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新能源風(fēng)頭正勁 要求機(jī)床裝備具有高可靠性

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    中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)調(diào)研顯示，核電和風(fēng)電裝備制造需要的機(jī)床特點(diǎn)是：大規(guī)格、大噸位、高剛度、高可靠性。目前，與核電工業(yè)和風(fēng)電工業(yè)的要求相比，國(guó)產(chǎn)機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定性還有一定差距。
　　可靠性是核電加工設(shè)備的命脈

　　核電站的裝備主要包括三部分：核島(一回路)、常規(guī)島(二回路)、輔助裝備。

　　核島部分主要由反應(yīng)堆堆芯、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器和主泵組成，其中反應(yīng)堆堆芯包括壓力容器、核燃料棒束、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件。常規(guī)島由水泵、汽水分離器、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、蒸汽凝結(jié)器等組成。此外，有支持系統(tǒng)正常運(yùn)行和保證反應(yīng)堆安全的輔助設(shè)備。這些是核電站設(shè)備的主要組成部分。

　　這些設(shè)備主要部件的制造可分為以下幾種類型，需要不同機(jī)床設(shè)備進(jìn)行加工。

　　壓力容器殼體、蒸汽發(fā)生器殼體、穩(wěn)壓器殼體等大型圓桶類部件，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(jī)組的大小。

　　目前，主要生產(chǎn)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電設(shè)備，壓力容器的直徑5～8m或更大，長(zhǎng)度約20m，分為4～5節(jié)，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(jī)鍛壓成型。后續(xù)切削加工需要超重型數(shù)控立式車床、超重型數(shù)控臥式車床、大鏜桿多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控鏜銑床、數(shù)控龍門鏜銑床、五軸聯(lián)動(dòng)車銑中心等。這些設(shè)備規(guī)格大，對(duì)于加工精度、主軸轉(zhuǎn)速和快速移動(dòng)等參數(shù)并沒有特別要求，但是由于這些工件的價(jià)格昂貴，而且沒有備件，要求成品率必須100%，因此對(duì)機(jī)床的可靠性和穩(wěn)定性有很高的要求。

　　一座核電站需要10多種200多臺(tái)各種類型的泵，這些泵都屬于離心泵。其中主泵(1級(jí)泵)是位于核島心臟部位的關(guān)鍵部件，是核電運(yùn)轉(zhuǎn)控制水循環(huán)的關(guān)鍵，屬于核電站的一級(jí)設(shè)備，每個(gè)蒸汽發(fā)生器有一個(gè)主泵。

　　核島中主泵的結(jié)構(gòu)并不比其他泵復(fù)雜，但是要求極高，要求具有絕對(duì)的可靠性，是核反應(yīng)堆中惟一國(guó)內(nèi)目前做不了的設(shè)備，完全依賴進(jìn)口，主要是因?yàn)橹鞅靡筮B續(xù)運(yùn)行至少30年不準(zhǔn)出現(xiàn)任何問題。主泵直徑約2m，高5~6m，其主要部件分為兩類：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(guó)西屋公司進(jìn)行聯(lián)合研制，總體新設(shè)計(jì)還沒有完成。除了1級(jí)主泵外，還有多種2級(jí)、3級(jí)泵，各種泵的名稱和功能不一樣，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(nèi)啟動(dòng)，起到降溫的作用。這些泵的加工基本上包括了車、銑、鏜、鉆、攻絲等工序。

　　承壓部件的泵體和泵蓋加工需要的設(shè)備主要有大型數(shù)控立式車床、數(shù)控落地銑鏜床、龍門加工中心等設(shè)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題。

　　功能部件中葉輪和葉輪軸加工需要的設(shè)備主要有五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、數(shù)控車床、大型數(shù)控臥式車床等。

　　常規(guī)島部分主要由蒸汽輪機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、水泵、汽水分離器等組成。核電蒸汽輪機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)都與火電(燃煤)蒸汽輪機(jī)相同，不同之處在于同等發(fā)電容量的蒸汽輪機(jī)組，核電蒸汽輪機(jī)的直徑比火電蒸汽輪機(jī)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(zhuǎn)子等。主要加工機(jī)床有用于加工葉片的不同型號(hào)(最大葉片長(zhǎng)度超過1600mm)4～5軸聯(lián)動(dòng)加工中心，用于加工轉(zhuǎn)子的數(shù)控重型臥式車床、數(shù)控葉根槽銑床，用于加工定子的數(shù)控大型落地銑鏜床、數(shù)控龍門鏜銑床、大型定子專用機(jī)床等。如加工一個(gè)重達(dá)200多噸的60萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，需要回轉(zhuǎn)直徑3.5～5.0m、長(zhǎng)15～20m的重型臥車，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(zhǎng)22m的數(shù)控龍門鏜銑床和重型數(shù)控立式車床以及鏜桿直徑200～260mm的數(shù)控落地銑鏜床等。一般情況下，能滿足火電蒸汽輪機(jī)加工需要的機(jī)床，基本上也能滿足核電蒸汽輪機(jī)加工的要求。在這些機(jī)床設(shè)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(zhuǎn)子主軸加工用數(shù)控臥式車床等，國(guó)內(nèi)基本可以滿足要求。但是，大型葉片加工用加工中心和數(shù)控葉根槽銑床等數(shù)控機(jī)床主要依靠進(jìn)口。

此外，核電發(fā)電機(jī)與火電發(fā)電機(jī)基本相同，兩者的加工設(shè)備也沒有什么不同。在一般情況下，能滿足火電發(fā)電機(jī)加工需要的機(jī)床，基本上也能滿足核電發(fā)電機(jī)加工的要求。主要加工機(jī)床有用于加工轉(zhuǎn)子的數(shù)控重型臥式車床、數(shù)控轉(zhuǎn)子槽銑床，用于加工定子的數(shù)控大型落地銑鏜床、大型定子專用機(jī)床等。目前，在這些需要的高檔數(shù)控機(jī)床中，部分機(jī)床國(guó)內(nèi)可以滿足需要，但是部分機(jī)床設(shè)備如數(shù)控轉(zhuǎn)子槽銑床等仍然依靠進(jìn)口。

　　機(jī)床精度制約風(fēng)電設(shè)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(jī)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(jī)組發(fā)展，要求高可靠性、壽命周期長(zhǎng)，因此零部件的精度、功能要求很高。

　　隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組的原理和結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，未來(lái)的風(fēng)電機(jī)組在向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、體積減小的方向發(fā)展。目前，我國(guó)正在開發(fā)無(wú)齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。如哈爾濱發(fā)電設(shè)備集團(tuán)的發(fā)電設(shè)備工程研究中心開發(fā)了無(wú)齒輪箱變速變槳永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，正在研制“變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”和“直驅(qū)型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”等，可代替帶齒輪箱傳動(dòng)的異步發(fā)電機(jī)組，具有制造成本低、運(yùn)行可靠、維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　目前，生產(chǎn)最多的是有齒輪箱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，完成其各種部件的制造需要不同機(jī)床設(shè)備進(jìn)行加工。

　　風(fēng)機(jī)的變速箱主要由箱體、行星輪系和變速機(jī)構(gòu)等組成。風(fēng)機(jī)變速箱體屬于大型箱體，根據(jù)發(fā)電量的不同，直徑約2～3m，大部分為分體結(jié)構(gòu)。加工需要鏜桿直徑約160～250mm的數(shù)控落地銑鏜床和大型臥式加工中心、龍門加工中心等，加工精度要求較高，目前主要使用的是進(jìn)口設(shè)備。

　　變速箱內(nèi)的齒輪加工量很大，需要對(duì)大型內(nèi)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(shè)備為大型數(shù)控立式滾齒機(jī)、數(shù)控插齒機(jī)、數(shù)控磨齒機(jī)等。這些齒輪加工機(jī)床中，大規(guī)格數(shù)控齒輪機(jī)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(guó)產(chǎn)設(shè)備。其中大規(guī)格、大模數(shù)齒輪和齒圈采用數(shù)控成型銑齒機(jī)和數(shù)控成型磨齒機(jī)，數(shù)控成型銑齒機(jī)要求大切深、大進(jìn)給、滾速高。數(shù)控成型磨齒機(jī)要求精度達(dá)到5級(jí)以上，自動(dòng)化程度高、自動(dòng)調(diào)心、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)修形、穩(wěn)定性高。目前，國(guó)內(nèi)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。該廠生產(chǎn)任務(wù)非常忙，長(zhǎng)期三班倒，還是不能完全滿足市場(chǎng)需求，因此要求加工設(shè)備穩(wěn)定、可靠，目前該廠使用的齒輪加工機(jī)床基本上是進(jìn)口設(shè)備。風(fēng)電用發(fā)電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)與火電等其他發(fā)電機(jī)基本一樣。風(fēng)電大都使用千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)，比較火電使用的萬(wàn)千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)，屬于不同級(jí)別的機(jī)組。從制造角度上看沒有太大難度，能制造火電發(fā)電機(jī)組的企業(yè)，一般都能滿足制造風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的要求。但是，風(fēng)電發(fā)電機(jī)要求使用壽命達(dá)到20年以上，對(duì)其穩(wěn)定性和可靠性要求更高。

　　風(fēng)機(jī)的葉片大多采用環(huán)氧玻璃纖維或碳纖維等復(fù)合材料制作。葉片設(shè)計(jì)主要采用全三維氣動(dòng)仿真和結(jié)構(gòu)有限元仿真，使用真空灌注工藝進(jìn)行葉片生產(chǎn)。機(jī)械加工較少，部分需要沖切成型。

　　葉片的變槳機(jī)構(gòu)主要有變槳電機(jī)、減速器和變槳控制器等。對(duì)制造設(shè)備沒有特殊要求，國(guó)內(nèi)機(jī)床可以滿足需求。

　　偏航機(jī)構(gòu)主要部件是帶內(nèi)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(guó)內(nèi)還不能制造，主要依靠進(jìn)口。國(guó)內(nèi)天馬股份將進(jìn)行偏航機(jī)構(gòu)用的大型軸承開發(fā)制造。其加工設(shè)備主要是一些要求較高的專用機(jī)床裝備，如CCMT2008展覽會(huì)上，齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司展出的3臺(tái)大型數(shù)控專用機(jī)床，就是為加工制造風(fēng)電大型齒輪的設(shè)備。

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