可再生能(néng)源正在全(quán)面(miàn)挑戰傳(chuán)統能源的産出(chū)方式，比如2016年光(guāng)伏上網價格和風電(diàn)電價均已(yǐ)出台(tái)下(xià)調方案(àn)。雖然趨勢如此，但(dàn)國家能源局近年(nián)來的(de)統計(jì)數據表明,發電(diàn)量的(de)七(qī)成仍源自火(huǒ)電發(fā)電，包括(kuò)水、風(fēng)、核電、太(tài)陽能等(děng)新能源并未對(duì)傳(chuán)統能源形成強勢沖擊。
可是,目前國(guó)内電(diàn)力市場已日趨飽和，在國(guó)家扶持新(xīn)能源的政(zhèng)策(cè)下，火力(lì)發電(diàn)等傳統發(fā)電形式(shì)“上大壓(yā)小”，采用大(dà)功率(lǜ)設備已成為電力行(háng)業的(de)共識(shí)。
“大”帶(dài)來的挑戰(zhàn)
作為我(wǒ)國制造(zào)大型(xíng)電力(lì)設(shè)備(bèi)的主力廠商，上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機廠（sepc）隸屬于(yú)上海電氣集(jí)團(tuán)股份有限公司(sī)電站集(jí)團(tuán)，是與(yǔ)德國(guó)西門子公(gōng)司(sī)合資的企業(yè)，主要從(cóng)事(shì)火電(diàn)、核電、燃機(jī)領域的大(dà)型(xíng)發電機(jī)成套産品(pǐn)的研發和(hé)制造。
從2004年(nián)開始，上海(hǎi)發電(diàn)機廠(chǎng)火力發電(diàn)機組的生(shēng)産、銷售、以(yǐ)及訂單數(shù)量連續保持世(shì)界第一。近幾(jǐ)年(nián)公司1000mw等級水氫(qīng)冷機組每年的(de)訂單量基(jī)本穩(wěn)定在(zài)9000mw～13000mw範圍内，國(guó)内市場占有率約80%，600mw等級水氫冷機組年(nián)訂單量(liàng)本穩(wěn)定在6000mw～9000mw，國内(nèi)市場(chǎng)占有(yǒu)率約(yuē)60%，産品遠銷多個國家。
我國(guó)現有的300mw、600mw、1000mw水(shuǐ)氫(qīng)冷汽輪發電(diàn)機(jī)效率、年(nián)運行小時等參(cān)數均已達到國際先進水平，近(jìn)年國家規定國(guó)内能生産的亞(yà)臨(lín)界600mw及以下容(róng)量機組一般不(bú)再進口，這(zhè)加快(kuài)了對(duì)我國(guó)電站(zhàn)建設(shè)制造業的(de)發展(zhǎn)。電(diàn)站(zhàn)制造(zào)業是國家(jiā)重要(yào)的基礎工(gōng)業之(zhī)一，法國、德國、日本、俄(é)羅(luó)斯、美國的大型核電站、火電站的絕大(dà)部分機組都是(shì)本國制造的。
随(suí)着“上(shàng)大壓小”政(zhèng)策的(de)實施，sepc目前(qián)已經(jīng)形成(chéng)完善的空冷50mw～200mw等級、雙(shuāng)水内水冷60mw～340mw等級(jí)、水氫(qīng)冷200～1000mw等級等(děng)系列産品(pǐn)，在超(chāo)超臨(lín)界(jiè)1000mw級火電(diàn)、核電(diàn)及燃氣輪(lún)發電機等(děng)重大(dà)項目(mù)上實現了(le)曆史性突(tū)破，目(mù)前正在研發國(guó)際上最大(dà)容量(liàng)的1800mw級(jí)核(hé)電發電機、1200mw級(jí)火電發電機等産品(pǐn)，以形(xíng)成新的發(fā)電機(jī)核心技(jì)術(shù)，不斷(duàn)提高企(qǐ)業核心競争力。走(zǒu)進sepc的廠房，可看(kàn)到：主(zhǔ)廠房長(zhǎng)312米，寬36米，高34米，吊重能力(lì)可達(dá)500噸，具備了可加工目前世界(jiè)上最(zuì)大(dà)容量(liàng)——1800mw四極核電(diàn)發電(diàn)機和年産(chǎn)量3000萬千瓦(wǎ)的生産能(néng)力。
随着等(děng)級的(de)提升(shēng)，發電設備(bèi)尺寸(cùn)也随之加(jiā)大，動辄上百噸、幾十米(mǐ)的(de)大型(xíng)設備(bèi)給加(jiā)工帶(dài)來的(de)不僅僅是(shì)不便，加(jiā)工難(nán)度也随之提升。
由(yóu)于發(fā)電設備産(chǎn)品的特性，對設(shè)備的可靠性有(yǒu)着嚴(yán)格的(de)要求。比如(rú)轉子是大(dà)型電力(lì)設(shè)備—發(fā)電機中的核心(xīn)部件(jiàn)，其(qí)加工質量的(de)好壞影響(xiǎng)了發電機(jī)的運(yùn)行質量。且(qiě)轉子(zǐ)胚件(jiàn)尺寸大，成(chéng)本不菲(fēi)，供應有(yǒu)限，雖加工(gōng)要求(qiú)高，但(dàn)也必須加(jiā)工零失(shī)誤(wù)率。
此外發電設備中(zhōng)其他一(yī)些典型關鍵(jiàn)零(líng)部件(jiàn)如轉子輪(lún)槽(cáo)以及轉子(zǐ)嵌線鸠尾(wěi)槽等(děng)的切(qiē)削加(jiā)工(gōng)，由于被加工(gōng)材料屬(shǔ)于耐熱(rè)高強度合金鋼(gāng)、不鏽鋼(gāng)等(děng)難加(jiā)工材料，切削量(liàng)大(dà)、切削負荷重(zhòng)，對數控(kòng)刀具(jù)的(de)切削性能，諸如(rú)高溫(wēn)紅硬性、彎(wān)曲剪切(qiē)強度、抗(kàng)磨損(sǔn)性、抗(kàng)粘接(jiē)性、摩擦系數等(děng)有很(hěn)高的要求。
發電(diàn)設備(bèi)中典(diǎn)型關(guān)鍵零部件如轉子輪(lún)槽以(yǐ)及轉(zhuǎn)子嵌線(xiàn)鸠(jiū)尾槽，屬(shǔ)于耐熱(rè)高強(qiáng)度合金鋼(gāng)、不鏽鋼等難加(jiā)工(gōng)材料，切削量(liàng)大、切(qiē)削負荷(hé)重(zhòng)，對數控刀具的(de)切削性能(néng)有很高的(de)要求
對1000mw及(jí)以上(shàng)的(de)二(èr)級發電機轉子來(lái)說(shuō)，其本體嵌(qiàn)線槽(cáo)由于(yú)槽(cáo)深(shēn)深度(dù)大（100mm以上）,槽(cáo)壁薄(báo)（15mm左(zuǒ)右）如下(xià)圖所(suǒ)示，剛性差(chà)，易引起加工(gōng)變(biàn)形，加(jiā)工困難。
對(duì)1000mw及以(yǐ)上的(de)二級發電(diàn)機(jī)轉(zhuǎn)子(zǐ)來說，整體靜态(tài)撓度(dù)大，其本(běn)體嵌線槽(cáo)由于槽深深度(dù)大,槽壁薄(báo)，剛性差，易引起加工(gōng)變形(xíng)，加(jiā)工困(kùn)難(nán)
但難點(diǎn)正(zhèng)是關(guān)鍵點。控(kòng)制和減(jiǎn)少二極轉子嵌(qiàn)線槽的(de)切削變(biàn)形，是提高轉子(zǐ)運轉精度(dù)、保證(zhèng)發電機運(yùn)行品(pǐn)質的關鍵(jiàn)。一般(bān)來(lái)說嵌線槽在(zài)加工中(zhōng)發生變形，嵌線槽(cáo)槽口(kǒu)變形量可(kě)達到(dào) 0.5mm。要減小變形，必(bì)須選(xuǎn)擇合(hé)适的切削(xuē)力并減小(xiǎo)降低殘餘(yú)應力(lì)。這不僅(jǐn)對工藝(yì)工程師和(hé)操作人員提出了高(gāo)要求，其高精度(dù)複雜型面(miàn)的切(qiē)削對數控刀具本身(shēn)的精度也提出了更高的要求。
難點重(zhòng)重
機加工是發電(diàn)機組生産的重(zhòng)要環節，發電機(jī)轉子、定子(zǐ)、機座(zuò)等部件切(qiē)削量(liàng)很大，對機床和刀具要(yào)求都很(hěn)高。汽(qì)輪發電機轉軸嵌線槽是(shì)采用(yòng)專用可轉(zhuǎn)位轉子槽(cáo)盤銑刀，在數控轉子(zǐ)槽銑床(chuáng)上加工而成(chéng)。由(yóu)于轉軸(zhóu)材質為高強(qiáng)度(dù)合金(jīn)鋼(gāng)，切削槽(cáo)深、銑刀(dāo)直徑大(dà)、切削速快，對刀具綜合性能要(yào)求很高。
以轉(zhuǎn)子(zǐ)加工為例，鍛造出的(de)原(yuán)材料工(gōng)件首先要(yào)經過車削，然(rán)後(hòu)是銑(xǐ)削加工(gōng)。銑(xǐ)削分(fèn)粗銑和精銑，每(měi)個工序分(fèn)兩步(bù)又分兩(liǎng)步走。“銑(xǐ)槽必須要分段(duàn)，因為牽扯到轉(zhuǎn)子的動平衡。”這是每個工藝操(cāo)作人(rén)員都(dōu)所熟(shú)稔的(de)。
轉子本體(tǐ)外圓有一(yī)圈軸向方向的(de)嵌線(xiàn)槽，業内也稱之為轉子縱樹型(xíng)輪槽(cáo)，有時每個轉子的嵌(qiàn)線槽(cáo)會多(duō)達30多(duō)條。發(fā)電機(jī)轉子槽形(xíng)整體(tǐ)加(jiā)工(gōng)要求較高：整槽寬度(dù)公差要求≤0.2mm、等分(fèn)度要求≤0.02°、粗(cū)糙度(dù)要求≤ra3.2，其次工藝(yì)要求的(de)加(jiā)工效(xiào)率要高，需要兼顧機床加工性(xìng)能及刀(dāo)具(jù)切削性能(néng)。
要(yào)提高産(chǎn)品的(de)性(xìng)能一般(bān)有(yǒu)兩(liǎng)種途徑，一(yī)是加大資金投資購(gòu)買設備，或(huò)者求助(zhù)外協；還(hái)有一(yī)種辦法就(jiù)是(shì)對刀具切削(xuē)工藝進行改進(jìn)——這是最直(zhí)接的(de)手段(duàn)，如(rú)果(guǒ)刀具(jù)的切削效(xiào)率能(néng)夠提高一(yī)倍，就(jiù)相當于增(zēng)加(jiā)了(le)一台機床，它帶(dài)來的效(xiào)果立竿(gān)見影(yǐng)，事半功倍(bèi)。sepc的轉子槽加工(gōng)工序中大量使(shǐ)用了(le)各種盤銑(xǐ)刀和鸠(jiū)尾銑刀，所用(yòng)刀(dāo)具以德(dé)國瓦爾特(tè)公司(sī)提供的(de)可(kě)轉位盤銑刀和(hé)可轉(zhuǎn)位鸠尾銑刀為(wéi)主。
國(guó)内發電機(jī)制造技(jì)術發展經曆(lì)了三(sān)個階(jiē)段，制造工(gōng)藝也從手工、機械、數顯加工為(wéi)主，逐(zhú)步發展到(dào)數控(kòng)智能化加(jiā)工，轉(zhuǎn)子嵌線槽(cáo)内鸠尾槽的(de)加(jiā)工刀(dāo)具從之(zhī)前高速(sù)鋼(gāng)材質演(yǎn)變到(dào)可轉(zhuǎn)位刀片刀(dāo)具。起初，sepc和(hé)原來合作的刀(dāo)具供應商也已将部分方案(àn)做成了(le)硬質合金可(kě)轉位刀(dāo)片(piàn)方案。但(dàn)其中一款(kuǎn)刀具從定(dìng)方案(àn)到制(zhì)造、試(shì)加工、修改(gǎi)方案，幾次反複(fú)試加(jiā)工(gōng)總共花(huā)了近(jìn)兩(liǎng)年的時(shí)間，最終仍然不(bú)符合(hé)技術要求(qiú)，最主要的原(yuán)因(yīn)在于(yú)整體加工性能(néng)不好，工件(jiàn)的表(biǎo)面質量無(wú)法(fǎ)保證。了解到相關發(fā)電行業(yè)的一(yī)些(xiē)成功案例後(hòu)，具有(yǒu)較豐(fēng)富經驗的瓦爾特(tè)進入了sepc的備(bèi)選名單。
應(yīng)用在(zài)300mw等級上(shàng)的粗齒(chǐ)型粗(cū)銑(xǐ)盤(pán)銑刀(dāo)是瓦(wǎ)爾(ěr)特和sepc的首個合作成果。因為轉子(zǐ)槽粗(cū)加工加工(gōng)餘量(liàng)大，要求(qiú)良好的排屑功(gōng)能，此外(wài)關鍵還(hái)不(bú)能出(chū)現拉鐵圈(quān)、磨(mó)痕。300mw的嵌(qiàn)線槽槽寬(kuān)38mm,粗銑(xǐ)刀選用的(de)切寬(kuān)是36mm，單邊留(liú)1個(gè)毫米左(zuǒ)右精(jīng)銑餘量。常規(guī)的(de)加工工(gōng)藝(yì)是：第(dì)一步(bù)盤銑(xǐ)刀粗銑後鸠尾(wěi)槽粗(cū)銑，接着盤銑刀(dāo)第二(èr)、三…刀(dāo)粗銑(xǐ)，結束(shù)後再進行(háng)盤銑刀(dāo)精銑，一(yī)般都(dōu)是整槽形(xíng)一(yī)刀(dāo)到底，然後(hòu)再進行鸠(jiū)尾精(jīng)銑。這其中所使(shǐ)用的粗銑盤銑刀就是(shì)瓦(wǎ)爾特牌号(hào)為wf341-6092000的盤銑(xǐ)刀，它采用卡(kǎ)口(kǒu)式刀(dāo)座設計，極(jí)适合(hé)用(yòng)于電機(jī)轉子槽粗/精加(jiā)工，刀體剛性極(jí)好，加工效(xiào)率高(gāo)，特别是(shì)在精加(jiā)工時，表面無明(míng)顯刀痕(hén)，粗糙度非常好(hǎo)。
改(gǎi)變看(kàn)得見
現在看起(qǐ)來一切都(dōu)很順利，但(dàn)實際上雙(shuāng)方在設計(jì)這款(kuǎn)刀(dāo)具時(shí)，也(yě)是一(yī)波三折。
由(yóu)于轉(zhuǎn)子槽底(dǐ)比較大，因此(cǐ)刀(dāo)具加工(gōng)時受(shòu)到(dào)的(de)阻力比(bǐ)較大(dà)，刀盤的(de)抗震性也會差一點。瓦爾特定(dìng)制的(de)刀(dāo)具最初被設計成波浪(làng)形，效果并不理(lǐ)想，前後(hòu)實驗(yàn)了3次：第一次(cì)把刀座做(zuò)了調(diào)整，第(dì)二次(cì)是把刀具運回到(dào)德國改(gǎi)進，但還有(yǒu)小缺陷，第(dì)三次又重(zhòng)新訂做了一套新的刀座。但是(shì)雙方都(dōu)有(yǒu)着“不(bú)達目的不罷休(xiū)的勁(jìn)頭”，數(shù)次在(zài)加工現場(chǎng)商讨(tǎo)試驗(yàn)，最終(zhōng)提供(gòng)出幾(jǐ)近完美的(de)解決方(fāng)案(àn)。現(xiàn)在(zài)瓦爾特刀具在(zài)sepc的應(yīng)用(yòng)已(yǐ)經越(yuè)來越多，隻要有新(xīn)的(de)産(chǎn)品設計(jì)都會在(zài)第(dì)一時(shí)間看到瓦爾特(tè)資深(shēn)技(jì)術人員的參與。
同(tóng)時，降本增效也(yě)是sepc選(xuǎn)擇刀(dāo)具的(de)重要(yào)條件。比如600mw鸠尾(wěi)槽由高(gāo)速鋼刀(dāo)具更換為(wéi)瓦爾(ěr)特的刀具(jù)後粗(cū)糙度(dù)由原(yuán)先的ra6.3提高至(zhì)不(bú)大于ra3.2，加工效(xiào)率由原(yuán)先使用高(gāo)速鋼(gāng)刀具加工(gōng)每個(gè)槽需(xū)90分鐘，提高(gāo)到使用硬質合金刀具(jù)後隻需(xū)30分鐘(zhōng)。雖(suī)然(rán)刀片消耗成本(běn)略高(gāo)于高速鋼刀(dāo)具(jù)方案，但由(yóu)于加工工時(shí)減少，且(qiě)加工進(jìn)給量由(yóu)于比原先(xiān)提高(gāo)不少：可以從原(yuán)來的不足100mm/min提高(gāo)到240～280mm/min，綜合計(jì)算下(xià)來，實際加工成(chéng)本(běn)的(de)降低依然(rán)可觀。
目前，1000mw水(shuǐ)氫(qīng)冷、600mw水氫冷(lěng)iii型、300mw水氫冷是sepc訂單最(zuì)多的拳頭(tóu)産品，年産台份(fèn)數在(zài)25～35台，每年總的産品制造容量穩(wěn)定在2000~3000萬(wàn)千(qiān)瓦（3000萬(wàn)千瓦(wǎ)機(jī)組一年(nián)發電(diàn)量可達2400億(yì)度）。此(cǐ)外水(shuǐ)冷機(jī)組也是sepc另一項引以為傲的自(zì)主開(kāi)發産(chǎn)品，至(zhì)今已累積制造(zào)的水冷(lěng)機(jī)組(zǔ)台(tái)份數(shù)超過650台。目(mù)前，sepc也已經在研(yán)發世界660mw最大水(shuǐ)冷發電機組及(jí)1200mw等級(jí)世界最(zuì)大(dà)二極發電機機(jī)組。
随着(zhe)中國裝(zhuāng)備制造業的發(fā)展，未(wèi)來生(shēng)産企(qǐ)業對機床和刀(dāo)具的要求(qiú)也越來越高(gāo)。金(jīn)屬切(qiē)削機床和刀具(jù)作為切削加工(gōng)的基(jī)礎工藝裝(zhuāng)備，被稱為(wéi) “孿生(shēng)兄弟(dì)”，機床(chuáng)依靠優良的“牙齒”才能(néng)發揮最佳作(zuò)用。可以(yǐ)說(shuō)刀(dāo)具(jù)性能和質量直(zhí)接影響(xiǎng)到整體生産(chǎn)效(xiào)率的高(gāo)低、加工(gōng)質(zhì)量的(de)好壞，以及生産(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效(xiào)益，所以國(guó)外企業才有“企(qǐ)業的紅利在刀(dāo)刃上”的(de)說(shuō)法。sepc正(zhèng)緻力于(yú)此(cǐ)。
