研制核电汽轮机铰孔工具

研制核电汽轮机铰孔工具中国能源建设集团广东火电工程有限公司目录一、小组简介4二、选择课题4三、设定目标6四、提出方案并确定最佳方案8五、制定对策17六、对策实施19七、效果检查22八、标准化26九、总结及下一步计划2629研制核电汽轮机铰孔工具汽机先锋QC小组前言阳江核电站整体规划容量为61000MW机组，我司承建工程为阳江核电厂3、4及6号机组常规岛建安及BOP安装工程。阳江核电常规岛汽轮发电机整体供货商为上海电气集团，汽机类型为三缸四排汽结构设计，重量都比常规火电机组大出很多，其低压转子重量近230t。汽轮发电机部分的轴系主要由HP、LP1、LP2、发电机、四根转子组成。由于转子本身重量大，所以随之所对应的对轮螺栓数量就多，本机组4条转子共70个螺栓孔，低低对轮、低发对轮各28个螺栓孔。汽轮发电机整个轴系连接图关于对轮铰孔对轮铰孔是核电汽轮机现场安装的重要工作之一，铰孔后螺栓孔的精度要求及对轮连接前同心度控制是直接影响到机组运行的振动、安全与稳定。同心度是由两对轮端面的契合程度、对轮螺栓孔位置的精确度、对轮螺栓孔与对轮螺栓配合精度等因素决定的。由于对轮螺栓的最终配重是需要根据对轮螺栓孔实际尺寸按照图纸间隙进行照配，所以现场需要先行完成对轮螺栓孔的铰孔工作。1. 小组简介小组名称汽机先锋QC小组注册号码YJ-2018-004课题名称研制核电汽轮机铰孔工具登记时间2017.03.10课题类型创新型活动时间2017.03.102018.02.28活动次数8次QC小组培训课时人均10课时成员姓名性别年龄文化程度职务小组职务小组分工万大勇男 34本科 经理 组长 策划组织夏焕澄男46本科部长副组长方案策划薛龙飞男30大专工程师副组长方案策划严玉辉男32本科业主协调技术指导陆杰宏男40大专班长组员施工协调刘飞男28本科技术员组员策划组织晏雨华男29本科QC2组员质量检查廖天养男57高中QC1组员质量检查唐小丰男37高中安装工组员现场实施林伟峰男29技校安装工组员现场实施黄梓兴男37技校安装工组员现场实施 制表人：刘飞 日期：2017.03.102. 选择课题1） 选题背景对轮铰孔工作的进度与铰孔后的质量直接关系着整个主线的进度与机组的使用寿命。阳江项目汽轮发电机组其对轮磨孔采用油石研磨工具，由于厂供铰孔工具现场操作难度大，研磨后的螺栓孔一次合格率特低，加之两对轮螺栓孔之间错口量过大、偏差超出图纸要求以及发电机转子端面设计有凹槽等不利因素导致对轮磨孔工期大幅加长，操作过程中对轮螺栓孔精度难以控制，进而影响了汽轮机主线安装工作的进度。鉴于阳江核电#3机组对轮磨孔一次合格率较低及所需工日太长，项目部结合业主方商讨，决定研制一套新的铰孔设备应用在#4机组上，以提高#4机组安装进度。表一 、阳江项目3号机组使用厂供铰孔工具对轮磨孔合格率及工日序号螺栓孔数量一次磨孔合格数3号机组一次合格率3号机组磨孔(天数)3号机组磨孔工日高低对轮14750%28126低低对轮281554%52226低发对轮281346%60306总计703550%140698制表人：陆杰宏 日期：2018.03.152） 选题方向小组成员对提高铰孔一次合格率提出两个课题方向，并用亲和图整理如下：图1、课题方向亲和图制图人：薛龙飞 制表日期：2018.04.153） 课题分析对比 小组成员对两个课题的方向做了分析对比，如下表：课题名称课题描述课题特点结论提高旧铰孔工具的效率 对旧铰孔工具进行分析，找出主因并处理，制定合理的施工步骤，并按要求执行，通过对操作人员的技能培训来提高整个铰孔效率。优点：只需在旧设备上进行改进。 缺点：需投入较多的人力及耗材。铰孔效率还是过低。不选择研制核电汽轮机铰孔工具利用新工艺、新方法提高铰孔合格率，整个铰孔过程采用伺服电机驱动在液压油的作用下完成铰孔。人员及耗材的投入应减少。优点：精度高、符合要求。铰孔效率应该提高。减少了人力及耗材的投入，提高了经济效益。 缺点：需投入人力进行研制，并采购零件。选择制表人：薛龙飞 2018.04.174） 课题查新小组成员在中国专利网信息网进行检索，确定关键词为“汽轮机铰孔工具”，查询结果未发现相关内容。5） 确定课题对上述两种课题的分析，确定QC小组课题为：研制核电汽轮机铰孔工具。3. 设定目标1） 目标值：使用新工具将铰孔一次合格率由原来的50%提高至90%。制图：薛龙飞 2017.04.202） 目标可行性分析1. 针对汽轮机联轴器铰孔工作我们已共同研究好些年，本次QC活动也可以说是带着指令性的，小组开展过程肯定会得到公司、业主方、厂家的大力支持。2. 阳江核电3号机组对轮铰孔一次合格率目前是50%，尚有比较大的质量提升空间。3. 本QC小组成员是一批想干事、又能干实事的人，平均工作7年以上的工程管理和技术人员组成，小组成员各有所长、分工明确创新实干，通过共同努力完全能够实现本项QC活动的既定目标。4、本次QC活动得到了公司财务的大力支持，给予了20万元专项资金支持。4. 提出方案并确定最佳方案1） 拟定制作流程会审批准图纸绘制方案确定对比选择方案提出自行制作委托加工后台组装（验收）工具准备现行采购安装调试现场应用继续铰孔应用标准化设备运行可靠性检查铰孔后效果检查拆装过程中检查第五阶段：标准化第四阶段：检查第三阶段：应用第二阶段：制作第一阶段：设计制表：刘飞 2018.04.252） 提出方案围绕新铰孔工具所要达到的目标，小组成员提出了三套设计方案并进行了对比分析： 方案一：利用磨孔工具上安装的金刚石磨孔 该工具采用伺服电机驱动与手动往复进给方式，通过在磨头体上方安装金刚石磨片、砂石片，并在适当的研磨油作用下完成螺栓孔研磨加工。方案二：在镗孔机刀杆后面安装金刚石磨片、砂石片方案三：采用伺服电机驱动与自动进给方式,在液压油的作用下完成对轮最终铰孔 首先把镗孔机刀杆与螺栓孔调整同心，在镗孔机刀杆前方安装合适的铰刀，然后在刀杆后侧位置加装金刚磨石与砂石片，通过镗孔机带动旋转将螺栓孔错位量及光洁度进行加工处理。（刀杆前方安装的铰孔进行错位量处理，刀杆后侧位置加装的金刚磨石、砂石片对螺栓孔光洁度研磨处理）利用联轴器上已加工的螺栓孔为基准，用芯轴找正，使两端的安装架同轴，采用静压支撑，支撑固定在刀杆外圆且靠近铰刀端，支撑外圆设有环形油槽，汽轮机油通过泵站油泵从刀杆中心注入，从而起到液压支撑的作用。（螺栓孔内带有铁屑的润滑油在集油箱经过初步过滤，精滤后回到泵站油箱）3） 分析并确定方案方案名称方案描述方案特点结论方案一：利用磨孔工具上安装的金刚石磨孔该工具采用伺服电机驱动与手动往复进给方式，通过在磨头体上方安装金刚石磨片、砂石片，并在适当的研磨油作用下完成螺栓孔研磨加工。优点：工具操作简单，工具采购费用较便宜。缺点：磨孔效率很低，投入的人力、消耗材料多。不选择方案二：在镗孔机刀杆后面安装金刚石磨片、砂石片首先把镗孔机刀杆与螺栓孔调整同心，在镗孔机刀杆前方安装合适的铰刀，然后在刀杆后侧位置加装金刚磨石与砂石片，通过镗孔机带动旋转将螺栓孔错位量及光洁度进行加工处理。优点：工具组装方便，投入的人力相对较少。缺点：运转过程中铁屑容易造成螺栓孔二次刮伤，设备采购费用较高。不选择方案三：采用伺服电机驱动与自动进给方式,在液压油的作用下完成对轮最终铰孔利用联轴器上已加工的螺栓孔为基准，用芯轴找正，使两端的安装架同轴，采用静压支撑，支撑固定在刀杆外圆且靠近铰刀端，支撑外圆设有环形油槽，汽轮机油通过泵站油泵从刀杆中心注入，从而起到液压支撑的作用。优点：实用性较高，投入的人力物力相对减少，铰孔后的螺栓孔要求应该符合设计要求。缺点：工具组装较复杂，采购费用较高。选择结论：通过对以上三种方案的对比分析，最终选择方案三。4） 寻找设计思路小组成员通过对整个铰孔过程及铰孔工具充分讨论分析，结合以往机组的安装经验，认为新铰孔工具应从下面几个方面考虑，初步设计了整个铰孔工具流程草图；制表；陆杰宏 日期：2018.04.301） 驱动部分方案的选择1. 驱动部分电机的选择：小组成员展开头脑风暴会议，提出两种方案：名称直流减速电机驱动无刷直流电动机伺服电机驱动结构原型便携性设备有点重，运输较不方便。安装过程中搬运不方便，安拆速度慢。体积较小、重量较轻、出力大安装与拆卸较方便。体积小、重量轻、出力大;转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小耐用性较差。使用次数多会造成电机轴位置发生变形，设备发热较快。机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题。效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%60%。较好。电机本身可以根据电控开关进行变速操作，位置精度非常准确，电机发热不会过快，寿命较长。安全性中等。由于电机本身重量、振动较大，工作一段时间需检查固定部分螺栓是否松动。中等。1、无刷直流电机为了减少转动惯量，通常采用“细长”的结构。2、不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型。3、低速起动时有轻微振动。较好。1、设备操作简单方便，之间的接头都是使用线型直板式一体化。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。2、固定后不易松动，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。经济性物资询价：直流减速电机：2000元/部物资询价：价格、控制器要求高，无刷直流电动机：3600元/部物资询价：伺服电机：1800元/部结论通过对三种电机的便携性、耐用性、安全性、经济性对比分析后，决定选择操作较简单、耐用性较好、经济性较便宜的伺服电机驱动方式。制表；陆杰宏 日期：2016.05.102. 伺服电机驱动规格选择：名称直流伺服电机交流伺服电机图例牢固性直流电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。耐用性直流电机一般不具有过载能力。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好交流伺服电机具有较强的过载能力，交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。操作性直流伺服电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。结论综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于直流电机,所以选择交流伺服电机。制表；陆杰宏 日期：2017.05.182） 传动部分方案选择1. 传动方式的选择：名称皮带式连接齿轮连接链条式连接结构原型可靠性一般。1、 工作过程中皮带容易脱落，一般。比较准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，使用于高转速设备上。较好。1、传送动力及时，工作中不易打滑，传动稳定，速比恒定。2、通用性较强的机械基础产品，兼有齿轮和皮带的特点。适用性性适用很窄，只适用机械范围使用范围窄，适合传递重量较大的部件，轻型设备基本不考虑使用，只适合近距离传递动力。适用范围广，大量的传动、输送及一些特殊的场都适合。组装难度安装拆卸较方便安装拆卸较方便安装拆卸方便耐磨程度皮带使用一段时间后，会有磨损，要经常更换，不耐磨。齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大金属链条使用时间较长，不需要经常更换比较耐磨。经济性三角皮带需要3条估算费用：300元采购费用高，约需500元左右链条1副估算费用：200元结论通过对三种方案的可靠性、适用性、耐磨程度、经济性对比后决定选择使用范围广、耐磨性好、经济较便宜的链条式连接。制表；林伟峰 日期：2017.05.202. 链条式规格的选择：名称单速链条板式链条图例牢固性传递动力过程中容易脱落，影响工作效率。传递动力能力强，传递动力过程中不易脱落。适用性适用范围广，轻型设备上都在适用，传递动力小，使用中高速设备上工作。适用于重型设备上，例如；叉车起重物件、在机床和其他领域也有较多的应用。使用低速设备上工作。安全性安装方便安装方便经济性采购费运便宜，采购数量需3条。采购费运较便宜，采购数量1条。结论选择传递动力大，传递动力稳定，板式链条制表；林伟峰 日期：2017.05.303） 辅助部分方案选择辅助部分大概由滤油机与液压油泵两部分组成1. 方案选择方案方案一方案二经济性1.滤油机由油位限位器、油罐、空气干燥器、低真空泵、油泵、滤油器、控制箱、蛇形进油管、隔板、加热器所组成。2.液压油泵大致由动力元件、执行元件、控制元件、无件和液压油五部分组成。2.滤油机、液压油泵两套设备散件多，组装需要长时间投入大量的人力，散件设备采购费运也极高。1.采购整套滤油机、液压油泵设备。2.采购两套设备费运较高。制作难度如果采购散件自己组装难度大，需请专业人员指导安装。不用制作，参考使用说明书即可操作。安全性组装设备工作过程容易损坏，安全性能低，安全没有保障。采购整套设备安全方面有保障。实用性实用性低，容易坏掉，影响工作。实用性高，不容易损坏。结论根据各方面考虑后选择方案二，采购整套设备。制表；薛龙飞 日期：2017.06.052. 辅助部分采购方案对比设备名称真空滤油机离心分离滤油机内齿轮液压泵定量叶片液压泵图列优缺点优点：过滤效果好具有体积小、比例重量轻、移动方便、噪音低、连续工作时间长、性能稳定、操作方便等特点。缺点：费运比离心分离滤油机价格高。优点：去除游离水及大颗粒杂质效果较好。缺点：噪音太大，安全性低，过滤精度低，滤芯容易堵塞。优点：结构可靠，工作稳定。缺点：工作压力低，传动效率低。优点：体小量轻，使用方便，工作压力高，传动效率高。缺点：采购费用比内齿轮液压泵费用较高些。结论对比两套设备优缺点后，最终决定选择真空滤油机对比两套设备优缺点后，最终决定选择定量叶片液压泵制表；薛龙飞 日期：2017.06.104） 联接部分的选择1. 连接螺栓及大压板方案的选择方案方案一(自行加工)方案二(委托加工)制作过程1、 参照对轮尺寸测量数据，绘制图纸。2、 采购材料，按照图纸下料。1、 参照对轮尺寸测量数据，绘制图纸。2、 将测量数据发送给加工厂，委托加工。工艺性表面光洁度差表面光洁度及工艺度好制作难度现场可以自行加工制作，操作简单需委托单位加工经济性只需要投入人力即可整体加工费用高 结论考虑到现场可以制作，最终选择方案一(自行加工) 制表；唐小丰 日期：2017.06.122. 连接螺栓及大压板材料的选择方案连接螺栓大压板图例普通碳钢螺栓不锈钢螺栓普通碳钢铁板不锈钢钢板实用性适用范围广，现场很容易找到碳钢材料现场很难找到大规格的不锈钢螺栓现场很容易找到材料，制作简单现场不容易找到大尺寸不锈钢钢板，制作困难经济性材料现场容易找到，不需购买材料需做计划采购，采购费用高材料现场容易找到，不需购买材料需做计划采购，采购费用高结论通过对两种材质的实用性、经济性对比，决定选择普通碳钢螺栓通过对两种材质的实用性、经济性对比，决定选择普通碳钢铁板 制表；唐小丰 日期：2017.06.163. 导向套筒、导向轴方案的选择名称导向轴定位套筒图例方案方案一（自行加工）方案二（外委加工）经济性材料需施工现场准备，制作工期较长，投入的人力较多。加工费用较高。制作难度现场需要准备材料，根据对轮尺寸测量数据并绘制图纸，现场制作难度大。只需提供图纸给加工单位，制作方便。安全性现场制作过程中安全性能低，安全没有保障。委托加工厂加工安全性高。实用性实用性低，制作工艺不能保证容易坏掉，影响工作。实用性高，加工后的工艺度高，安装方便不容易损坏。结论根据各方面考虑后选择方案二（外委加工）制表；唐小丰 日期：2017.06.205） 固定部分的选择 考虑到固定部分设备的工艺性能和制作难度，小组决定出两套方案：1. 固定部分部件名称静压支撑定制铰刀旋转接头图例2. 两种方案效果对比方案方案一（外委加工）方案二（整套采购）制作过程1、 参照对轮尺寸测量数据，绘制图纸。2、 将测量数据发送给加工厂，委托加工。只需按照设备尺寸采购即可工艺性表面光洁度差，不太理想表面光洁度好，安装方便安全性制作过程对施工人员有人身意外伤害，部件耐用性低。采购整套设备安全方面有保障。经济性材料费加人工费较高采购费用比加工费用较高，结论考虑到设备的工艺度，最终选择方案二（整套采购） 制表；薛龙飞 日期：2017.06.255） 确定最佳方案经过小组成员层层细致的对比分析，最终确定方案如下：制表；薛龙飞 日期：2017.06.285. 制定对策1、 方案流程分解为更好的制定对策表，小组运用流程图对工具制作步骤进行了分解NO制表；刘飞 日期：2017.07.02 2、 制定对策表序对 策目 标措 施地点负责人完成日期1前期准备绘制图纸绘制三维模型图图纸清晰，满足现场施工需要办公室刘飞2017.07.15自行加工全纹螺杆螺杆规格为：M46X1100mm加工完成，用薄膜纸包裹防止碰撞现场施工刘飞2017.07.20大压板表面光滑螺栓孔偏差不大于2mm绘制图纸，按图纸画图、下料2采购设备滤油机220V,0.75KW1.提交采购计划，交物资公司进行购买。2.材料到货后，验收性能满足情况。物资公司薛龙飞2017.07.26液压油泵3803KW,1500r驱动电机220V,1.5KW,3000r传动装置板式链条1套静压支撑满足螺栓孔密封作用，应防止润滑油流出过大增加密封胶垫或者Q型圈旋转接头旋转接头安装应简单方便，工作中不宜脱落根据图纸要求采购定制铰刀规格为85.3、85.7mm各2套使用外径千分尺测量铰刀实际尺寸3现场组装组装驱动装置与传动部分安装合适，不容易松动用螺栓固定在一起4MX厂房唐小丰林伟峰黄梓兴2017.08.10安装定位基准套，调整定位销轴调整好基准套与螺栓孔的最佳位置，保证装入定位销轴后不放生移位安装选用合适工具及熟练的工人操作安装导向装置及铰刀将铰刀调整到螺栓孔中心位置安装铰刀时选用深度千分尺对刀杆位置进行测量用软胶管将滤油机、液压油泵连接在一起连接在一体不能有松动，漏油等现象选用专用的抱箍进行固定4现场试用铰孔过程中铰刀的晃动量应不能大于0.02mm，铰孔时间应短，铰孔完成后螺栓的椭圆度不能大于0.02mm。选用临时的套筒进行试验，铰孔过程中在刀杆位置架设百分表监视刀杆晃动量4MX厂房唐小丰林伟峰黄梓兴2017.08.30制表；刘飞 日期：2017.07.056. 对策实施(一) 对策实施一：前期准备1、 绘制图纸方案确定后，小组成员根据现场实际情况结合设计构想，绘制三维视图。 制图：刘飞 制图日期：2017.07.122、 材料准备小组成员在仓库找到的材料如下：M46双头螺栓 压板对策目标检查：经检验，材料均符合设计要求。(二) 对策实施二：设备采购准备小组成员根据铰孔工具所需的设备材料，对需要采购的设备做了详细的计划申请单。制表：薛龙飞 日期：2017.07.20(三) 对策实施三：现场组装第一步：定位基准套将定位基准套装入对轮，装入定位销轴，将定位基准套与联轴器螺栓孔调整同心。定位销轴定位基准套 （设计想象图） （现场实际操作照片）第二步：固定基准套待定位基准套调整后，利用压板将定位基准套固定，然后取出定位销轴。取出定位销轴 （设计想象图） （现场实际操作照片）第三步：安装导向装置及铰刀进行铰削安装导向装置（含静压支撑、铰刀）并与驱动装置连接；固定导向定位套；连接液压系统、旋转接头及接头支撑；进行铰削。（设计想象图）已装好铰刀正在调试铰孔（现场实际操作照片）第四步：铰削结束当铰刀完全通过需铰联轴器螺栓孔时，铰孔结束，准备进行下一只孔的加工。（设计想象图）取出导向轴及铰刀（现场实际操作照片）制图：刘飞 日期：2016.06.20(四) 对策实施四：现场试用首先我们对其中一颗螺栓孔进行现场铰孔试用：（现场铰孔效果图）制图：刘飞 日期：2017.08.28对策目标检查：经检验，使用新铰孔工具后，铰好一个孔所使用的时间降低了许多，铰孔后螺栓孔的光洁度等要求都符合设计要求，验收一次通过。7. 效果检查(一) 使用新铰孔工具效果检查整体设备安装后实际效果图现场验收螺栓孔记录方式使用新铰孔工具后螺栓孔内径测量记录A185.710C185.720A285.705C285.715B185.715D185.725B285.710D285.720数据分析；从表中可以看出使用新工具后螺栓孔的孔径可以保证在85.70585.725mm之间，圆柱度、椭圆度都在0.02mm以内。制表人：晏雨华 日期：2017.10.05(二) 使用新工具后的效果此套铰孔工具使用的是规格为85.30mm、85.70mm两种铰刀，先通过85.30mm的铰刀先消除两对轮之间的螺栓孔错位现象，然后使用85.70mm的铰刀对整个螺栓孔进行光洁度处理。整套工具安装简单方便、对同一个螺栓孔铰孔一刀只需要40分钟左右的时间，整套设备安装及螺栓孔完成仅需要4个小时，没有使用新铰孔工具前，使用旧铰孔工具铰孔完同一个孔需要16个小时左右。现场采用新铰孔工具后在时间上对比，铰好一个孔节约时间近75%以上，磨孔后的螺栓孔光洁度、圆柱度等要求一次合格率极高，节省了人力的投入及保证了工期的进度。(三) 3、4号机对轮磨孔效果合格率及工日对比序号螺栓孔数量3号机组一次磨孔合格数3号机组一次合格率3号机组磨孔工日4号机组一次磨孔合格数4号机组一次合格率4号机组磨孔工日高低对轮14750%1261286%28低低对轮281554%2662796%56低发对轮281346%3062693%56总计703550%6986592%140制表人：晏雨华 日期：2017.10.30新、旧工具磨孔一次合格