汽輪機(jī)數(shù)控加工技術(shù)探討

時(shí)間:2022-03-21 10:06:37

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汽輪機(jī)數(shù)控加工技術(shù)探討

摘要:葉片的工作條件較為復(fù)雜,且需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作,因此在進(jìn)行葉片加工時(shí)不僅要重點(diǎn)把握葉片的質(zhì)量,同時(shí)也在生產(chǎn)過(guò)程中考慮到生產(chǎn)企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)葉片加工工藝不僅繁瑣,且需要人力財(cái)力較多,而數(shù)控加工技術(shù)的出現(xiàn)不僅能夠有效解決這一問(wèn)題,同時(shí)也有利于提升我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)整體科技水平。本文對(duì)汽輪機(jī)中的葉片及其特點(diǎn)進(jìn)行分析,同時(shí)基于并聯(lián)機(jī)床對(duì)數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞:數(shù)控加工技術(shù);汽輪機(jī);葉片;有效應(yīng)用

汽輪機(jī)上的葉片能夠在運(yùn)作過(guò)程中將蒸汽轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,并通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)的形式為汽輪機(jī)提供動(dòng)力,使其能夠產(chǎn)生電力并不斷運(yùn)行,由此可見(jiàn),葉片作為汽輪機(jī)中的重要組成部分,在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中有著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)我國(guó)工業(yè)科技水平不斷受到國(guó)際化、科技化的推動(dòng)而提升,而全球工業(yè)的進(jìn)步也對(duì)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)提出了新要求,其中最重要的就是對(duì)葉片的型面設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)工藝加工技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)需要,因此必須在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上融入數(shù)控加工等計(jì)算機(jī)科技手段并不斷對(duì)其優(yōu)化,在確保能夠提高其加工工藝水平的同時(shí)促進(jìn)工業(yè)工廠生產(chǎn)效率,促進(jìn)我國(guó)工業(yè)實(shí)力的進(jìn)步與發(fā)展。

1汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及運(yùn)作分析

葉片作為汽輪機(jī)中的重要組成部分,不僅是使風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)換能量的重要前提,同時(shí)其質(zhì)量也決定著風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)作效率,是決定汽輪機(jī)是否能夠正常運(yùn)作的基本條件,葉片在通常情況下分為動(dòng)葉片與靜葉片兩種。就動(dòng)葉片而言,其主要由葉身、葉根、拉筋以及型面、葉冠和中間體幾個(gè)部分構(gòu)成。其中,中間葉身的結(jié)構(gòu)是最繁瑣的,平常見(jiàn)到的多數(shù)為扭轉(zhuǎn)型的自由曲面。通常情況下,可將葉身型面劃分成葉根圓角、進(jìn)氣邊圓角、背弧、拉筋以及葉冠圓角、出氣邊圓角和內(nèi)弧幾個(gè)部分。葉身型面均由不一樣的截面型線擬合而成的曲面,葉身型面是由一組間距不一致的截面型線所形成的一種空間扭曲面,通常情況下,將葉身部分的該部分橫截面稱(chēng)作葉型,將每個(gè)橫截面的邊緣叫做型線,在通常,一條型線均由三個(gè)部分構(gòu)成,即背弧、進(jìn)氣邊圓弧以及內(nèi)弧與出氣邊圓弧,型線對(duì)葉片的具體工作有著直接性的作用和影響,許多型面均屬于一種彎扭變截面與等截面彎扭曲面。在通常情況下,葉根形式有菱形、T形以及樅樹(shù)形與叉形四種。與動(dòng)葉片不同的是,靜葉片被固定在汽輪機(jī)中的氣缸里的葉片。而氣缸中具有許多靜葉片,每一個(gè)靜葉片都與一個(gè)動(dòng)葉片進(jìn)行組合形成一級(jí),而當(dāng)熱蒸汽進(jìn)入汽缸并進(jìn)入到第一個(gè)葉片級(jí)時(shí),靜葉片就將蒸汽倒入動(dòng)葉片處,并使其產(chǎn)生推力推動(dòng)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn),而隨著熱蒸汽的不斷進(jìn)入,每一級(jí)葉片都因受到上一級(jí)的推動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),并且隨著蒸汽總量與速度進(jìn)入的增加,動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)的速度也不斷加快,最終使每一級(jí)的動(dòng)葉片都不斷運(yùn)行,并產(chǎn)生機(jī)械能,為汽輪機(jī)提供動(dòng)力。

2葉片的數(shù)控加工工藝

傳統(tǒng)葉片加工工藝已無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)需要,而數(shù)控技工技術(shù)與葉片加工工藝的結(jié)合完美地解決了這一問(wèn)題。其中葉片在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的氣道對(duì)汽輪機(jī)所產(chǎn)生的功率有直接影響作用,因此在進(jìn)行葉片加工時(shí)需要將葉片氣道作為保證葉片質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)能夠熟練地運(yùn)用先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)來(lái)進(jìn)行葉片加工,而現(xiàn)如今我國(guó)仍屬于起步階段,在葉片數(shù)控加工方面略顯不足。因此,我國(guó)相關(guān)科研人員正不斷地研究該技術(shù)并創(chuàng)新,以期為促進(jìn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。數(shù)控加工葉片技術(shù)不僅具有先進(jìn)的科學(xué)性,同時(shí)也具備其它優(yōu)勢(shì)。首先,數(shù)控機(jī)加工技術(shù)在一定基礎(chǔ)上能夠通過(guò)智能化加工及管理有效提高葉片的質(zhì)量,在降低葉片型線誤差值的同時(shí)也為提高汽輪機(jī)整體質(zhì)量提供保障;其次,數(shù)控加工葉片技術(shù)的投入大量節(jié)省人力,并且有效地提高加工工作效率,為工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省成本的同時(shí)增加經(jīng)濟(jì)效益。由于受到其工作性質(zhì)影響,加工企業(yè)在選擇葉片材料時(shí)通常采用1Crl3與2Crl3等不銹材料,以確保能夠提高葉片的使用壽命,增加汽輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換率及機(jī)械利用率。但由于這兩種材料具有高強(qiáng)度、易變形等特點(diǎn),因此在加工過(guò)程中增加了一定難度。

3基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工應(yīng)用

并聯(lián)機(jī)床是近年才出現(xiàn)的一種有效結(jié)合了科技與工藝的新概念加工機(jī)床,該機(jī)床通過(guò)利用CAD/CAM軟件等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)將機(jī)器人結(jié)構(gòu)與機(jī)床完美結(jié)合,不僅具有低成本、高效率以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),同時(shí)也因其壽命長(zhǎng)、加工精度較高等優(yōu)勢(shì)受到全世界工業(yè)產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。通常情況下,基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工程序由以下幾個(gè)部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn):第一,CAD技術(shù)的處理流程;第二,并聯(lián)機(jī)床的加工流程。并聯(lián)機(jī)床的加工內(nèi)容著重包括葉身型面、葉冠、葉根和葉身以及葉片的葉根和葉冠的交接面。基于UG的葉片數(shù)控加工的編制程序著重涵蓋了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:a.葉片零部件的三維造型;b.對(duì)葉片數(shù)控加工的工藝程序、加工的工具進(jìn)行確認(rèn);c.刀位的精確計(jì)算和所生成的刀具的運(yùn)動(dòng)軌道;d.對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行科學(xué)的校驗(yàn)以及仿真與編輯,同時(shí)形成相應(yīng)的刀位文件;e.以后置處理流程為依據(jù),將刀位文件變成數(shù)控機(jī)床可以讀取的NC代碼。運(yùn)用UG軟件對(duì)葉片進(jìn)行數(shù)控加工,在通常情況下,其數(shù)控加工的編制程序均是在UG/CAM中形成了刀具的軌跡后,在進(jìn)行NT仿真與校驗(yàn),可將加工數(shù)據(jù)與信息輸出視為刀位源的一種具體文件。在刀位源文件中著重包括刀具信息、加工坐標(biāo)系信息、刀具位置以及所有的加工輔助命令信息和姿態(tài)信息,需要通過(guò)一定的后置處理器,把它轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床可以接受的一些數(shù)控程序,同樣,也可擇取并聯(lián)機(jī)床自身所有的后處理程序進(jìn)行相應(yīng)的后處理工作。在UG軟件中,供應(yīng)了在形式上抽象、繁瑣的各種零件的粗精加工,廣大用戶可按照各種零件架構(gòu)、加工精度以及加工表面形狀等方面的一些具體要求,對(duì)加工類(lèi)型進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇,在所有的加工類(lèi)型中都涵蓋了多種形式的加工模塊。運(yùn)用加工模塊能迅速的建立加工操作。在交互操作中,在圖形方式之下對(duì)編輯刀具路徑進(jìn)行交互,進(jìn)而形成適合于機(jī)床的數(shù)控加工流程。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,數(shù)控加工葉片工藝技術(shù)不僅能夠?qū)鹘y(tǒng)加工工藝中的不足進(jìn)行完善,同時(shí)也能夠提升葉片的整體質(zhì)量。此外,由于在進(jìn)行加工設(shè)計(jì)時(shí),將傳統(tǒng)工藝中的去毛坯余量的步驟放在普通機(jī)床中進(jìn)行,而具體加工則采用并聯(lián)機(jī)床,不僅大大節(jié)省了加工時(shí)間,同時(shí)也能夠利用并聯(lián)機(jī)床的先進(jìn)性與智能性,在提高葉片的加工精度、降低加工誤差值的同時(shí)大量節(jié)省人力財(cái)力,從根本上提高了生產(chǎn)效益,對(duì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)科技水平的提高起到重要作用。

作者:程匯添 單位:哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司

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