CN103406717A - 一种汽轮机喷嘴环的加工方法以及专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽轮机喷嘴环的加工方法，通过镗床工作台的可旋转角度来保证喷嘴孔的角度斜度加工；同时采用了能精确定位喷嘴环节距的旋转式工装，把喷嘴环定位在旋转式工装上，从而通过旋转式工装的定位销实现了喷嘴孔节距的定位加工；之后通过控制旋转式工装的旋转逐个实现喷嘴孔的加工。该汽轮机喷嘴环的加工方法能够保证加工精度，加工过程简便、辅助工装结构简单，特别适合批量生产。本发明还同时提供了一种用于汽轮机喷嘴环加工的专用设备。

Description

一种汽轮机喷嘴环的加工方法以及专用设备

技术领域

本发明属于汽轮机喷嘴领域，具体涉及一种汽轮机喷嘴环的加工方法以及专用设备。 

背景技术

冲动式汽轮机，作为热回收和节能装置的原动机，应用于石油、化工、煤制油、电力、冶金、发电等行业中。汽轮机喷嘴环是使蒸汽室的热能有效低转换为动能，并对汽流起到一定导向作用的重要部件。汽轮机喷嘴环是汽轮机通流部分中承受汽温最高的部件，也是汽轮机做功的主要部件，其加工质量不仅影响汽轮机的运转性能，更影响其热能转换率。但是目前，汽轮机喷嘴环的加工比较复杂，加工时需要的辅助工装很多，而且加工精度也不是十分理想。 

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种加工简便的汽轮机喷嘴环的加工方法；本发明还同时提供了一种用于汽轮机喷嘴环加工的专用设备。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种汽轮机喷嘴环的加工方法，所述喷嘴环呈扇形环状或圆环状，在喷嘴环的进汽端和出汽端之间均匀设置有多组汽流通道，每组汽流通道的型腔结构包括进汽圆柱孔、出汽圆柱孔、第一锥形孔和第二锥形孔，进汽圆柱孔开设在进汽端，出汽圆柱孔开设在出汽端，第一锥形孔与第二锥形孔相邻连通；第一锥形孔与进汽圆柱孔之间通过圆弧连接，第二锥形孔与出汽圆柱孔之间平滑过渡；所述进汽圆柱孔、出汽圆柱孔、第一锥形孔和第二锥形孔的中心轴线与喷嘴环的进汽端 端面或出汽端端面之间有一夹角； 

所述汽轮机喷嘴环的加工方法包括以下步骤： 

（1）割下扇形环状或圆环状的板材料，精磨进汽端和出汽端两平面，得到喷嘴环毛坯； 

（2）采用卧式加工中心，在喷嘴环毛坯的进汽端加工多个销孔； 

（3）通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在一旋转式工装上；所述旋转式工装安装在工作台上，所述喷嘴环毛坯的进汽端朝外； 

（4）转动工作台，使得镗床的主轴中心线与任意一个汽流通道位置的喷嘴中心线一致； 

（5）利用镗床在进汽端依次加工进汽圆柱孔、第一锥形孔段的预钻孔、第二锥形孔段的铰孔，以及进汽圆柱孔与预钻孔之间的圆弧倒角； 

（6）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（5）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的进汽侧孔； 

（7）翻转喷嘴环毛坯，并通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在旋转式工装上； 

（8）利用镗床在出汽端加工出汽圆柱孔； 

（9）利用两个规格不同的钻头在第二锥形孔段的铰孔内钻出深度不同的通孔；之后利用成型绞刀铰出预设尺寸； 

（10）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（8）-（9）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的出汽侧孔； 

（11）采用卧式加工中加工喷嘴环内孔、外圆、斜边和平面，打磨喷嘴内孔，完成加工。 

所述旋转式工装包括模板、直角铁、旋转轴、外套、压紧板、压垫块和手柄杆，所述模板用于固定喷嘴环毛坯，模板上设置有多个定位孔和多个用于与喷嘴环毛坯连接的定位销孔；旋转轴穿过直角铁内部的通孔与模板固定连接，两者联动；外套设置于旋转轴外部，所 述外套的一端与直角铁固定连接，另一端与压垫块固定连接；直角铁与模板紧邻设置，所述直角铁上设置有多个与定位孔位置对应的连接孔；所述旋转轴的一端伸出外套，与压紧板通过螺纹连接，所述压紧板上安装有手柄杆。 

本发明所述的汽轮机喷嘴环的加工方法通过镗床工作台的可旋转角度来保证喷嘴孔的角度斜度加工；同时采用了能精确定位喷嘴环节距的旋转式工装，把喷嘴环定位在旋转式工装上，从而通过旋转式工装的定位销实现了喷嘴孔节距的定位加工；之后通过控制旋转式工装的旋转逐个实现喷嘴孔的加工。该汽轮机喷嘴环的加工方法能够保证加工精度，加工过程简便、辅助工装结构简单，特别适合批量生产。 

本发明还同时提供了一种用于汽轮机喷嘴环加工的专用设备，包括旋转式工作台和旋转式工装，所述旋转式工装包括模板、直角铁、旋转轴、外套、压紧板、压垫块和手柄杆，所述模板用于固定喷嘴环毛坯，模板上设置有多个定位孔和多个用于与喷嘴环毛坯连接的定位销孔；旋转轴穿过直角铁内部的通孔与模板固定连接，两者联动；外套设置于旋转轴外部，所述外套的一端与直角铁固定连接，另一端与压垫块固定连接；直角铁与模板紧邻设置，所述直角铁上设置有多个与定位孔位置对应的连接孔；所述旋转轴的一端伸出外套，与压紧板通过螺纹连接，所述压紧板上安装有手柄杆；所述直角铁的底面固定安装在旋转式工作台上。 

本发明所述的用于汽轮机喷嘴环加工的专用设备通过旋转式工作台实现了喷嘴孔的角度斜度加工，通过旋转式工装实现了批量喷嘴孔的加工，其结构简单、成本低廉，实用性很强。 

附图说明

图1为本发明所述汽轮机喷嘴环的结构图； 

图2为旋转式工装的结构图； 

图3为工作台坐标图； 

图4为喷嘴环加工示意图； 

图5为基准调零示意图； 

图6为工作台旋转示意图； 

图7为工作台移动示意图； 

图8为加工出汽圆柱孔后的结构图； 

图9为喷嘴钻孔后的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。 

本发明提供了一种汽轮机喷嘴环的加工方法，其中所述喷嘴环的结构如图1所示，其呈扇形环状或圆环状，在喷嘴环的进汽端1和出汽端2之间均匀设置有多组汽流通道，每组汽流通道的型腔结构包括进汽圆柱孔3、出汽圆柱孔4、第一锥形孔5和第二锥形孔6，进汽圆柱孔3开设在进汽端1，出汽圆柱孔4开设在出汽端2，第一锥形孔5与第二锥形孔6相邻连通；第一锥形孔5与进汽圆柱孔3之间通过圆弧7连接，第二锥形孔6与出汽圆柱孔4之间平滑过渡；所述进汽圆柱孔3、出汽圆柱孔4、第一锥形孔5和第二锥形孔6的中心轴线与喷嘴环的进汽端1端面或出汽端2端面之间有一夹角α。 

所述汽轮机喷嘴环的加工方法具体包括以下步骤： 

（1）割下扇形环状或圆环状的板材料，精磨进汽端和出汽端两平面，得到喷嘴环毛坯； 

本实施例中割下板材料Φ596.9×Φ381×30的半圆环，根据图纸内孔和外圆直径各留10mm余量，注意割下料件时粗糙度要平整、稍光滑；之后进行热处理：将锻件进行调质处理，硬度HB≤223;再机械性能检查、硬度检查；精磨两平面厚度到29mm； 

（2）采用卧式加工中心，在喷嘴环毛坯的进汽端加工多个销孔；本实施例中采用HM1250卧式加工中心，钻3个Φ15.5的销孔，之后精镗到

（3）利用3个销孔定位，通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在旋转式工装上；所述旋转式工装安装在旋转式的工作台19上，所述喷嘴环毛坯的进汽端朝外； 

如图2所示，所述旋转式工装包括模板11、直角铁12、旋转轴18、外套13、压紧板17、压垫块15和手柄杆16，所述模板11用于固定喷嘴环毛坯，模板11上设置有多个定位孔8和多个用于与喷嘴环毛坯连接的定位销孔9；旋转轴18穿过直角铁12内部的通孔与模板11固定连接，两者联动；外套13设置于旋转轴18外部，所述外套13的一端与直角铁12固定连接，另一端与压垫块15固定连接；直角铁12与模板11紧邻设置，所述直角铁12上设置有多个与定位孔7位置对应的连接孔10；所述旋转轴18的一端伸出外套13，与压紧板17通过螺纹连接，所述压紧板17上安装有手柄杆16。其中，外套与旋转轴之间还设置有铜套14。所述直角铁12的底面固定安装在旋转式的工作台19上。 

（4）转动工作台19，使得镗床的主轴中心线与任意一个汽流通道位置的喷嘴中心线一致； 

所述工作台19的下面安装有一旋转机构，旋转机构可带动工作台19旋转，该旋转机构可采用现有技术实现，本发明中不再赘述。 

调整镗床的主轴中心线与任意一个汽流通道位置的喷嘴中心线一致的具体实现方法可以采用如下方法： 

（A）基准调零； 

如图3-5所示，以喷嘴环的进汽端端面为XOY平面，依右手原则建立XYZ直接坐标系。调整工作台19，使得工作台的旋转中心线EF和镗床主轴中心线GH均穿过喷嘴环的进汽端端面（XOZ平面，即Y向基准面）。 

（B）如图6所示，使工作台旋转α度； 

（C）如图7所示，沿-Y向移动工作台，使喷嘴中心与镗床的主 轴中心一致。 

（5）利用镗床在进汽端依次加工进汽圆柱孔、第一锥形孔段的预钻孔、第二锥形孔段的铰孔，以及进汽圆柱孔与预钻孔之间的圆弧倒角； 

具体包括： 

A.铣进汽端Φ25.4孔深至16.6；(中心到孔中心为233.6) 

B.钻Φ8.5深20（不要钻通），作为Φ8.71（A）的预钻孔； 

C.铰孔Φ8.89（B）； 

D.圆弧倒角R1.2； 

（6）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（5）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的进汽侧孔； 

转动喷嘴环至下一个汽流通道位置的方法为： 

A.拆掉模板11与直角铁12之间的连接件； 

B.转动手柄杆16，使模板11转动一个定位孔（即定位节距）； 

C.安装模板11与直角铁12之间的连接件。 

（7）手工去掉孔口毛刺，翻转喷嘴环毛坯，并通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在旋转式工装上； 

（8）利用镗床在出汽端加工出汽圆柱孔；即铣孔Φ12.7直到长度D39.9；此时记录刀具Φ12.7到39.9深度的面的坐标；加工后的喷嘴如图8所示。 

（9）利用两个规格不同的钻头在第二锥形孔段的铰孔内钻出深度不同的通孔；即包括A先用Φ10.5的钻头钻到深度为17。B再用Φ9.5的钻头钻到深度为27，如图9所示。之后利用成型绞刀铰出预设尺寸。 

（10）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（8）-（9）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的出汽侧孔； 

（11）采用卧式加工中加工喷嘴环内孔、外圆、斜边和平面， 打磨喷嘴内孔，完成加工。其中，内孔和外圆、斜边用Φ20的合金铣刀加工（分两次加工）；平面有6.8余量，用Φ125铣刀盘分4-5次加工。 

以上所述为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的等同变化，皆应属本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种汽轮机喷嘴环的加工方法，所述喷嘴环呈扇形环状或圆环状，在喷嘴环的进汽端和出汽端之间均匀设置有多组汽流通道，每组汽流通道的型腔结构包括进汽圆柱孔、出汽圆柱孔、第一锥形孔和第二锥形孔，进汽圆柱孔开设在进汽端，出汽圆柱孔开设在出汽端，第一锥形孔与第二锥形孔相邻连通；第一锥形孔与进汽圆柱孔之间通过圆弧连接，第二锥形孔与出汽圆柱孔之间平滑过渡；所述进汽圆柱孔、出汽圆柱孔、第一锥形孔和第二锥形孔的中心轴线与喷嘴环的进汽端端面或出汽端端面之间有一夹角； 

其特征在于，所述汽轮机喷嘴环的加工方法包括以下步骤： 

（1）割下扇形环状或圆环状的板材料，精磨进汽端和出汽端两平面，得到喷嘴环毛坯； 

（2）采用卧式加工中心，在喷嘴环毛坯的进汽端加工多个销孔； 

（3）通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在一旋转式工装上；所述旋转式工装安装在工作台上，所述喷嘴环毛坯的进汽端朝外； 

（4）转动工作台，使得镗床的主轴中心线与任意一个汽流通道位置的喷嘴中心线一致； 

（5）利用镗床在进汽端依次加工进汽圆柱孔、第一锥形孔段的预钻孔、第二锥形孔段的铰孔，以及进汽圆柱孔与预钻孔之间的圆弧倒角； 

（6）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（5）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的进汽侧孔； 

（7）翻转喷嘴环毛坯，并通过定位销将喷嘴环毛坯紧固在旋转式工装上； 

（8）利用镗床在出汽端加工出汽圆柱孔； 

（9）利用两个规格不同的钻头在第二锥形孔段的铰孔内钻出深 度不同的通孔；之后利用成型绞刀铰出预设尺寸； 

（10）转动喷嘴环至下一个汽流通道位置，执行步骤（8）-（9）；按此方法依次加工完成所有汽流通道的出汽侧孔； 

（11）采用卧式加工中加工喷嘴环内孔、外圆、斜边和平面，打磨喷嘴内孔，完成加工。 

2.根据权利要求1所述的汽轮机喷嘴环的加工方法，其特征在于，所述旋转式工装包括模板、直角铁、旋转轴、外套、压紧板、压垫块和手柄杆，所述模板用于固定喷嘴环毛坯，模板上设置有多个定位孔和多个用于与喷嘴环毛坯连接的定位销孔；旋转轴穿过直角铁内部的通孔与模板固定连接，两者联动；外套设置于旋转轴外部，所述外套的一端与直角铁固定连接，另一端与压垫块固定连接；直角铁与模板紧邻设置，所述直角铁上设置有多个与定位孔位置对应的连接孔；所述旋转轴的一端伸出外套，与压紧板通过螺纹连接，所述压紧板上安装有手柄杆。 

3.一种用于汽轮机喷嘴环加工的专用设备，其特征在于，包括旋转式工作台和旋转式工装，所述旋转式工装包括模板、直角铁、旋转轴、外套、压紧板、压垫块和手柄杆，所述模板用于固定喷嘴环毛坯，模板上设置有多个定位孔和多个用于与喷嘴环毛坯连接的定位销孔；旋转轴穿过直角铁内部的通孔与模板固定连接，两者联动；外套设置于旋转轴外部，所述外套的一端与直角铁固定连接，另一端与压垫块固定连接；直角铁与模板紧邻设置，所述直角铁上设置有多个与定位孔位置对应的连接孔；所述旋转轴的一端伸出外套，与压紧板通过螺纹连接，所述压紧板上安装有手柄杆；所述直角铁的底面固定安装在旋转式工作台上。 

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