汽轮机厂实习报告.docx

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汽轮机厂实习报告

摘要

加工中心：

有专用数控加工机床的各类型，例如车床，铣，镗床，钻床等。

数控加工中心加工的工具，是在一个所有的作品。

加工工具执行，如移动或ATC（自动换刀）选择必要的工具和更改的，它由预先编程命令自动处理它们。

如今，有一种机器可以处理铣，开槽，抛光，使普遍的加工成为可能。

此外，在过去是工作在这些日子记录在纸带方案，数控（NC型）日趋普及，并具有编辑程序，它是在数控内存记录，操作更先进。

三菱M-H60/H80加工中心就是其中之一。

关键词：

ATC（自动换刀），数控（NC型）

Abstract

Machiningcenter:

ThereareexclusiveNCmachinetoolforeachtypesofprocessing,forinstancelathe,mill,boringmachine,drillingmachineetc.MachiningcenterisNCmachiningtoolthatisallworksinone.ProcessingisexecutedsuchastoolmovesorATC（AutomaticToolChanger）selectsnecessarytoolsandchangethemautomaticallybythecommandoftheprogramthatismadebeforehand.Nowadays,therearekindofmachinethatcanprocessshaving,slotter,burnishingsothatpervasivemachiningispossible.Also,inthepastitwasoperatedrecordingprograminthepapertapes,inthesedays,CNC（typeofNC）becomescommon,andwithCNCitispossibletooperatewitheditingprogramthatisrecordedintheNCmemory,andoperationismoreadvanced.

MITSUBISHIMACHININGCENTERM-H60/H80isoneofthem.

Keywords:

ATC（AutomaticToolChanger），CNC（typeofNC）

目录

引言4

第1章叶片在数控机床中的加加工5

1．1简介6

1．2五坐标联动加工中心在叶片型面加工中的应用7

1．3前景及展望8

第2章方钢叶片的五轴加工9

第3章燃气轮机简介12

第4章燃气轮机的工作原理14

第5章燃气轮机的应用前景16

结论

参考文献

致谢

引言

近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。

目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上，而我国的机械设备的数控化率不足20%，随着我国机制行业新技术的应用，我国世界制造业加工中心地位形成，数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺，再加上数控加工人员从业面非常广，可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、加工中心操作、模具设计与制造、电火花及线切割工作，所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才显得比较困难，以至于导致模具设计、CAD/CAM工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。

在各种招聘会上，数控专业人才更是企业热衷于标注“急聘”、“高薪诚聘”等字样的少数职位之一，以致出现了“月薪6000元难聘数控技工”，“年薪16万元招不到数控技工”的现象。

据报载，我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面，原有技工年龄已大，中年技工为数不多，青年技工尚未成熟。

在制造业，能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺，据统计，目前，我国技术工人中，高级技工占3.5%，中级工占35%，初级工占60%。

而发达国家技术工人中，高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。

这表明，我们的高级技工在未来5—10年内仍会有大量的人才缺口。

随着产业布局、产品结构的调整，就业结构也将发生变化。

企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。

而借助国外的发展经验来看，当进入产业布局、产品结构调整时期，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才，成为迫切要求。

而对于数控加工专业，不仅要求从业人员有过硬的实践能力，更要掌握系统而扎实的机加理论知识。

因此，既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才

第一章叶片在数控机床中的加加工

1．1简介

叶片是汽轮机的核心部件之一，它起着将蒸汽的动能转换为机械能的作用。

汽轮机效率的高低，很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。

目前，国内外大型汽轮机叶片的型面加工均采用五坐标联动机床（手工修磨的叶片除外）。

如日本日立公司有70余根主轴的五坐标联动加工中心，三菱公司有25根主轴的五坐标联动加工中心等。

1．2五坐标联动加工中心在叶片型面加工中的应用

1）机床开发背景

汽轮机叶片的设计、制造能力是衡量一个透平厂研发能力的重要标志。

叶片机械加工工作量大，精度要求高，结构复杂，制造成本高。

国内外透平厂都非常重视叶片制造技术的发展。

国内汽轮机制造业，由于受进口机床价格高，加工编程复杂等因素影响，五坐标联动加工中心应用还不广泛，如国内主要汽轮机制造厂，其五坐标联动机床的主轴总数仅为50余根，而航空发动机厂、鼓风机厂也仅有少量的几台。

东方汽轮机厂原有的五坐标联动的主轴远不能满足工厂生产要求。

为满足东汽厂叶片生产能力的需要，同时降低叶片制造成本，东汽厂领导本着振兴民族机床工业的理念，经过与北京机电院领导、技术、管理人员的多次论证，决定开发五坐标联动加工中心以取代昂贵的进口设备。

为减少投资风险，机电院首先开发一台稍小规格五坐标联动加工机床5C-VMC1250进行工业性试验，在充分掌握五坐标联动加工中心的性能特点、加工工艺要求、完善5C-VMC1250型五坐标联动加工中心在使用中存在的问题的基础上，进行大规格五坐标联动加工中心XKH1600的批量生产。

2）叶片的加工工艺分析

叶片在工作中承受着高温、高压、极大的离心力和蒸汽的交变应力。

为了保证汽轮机的效率和叶片在使用中的安全性，叶片的材料都较为特殊，如材料中含Ni、V、N等成分，硬度在360HB以上，强度s0.02为800MPa以上，加工性较差，同时叶片汽道部分（通流部分）是一个光滑的空间曲面，其精度要求高，加工难度大。

特别是大型汽轮机末级叶片（如40英寸动叶片），其结构更为复杂，叶型扭转接近90°角，叶身中部有两个空间的凸台，叶根圆角部分由多个变直径的圆弧组成，传统的仿形铣、普通的三坐标或四坐标铣床都不能满足加工工艺要求。

用普通数控铣床加工一方面受叶片结构的限制，刀具与工件容易产生干涉，另一方面加工效率低且为近似加工，加工质量不能满足要求，手工修整量较大，加工过程中需多次装夹，使用多台机床和专用工装才能完成相应的加工。

目前，国内外大型汽轮机叶片基本上都采用五坐标联动机床加工，其加工效率比四坐标联动机床高1倍以上，能够实现一次装夹，完成包括型面、凸台、叶冠、叶根圆角等多个空间曲面的加工，比四坐标机床可节省12～15道工序，比常规叶片加工方法节省25道工序，加工质量稳定，工艺流程合理，生产组织方便。

这种加工工艺是叶片加工先进、合理、高效的工艺手段，也是叶片加工技术的发展方向。

3）XKH1600型五轴联动加工中心在叶片加工中的应用

a.40英寸叶片的结构特点

目前XKH1600型五轴联动加工中心加工的主要产品为600MW汽轮机末级动叶片（40英寸叶片）。

现以该型叶片为例，简要介绍一下XKH1600五轴联动加工中心加工这种叶片的情况。

图140英寸叶片结构简图

该叶片叶身弯扭变化较大，在叶根处型线的曲率较大，叶顶处型线比较平坦，叶根与叶顶的型线角度几乎达90°。

叶身的中间位置在内背弧型面上各有一个凸台。

叶根圆角为非常复杂的混合曲面，叶根圆角在叶片高度方向上的各个位置，其R值是变化的，这给叶根圆角的造型和加工带来了一定的难度。

b.加工内容及加工状况

首台XKH1600型五坐标联动加工中心于2003年11月投入使用。

机床每天工作24小时（东汽工作安排为四班三运转），每周停机8小时用于机床维修保养，月工作时间为680小时左右。

在XKH1600加工40英寸叶片的加工内容包括：

叶身型面、内背弧凸台、叶根过渡圆角、叶冠过渡圆角及叶冠装配面型线。

各加工部位在机床上的加工形式见图2～7。

图2叶身加工简图图3凸台加工简图

图4叶根平台加工简图图5叶根圆角加工简图

图6叶冠型线加工简图图7叶冠平台加工简图

通过上述方式对40英寸叶片进行加工，其加工精度能够满足东方汽轮机厂的要求。

自XKH1600五坐标联动加工中心（5台）投入使用以来，创造产值1100余万元，加工产品合格率在95%以上，与进口相应规格的五坐标联动加工机床相比生产效率约为进口机床的90%。

通过5C-VMC1250和XKH1600两种规格五坐标联动加工机床的使用，我们认为两种型号的机床设计、制造是成功的，基本满足了叶片加工工艺要求。

其操作方便，服务及时有效，机床性价比高，达到了预期的目的。

1.3前景及展望

东方汽轮机厂与北京机电院的合作是成功的，可以说是机床制造厂家与机床用户合作的典范。

通过合作，东汽与北京机电院从管理者到技术人员、操作人员、维修人员都建立了良好的友谊。

东汽与北京机电院在国产五坐标联动加工中心的开发应用上的成功合作，为国内对五坐标机床有需求的厂家提供了一条新思路，在国内同行业产生了较大的影响，不少同行业厂家多次咨询了解机床的使用情况，同时也对国外同类设备制造厂商在中国机床市场产生了一定的压力。

可以相信国产五坐标联动加工中心将会有广泛的市场前景。

第2章方钢叶片的五轴加工

轴方钢生产线自投入使用以来，进行了大量的新品试制和加工，其中比较典型的产品是各种汽轮机的动叶和静叶。

方钢叶片在五轴加工中心上加工，缩短了加工流程，简化了工艺和工装，差不多所有的部位一次定位装夹都能加工出来，避免了基准转换带来的误差。

但其也存在着各种各样的问题，有必要基于调试过程中积累的经验对方钢的五轴加工进行一番深入探讨。

五轴设备的特点

方钢生产线的设备主要是12台HSTM300和四台Starrag151，主要加工300mm以下的小叶片，都是单驱动立式设备，装夹方式基本上是一夹一顶，叶片处于悬空状态，这就决定了加工时在驱动端夹具一侧的坯料刚性会远远好于尾座顶尖侧，坯料越细长差异越大，并且加工平面的效果无论是精度还是表面质量都远不如普通机床的固定铣，更不如磨削加工；尤其当加工平面远离回转中心时还会产生严重的振纹；而对一些圆孔的加工效果也不是很好；最擅长的应该是型面及转接汽道的回转加工，以及三轴四轴设备无法做到的特殊部位或形状的加工。

五轴设备不是万能的，某些类型的加工在其它机床上可以轻松实现，在五轴设备上却会事倍功半。

HSTM和Starrag之间的差异：

HSTM机床可以在驱动端夹紧的情况下加工出一个坯料尾座侧的圆凸台，然后抱紧这个圆柄进行产品的加工，即可以避免两端中心孔不一致产生的基准偏差，又可以进一步增强尾座侧的坯料刚性，这是HSTM机床最大的亮点，我们应多多加以利用。

而Starrag的精度和稳定性要好于HSTM。

关于叶身型面的加工：

叶身型面，是一种不规则但有一定规律的复杂曲面，具有相当程序的弯曲和扭曲，它的加工是叶片加工中的重点，也是五轴机床加工的优势所在，一般采用螺旋回转铣的方式进行加工，因为五轴加工中心的刀轴可以摆动一定的角度，使加工型面的圆角刀完全垂直于曲面，然后再以一定的前倾角的方式走刀，因而加工出来的型面没有过切和死角，这是其它设备做不到的。

方钢叶片的加工工艺流程和工艺方案的重要性

叶片基本上可以分成三大部分：

叶根、叶身和叶冠。

一般的方钢叶片都是单T或者双T型的叶根，至少有两个以上的叶根槽，以及进、出汽侧平面和内背径向平面；叶身是由若干档型线所组成，分成内弧、背弧和进汽边、出汽边四部分；最上面的部分是叶冠，同叶根一样也要加工出两侧面和内、背径向面来；而型面和叶根叶冠相交的区域是以圆角来过渡的，称之为转接。

一个叶片的的工艺编制，首先要考虑的就是工艺方案的制定，根据产品的结构特点以及精度等级和技术要求，确定最稳定的装夹方式和最合理的加工手段，像联合循环机机组的高压动叶，要求最高的应该是两侧面的尺寸和内背径向面之间的节距，以及叶根和叶冠之间的位置度。

装夹方式采用最基本的一夹一顶，但为了保证工艺基准的一致性，将定位的工艺凸台和中心孔先在立式加工中心上一次加工出来，再以加工好的定位基准进行整个叶片的加工。

为了保证两侧面和节距的精度，这些部位都是用同一把精铣刀来进行加工，并且采用在线测量的方式，先加工出叶根或叶冠的两侧面，在线测量，调整刀长做准两侧面，再以调整好的刀长来加工相对应部位的内背径向面，以保证节距的要求。

整个工序的安排如下：

①在五轴立式机床上，一次装夹，先加工出方钢的装夹工艺凸台，再用中心钻头加工两端定位用的中心孔，这样充分保证了所有工艺基准的一致性；

②用工艺凸台和中心孔定位，用一端压夹一端顶紧的方式在五轴机床上进行装夹；

③装夹牢固之后，首先整体开荒去除大面积的余量；

④粗加工出尾座顶尖端的两侧面和内背径向面，然后用精铣刀稍放量精加工该处两侧面，进行在线测量，和放量后的名义尺寸进行比较，相应调整刀长，再进行加工，直至做准两侧面；再以最后调整好的刀长，精铣出尾座侧的内背径向面；

⑤重复上面的步骤和在线测量调整刀长的方法，做准驱动端夹具一侧的两侧面，和该部位的内背径向面；

⑥.然后粗铣型面和两处过渡圆角的转接，单面留0.5～1mm余量；

⑦再分粗、精铣加工出叶根槽和汽封以及各个倒角和工艺槽；

⑧回转加工精铣型面，以及两处转接；如果余量较大，也可以加一步半精加工；

⑨最后铣出叶顶和叶根底面，并用键槽铣刀钻出叶根底面的半圆槽，结束所有部位的加工。

大面积的开荒去余量、粗铣两侧面及径向面和粗铣型面，用的都是同一把φ40mmR6的粗铣圆角刀片刀,刀片是φ12mm的圆刀片，用低转速大进给的方法进行加工。

精铣两侧面和径向面的精铣刀是φ63mm的刀片刀，用的是R0.5的方肩刀片。

精铣型面的精铣刀是φ20mmR4的刀片刀，用φ8mm圆刀片。

转接部位用的是4°的锥度球头刀。

至于其余的根槽等部位，用的是整体硬质合金立铣刀，根据不同的槽宽，选用不同的直径及R角，以及不同的加工参数。

最初的工艺方案是无论粗精加工，所有的部位都在五轴设备上加工出来，并将工艺凸台放在叶冠一侧（见图2），那么装夹的时候，叶冠在夹具处压紧而叶根放到了尾座顶尖处，这样加工出来的叶根内、背径向面出现了大量的振纹，无论怎样调整加工参数结果都不理想，而且叶片越长振纹越严重；后来将工艺方案改成工艺凸台放在叶根处压紧而叶冠一侧顶紧，就解决了径向面振纹的问题。

另一个困扰我们的难题是叶根底面半圆槽的加工，因为它和径向面不垂直，保证不了其左右位置公差的要求，为此浪费了大量的时间和坯料，最后和工艺人员沟通，只好将半圆槽放到三轴设备去做。

由此可见，工艺方案的变动会对加工产生根本的影响。

五轴加工虽然简化了工艺和工装，加工思路是在程序当中体现出来的，但合理的工艺方案仍具有至关重要的作用，它本身就决定了一个产品加工的难易和质量的好坏，工艺人员必须首先从宏观上把握整个产品每个部位的加工，如何定位怎样装夹才能得到最佳的效果，然后设计出精巧合理的夹具，整个加工过程才能顺畅，产品质量才能稳定，数控编程只是在已确定了的工艺方案的框架内进行发挥。

方钢叶片的加工特点

精度要求高：

如联合循环168机组的高压动叶，要求两侧面的公差0～-0.03mm，节距公差+0.04～-0.02mm。

这在无锡透平叶片有限公司加工的产品种类里面是首屈一指的。

加工部位多并且形式多样：

基本上所有能做加工的部位都要求在五轴设备上一次做下来，而不同的叶片形状各异，使得加工类型又复杂多变，这也是五轴加工的强项。

粗铣开荒的时间占的比例大，一半左右的时间用在去余量上，如何缩短粗加工的时间，是提高加工效率的关键。

叶片品种多批量小。

制定工艺方案的原则

工艺方案的制定应本着追求最大性价比的原则，一个理想的工艺方案应该是用最简便的加工手段，最高的加工效率，最低的加工成本，来得到最稳定最可靠的加工质量。

工艺人员追求的是制造出最佳、而不一定是最完美的产品。

就方钢叶片五轴加工而言，不是所有种类的叶片，不是叶片上的所有部位都应该上五轴加工。

而要求非常严格的两侧面和径向面可以考虑用平面磨床，一次加工多片；叶根的圆弧槽以及叶根底面和叶顶可以用大立车对叶片组圈进行加工；这样即保证了精度和表面质量，也极大地提高了效率。

限制方钢加工效率的粗铣开荒可以外委，或者在普通机床上做。

让五轴设备做它最擅长的，以发挥它最大的功效。

结论

五轴设备不是万能的，它具有不可比拟的优越性，也同样有其自身的局限性。

方钢的五轴加工虽然简化了工艺工装，但工艺方案仍具有至关重要的作用。

方钢叶片的加工代表着无锡透平叶片有限公司加工精度的最高水平。

工艺方案的制定应本着追求最大性价比的原则，合理地制定方钢叶片的工艺方案。

第3章燃气轮机简介

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载，它是涡轮机（透平）的雏形。

15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。

至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。

1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。

1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13％、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。

随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机。

与此同时，透平效率也有了提高。

在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。

1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%。

同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。

随着高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。

单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。

与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。

1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。

此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。

在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。

最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60年代，出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到70年代就停止了生产。

此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热（或蒸汽）的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。

燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。

燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。

燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。

燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。

提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。

70年代末，压缩比最高达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。

燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。

压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。

在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。

功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。

燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。

为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：

起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

燃气轮机有重型和轻型两类。

重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。

轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。

单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。

燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。

燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。

不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。

功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。

在汽车（或拖车）电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。

此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。

燃气轮机的未来发展趋势是提高