04专项突破技术瓶颈,满足发电设备行业特殊需求

佚名
2019-11-25
来源:网络
长征机床集团有限公司为东方汽轮机厂提供的超重型核电转子专用数控轴向轮槽铣

  以核电为代表的发电设备行业,一个显著的特点是所需毛坯/工件制造的超大型化,这不仅对成形装备和金切机床提出了更高的要求,也从一个侧面体现了一个国家的基础制造能力。

  比如:

➤ 生产核电蒸汽轮机所需的中压缸和高压缸,需要宽大于7.5~8米、长大于22米的数控龙门镗铣床;重型数控立式车床及镗杆直径大于260毫米的数控落地铣镗床;

➤ 加工重达200多吨的60万千瓦汽轮机转子,需要回转直径3.5~5.0米、长15~20米的重型卧式车镗;

➤ 加工汽轮机叶片需要最大长度超过2.5米的五轴联动机床;

➤ 生产直径5~8米或更大、长约20米的压力容器,需要特种钢材制成的圆柱形锻件毛坯,超大型热处理设备与检测设备,切削加工需要超重型数控立式和卧式车床、大镗杆多轴联动数控镗铣床、数控龙门镗铣床和五轴联动车铣中心等超大规格金切机床。

  然而,由于锻造、热处理、管道成形和机床加工等技术落后,导致发电设备所需的很多重要部件,如核电的核心转子部件、60万千瓦以上超(超)临界发电设备所需的耐高压大口径厚壁无缝钢管等,国内均不能自给,而需要的成形和超大规格的金切加工设备,也普遍依赖进口。

  因此,自“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(以下简称“04专项”)实施以来,针对发电设备制造需求部署了一系列课题,目标是,开发出一批重要的高档数控机床与基础制造装备,基本形成高档数控机床与基础制造装备的自主创新能力,初步满足发电设备制造领域的需求。

  主要成果

  围绕上述课题目标,主要在以下3方面取得了一些重大进展:

  1. 在大型铸锻件成形装备制造技术上取得了突破,开发出3.5米超大厚度钢锭火焰切割设备、无损检测用驻波电子直线加速器、大型开合式热处理设备和3.6万吨黑色金属垂直挤压机,从铸造、锻造到热处理及检测,形成了超大型毛坯/工件的整体制造能力,成功地制造出百万千瓦级核电高低压转子锻件、超(超)临界大口径厚壁无缝钢管、600吨级超大型钢锭、100吨以上轧钢机架及50吨级不锈钢铸件等,改变了我国发电设备用轴、筒和管类大型铸锻件长期受制于人的局面。

  其中:



➤ 由中国第一重型机械集团公司研制的大型开合式热处理设备,可处理最大直径3米、长18米的工件,满足了大型百万千瓦核电发电机转子和汽轮机转子的热处理需求,于2011年荣获中国机械工业科学技术一等奖;

➤ 12MeV工业无损检测器可对厚度大于 400mm的大型铸锻件进行无损检测,填补了国内工业无损检测用驻波电子直线加速器产品的空白;

➤ 由内蒙古北方重工集团公司研制的3.6万吨黑色金属垂直挤压机,最大可挤压直径1200毫米、长12000毫米、重20吨的产品,实现了大口径厚壁无缝钢管的垂直挤压批量生产,是我国自主研制的世界最大的挤压装备,获得了2014年度中国机械工业科学技术一等奖和2015年度国家科技进步二等奖。

  2.开发出规格、品种较为齐全的重型和超重型复合加工设备及专用设备,包括:数控重型龙门车镗铣床、数控重型立式铣车床、数控重型卧式镗车床、数控重型落地铣镗床、数控转子槽铣、大直径滚齿机及大型叶片五轴铣床等,具备了超大型轴类、箱体类及结构类工件的加工能力。

  随着这些产品的研制成功,突破了超大型机床精加工、关键功能部件的研制及复合加工和控制等关键技术难关。

  其中,XHA28105数控龙门机床的加工宽度超过10米、加工高度8米,DL250数控重型卧式车床的加工直径6.5米、加工长度20米,数控立式车床的加工直径超过25米、加工高度6米,XK6932大型落地镗铣床可加工15米×6米×4米的工件,大型滚齿机可加工直径5米的齿圈,从而基本满足了发电设备行业加工超大型工件的需求,包括:核电、火电用大型汽轮机、发电机的壳体、转子和核岛部件,风电用大型齿圈及水电用大型水轮机部件等,在提高加工精度的同时,还实现了多工序的复合加工。

  值得一提的是,由发电设备行业用户牵头的叶片加工项目,不仅实现了国产数控机床在透平机叶片加工中的应用,而且在装夹长度2500mm的大型叶片五轴铣削及沙袋六轴磨削中,还实现了国产数控系统的配套应用。

  该课题成果填补了国内空白,满足了叶片及大型叶片的加工需求,提升了国内叶片制造业的水平,避免了国内电站汽轮叶片的生产对进口设备的依赖。

  在无锡透平叶片有限公司实施的“透平机械叶片制造应用国产高档数控机床示范工程”项目中,采用了大连科德数控有限公司的KturboM3000叶片铣

  3. 开展了面向数控重型机床的基础性研究工作,涉及“共性技术研究与平台建设”及“重型机床可靠性评价与试验方法的研究”等项目。

  其中,重型数控机床关键共性技术创新能力平台在机床地基、大尺度测量等6个方面取得了16项成果,并通过金切机床标委会向全行业发布;重型机床可靠性项目将重型机床的可靠性指标提升了一倍。

  此外,“大型铸、锻、焊件制造工艺大口径厚壁长管件挤压工艺与质量控制技术”、“核电大型复杂管件关键制造工艺及应用研究”、“大型铸、锻、焊件制造工艺-大型高质量铸件的材料冶炼与成型控制技术”等课题,也都是面向特殊工艺的基础研究课题,与研发的装备形成了配套。

  总之,围绕发电设备行业需求而开发的超大型毛坯/工件成形设备及金切机床,在规格和功能方面填补了国内空白,形成了超大型毛坯/工件的整体制造与加工能力,不仅支撑了我国电力设备行业的发展,还满足了船舶、冶金及工程机械等行业对超大成形装备及金切机床的需求,部分产品还实现出口。

  应用案例

  由北一机床有限公司开发的数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床已于2010年7月在哈尔滨汽轮机有限公司投入使用。

  自使用以来,该机床运行稳定,已完成多种超大规格工件的加工,包括常规核电高压缸、AP1000钛合金板及规格最大的AP1000低压内缸等,成为哈尔滨汽轮机有限公司的关键加工设备。

  用于超临界核电半速转子加工的超重型数控卧式镗车床,已于2010年2月在中国二重投入使用,自交付以来,已加工出各种规格的核电半速转子、超重型支撑辊子和核电主管道等大型轴类零件,其中包括国内第一个最大的1100MW核电半速转子及国内第一个最大的5M轧机超重型支承辊,加工精度达到国际先进水平。

  该机床的研制成功,解决了我国重大装备关键零件的国产化加工难题。

  用于超临界核电半速转子加工的超重型数控卧式镗车床,已于2010年2月在中国二重投入使用

  开发的超重型数控落地铣镗已于2012年10月在洛阳中信重工机械股份有限公司投入使用。

  该机床的加工效率显著提升,目前已加工的产品涉及矿山机械、冶金和发电装备所需的典型超大型工件,如18500t油压机移动横梁(尺寸15000mm×6000mm×4000mm)、4300mm轧机牌坊和大型球磨机部件等。

  自安装后,该设备一直处于稳定可靠的连续运行之中。

  开发的数控双立柱移动立式铣车已于2016年9月在重庆水轮机有限公司投入使用。

  自使用以来,该设备表现出了刚度高、切削力大、运行稳定、故障率极低和可靠性极好的优势,现已成为重庆水轮机有限公司全面提升关键零件加工精度和机组整体质量的把关性设备,完美地加工出了水轮机的座环、蜗壳、顶盖和底环,以及发电机的机座、上机架等关键零部件。

  差距及建议

  1.重型机床的精度与可靠性仍有待提高。

  由吉林大学牵头的“重型机床可靠性评价与试验方法的研究”课题,采用同样的方法对21台国产重型机床与13台国外知名重型机床(役龄超过5年)进行了为期4个月的现场跟踪对比试验,结果表明,国产重型机床的MTBF普遍较低。

  虽然通过课题的实施,国产重型机床的MTBF提高了一倍,但与同类进口新机床相比,仍有差距,还需要进行深入的研究与验证。

  在精度及精度稳定性方面,特别是在最后精度保障的关键工序方面,国内设备存在的差距依然较大。

  2.大型铸锻件在成材率、制造效率和制造精度等方面与国外相比还有很大的差距,部分高端大锻件的生产工艺尚未固化,不能实现批量稳定生产,导致成品率较低,成本较高;锻件的材料、能源消耗较大,大锻件生产的经济性和节能减排还有很大的提升空间。

  目前,现有的成形装备多数处于自动化水平,在数控化、智能化方面有待进一步提升。

  总之,到“十二五”末,04专项面向发电设备制造行业的课题均已完成,研发的成形装备和机床已在电力设备制造企业中得到应用。

  对照课题目标,产品规格和技术指标均已满足要求,基本实现了04专项面向发电设备领域的2020目标。

  面对存在的问题,建议继续支持面向发电设备行业的精品设备的研发,继续支持重型机床可靠性方面的研究与验证,继续支持开发重型机床与装备所需的国产大扭矩伺服电机及驱动技术与产品并提供用户应用机会,以推动国内发电设备行业进一步提升整体竞争力。

来源:04专项


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