機床裝備可靠性對核電加工設備至關(guān)重要 |
發(fā)布日期:2013-11-19 11:08:21 來(lái)源:機床網(wǎng) 瀏覽: |
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核電站的裝備主要包括三部分:核島(一回路)、常規島(二回路)、輔助裝備。
核島部分主要由反應堆堆芯、蒸汽發(fā)生器、穩壓器和主泵組成,其中反應堆堆芯包括壓力容器、核燃料棒束、驅動(dòng)機構等部件。常規島由水泵、汽水分離器、蒸汽輪機、發(fā)電機、蒸汽凝結器等組成。此外,有支持系統正常運行和保證反應堆安全的輔助設備。這些是核電站設備的主要組成部分。
這些設備主要部件的制造可分為以下幾種類(lèi)型,需要不同機床設備進(jìn)行加工。
壓力容器殼體、蒸汽發(fā)生器殼體、穩壓器殼體等大型圓桶類(lèi)部件,基本上屬于兩端帶有封頭的圓桶形部件,但直徑和高度有所不同。壓力容器和蒸汽發(fā)生器的直徑取決于核電站發(fā)電機組的大小。
目前,主要生產(chǎn)百萬(wàn)千瓦級核電設備,壓力容器的直徑5~8m或更大,長(cháng)度約20m,分為4~5節,焊接而成,材料為特種鋼。毛坯為圓柱形鍛件,需要萬(wàn)噸壓力機鍛壓成型。后續切削加工需要超重型數控立式車(chē)床、超重型數控臥式車(chē)床、大鏜桿多軸聯(lián)動(dòng)數控鏜銑床、數控龍門(mén)鏜銑床、五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心等。這些設備規格大,對于加工精度、主軸轉速和快速移動(dòng)等參數并沒(méi)有特別要求,但是由于這些工件的價(jià)格昂貴,而且沒(méi)有備件,要求成品率必須100%,因此對機床的可靠性和穩定性有很高的要求。
一座核電站需要10多種200多臺各種類(lèi)型的泵,這些泵都屬于離心泵。其中主泵(1級泵)是位于核島心臟部位的關(guān)鍵部件,是核電運轉控制水循環(huán)的關(guān)鍵,屬于核電站的一級設備,每個(gè)蒸汽發(fā)生器有一個(gè)主泵。
核島中主泵的結構并不比其他泵復雜,但是要求極高,要求具有絕對的可靠性,是核反應堆中惟一國內目前做不了的設備,完全依賴(lài)進(jìn)口,主要是因為主泵要求連續運行至少30年不準出現任何問(wèn)題。主泵直徑約2m,高5~6m,其主要部件分為兩類(lèi):承壓部件(包括泵體、泵蓋、主螺栓、主螺母等)和功能部件(包括葉輪、葉軸、密封件等)。目前,沈鼓正在與美國西屋公司進(jìn)行聯(lián)合研制,總體新設計還沒(méi)有完成。除了1級主泵外,還有多種2級、3級泵,各種泵的名稱(chēng)和功能不一樣,但是原理基本一樣。如安全殼噴淋泵,該泵平時(shí)不用,只有發(fā)生故障時(shí)使用,要求在6秒鐘內啟動(dòng),起到降溫的作用。這些泵的加工基本上包括了車(chē)、銑、鏜、鉆、攻絲等工序。
承壓部件的泵體和泵蓋加工需要的設備主要有大型數控立式車(chē)床、數控落地銑鏜床、龍門(mén)加工中心等設備。主螺栓、主螺母等加工比一般螺栓和螺母要求高,但是主要是材料和刀具選擇問(wèn)題。
功能部件中葉輪和葉輪軸加工需要的設備主要有五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、數控車(chē)床、大型數控臥式車(chē)床等。
常規島部分主要由蒸汽輪機組、發(fā)電機組、水泵、汽水分離器等組成。核電蒸汽輪機的原理和結構都與火電(燃煤)蒸汽輪機相同,不同之處在于同等發(fā)電容量的蒸汽輪機組,核電蒸汽輪機的直徑比火電蒸汽輪機要大一些,使用的材料也有部分不同,制造要求更高。主要加工零件有葉片、定子、轉子等。主要加工機床有用于加工葉片的不同型號(最大葉片長(cháng)度超過(guò)1600mm)4~5軸聯(lián)動(dòng)加工中心,用于加工轉子的數控重型臥式車(chē)床、數控葉根槽銑床,用于加工定子的數控大型落地銑鏜床、數控龍門(mén)鏜銑床、大型定子專(zhuān)用機床等。
如加工一個(gè)重達200多噸的60萬(wàn)千瓦汽輪機轉子,需要回轉直徑3.5~5.0m、長(cháng)15~20m的重型臥車(chē),加工渦輪葉片需要五軸聯(lián)動(dòng)加工中心,加工中壓缸、高壓缸需要寬7.5~8m、長(cháng)22m的數控龍門(mén)鏜銑床和重型數控立式車(chē)床以及鏜桿直徑200~260mm的數控落地銑鏜床等。一般情況下,能滿(mǎn)足火電蒸汽輪機加工需要的機床,基本上也能滿(mǎn)足核電蒸汽輪機加工的要求。在這些機床設備中,大部分中小型葉片加工用4~5軸聯(lián)動(dòng)加工中心和轉子主軸加工用數控臥式車(chē)床等,國內基本可以滿(mǎn)足要求。但是,大型葉片加工用加工中心和數控葉根槽銑床等數控機床主要依靠進(jìn)口。
此外,核電發(fā)電機與火電發(fā)電機基本相同,兩者的加工設備也沒(méi)有什么不同。在一般情況下,能滿(mǎn)足火電發(fā)電機加工需要的機床,基本上也能滿(mǎn)足核電發(fā)電機加工的要求。主要加工機床有用于加工轉子的數控重型臥式車(chē)床、數控轉子槽銑床,用于加工定子的數控大型落地銑鏜床、大型定子專(zhuān)用機床等。目前,在這些需要的高檔數控機床中,部分機床國內可以滿(mǎn)足需要,但是部分機床設備如數控轉子槽銑床等仍然依靠進(jìn)口。
機床精度制約風(fēng)電設備發(fā)展
風(fēng)力發(fā)電站裝備主要包括以下幾部分:變速箱(升速箱)、發(fā)電機組、葉片、塔基和變電站等。目前,風(fēng)力發(fā)電逐漸向大功率機組發(fā)展,要求高可靠性、壽命周期長(cháng),因此零部件的精度、功能要求很高。
隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,風(fēng)電機組的原理和結構也在發(fā)生變化,未來(lái)的風(fēng)電機組在向結構簡(jiǎn)單化、體積減小的方向發(fā)展。目前,我國正在開(kāi)發(fā)無(wú)齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機組。如哈爾濱發(fā)電設備集團的發(fā)電設備工程研究中心開(kāi)發(fā)了無(wú)齒輪箱變速變槳永磁風(fēng)力發(fā)電機組,正在研制“變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組”和“直驅型變速風(fēng)力發(fā)電機組”等,可代替帶齒輪箱傳動(dòng)的異步發(fā)電機組,具有制造成本低、運行可靠、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),并具有自主知識產(chǎn)權。
目前,生產(chǎn)最多的是有齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機組,由于結構比較復雜,完成其各種部件的制造需要不同機床設備進(jìn)行加工。
風(fēng)機的變速箱主要由箱體、行星輪系和變速機構等組成。風(fēng)機變速箱體屬于大型箱體,根據發(fā)電量的不同,直徑約2~3m,大部分為分體結構。加工需要鏜桿直徑約160-250mm的數控落地銑鏜床和大型臥式加工中心、龍門(mén)加工中心等,加工精度要求較高,目前主要使用的是進(jìn)口設備。
變速箱內的齒輪加工量很大,需要對大型內齒圈、圓柱直齒輪和斜齒輪等進(jìn)行成批生產(chǎn)。主要加工設備為大型數控立式滾齒機、數控插齒機、數控磨齒機等。這些齒輪加工機床中,大規格數控齒輪機床普遍要求具有高效、重載、重切、剛性好的特點(diǎn),主要依靠進(jìn)口,中小型采用國產(chǎn)設備。其中大規格、大模數齒輪和齒圈采用數控成型銑齒機和數控成型磨齒機,數控成型銑齒機要求大切深、大進(jìn)給、滾速高。數控成型磨齒機要求精度達到5級以上,自動(dòng)化程度高、自動(dòng)調心、自動(dòng)測量、自動(dòng)修形、穩定性高。目前,國內制造風(fēng)電用變速箱的企業(yè)主要有南京高精齒輪有限公司。該廠(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)非常忙,長(cháng)期三班倒,還是不能完全滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,因此要求加工設備穩定、可靠,目前該廠(chǎng)使用的齒輪加工機床基本上是進(jìn)口設備。
風(fēng)電用發(fā)電機的原理和結構與火電等其他發(fā)電機基本一樣。風(fēng)電大都使用千瓦級發(fā)電機,比較火電使用的萬(wàn)千瓦級發(fā)電機,屬于不同級別的機組。從制造角度上看沒(méi)有太大難度,能制造火電發(fā)電機組的企業(yè),一般都能滿(mǎn)足制造風(fēng)電發(fā)電機組的要求。但是,風(fēng)電發(fā)電機要求使用壽命達到20年以上,對其穩定性和可靠性要求更高。
風(fēng)機的葉片大多采用環(huán)氧玻璃纖維或碳纖維等復合材料制作。葉片設計主要采用全三維氣動(dòng)仿真和結構有限元仿真,使用真空灌注工藝進(jìn)行葉片生產(chǎn)。機械加工較少,部分需要沖切成型。
葉片的變槳機構主要有變槳電機、減速器和變槳控制器等。對制造設備沒(méi)有特殊要求,國內機床可以滿(mǎn)足需求。
偏航機構主要部件是帶內外齒的大型軸承和4個(gè)小齒輪及變速裝置等。該種大型軸承目前國內還不能制造,主要依靠進(jìn)口。國內天馬股份將進(jìn)行偏航機構用的大型軸承開(kāi)發(fā)制造。其加工設備主要是一些要求較高的專(zhuān)用機床裝備,如CCMT2008展覽會(huì )上,齊重數控裝備股份有限公司展出的3臺大型數控專(zhuān)用機床,就是為加工制造風(fēng)電大型齒輪的設備。 |
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