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发布时间:2023-12-18 20:01:38 阅读: 来源:气动阀厂家

华夏阀门超(超)临界火电机组第Ⅲ类关健阀门国产化研发纪实

2013年12月4日,国家能源局委托中国通用机械工业协会在哈尔滨召开的超(超)临界火电机组第Ⅲ类关键阀门(以下简称Ⅲ类阀门)鉴定会上,华夏阀门自主研发的5台样机通过国家级鉴定:不仅填补了国内空白

2013年12月4日,国家能源局委托中国通用机械工业协会在哈尔滨召开的超(超)临界火电机组第Ⅲ类关键阀门(以下简称Ⅲ类阀门)鉴定会上,华夏阀门自主研发的5台样机通过国家级鉴定:不仅填补了国内空白,而且达到了同类产品的国内领先水平或先进水平。此举标志着我国火电机组配套阀门完全结束了此类产品长期依赖进口的历史,推动了重大装备国产化的进程。

重基础:马步扎得稳

马步,功夫中最基础的入门课,然而,它却显著的影响着练武的最终境界,没有日积月累的基础积累,哪能在高手云集的江湖中立足发光!

华夏阀门,一个有着40多年火电机组配套阀门设计、制造历史的企业,用实绩证明了他的马步是稳健的,是实打实的。

作为专业的电站阀门制造及配套厂商,华夏阀门在超(超)临界机组锅炉高温高压控制阀的设计、制造、检验方面具有丰富的经验,减压阀、调节阀在亚临界机组、超临界上有众多的运行业绩:为东方锅炉提供了数百台锅炉的阀门成功配置,是上锅、武锅、北京巴威等主要锅炉厂商的合格供方。产品不仅覆盖了全国除台湾、西藏之外的所有省、市、自治区,还远销东南亚、南美、中东等十多个国家。

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之一

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之二

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之三

坚持走在火电机组配套阀门技术领域的前端,不断创新技术、提升生产制造能力、建立健全质量保证和控制体系,始终以客户为中心,持续完善的售后服务系统,着重培养具有高素质、高技能、高水平的阀门结构设计、机械加工、焊接及热处理工艺开发的研发团队,让华夏阀门在群雄逐鹿、竞争激烈的火电阀门行业里,始终能把握前进方向,引领技术创新和攻坚,实现企业实力和影响力的不断提升。多年来,华夏阀门在火电阀门行业树立起了良好企业形象和口碑,具有技术领先、业绩突出、信誉优良的企业特质。

2010年9月,国家能源局启动了超(超)临界火电机组Ⅱ、Ⅲ类高端阀门国产化工作,华夏阀门成为重点攻关企业之一。在超(超)临界阀门国产化Ⅱ类阀门(以下简称Ⅱ类阀门)的设计研发中,作为第一梯队的研发企业,华夏阀门承担了四大类共12台样机的自主研制任务,并在2012年1月8日通过国家级鉴定,获得最高评价:12台样机均填补了国内空白,其技术性能指标达到了国内领先、国际同等水平及国内先进水平。

Ⅱ类阀门的研发成功,使华夏阀门的软硬实力均登上了新台阶,企业制造设备、检测手段、质量控制方法等硬件条件得到了改善,技术研发能力和水平、关键疑难制造工艺突破能力、阀门制造管理能力有了长足的进步和发展,同时也锻炼了研发队伍。为华夏阀门持续承担Ⅲ类阀门的研发奠定了坚实的基础。

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之四

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之五

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之六

苦修行:内功练得勤

大凡武林高手,除基本功扎实之外,其内功修为均属上层,所谓外练筋骨皮,内练一口气,大开大合之武林绝学,更需凝神静心的苦修行,磨练内功,方能爆发惊人的力量。

华夏阀门就是一个擅修内功的武林高手。

深谙心法、蓄势待发:落实项目,高标准,严要求,确保项目研发顺利开展

2012年8月30日,国家发改委能源局召开第Ⅲ类关键阀门国产化工作启动会,华夏阀门再次成为主要研发攻关企业,承担了主给水旁路调节阀、给水泵再循环最小流量阀、高压旁路装置、低压旁路装置等5台样机的攻关研发任务。

与第Ⅱ类阀门比较,第Ⅲ类阀门国产化的技术难度更高,价值量更大,为国内企业无业绩无样机的原需全部进口的关键阀门,且必须在2013年底完成样机鉴定工作。

为确保研发项目的顺利开展和实施,华夏阀门细化方案、精心策划、细心组织。严格按照国家关于Ⅲ类阀门国产化研发所确定的时间节点进行结构设计、工艺开发、生产制造等工作部署,详细拟定项目研发时间进度表。确定了6名由设计、工艺、焊接人员组成的研发团队,并针对技术人员特点,指定专人负责项目各个细节工作的开展,由3名设计人员分头负责阀门结构设计,由机械加工、焊接、热处理专业人员分别负责加工工艺及焊接工艺的开发,做到了分工明确,通力配合的项目实施原则。

Ⅲ类阀门样机必须具有先进技术性能和产品质量,华夏阀门在努力研究和深入挖掘的基础上,参照最新、要求最高的美国国家标准、美国材料试验协会标准、美国无损检测协会标准、美国机械工程师协会标准以及钢制阀门标准、动力管道标准等标准进行结构设计、加工制造、生产检验以及性能试验。高标准、严要求,从根本上保证样机研发的先进性、合理性以及工况运行的实用性。

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之七

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之八

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之九

见招拆招、运筹帷幄:稳步开展设计,破难点,敢攻坚,源头控制样机质量

样机结构设计和工艺开发是研发的重中之重,也是难度最大的部分。面对国内企业无业绩、无样机、技术开发难度大、工况条件恶劣、质量要求高的样机研制局面,样机结构设计的正确与否,直接关系到Ⅲ类阀门的成败。同样,阀门制造工艺的设计制作是否合理,工艺装备设计配置是否正确,也将对产品的加工质量和使用性能至关重要。

在结构设计过程中,华夏阀门结合自身亚临界机组汽机旁路阀结构、超临界机组调节阀和减压阀结构以及超(超)临界机组控制阀结构设计经验,吸收借鉴国外同类产品技术,并进行局部优化设计,确保产品结构设计的实用性和先进性;同时配置ANSYS、MSC/Patran/Nestran、FLUENT等分析软件进行流体流场及有限元克拉玛依应力应变分析,对样机结构设计进行优化和改进、对常规设计计算的正确性进行验证,保证产品结构设计的合理性和可靠性。

Ⅲ类阀门中的汽机旁路阀研发难度较大,其中,高压蒸汽旁路阀需把进口压力27MPa降到6.4MPa,压差高达20.6MPa,需有特殊的结构去承受高压差及蒸汽在高压差减压过程中伴随产生的噪声,高旁喷水减温的雾化效果也是一个难题;高压喷水调节阀是从主给水泵抽头作为高旁减温喷水,压差也高达21MPa,需有特殊结构去承受高压差,避免气蚀、闪蒸的出现;低压蒸汽旁路阀的喷水从凝结水泵抽头,在各启动工况时,喷水点压差不能满足喷嘴雾化要求的压差,需采用特殊设计的喷嘴结构来实现喷嘴各工况的雾化效果。

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之十

华夏阀门第三类国产化现产淋浴房品研发、试验时的情景之十一

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之十二

华夏阀门第三类国产化现产品研发、试验时的情景之十三

为了解决旁路阀研制的各种难点问题,设计人员查阅大量国外资料,整合技术特点和要求,不断了解电厂现场旁路阀的工况条件、使用情况等,确保样机参数符合电厂旁路阀实际工况运行条件。在结构设计方面,高压旁路阀和低压旁路阀采用两级可调降压,一级节流孔板固定降压,采用多级开孔降压、降噪原理实现高压降、降噪;高压旁路阀减温采用蒸汽辅助雾化喷嘴保证减温水的雾化效果及快速实现水、汽混合快速减温;低压旁路阀减温采用背压开启式弹簧喷嘴保证在低负荷工况及正常工况减温水都能充分雾化,快速实现阀门的减温功能;高旁喷水调节阀阀芯采用多级孔笼套筒式结构,实现多级节流降压,每级节流形成流体对冲,90°直角转弯以实现降压,每级降压后压力都在饱和压力之上,从而降压过程中不发生汽蚀和闪蒸;震动和噪音也相应得到了有效的控制。

同时,华夏阀门还与四川理工学院合作,采用有限元分析应力应变分析软件和流体分析软件,对包括样机壳体应力应变、流体特性、阀门开度与流量系数关系等进行分析,测量了阀门结构在工况条件下使用时的应力、应变、压力、流速等参数,数据显示阀门各项指标均满足工况运行的使用要求和调节特性。

由设计人员彭波负责设计的主给水旁路调节阀,需具有小流量大压差、大流量小压差的流量调节能力,最大压差达到15.8Mpa,同时还必须在最大压差时关闭严密,且达到ASME B16.104 Ⅴ级泄漏标准,另外,阀门调节特性要求为等百分比,在最大工况条件下的阀门开度要求在80~85%之间。

彭波不断研究和学习国外进口阀门的典型结构特点,同时总结吸收公司高压调节阀的结构形式,最后确定了阀门在小开度时,节流组件采用6层笼罩5级降压,节流孔为非等径小孔错位布置,大开度时节流组件采用单级窗口降压的设计方案和结构特点。但如何满足小开度多级降压和大开度单级降压的流通能力满足等百分比的流量特性要求又成了新的问题。节流组件的6层具有非等径节流孔的笼罩相互间错位形式,决定着阀门调节时的流通面积,这又直接影响阀门的流量特性。彭波花了大量时间收集计算数据,不断调整设计方案中小孔错位时的流通面积,并数十次的优化改进相邻笼罩小孔的尺寸大小以及小孔错位角度,最终使阀门的流量特性成为改良等百分比型,能够精确的控制蒸汽流量以达到良好的调节性能。

主给水旁路调节阀采用了中法兰的结构形式进行密封,但在高温高压工况时中法兰的密封性能却是一个难题。在苦思解决办法时,Ⅱ类阀门中的高加三通阀的密封型式给了彭波灵感,让Ⅲ类阀门的中法兰密封形式的难题迎刃而解。

结构设计见招拆招,工艺方案也是运筹帷幄。

Ⅲ类阀门结构极其复杂,对零部件加工的形位公差、尺寸精度、配合尺寸、粗糙度、同心度等要求也极高,是工艺组遇到的结构最为复杂,加工质量要求最高的阀门。这种情况反而激发了工艺组年轻员工不断创新和努力挖掘自身潜力的斗志。机加工艺组负责人白克友根据工艺人员特点,明确分工,将5套样机的工艺实施方案制作分发给3位工艺人员同时进行。统观工艺流程全局,从材料准备、零件加工、工装设计、零件检验到整机装配、样机试验,整体上控制样机工艺制作,并注重细节,把握工艺重点、难点、关键点,做到工艺的精细化、高效化。

高压旁刨边机路阀体积大、结构复杂,对于阀本体的加工,其困难点在于需加工直径为570mm的超大内螺纹。类似大小的螺纹加工,在以前的阀门结构和工艺制作中未曾有过,因此,螺纹的加工和测量检验是一个挑战,特别是对于螺纹的测量。常规的螺纹测量方法有两种,一是采用环规进行测量,二是三针测量法。然而,经过仔细分析,采用传统方式存在诸多的问题,如果采用环规进行测量,就必须按照内螺纹尺寸进行环规的加工制造,对于该阀体来说,螺纹尺寸达到570mm,环规加工后,其重量必然较大,检测人员测量时,环规的旋入是一个问题。除此之外,对于超大环规的制作,材料消耗大,制造成本高也是一个必须考虑的条件,且只能适用于该尺寸的阀体,利用效率低;而采用三针测量法,就必须购置专业的测量工具,其采购周期长,且价格高昂。面对常规测量在该阀体上使用时的种种不可行因素,工艺人员突破常规,大胆创新,制作了一副测量工具--卡规。卡规是严格对照螺纹尺寸,利用厚度仅为1mm的废旧边角料薄铁片,采用线切割加工制作的一种非常规测量工具,其牙型部位的尺寸与阀门螺纹牙型尺寸要求相同。在阀体上的大螺纹加工完成后,采用卡规紧靠所加工的螺纹各个位置上进行匹配测量,可以很轻松直观的检查出螺纹的加工质量是否满足图纸尺寸要求。相对于常规的测量工具而言,此自行设计制作的卡规具有长度小,长宽分别仅60mm和25mm,重量轻、成本低、方便携带和操作简单等优点,具有低成本、高效和实用的特点。

华夏阀门工艺人员充分考虑产品零部件的结构特点和公司设备的加工使用特点,工艺实施方案制作和工艺装备的设计同时进行。设计开发了如主蒸汽旁路调节阀阀瓣阀座研磨工装、低压蒸汽旁路阀活塞套内孔磨削工装、高压蒸汽旁路阀阀座阀瓣研磨工装、阀本体泵水工装、匀流板镗夹具及各类车夹具等等。工艺人员在工艺装备的设计过程中,着重体现工装的低成本、易加工、多功能、高效率的特性,并充分挖掘设备制造能力,不断提升设备的使用率和加工质量。完整齐备的工艺装备、车夹具的设计制作,在保证和提高各零部件加工质量和效率的同时,也为后续样机的生产制造以及整机性能试验提供了极大的方便和重要的保障作用。

在Ⅲ类阀门的研发中,焊接和热处理作为工艺制作中的特殊工序,公司加大了研发力度,开展了工艺评定工作,为关键工序的质量保证做足了功课,特别是国产化Ⅱ类阀门的研发过程中,公司做了大量的高端材料和新材料的焊接和热处理工艺开发和评定工作,成功的开发了F91、F92、WB36等材料的焊接、热处理工艺,获得了许多宝贵的经验,为Ⅲ类阀门的开发创造了条件。

研发团队在结构设计上的不断攻关和突破,在加工制造工艺方案上的精良、优质、完备,使华夏阀门的Ⅲ类阀门5台样机的结构设计和加工制造工艺顺利通过公司内部评审和中国通用机械工业协会阀门协会组织的专家评审,顺利进入生产制造阶段。

天人合一、业精于勤:样机制造追踪,保质量,重进度,理论实践升华统一

实践是检验真理的唯一标准,Ⅲ类阀门国产化设计方案和工艺实施方案也需要用真实的样机进行最终的检验。

2013年6月,Ⅲ类阀门进入制造阶段。公司阀门制造部在生产任务极为繁忙的情况下,精心组织生产,合理安排零部件的加工制造,协调解决生产过程中所出现的各种问题,以精细化、高效率、严要求、高质量的模式进行国产化样机的生产制造。当年7月20日,高压喷水调节阀、主给水旁路调节阀完成了机械零件的加工;高压旁路阀、低压旁路阀、给水泵最小流量调节阀在8月底完成了焊接和机加;9月4日至9月6日,主给水旁路调节阀和给水泵最小流量阀完成样机装配和部分试验;10月月底之前,完成了5台样机的装配,并严格按照试验大纲要求进行了包括样机壳体试验以及样机气动装置试验、液动执行机构试验调试、填料函及其他连接处的密封面试验、动作性能试验、阀座泄漏量试验、阀门快速开启及其三断保护试验、液压装置性能动作试验、额定流量系数试验、阀门%开度快速通过试验、连续动作寿命试验、固有流量特性试验等一系列相关试验,为国家级阀门样机鉴定做足了准备。

为确保2.品牌商用计算机1台;样机的顺利生产制造,减少过程中的失误和提高效率,公司阀门制造部负责人王贵华和国产化项目负责人陈雪峰全面把控样机制造的每个环节。按照 “制造过程控制”专题生产进度计划表控制、落实每一个时间节点。两个负责人亲自安排、检查工作情况和落实推进项目进度,及时提出制造的相关要求;在机加、焊接和装配等重点工序和关键环节确定了技术过硬、经验丰富的老师傅专人把关,重点监控;将每个零件的流转卡以醒目的颜色和其他项目进行区别,以引起生产员工和检验人员的注意而加以重视。最终,5台样机的加工、装配、试验均得以准时、高质量的完成。

在样机的制造过程中,技术中心工艺人员也每天蹲守现场,全程跟踪,随时解决制造过程中出现的问题,随时与操作人员进行沟通和技术交底,指导工装夹具的使用,确保操作人员明白技术要求。用最紧密的衔接、最高效的流程,确保每个环节可查、可控,保证每一个零件尺寸的精确和完整。

高压喷水调节阀的关键部位阀芯,在加工完成后,套筒和阀杆装配是过盈配合,这种方式需要采用热装的装配工艺。所谓热装,就是利用工件的热胀冷缩原理,将装配件中的套类零件进行加热,使其膨胀变大,再与轴类零件进行组装,以达到装配紧密的效果。然而,热装在以前的所有阀门零部件装配过程中均未曾使用,装配人员不知从何下手,工艺人员便对装配人员进行技术培训,将装配时零件的加热方法、加热温度、高温零件内孔测量方法等一一进行讲解并亲自指导零件装配,使操作人员了解了相应的技术要求,保证了装配质量电压表。

低压喷水调节活塞套,要求内壁镀硬铬且镀硬铬后表面维氏硬度不小于800,同时,内孔粗糙度要求为Ra1.6,粗糙度要求非常高,通常只能用磨床进行磨削加工才能达到要求。但此工件的最大外圆为φ530mm,壁厚只有31.5mm,具有大型薄壁的特点。经过多方了解,周边机械加工行业难以找到大型磨床,且项目规定的时间节点日益临近。于是,工艺人员与操作者反复讨论、分析,采用专用装夹工装,利用活塞套上、下端面夹紧固定,将装夹受力部位转移在装夹工装上,避免了直接装夹工件而使工件受力变形;同时,在CW61100车床上组合使用内孔磨头进行磨削加工,选用最佳磨削量和工件转速,保证了内孔精度,最终使活塞套内孔质量完全达到图纸要求。

样机试验是对阀门使用性能的最终检验,为得到最好的试验效果,华夏阀门项目负责人和设计人员事无巨细的关注每一个细节,严格按照实验大纲要求,精确测量样机试验的每一个试验指数,保证样机试验的规范化、科学化、真实化和完整化。到11月29日,印度空间研究组织(ISRO)5台样机如期完成各类试验。

按照程序,被鉴定的研发厂家须在鉴定前接受国家指定的客户厂家代表或专家实地对阀门样机及有关试验过程进行见证。为此,来自东方锅炉、东方汽轮机厂以及华能集团长兴电厂的陈曙、周进、刘毅在11月30日至12月1日对华夏阀门进行了见证,他们听取了公司国产化发明研发情况汇报;对包括样机图纸、制造工艺,样机设计计扭拧算书、焊接机热处理工艺、无损检测报告、阀体有限元分析、阀门流场分析、样机第三方试验检测报告等软件资料进行了审查;进行了壳体强度、填料函及其他连接处密封面试验;液动执行器、启动执行器的动作性能试验以及阀座泄露量试验。他们确认华夏阀门所有样机性能指标均满足Ⅲ类阀门产品样机鉴定试验大纲要求,公司的质保体系、生产设备、检测手段均能满足研发产品的批量生产要求。

终出关:江湖新能量

心无旁骛,潜心修炼,任督相通,冠宇宇内,江湖新能,“华夏”当先。

2013年12月4日,国家能源局委托中国通用机械工业协会在哈尔滨召开Ⅲ类阀门鉴定会,华夏阀门自主研发的5台样机全部通过国家级鉴定:5台样机均结构设计合理,符合研发技术规范的要求,填补了国内空白。其中,主给水旁路调节阀达到同类产品的国内领先水平;其他4台样机到达同类产品的国内先进水平。此举标志着我国火电机组配套阀门完全结束了此类产品长期依赖进口的历史,推动了重大装备国产化的进程。

长期的坚持和付出,不断的修炼和成长,在困难面前始终保持着前进的动力,华夏阀门终得Ⅲ类阀门成功研发的胜利果实。这一事件,提升了华夏阀门的技术实力,锻炼和提高了华夏阀门制造、检测和试验能力,培养出了一批敢于攻坚、善于解难、勇于创新、技术过硬的研发和制造队伍,让华夏阀门在竞争日益激烈的江湖中,展现出新的技术能量,也鞭策着华夏阀门朝着更高、更难的技术领域继续前进,并引领火电阀门最高技术和最终发展的方向。(文图/李壮苗/张慧萍)

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