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透平机械制造的工艺专长

在位于罗尔沙赫伯格的航空航天和透平技术卓越生产中心 (ATCC),斯达拉格 致力于复杂加工工艺的研发、测试与优化。近期,该中心承接了为一家美国 公司提供移动式燃气轮机的制造业务。对斯达拉格而言,这本质上是一项研 发项目。

数十年来,斯达拉格在罗尔沙赫伯格总部持续积累透平机械制造领域的工艺专长。 全球航空航天和能源行业均在充分运用这些技术积累。毕竟,瑞士机械工程师本质 上是生产解决方案的提供商。斯达拉格亚太区销售总监、透平机械专家克劳斯・施 特鲁贝尔 (Klaus Struebel) 解释道:“大多数客户想要的不仅仅是我们的高端机 床。他们购买机床是将其作为实用、高效工艺的一部分。这些工艺通常会集成到完 整的制造系统中。这就要求我们始终掌握最新的工艺专长。”

斯达拉格通过测试和小批量生产 等合同获取这类业务,客户可 借助这些服务应对生产高峰期 等场景。目前,卓越生产中心 (ATCC) 正 在执行一个美国订单的生产任务。斯达拉 格需负责为客户完成数款燃气轮机机匣的 整体加工工作,这些机匣均为小批量生产。

在实践中积累经验

斯达拉格高性能加工系统 (HPS) 事业部研 发与技术负责人马库斯・埃斯博士 (Dr. Markus Ess) 表示,这份订单有着特殊的 背景:“尽管我们已有机匣生产经验,但 实际上我们并非零部件供应商。但由于合 同涵盖了从毛坯到可装配的机匣部件的完 整工艺流程,因此我们将这次合作视为拓 展和完善工艺专长的契机。毕竟,我们的 客户对这类全面的工艺专长的需求日益迫 切。”

客户也清楚,斯达拉格并非传统意义上的 供应商。这次的合作契机源于实际需求。 客户的前供应商认为小批量生产已无经济 效益,而市场上也找不到其他具备必要专 长和设备的服务供应商。而斯达拉格位于 罗尔沙赫伯格的卓越生产中心 (ATCC) 具 备机匣加工所需的理想条件,斯达拉格可 在此完成大部分工作。该中心占地面积约 2000 平方米,配备了最新的斯达拉格四 轴和五轴加工中心。此外,现场还有经验 丰富的应用专家和研发人员提供支持。 “从经济角度来看,我们无需为这个订单 额外投资新设备,这是一项优势。”马库 斯・埃斯表示。“针对客户的机匣加工, 我们采用了卓越生产中心 (ATCC) 现有的 STC 1250MT 和 STC 800MT 加工中心, 可根据机匣尺寸和要求,灵活适配切削和 车削加工。”
 

机匣制造涉及哪些工作?

燃气轮机通常由多个部分组成:进气道 (必要时含增压器)、压缩机(通常为多 级结构)、燃烧室、轮机本体(将高温气 体的热能转化为机械能或电能)以及排 气道。客户的燃气轮机亦是如此,其机匣 由六种不同的机匣部件组成;新一代产品 则有七个机匣部件。

每个旋转对称的机匣都需满足不同要求, 16 尺寸和几何形状也各不相同。根据工作环 境的温度不同,材质也有所差异。冷端部 分采用钛合金,热端部分(温度最高可达 2000 摄氏度)则采用高温合金。

根据合同,斯达拉格将制造机匣部件,并 以整套组件 (shipset) 的形式发运至美国。 “整套组件”指的是一台轮机所需的全套 机匣部件。

每个旋转对称的机 匣都需满足不同要 求,尺寸和几何形 状也各不相同。

关键的一次性成本

技术研发同样受到经济因素的制约。毕 竟,斯达拉格不仅希望积累专业知识。因此,一次性成本是重要考量因素,而 夹具便是其中之一。高级应用工程师 斯坦尼斯拉夫・斯坦克维奇 (Stanislav Stankevich) 解释道:“我们最初计划使用 四种不同的夹具,但这会导致项目成本太 高。因此,我们提出了创新的模块化夹持 概念。这是一款组合式夹具,可通过单一 设备实现七种机匣的装夹。”为此,他们 在托盘上标记了矩阵标识,明确每种机匣 的装夹位置。在装夹过程中,始终使用相 同的槽位,但会搭配不同的标准立式装夹 元件。这使得经验丰富的操作员能够相对 快速地重新配置夹具。

为确保加工流程的高效性,还需开展多项 内部研发工作。在机匣领域拥有丰富经验 的斯坦尼斯拉夫・斯坦克维奇,负责工艺 和刀具的调试磨合以及设备优化工作。他 解释道:“为了能在难以触及的区域进行 钻孔和切削加工,我们的专家研发了超薄 角度铣头,该铣头配备特殊接口,具备极 高的刚性,可胜任重型切削加工任务。” 自主研发和磨削的合金铣刀有助于优化加 工性能,深孔钻头、反向锪钻等其他刀具 也均来自斯达拉格自有研发部门。

制造流程结束后,每个零件都会按照规定 标注序列号。随后安装螺栓、销钉、T 型 螺母及其他供应部件。整套组件随后会放 入坯料交付时使用的可重复利用包装中。 之后,整套机匣组件将发运至客户在美国 的工厂, 在此完成轮机的全面组装和 测试。