首臺“華龍一號”核能發電機主要部件加工工藝

何 偉 鄒銀行 王立堂

（東方電氣集團 東方電機有限公司，德陽 618000）

1 “華龍一號”核能發電機轉子加工

發電機轉子的主要作用是傳遞汽輪機供給的負載轉矩，同時固定轉子繞組產生旋轉磁場。轉子總體上包括轉軸、繞組、槽絕緣、槽楔、護環、中心環、阻尼繞組、風扇、聯軸器等。高速旋轉的轉子在運行時由于離心力而受到很大機械應力。轉子加工必須精確，不然容易造成機械不平衡而引起機組過大的振動[1]。

“華龍一號”發電機單機容量1200MW，為四極隱極式半轉速電機，額定轉速1500r/min。轉軸材料為合金鋼材料，轉軸鍛件重量234t，車序加工完后重226t，銑序加工完成后重181t，如圖1所示。

圖1 “華龍一號”核能發電機轉軸

1.1 核電轉軸車序加工

根據“華龍一號”核電轉軸長度和重量選擇在350t重型臥車上進行轉軸車序加工。轉軸與臥車采用“一卡+雙托”非剛性聯接裝卡工藝，這種裝卡工藝可以最大限度減少機床精度誤差對工件加工尺寸的影響。加工時，首先需要進行“修架口”工藝，“修架口”工藝是采用特殊刀具進行反復微量切削不斷消除支撐部位圓度誤差的一種加工工藝，是轉軸加工中一道非常關鍵的工藝。

“華龍一號”核電轉軸在臥車加工時需要完成三次裝卡才能完成所有部位車削加工，車削加工后需要使用特殊的“專用拋光工具”對軸頸表面進行拋光，拋光后的軸頸表面粗糙度最高可以達到Ra0.8。此外加工時還應注意溫度變化對轉軸尺寸的影響，特別是對于轉軸軸頸、護環止口、集電環安裝段等尺寸公差非常嚴格的部位，應安排在20℃左右的溫度下進行加工和測量。

1.2 “華龍一號”核電轉軸銑序加工

轉軸銑序安排在大電機廠房INNSE轉子銑床進行。INNSE轉子銑是從意大利進口的專用機床，最長加工長度20000mm，最大承重300t，最大加工直徑Φ2500mm。轉軸銑序加工部位主要有：嵌線槽、鴿尾槽、通風槽、平衡螺釘孔等。

轉軸在轉子銑床采用兩個主支撐和三個輔支撐的“2+3”裝卡方式，轉軸兩端分別與機床分度軸聯接，采用全閉環分度系統進行分度，分度精度可以達μ級。機床分度精度越高，轉軸加工完后的質量分布越均勻，可以減少后面轉子平衡工作難度。

轉軸加工嵌線槽之前，首先數控程序分度在轉軸端面加工長度約5mm的工藝驗證缺口，使用游標卡尺檢驗分度和數控程序是否準確，然后才能進行嵌線槽加工，嵌線槽深度尺寸采用分層加工的方式分3次加工至設計深度。鴿尾槽位于嵌線槽內采用成型刀具分粗、精兩次加工完成，加工后使用特殊的檢驗規進行檢驗。通風槽位于嵌線槽最底部，主要作用是轉子通風冷卻，采用數控插補進行加工。平衡螺孔采用螺紋銑削的加工方式完成，需要注意的是，螺孔底部需要加工成球面狀，以避免應力集中。

1.3 “華龍一號”核能發電機轉子集電環加工（繞組裝配后）

“華龍一號”核能發電機采用靜態勵磁方式，因此在發電機轉子勵端布置有兩個集電環，集電環與轉軸之間采用過盈配合，集電環需要先進行加熱，然后與轉軸和絕緣筒進行裝配。為減少集電環與碳刷之間的摩擦阻力，轉子裝配后需要重新上臥車對集電環進行加工，以便提高集電環表面粗糙度和消除裝配產生的徑向偏差。集電環采用“車削+研磨”的加工工藝，加工后表面粗糙度可達Ra0.8。為防止加工鐵屑和異物掉入發電機轉子引起短路，加工前要對發電機轉子進行嚴密的防異物處理措施。

2 “華龍一號”核能發電機定子機座加工

核能發電機定子機座用于固定、支撐、保護定子鐵芯、定子繞組，同時它還構成發電機通風循環回路，承擔轉子質量，而且作為氫冷發電機，要求機座必須具有承受氣體壓力和防爆功能[1]?！叭A龍一號”核電定子機座長度超過12000mm、高度和寬度都超過5000mm，重量達到134t，該機座尺寸超過了臺山核電（單機容量1750MW）定子機座，是目前公司設計制造尺寸最大、重量最重的定子機座，許多加工尺寸都達到了機床和廠房的極限。

2.1 劃檢工序

核電機座需要在加工之前先進行劃檢工序，機座劃檢工序安排在劃線平臺上進行，平臺的長寬尺寸為12000mm×9000mm?！叭A龍一號”核電定子機座長度已經超出了劃線平臺長度，因此劃線時機座只能沿對角線放置。機座劃線最關鍵步驟是確定加工基準，確定加工基準時必須綜合考慮機座所有尺寸。劃線人員先檢測出機座所有內環板中心尺寸，然后在工藝人員的指導下確定機座加工中心線，并以此為基準劃出全部加工線和找正線。

2.2 鏜序加工

“華龍一號”核電機座鏜序加工安排在Φ260鏜床進行，該機床加工行程為：X軸23500mm、Y軸6000mm。機座在鏜床加工的主要部位包括：端蓋把合面、冷卻器把合面、出線罩把合面、底腳板等。

機座加工時，先豎放使端面正對鏜床主軸，加工機座汽、勵兩端與端蓋把合平面；然后將機座橫放，加工兩側的底腳板；最后將機座側翻90°，加工冷卻器和出線罩把合平面。為了保證汽勵兩端環板加工后的同心度公差，必須在機座兩端設計增加專用的工藝基準，加工后使用激光跟蹤儀對機座同心度進行檢測。

2.3 機座定位筋加工

機座定位筋主要起到定位和固定鐵芯沖片的作用，“華龍一號”核電定子機座內腔均勻布置了24根定位筋，定位筋的定位面設計為鴿尾形，每根定位筋的長度8m。機座定位筋加工安排在水壓試驗后進行。加工定位筋的是一臺專用設備，加工高度最大可以達到13m，機床床身可以實現360°旋轉和數控分度。加工時需要將機座套入機床，反復調整機座至與機床同心，在定位筋上加工“鴿尾槽”時需要先將定位筋加工成矩形，然后再使用特制刀具加工鴿尾形，每一條定位筋加工完成后都要使用專用的檢驗規對鴿尾形狀和分度精度進行檢驗。

3 結語

核能汽輪發電機是大型核電站的核心設備，是將核能轉化為電能的關鍵設備。在多年核能汽輪發電機研究設計和制造能力的經驗積累下，東方電機潛心鉆研我國三代核電設備技術，成功攻克了多項技術制造難題。重金工分廠承擔了國內首臺“華龍一號”核能發電機轉子和定子機座兩大關鍵部件加工任務。分廠工藝技術人員在加工前對轉子和定子機座加工進行充分的工藝論證、加工方案準備、設備準備、刀具準備和工裝工具準備等工作，組織了多次對操作人員的專項技術交底，并且工藝人員參與了全部加工過程的質量管理和質量控制工作?！叭A龍一號”核能發電機制造過程嚴格遵守“四個凡事”核電文化，發電機轉子和定子機座加工質量完全達到和超過設計標準，為國內首臺“華龍一號”核能發電機自主研制成功奠定了堅實基礎。