中國機床工具工業(yè)協(xié)會調研顯示,核電和風電裝備制造需要的機床特點是:大規(guī)格、大噸位、高剛度、高可靠性。目前,與核電工業(yè)和風電工業(yè)的要求相比,國產機床的可靠性和穩(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堆堆芯、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)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、驅動機構等部件。常規(guī)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(tǒng)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型,需要不同機床設備進行加工。
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)電機組的大小。 目前,主要生產百萬千瓦級核電設備,壓力容器的直徑5~8m或更大,長度約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,需要萬噸壓力機鍛壓成型。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)動數(shù)控鏜銑床、數(shù)控龍門鏜銑床、五軸聯(lián)動車銑中心等。這些設備規(guī)格大,對于加工精度、主軸轉速和快速移動等參數(shù)并沒有特別要求,但是由于這些工件的價格昂貴,而且沒有備件,要求成品率必須100%,因此對機床的可靠性和穩(wěn)定性有很高的要求。 一座核電站需要10多種200多臺各種類型的泵,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鍵部件,是核電運轉控制水循環(huán)的關鍵,屬于核電站的一級設備,每個蒸汽發(fā)生器有一個主泵。
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,完全依賴進口,主要是因為主泵要求連續(xù)運行至少30年不準出現(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,沈鼓正在與美國西屋公司進行聯(lián)合研制,總體新設計還沒有完成。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,該泵平時不用,只有發(fā)生故障時使用,要求在6秒鐘內啟動,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備主要有五軸聯(lián)動加工中心、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(最大葉片長度超過1600mm)4~5軸聯(lián)動加工中心,用于加工轉子的數(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、大型定子專用機床等。 如加工一個重達200多噸的60萬千瓦汽輪機轉子,需要回轉直徑3.5~5.0m、長15~20m的重型臥車,加工渦輪葉片需要五軸聯(lián)動加工中心,加工中壓缸、高壓缸需要寬7.5~8m、長22m
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