核电低压三四级隔板同轴度控制

张琼，杨金平，杨科，彭刚，肖波，陈锐

（东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川 德阳，618000）

1 前言

核电低压三四级隔板是核电重要的静子部件之一，该隔板为俗称的“双胞胎”结构，即三级隔板直接装入四级隔板后再整体总装，因此，为保证核电汽轮机非常高的径向通流间隙要求，三四级隔板装配加工时必须严格保证二者的同轴度。但是，由于低压三四级隔板自身直径大，结构单薄，且装配方式特殊，加工甚至是起吊过程都可能产生变形（或使二者相对位置方式变化）导致三四级隔板同轴度要满足设计要求非常困难，总装时屡次发生三四级隔板同轴度超出设计许可范围的情况，不得不多次返修。不仅严重影响了产品的实物质量和制造周期，同时造成了大量的人力、物力浪费。为此，分厂专门成立了核电低压三四级隔板同轴度控制攻关小组，经过不断探索和大量的工艺试验，终于总结出1套该隔板同轴度控制的有效措施。

2 低压三四级隔板制造特点

2.1 工艺简介

隔板划线、打基准、粗铣中分面留0.5 mm余量—粗车单边留3 mm余量—精铣中分面—精车（T型槽单边留1 mm余量）—装配三四级隔板—镗床加工径向定位销孔、装销—精车三四级隔板T型槽—装配汽封圈、立合测量尺寸—拆开三四级隔板—清理—喷粉—装配三四级隔板、焊接封板—入库。

2.2 结构分析

核电低压三四级隔板直径5 760 mm，空心导叶，长度达1 276 mm，外环为铸件，重达20 t，内环为拼焊件，重达10 t，精加工后变形大，而且三四级隔板中分面隔板上仅四级有定位销孔，当三级隔板装入后仅靠径向3只定位销进行定位和固定，难以满足0.03 mm的同轴度控制要求。

2.3 制造工艺难点

（1）三四级隔板装配后中分面与肩胛面的垂直度要求0.05 mm。

（2）三四级隔板二次装配后同轴度要求0.03 mm（总装要求不大于0.1 mm），见图1。

图1 同轴度技术要求

（3）机床工作台设计偏小，加工径向销孔时装夹不良。

（4）隔板立放检查中分面间隙，要求沿水平中分面四周不小于1/4的地方无间隙，而且整个中分面不能有穿透性间隙。

（5）三四隔板装配后，要求三四级隔板出汽侧贴合面为零间隙。

由此可见，保证中分面间隙合格、控制装配误差、克服机床的局限性、减小因隔板自身结构原因等方面引起的同轴度超差，成为解决同轴度问题的关键环节。因此，对于三四级隔板的制造来说，无论是装配前的精加工，还是喷粉后的装配，每个制造环节都必须严格控制。

3 工艺难点分析及质量控制对策

3.1 优化设计结构

由于三级隔板重量大，而悬挂销又没有分布在整副隔板重量的进出汽对称中心上，因此，钳工合中分面间隙时几乎都会发生四级隔板外圆错位的情况（靠三级侧向外，四级出汽侧向内），错位量最大达0.7 mm，经过分析，发现出现该情况的主要原因在于四级隔板进汽侧中分面处无定位装置，由于隔板自重大，变形导致，为了改善该情况，经过与技术部门沟通，在四级隔板进汽侧增加了销螺栓把紧机构。有效减小了隔板径向错位，同轴度问题得到了有效改善，从0.2 mm提高到0.1 mm。

3.2 优化镗床加工径向销孔工艺

为了保证三四级隔板装配后，二者出汽侧贴合面零间隙要求,工件上机床时首先让三级隔板与等高垫铁接触，四级隔板悬空，然后临床调整好中分面并塞上工艺垫片，镗床再找正，为了避免加工过程中切削力过大使三四级隔板相对位置发生变化，使用压板将四级隔板外环压紧，最后钻、扩、铰销孔。

但当松开压板再次装销子时发现一侧销孔有错位现象，使用外力将销孔对齐，保证定位销顺利装入。通过分析发现：（1）三级隔板进汽测外环与等高垫铁为线接触，而且向中心倾斜，而四级隔板外环上又无法进行辅助支撑，且实物处于悬空压紧状态，违背了压紧力必须作用于支撑点或支撑点所形成的面上机械加工装夹原则，造成销孔错位，同轴度超差。（2）粗钻、扩销孔时余量较大，切削力大产生的应力也大，而三四级隔板加工前水平中分面左右垫有垫片使得切削应力无法有效释放，从而导致销孔加工完毕，在拆去装夹工具后，发生销孔错位的情况。因此对原方案进行优化：（1）让三级隔板与等高垫铁接触四级悬空，待调整好中分面、镗床找正以后，压板直接作用于四级隔板上，然后进行钻、扩销孔（销孔单边留1 mm余量）。（2）临床取出垫片进行应力释放，并重新调整好三四级隔板中分面并重新塞上工艺垫片。（3）由于销孔大部分加工余量已去除，精铰销孔时切削力非常小，所以，此时仅凭四级隔板的自重足以使其不发生震动或产生位移，因此，可以将原四级隔板上的压板作用在三级隔板上，并在其压紧位置增加辅助支撑，并注意天地方向不能搭压板，为检测工件是否发生位移或变形，应在加工过程中使用百分表监测T型槽端面和圆跳动情况，待销子装配完取出中分面左右垫片。优化方案有效解决了加工三四级隔板定位销孔引起的变形从而影响同轴度的问题。

3.3 规范镗床铣削中分面

工艺要求在加工完三四级隔板径向定位销孔并安装定位销后，检查水平中分面平面度，若平面度超差，需镗床返修水平中分面。根据设备自身情况制作辅助工装增加旋转工作台的工作范围，来避免由于机床主轴搭头、找正点不合理造成的中分面间隙超差，进而导致合车后同轴度超差，但是立合时T型槽轴向仍然存在错位。通过分析造成原因有：（1）工作台载重后运行不平稳。 （2）主轴存在爬坡，而立合时要将下半中分面找平，并需以一半为基准修刮中分面，从而导致T型槽错位。（3）钻、扩、铰完径向销孔后三级隔板中分面导叶与内、外环干涉，从而导致同轴度超差。对方案进行了调整：（1）定期对设备进行检测。（2）临床取出垫片后要求检测两侧间隙，看是否与装配前一致，若有少量窜动，需反馈给技术部门。（3）自制辅助水联通。

3.4 优化立车工艺

由于隔板直径大，空心导叶片长，内外环跨距大，平放变形刚性差（叶片为空心导叶），只要稍有干涉，装夹、支撑和找正基准不合理都会导致隔板变形，造成中分面间隙、同轴度超差，因此，在这方面也做了严格要求：

（1）三四级隔板上机床前必须去除左右水平中分面处垫片，避免车削时产生的切削应力得不到有效释放。

（2）三四级隔板合车T型槽时必须检查中分面导叶片与隔板内外环间的间隙以及水平中分面间隙，中分面导叶片不得与隔板内外环发生干涉。

（3）增加半精加工T型槽工序，按出汽侧加工图，T型槽各加工面留0．6～0．7 mm精加工余量，半精加工后松开压板释放应力，以避免因切削应力原因造成的中分面间隙、同轴度超差。

（4）外环千斤顶支撑工件天地、中分面两侧的位置，共用8个千斤顶，内环要处于自由状态，若要使用辅助支撑时必须用百分表监测变形情况，以避免由于支撑不合理而引起的间隙超差，进而导致同轴度超差。

3.5 规范装配工序

经多次试验发现三四级隔板装配也是造成其同轴度超差的重要因素，为了防止了因操作不当、装配不规范等导致隔板变形、同轴度超差的情况发生，对装配工序也做了详细规范：

（1）首次装配三四级隔板径向销子前测量尺寸并对销子进行编号，待下次装配时与其销孔对应，防止其受力不均。

（2）径向定位销要同时装入销孔，而且要使其受力均匀。

（3）为了保证钳工立合状态与隔板工作状态一致，将隔板下半立放，以悬挂销支撑，且底部悬空，然后用水平仪找平隔板水平中分面，最后用工装压板压牢悬挂销支撑。

（4）合并隔板上下半，自由状态下检查中分面间隙、T型槽错位情况，严格按照相关技术要求修刮，并注意内环不能修刮，避免圆跳动超差。

（5）拆开前必须检查三四级隔板之间的径向间隙，以便下次装配时调整，提高装配效率。

4 结束语

通过改进设计结构，优化机加工艺流程，规范装配工序，使核电低压三四级隔板同轴度得到了有效控制，极大提高了实物质量，同时也避免了因同轴度超差问题返修带来的大量人力、物力浪费。