尺探入深度不超过12.5 mm,若不符合要求，拆缸后使用研磨方法返修结合面，修至间隙合格。

(9) 等高支顶前端面，按第(8)步加工基准找平找正，允差小于0.05 mm；精车后端面、内外圆、槽等特征;翻件等高支顶后端面，车前端面内外圆、槽等特征。

(10) 等高支顶后端面，按已加工外(内)圆找中心，按第(7)步加工基准找B轴零点，允差小于0.05 mm；主轴加工周身径向孔和其他剩余特征；直角附件加工前后法兰端面孔；万向附件加工周身斜孔。

(11) 完成工件去毛刺、处理接刀、光滑过渡、配件装配等图纸要求内容。

上述工艺路线可覆盖GE、西门子多个系列燃机产品的加工。差别在于需要按照工件的外形轮廓和毛坯重量选择合适的机床型号，通常外圆直径2 m以下的零件选择130镗铣(镗杆直径130 mm)和2.5 m(工作台直径)立车；外圆直径2 m～4 m的零件选择160镗铣和4 m立车；外圆直径大于4 m的零件选择225镗铣和6.3 m立车或者8 m立车。

2 燃气轮机缸体叶根槽加工工艺

燃气轮机进气缸、压气缸、排气缸、透平缸等缸体类零件内圆部分都设计了多排固定叶片的叶根槽，用来装配静叶片。图3展示了燃气轮机一种常见的叶根槽槽型和加工要求，从加工公差要求可以看出，槽宽和槽深要求都非常高。对于燃气轮机缸体精加工而言，叶根槽的加工是燃气轮机缸体精加工的重难点之一。

图3 一种燃气轮机叶根槽加工要求

图4为叶根槽的精车工艺，其具体步骤如下：

(1) 在粗车工序使用8 mm直槽刀粗加工叶根槽，直槽端面和内圆均留量2 mm,勾槽不加工，如图4(a)所示。

(2) 在粗车工序使用8 mm直槽刀先用粗加工路径加工叶根槽内圆至留量0.4 mm,然后使用精加工路径精修叶根槽，加工叶根槽B尺寸到位，如图4(b)所示。使用标准量块测量槽宽，使用内径千分尺测量叶根槽内圆尺寸ΦE和ΦF。

(3) 使用4 mm勾刀(左手)加工左侧沟槽至尺寸，如图4(c)所示。A1尺寸使用外勾卡尺直接测量，使用机床打表验证，C尺寸使用量块直接测量，D尺寸使用壁厚千分尺直接测量。

(4) 使用4 mm勾刀(右手)加工右侧沟槽至尺寸，图4(d)所示。A2尺寸使用外勾卡尺直接测量，使用机床打表验证，C尺寸使用量块直接测量，D尺寸使用壁厚千分尺直接测量，加工完成后使用型线样板检测叶根槽。

图4 叶根槽加工工艺

详细的叶根槽加工参数如表1所示。

表1 叶根槽加工参数

3 结语

本文归纳了燃气轮机缸体的精加工工艺路线，同时给出了燃气轮机缸体叶根槽的精加工方法和加工参数，通过企业加工试验，生产的零件完全满足图纸设计要求。通过企业自身的研究和改进，解决了燃气轮机缸体叶片槽加工的难题，为同类产品的加工制造提供了现实依据，也为燃气轮机技术国产化积累了宝贵经验。