转轮工艺

转轮工艺（精选7篇）

转轮工艺 篇1

1 前言

牛栏江-滇池补水工程项目装有4台21.4MW水泵机组, 为目前亚洲最大的水泵机组。项目建成后重点向滇池补充生态水, 改善滇池水环境, 在昆明发生水危机时, 提供城市生活及工业用水。机组转轮结构特殊, 按以往的加工制造经验, 很难保证转轮部分关键技术要求, 因此, 需要采取有效的工艺措施, 以保证转轮加工的质量。

2 转轮主要技术参数

3 转轮结构特点及加工难点

3.1 转轮叶片流道长, 上冠与下环开口尺寸较小, 焊接可达性不佳。

3.2 叶轮直径 (转轮进、出水边截面线对应直径尺寸) 的保证。

3.3 转轮配重空间的确定及残余不平衡力矩的保证。

4 加工方案

针对转轮焊接变形遗留的问题和加工难点, 前期及加工过程中经过多次研究与实践, 最终完全达到设计要求, 保证了产品质量, 具体如下:

4.1 转轮装焊后变形问题的解决

由于转轮叶片流道长, 上冠与下环开口尺寸较小, 强度较差, 焊接可达性不佳等原因。转轮焊接后上冠上平面平面度较差, 高低点差值达4.8mm左右, 上冠与下环间开口尺寸很难满足设计公差 (0.30mm) 要求, 以上问题只能留在加工序中来解决。后序采用如下工艺方法进行加工:

(1) 对转轮进行全面划检, 确定上冠梳齿与下环下平面的加工余量后, 经过计算在保证上冠强度的前提下对上冠上平面进行加工见平处理, 后序铲磨序中又对其进行了全面的修磨、抛光处理。

(2) 针对转轮焊接后实际开口偏大及公差要求较高的问题, 先按高宽1:15的比例对开口内侧进行长焊, 上车床在外圆处车5mm宽基准面, 由铲磨对里侧长焊区域进行粗磨, 钳工用砂轮机进行精磨、抛光。

通过以上工艺方法很好的保证了上冠的平面度, 以及转轮开口尺寸, 同时也提高了产品的外观质量。

4.2 叶轮直径的保证

由于叶轮出水边直径尺寸 (如图3:C1、C2、C3基准点对应叶片边缘直径尺寸) 关系到泵的扬程, 为重要技术参数, 直径偏小就意味着泵的扬程不够, 但是此转轮为9叶片, 直径尺寸无法直接用尺测量。因此采用如下方法配合机床进行测量并修复:

(1) 转轮上数控立车在下环外圆车测尺圆, 利用百分表测叶片截面线点到测尺圆的尺寸、根据测尺圆尺寸计算出叶轮进、出水边直径尺寸, 测量后叶轮出水边直径尺寸普遍偏小 (5~9) mm。

(2) 针对直径尺寸偏小的问题, 经过多次研究、论证, 对叶片出水边外圆处长焊, 铲磨利用叶片头部型线样板进行修磨、抛光, 修磨后上数控立车进行复测, 反复长焊、修磨后完全满足了设计±2mm的公差要求。

4.3 转轮配重空间的确定及残余不平衡力矩的保证

由于转轮没有内腔, 无放置配重物的空间, 转轮残余不平衡力矩仅为2.5Nm, 按以往的工艺方法:转轮粗车→粗镗→精车→精镗→静平衡进行转轮加工, 如果最后转轮不平衡力矩较大, 容易出现不平衡力矩无法消除的现象。因此, 该转轮采用的工艺方法为:转轮粗车→粗镗→粗平衡→调整转轮中心精车→精镗→精平衡。采用转轮增加一次静平衡和调整中心重新加工转轮的工艺方法, 能有效的保证转轮加工后残余不平衡力矩符合设计要求。

转轮第一次平衡后, 残余不平衡力矩为90Nm, 采用重新确定转轮中心的方法进行精加工转轮, 加工后再次平衡, 残余不平衡力矩为9.2Nm, 不平衡力矩降为约原来十分之一, 作用非常明显。调整转轮中心的作用是将转轮的重心进行偏移, 消除转轮一部分偏心重量, 减少转轮残余不平衡力矩。

转轮第二次平衡 (图5) 后, 在转轮下环下平面处钻孔, 采用去除重量的方法, 去除转轮重点位置的重量。

通过以上转轮调整中心配车及去除重量的工艺方法加工转轮, 转轮平衡后残余不平衡力矩为2.1Nm, 符合图纸残余不平衡力矩最大2.5Nm的要求。

5 结束语

滇池补水工程水泵转轮的制造, 完全达到了设计要求和业主的验收标准。转轮加工采用的工艺方法填补了我公司及国内大型水泵转轮加工制造的技术空白, 为以后此类机组的生产积累了技术储备, 提供了大量实际生产经验。

整铸转轮数控加工工艺总结 篇2

该转轮采用整铸不锈钢结构, 材质为ZG0Cr13Ni5Mo, 毛坯4224Kg, 净重3974 Kg, 转轮直径为1700mm, 最大外径2194.4mm。

2转轮加工工艺

冲击式转轮整体数控制造是工艺研究的重点, 整体制造可很好的解决转轮运行中的失效断裂问题、提高加工效率、减低加工成本、提高水轮机的效率。转轮加工工艺流程图如下图。

2.1转轮划检

转轮是我厂采用模具整铸的水斗式转轮, 数控加工前的划检难度较大, 划线是保证加工质量的关键点之一。转轮划检除采用传统人工划线外, 还需要精密仪器FARO测量数据与计算机相结合模拟转轮和水斗的尺寸和型线, 确定转轮的加工基准和加工余量。转轮划线时出现水斗加工量不一致、水斗型线局部不够加工、铸造有缺陷等现象。

2.2数控编程研究

2.2.1数控加工的计算机仿真加工。

转轮加工中难点为粗、精铣水斗正背面型线。由于转轮结构紧凑、几何形状复杂, 加工前需对转轮三维建模, 利用UG软件的自动编程功能, 合理的选择刀具、切削参数、进退刀方式等, 设计合理的数控加工程序。UG软件应用在整体数控加工冲击式转轮具有极大的创新意识, 开创了冲击式转轮整体数控加工的新局面。

2.2.2刀具的选择。从刀具的类型上, 选择硬质合金机卡刀较为合理。这种刀具耐磨、抗冲击性能好, 尺寸准确, 刀片可以更换。水斗型面的加工粗加工基本由钻头、高速面铣刀、插铣刀、螺旋立铣刀完成, 精加工由球头立铣刀和仿形铣刀完成。

2.2.3超长刀柄振动抑制。转轮水斗尖部到根部的距离为544.3mm, 刀具的直径和长度比达到1:18, 刀具加工时容易振动。因此需要设计提制具有减震功能的刀柄, 减小了加工过程时的振动现象, 提高了水斗表面加工的精度。从加工效果来看, 超长刀柄基本能满足斐济转轮的精度要求。

2.3夹具设计

结合机床的选择, 数控龙门铣为立式主轴结构, NC160镗床为卧式主轴结构, 转轮工装夹具设计卧式装卡法。此种夹具体积、重量较小, 结构简单, 造价低;加工时找正、观察、操作方便。这套胎卡具不仅用于卧式龙门铣床上加工水斗的背面, 同时也用在立式NC160镗铣床上加工水斗的正面。

2.4数控加工

国外整体数控加工冲击式转轮一般采用专用水斗转轮加工机床和带有数控转胎的五轴镗铣床加工。哈电由于设备的限制, 通过分析研究, 利用数控转胎和三轴镗铣床完成了转轮的加工, 所用设备如下: (1) NCφ2.5米立车:加工车序部分, 包括转轮上平面、下平面、内圆、外圆 (包括外圆分水刃豁口处) 。转轮在精车后, 加工转轮的平面和中心的基准, 便于装配胎具, 为镗床加工确定基准面。 (2) 数控龙门铣:具备五轴联动功能, 主要粗精镗联轴孔、粗精加工水斗背面型线。受水斗结构和龙门铣主轴限制, 龙门铣粗铣水斗背面和正面的端面需2个工位, 即水斗上、下两部分 (以水斗分水刃为界) 。转轮粗铣水斗背面上半部分后装胎同钻铰定位销。 (3) NC160镗铣床:具有数控转胎和三轴联动功能, 精加工水斗正面型线。

水斗正面的空间相对狭小, 加工工艺主要解决刀具与水斗的干涉、超长刀具的防振、数控程序编制等问题。粗精铣水斗正面编制多个程序, 按角度数控编程加工, 有效控制了加工中的温度应力。

3转轮平衡

转轮平衡是转轮验收的重点之一。为保证转轮平衡的顺利完成, 采用钢球镜板式立式静平衡和导轨式卧式静平衡。分别用于转轮粗平衡和精平衡, 平衡精度可达到G6.3级。转轮在粗平衡后钻孔配重, 在精平衡中做平衡品质检查。

4结束语

桐子林轴流式转轮体制造工艺研究 篇3

关键词：水轮机,大型轴流,转轮体,加工工艺

1 基本参数

转轮体直径:SΦ4242mm。转轮体高度:3235mm。叶片轴孔直径:Φ1450mm。叶片数量:5片。转轮体重量:99吨。

2 主要研究内容

本课题的研究内容及方法主要包括两个方面: (1) 转轮体外球面加工工艺研究。 (2) 转轮叶片轴孔加工工艺研究。

3 具体内容分析

3.1 转轮体外球面的加工

根据现有的设备情况, 转轮体外球面的加工可选用两种机床, 一种是带数控功能的新型立车, 一种是普通立车, 不带数控功能。对于没有数控功能的立车, 我们只能采用传统的靠模加工方法, 这就需要制造一套靠模和靠模刀架, 加工时靠模刀架走靠模加工球面;而具有数控功能的立车可直接编程加工。

3.1.1 转轮体外球面的靠模加工工艺

利用靠模的加工方法如图1所示, 具体加工工艺:转轮体反放在立车卡盘上, 找正;装靠模和靠模刀架;靠模按转轮体找正相对一致;靠模刀架走靠模加工球面。

方案分析:此方案必须制作一套靠模及靠模刀架。对于桐子林水轮机转轮体, 其转轮体球面高度达2500mm, 则根据理论计算, 靠模的大小在2600mm×800mm, 而且这么大的靠模必须增加支撑以防止其变形;对于这个靠模来说, 其他机组的转轮尺寸也很难与其相吻合, 也就是说, 靠模无法再使用。这样就决定了靠模加工的工装制造费用将是很大的。在加工过程中, 为了不使立车刀架碰到转轮体, 靠模刀架上的滑动刀杆至少为 (2×球面高度+刀架宽度) , 对于直径4m的转轮来说, 刀杆长度为1800mm左右。在加工过程中由于刀杆较长滑动会产生不水平而产生变形, 靠模也因受力产生变形, 这就使转轮球面加工精度变低。由上分析可以看出, 靠模加工转轮体外圆的加工方案并不是一个很理想的加工方案。其成本将是很高而精度却较低。

3.1.2 转轮体外球面的数控加工工艺

转轮体外球面利用数控立车加工, 具体加工工艺:转轮体倒放在数控立车卡盘上, 找正;按程序加工球面。

方案分析:此方案不用制作任何工装, 完全能使用机床现有的刀架对球面进行加工。而且数控程序为转轮体中心截面, 即为加工圆弧的程序, 数控编程也比较简单。从加工刀具上来说, 也可以省去一套特制的靠模刀架, 从而使用立车自带的刀架, 仅需再使用一个长度足够的普通小刀架即可, 保证加工到转轮最低点时立车刀架不会碰到转轮上。

3.1.3 加工方案对比

对于以上两种方案, 我们可以做一下比较:

从以上比较我们可以得出结论:靠模方法加工转轮体外球面的方法是一种比较原始的加工方法, 虽然操作比较简便, 加工效率较高, 但由于需要制作较大的工装, 所以其成本远比利用数控加工的方法高, 而且他的加工精度也比较低。所以对于有数控机床的生产厂家来说, 还是安排在数控立车上加工更好。对于有大型不带数控功能的立车, 我们建议对立车进行数控功能改造, 使其更适合国内及国际水电加工的发展要求, 而且其长远的经济效益也是可观的。

3.2 转轮体叶片轴孔加工工艺研究

对于水轮机实际运行要求来说, 转轮体叶片轴孔的尺寸直接影响到整个转轮的受力和出力, 这就提出了转轮叶片的尺寸轴孔加工的重点: (1) 每个叶片轴孔中心线必须水平一致, 这样能保证叶片的受力大小一致; (2) 叶片轴孔中心线应与转轮体球面最高点截面水平一致, 这样能保证叶片与转轮体的间隙一致, 在叶片全关时叶片肩部不会碰到转轮体上研伤转轮体。

加工工艺分析:叶片轴孔的加工我们采用立车加工时, 直接在转轮体上刻转轮体球面最高点的水平线, 精车完毕后划线加工的方法。

转轮体经过粗车平面及球面、粗镗叶片轴孔后进入半精车序。在半精车完毕后, 我们通过数控找球面最高点, 在转轮体上用尖刀刻出转轮体球面最高点的水平线 (普通靠模加工的立车, 以靠模上刻的水平中心线对刀, 在转轮体上刻出最高点的水平线) , 此水平线就是叶片轴孔中心的节圆线。在划转轮叶片轴孔加工线时, 以此水平线为基准线。半精镗叶片轴孔完毕后, 将球面上的叶片轴孔中心线引至叶片轴孔内, 防止在精车时, 中心线被车掉。

在精车时, 仍以所刻水平中心线为基准找水平 (普通靠模加工的立车, 也应将靠模上所刻的水平中心线以此线找水平) 。或将转轮直接放在已经车好的等高垫筒上, 以此水平中心线找数控程序的零点 (球面最高点) , 其他高度方向上的尺寸也以此线为基准进行精车。精车完毕尖刀重新补刻出水平中心线与原线一致。

精车完毕, 仍以所刻水平中心线为基准, 划线, 精镗叶片轴孔。

从上面的加工程序我们可以看出, 立车刻线已经完全能保证我们前面所说的叶片轴孔加工的两个重点的要求。划线仅对叶片轴孔分度上有一些精度上的影响。通过精细划线, 我们完全能保证轴孔分度的弦长误差在1mm以内。水轮机在叶片全开运行时, 叶片倾角一般在0-3°以内, 基本是水平的, 水平方向误差1mm对两个叶片之间开度影响基本为0。

这里有一点要提到的是, 精镗叶片轴孔时, 也可选用普通镗床和数控镗床, 对于直径Φ1350mm叶片轴孔来说, 需要配备有效长度700mm以上的滑枕, 而滑枕较长对镗出的叶片轴孔的圆度也有较大影响, 其加工效率也比较低。

4 工艺及经济效益分析

随着水力发电技术的迅速发展和全球性的水利大开发, 水电制造业成为一种蒸蒸日上的行业。水电制造业作为一种精细的机械制造行业, 其制造工艺技术必然走在各种机械制造业的最前端。引进新技术、新工艺、新设备, 提高效率、降低成本是发展的必然之路。

参考文献

轴流式水轮机转轮体制造工艺 篇4

关键词：水轮机,制造,加工方案

1 前言

自然界的能源多种多样, 随着一些不可再生能源的减少, 像煤, 石油, 森林等。一方面这些材料的应用会污染环境, 产生CO2, SO2等有害气体, 污染大气层, 更破坏人类生存的环境。并且耗费量大, 不可能成为永远依赖的能源。因此专家与使用者的目光都渐渐转向了水, 风, 太阳, 核能等能源的开发利用。水资源的利用即是其中一项。它具有不污染环境, 取材范围广泛, 取之不尽用之不竭的优点, 因此适用于发电, 本文通过一项发电设备的实例来说明水在其中的用途和操作步骤。

2 基本参数

转轮体直径:Φ2850mm;转轮体高度:2080mm;叶片轴孔直径:Φ1250mm;叶片数量:4片;转轮体重量:30吨

3 主要研究内容

研究内容及方法主要包括二个方面:转轮体外球面加工工艺研究;转轮叶片轴孔加工工艺研究。

4 主要研究内容

4.1 转轮体外球面的加工

目前工厂用两种立车来处理转轮体圆形表面。第一种立车是一般立车, 这种设备较为传统, 仍广泛适用于年代较远, 设备更新慢, 计划经济时代的工厂。操作过程需要用到靠模和靠模刀架。对人工操作的要求比较高。另外一种设备结合了当下流行的信息化科技化路线, 即数控加工, 后一种设备是前一种设备的创新发展, 具有自动化程度高, 利用数据编程后开动机器就可以完成圆形表面的加工。

4.2 转轮体外球面的靠模加工工艺

利用靠模的加工方法如图1所示, 具体加工工艺:转轮体反放在立车卡盘上, 找正;.装靠模和靠模刀架;.靠模按转轮体找正相对一致;.靠模刀架走靠模加工球面。

方案分析:以下通过一个实例来说明传统立车的运行原理和缺陷所在。对于一个直径3M的转轮来说, 假设转轮高2M, 则根据理论计算, 靠模的大小在2400mm×700mm, 此靠模体积较大, 与通常大小的同类靠模相比则需另外进行加固措施, 否则同样密度的材料体积和质量过大运行稳定性会受到影响。因此费用增高。且用过一次后再难以应用于第二台机器加工。所以说既昂贵又浪费。对于加工操作的过程上来说, 为了不使立车刀架碰到转轮体, 靠模刀架上的滑动刀杆至少为 (2×球面高度+刀架宽度) , 对于直径3M的转轮来说, 刀杆长度为1500mm左右。过于大型的机器必然伸长度和操作面积都有所增加, 由重力和自身稳固能力的影响, 靠模刀具运行的路线会产生偏差和扭曲。精确度受到影响是理所应当的。由上分析可以看出, 靠模加工转轮体外圆的加工方案并不是一个很理想的加工方案。其成本将是很高而精度却较低。

4.3 转轮体外球面的数控加工工艺

转轮体外球面利用数控立车加工, 具体加工工艺:转轮体倒放在数控立车卡盘上, 找正;按程序加工球面。

方案分析:这种方案其实就是数控立车。不用进行组装, 对现有刀具可直接利用。且无需重新制造靠模等大型设备, 省去大量资金和时间。但需要一个小的刀架, 为了防止转轮运行最低点时不会发生碰撞现象。然后通过数据程序编入带动机器运行即可。

4.4 加工方案对比

对于以上2种方案, 我们可以做一下比较:

从以上比较我们可以得出结论:靠模是一种传统工艺, 曾经由于原理易懂长时间得到通用, 但是其缺点是显而易见的。与设计方案差异程度较大。成本较高而且浪费。数控立车的发展前景广阔, 成本低廉而精度较高, 能够成为代替靠模加工立车的新型工具。随着时间的发展, 其普及的状况应会有所加强, 带来的经济、人文环境总体效益也是不可忽视的。

4.5 转轮体叶片轴孔加工工艺研究

对于水轮机实际运行要求来说, 转轮体叶片轴孔的尺寸直接影响到整个转轮的受力和出力, 这就提出了转轮叶片的尺寸轴孔加工的重点:a.每个叶片轴孔中心线必须水平一致, 这样能保证叶片的受力大小一致;b.叶片轴孔中心线应与转轮体球面最高点截面水平一致, 这样能保证叶片与转轮体的间隙一致, 在叶片全关时叶片肩部不会碰到转轮体上研伤转轮体。

加工工艺分析:叶片轴孔的加工我们采用立车加工时, 直接在转轮体上刻转轮体球面最高点的水平线, 精车完毕后划线加工的方法。

转轮体经过粗车平面及球面、粗镗叶片轴孔后进入半精车序。在半精车完毕后, 我们通过数控找球面最高点, 在转轮体上用尖刀刻出转轮体球面最高点的水平线 (普通靠模加工的立车, 以靠模上刻的水平中心线对刀, 在转轮体上刻出最高点的水平线) , 此水平线就是叶片轴孔中心的节圆线。在划转轮叶片轴孔加工线时, 以此水平线为基准线。半精镗叶片轴孔完毕后, 将球面上的叶片轴孔中心线引至叶片轴孔内, 防止在精车时, 中心线被车掉。

在精车时, 仍以所刻水平中心线为基准找水平 (普通靠模加工的立车, 也应将靠模上所刻的水平中心线以此线找水平) 。或将转轮直接放在已经车好的等高垫筒上, 以此水平中心线找数控程序的零点 (球面最高点) , 其他高度方向上的尺寸也以此线为基准进行精车。精车完毕尖刀重新补刻出水平中心线与原线一致。

精车完毕, 仍以所刻水平中心线为基准, 划线, 精镗叶片轴孔。这里有一点要提到的是, 精镗叶片轴孔时, 也可选用普通镗床和数控镗床, 对于直径Φ1250mm叶片轴孔来说, 需要配备有效长度700mm左右的滑枕, 而滑枕较长对镗出的叶片轴孔的圆度也有较大影响, 其加工效率也比较低。

5 工艺及经济效益分析

转轮工艺 篇5

关键词：钢球式平衡工艺,静油压平衡工艺,测杆式平衡工艺,分析

为求得更好地处理水轮机转轮立式静平衡方法, 本文主要对钢球式、静油压式及测杆式平衡工艺进行对比分析, 以便在实际应用中准确把握各项平衡工艺的特点, 促进其实际应用价值的有效发挥, 提高水轮机转轮立式静平衡效果。

1. 国内常用的水轮机转轮立式静平衡工艺

1.1 钢球式平衡工艺

在转轮圆平面上加一重量后, 可得到平衡方程如下:

由此可得出,

在上述公式中, P为转轮圆面上所加的重量, R为所加重物到转轮中心的距离, G为转轮及其上的平衡工具的重量, μ为滚动摩擦系数, H为加一重物后所测得的转轮下降值, h为转轮中心到平衡球球心距离, 以a表示重物下h的摆动距离。

钢球式平衡工艺如图1所示, 为避免转轮平衡时产生非稳定性平衡, 应当在合理控制灵敏度的基础上, 适度调整平衡装置的位置, 并依据平衡物的总重量以及转轮中心到平衡球球心距离的相关数据, 选取适宜的工具, 以确保钢球式平衡工艺的实际价值的有效发挥。

1.2 静油压平衡工艺

图2为转轮及其平衡装置示意图。以平衡球接触工艺, 其球与平板表面均承受较高的接触应力, 在实际平衡过程中, 球与平面板的制造和使用过程中, 表面极易受损, 不利于平衡的顺利进行, 重量超出200t以上则难度更大。为促进大吨位转轮制造的顺利实现, 应当积极研发新的工艺, 加强技术创新, 促进研发目标的实现。静油压平衡工艺的研发, 与接触平衡存在较大差异, 静压油平衡工艺主要是应用高压油膜托起转轮, 通过转轮的自由摆动, 有效地解决了以往运行方式下大吨位转轮接触应力过高或操作不当所导致的接触面损伤问题, 一定程度上提高了水轮机转轮立式静平衡的处理效果。静压油平衡工艺在各项要求测定方法上, 与球面和平板接触工艺保持高度一致。

其中, 1表示支撑底座;2表示静压球座;3表示球头;4表示支撑轴;5表示调整垫;6表示电子水平仪;7表示被测转轮;8表示油压千斤顶;9表示配重块。

1.3 测杆式平衡工艺

测杆式平衡工艺是一种机组转轮平衡方式, 通过对压杆变形的合理利用, 在应力与变形关系的作用下, 以计算机对残余应力值进行准确计算, 进一步明确参与应力值与方位之间的关系。就实际情况来看, 测杆式平衡工艺是一种现代化的工艺, 如图3所示, 技术装备与球面及平板静油压工艺实现高级简化, 工艺成本明显降低。静压油平衡工艺属于一项技术专利, 因此在水利机转轮立式静平衡工艺中, 测杆式平衡工艺得到广泛的应用。

2. 水轮机转轮立式静平衡工艺的对比分析

2.1 钢球法与静压油法工艺

通过对比钢球法与静压油工艺并加以深入分析可知, 两种工艺在适用转轮的吨位上存在一定差异, 接触法适用于200t以下的转轮, 而静油压法适用于更大吨位的静平衡。在工艺自身重量级操作误差下, 对同一力矩平衡进行计算时, 转轮平面上任一点所加的重量测得的转轮平面平均下降值接近于零时, 平衡系统的力矩误差在转轮静平衡后设计允许最大误差的5%以内。除此之外, 就平衡工艺的装备投资情况来看, 静油压法工艺的装备投资值明显较大。就两种平衡工艺的设计过程来看, 静油压平衡工艺以静压油原理对装备进行设计, 往往需要经过一个漫长的阶段。

2.2 测杆式平衡工艺

依据转轮平衡的相关说明, 测杆式平衡工艺以ISO-1940/-1986为平衡标准, 以G6.3级为平衡公差, 静平衡后所允许的残余不平衡值为334kg·m。若应变片自身存在误差, 与制造厂出厂提供的误差相一致, 则应当委派专业的计量机构对应变片进行复查, 并出示权威的计量证明。通常情况下, 转轮从粗平衡向精平衡的过渡往往需要反复试验, 需要对同一应变片进行反复使用, 采取可靠的方式证明应变片自身误差是否存在变化, 并给出具体的复查方式。

转轮平衡系统自身存在误差, 在钢球法与静油压法两种静平衡工艺下, 应变片自身误差占据残余不平衡允许值的5%以内, 在测量方式上具有一定便捷性。应变片工艺钟是否能够直接对其误差占残余不平衡允许值进行直接测得或分析出来, 仍有待进一步探究。通过研究可知, 应变片自身出场误差较高, 并且在装置、转换以及计算等累积值的作用下, 极有可能达到参与允许值的30%~40%, 因此在水轮机转轮立式静平衡工艺中, 应当对应变片的合理性开展进一步分析, 通过计算机对转轮残余不平衡值进行计算和鉴定后, 对其结果的可靠性进行证明, 以促进水轮机转轮立式静平衡工艺的实际应用价值的有效发挥。

结语

通过水轮机转轮立式静平衡工艺的对比分析可知, 钢球式平衡工艺装置简单, 在200t以内的水轮机转轮静平衡中得到广泛应用, 工艺相对成熟。静油压平衡工艺的合理应用, 有效地解决了以往运行方式下大吨位转轮接触应力过高或操作不当所导致的接触面损伤问题, 一定程度上提高了水轮机转轮立式静平衡的处理效果。测杆式平衡工艺是现代化的工艺方式, 工艺成本较低, 在水利机转轮立式静平衡工艺中得到广泛应用。

参考文献

[1]单宁, 刘霞.水轮机转轮叶片裂纹实时在线检测研究[J].压电与声光, 2011 (5) :35.

[2]戴鼎章, 司亮.水轮机转轮叶片裂纹成因及对策分析[J].中国新技术新产品, 2011 (3) :100.

转轮工艺 篇6

众所周知, 水轮机转轮是水电机组最重要的部件之一。它的制造技术将直接关系到整台机组运行效率直至电站的运行。水轮机转轮是由多个叶片焊接加工制成。所以, 探讨水轮机转轮叶片加工及工艺是非常有必要的。

2 瑞丽江电站水轮机转轮叶片简介

瑞丽江电站水轮机转轮叶片共有两种:长叶片和短叶片。尺寸如图1。每台共有30片。其中长叶片15片, 短叶片15片。我厂共有5台机组, 要生产叶片150片。长短叶片外型基本相同。长叶片下料外形尺寸为长边16390mm, 短边15182mm。宽长边8750mm。宽短边4720mm。进水边厚440mm, 出水边逐渐变小。最薄处110mm。单片重340kg, 在我厂属于中小品种。该叶片材料采用0Cr13Ni5Mo不锈钢耐酸钢板。

3 叶片加工常用方法成本比较

3.1 手工铲磨加工成本

手工铲磨加工叶片就是先将留有一定余量的叶片铸造出来, 然后按样板铲磨出图纸要求的叶型。

由于铸造精度的影响, 手工铲磨需留加工量和叶型校正量。此时每片叶片增重约0.2t, 每台增加1t, 按每吨不锈钢4万元计算, 共4万元。手工铲磨每片叶片工时为500h, 每台机1500h, 按每小时铲磨费用8元计算共1.536万元。每台机消耗砂轮机及各种砂轮片0.5万元, 碳弧气刨用碳精棒100根/m2, 按每根0.4元计, 共0.44万元。因此每台总计各种费用6.4万元。

3.2 数控加工

为保证叶型有足够的加工量, 以及叶片铸造变形, 叶片每面需留2～19mm加工量, 每片叶片增重0.3t, 每台机增加金属重量9t, 计36万元。加工叶型每台机需用准50球刀头3把, 计0.6万元, 准160面各种费用总计37万元。

3.3 部分数控加工

叶片铸造留量与手工铲磨加工相同。叶片铣、铲磨基准槽每片20h, 工时费用6万元, 工装费用2万元 (标准工装除外) , 每片叶片需准80立铣刀2把, 每台机约3万元, 刀片每台机50片0.1万元, 铲磨费用5.4万元, 各种费用总计15.5万元。

3.4 不同加工费用比较

手工铲磨:6.4万元;数控加工:37万元;部分数控加工:15.5万元。

通过上述分析及用户要求, 根据哈电公司的生产能力, 决定叶片的型面加工采用手工铲磨方法。

4 叶片热压成型过程及工艺装备

我厂冷作分厂100吨位油压机床面宽度3m, 长度5 m, 高度3.3m, 完全能满足生产要求。

叶片热压成型工艺装备主要是叶片压模。压模主要有上模、下模、导柱、支架。上、下模体开有冷却槽可以通过冷却水。通水的目的是为了使模具降温以免热压过程中包模。模具主件如图2。

先将模具固定在油压机上。找好中心调整好间隙, 把加工出初步形状的平板原料放到加热炉加热到1000℃～1050℃。后用机械手将高温板料卡紧, 送到安装好的模具下模体上。也就是油压机下工作台, 把工作台推进到工作位置, 落下紧固好的上模体, 保温1h后卸模, 即完成一片热压成型的叶片。模具使用图如图3。

5 结语

转轮工艺 篇7

关键词：轴流转桨式,水轮机转轮,桐子林水电站,组装

1 工程概况

桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江下游河段,距离上游二滩水电站18km,距下游雅砻江与金沙江交汇处15km,是雅砻江流域水电基地梯级开发的最末一级电站。坝址区有S214省道及成昆铁路线通过,交通便利。电站为坝后式厂房,装设4台单机容量153.1 MW的轴流转桨式水轮发电机组,额定水头20m。电站保证出力22.7万kW,年利用小时数4 958h,多年平均发电量29.75亿kWh。电站正常蓄水位1 015m,水库总库容9 120万m3。桐子林水电站以发电任务为主,兼有下游防洪、灌溉等综合利用效益,电站在电力系统中担任基荷或峰荷,所发电能主要送入四川电网。水轮机由哈尔滨电机厂有限责任公司制造供货,中国水电七局机电安装分局负责安装施工。

2 转轮特点

2.1 转轮结构特点

(1)立轴轴流转桨式转轮结构,主要由转轮中心体、叶片、泄水锥及内部桨叶操作机构等部件组成。

(2)转轮中心体采用ZG20SiMn整铸而成,轮毂比0.42,最大外径约 Φ4 242mm,高度约3 300mm,质量约95t,整体运输到工地。

(3)转轮中心体内接力器活塞采用钢制活塞,活塞杆通过接力器活塞缸盖的部位设置有可更换的青铜导向瓦。

(4)转轮有5片桨叶,采用0Cr13Ni5Mo低碳马氏体高强度不锈钢材料通过真空氧气脱碳法(VOD)精炼铸造而成。叶片表面采用五轴数控加工工艺,使过流面线型与叶片翼型设计高精度贴合,确保了转轮叶片优良的水力学性能。叶片采用密封性好、结构简单可靠、检修方便的双向多层耐油耐压密封,叶片密封能防止漏油和水进入装轮中心体,并能在不拆卸叶片的情况下更换。

(5)泄水锥为钢板焊接结构,与转轮中心体之间采用螺栓预紧,径向销钉定位的联接方式,并设有防脱落措施,与转轮连接可靠。泄水锥质量约9t,整体运输到工地。

(6)转轮和主轴采用法兰螺栓联接,销钉传递扭矩。

2.2 转轮吊装主要参数

桐子林水电站装设的4台立轴轴流转桨式水轮机为国产巨型机组,转轮整体吊装主要由转轮装配、主轴、导流锥、支持盖等组成,其中转轮装配质量约320t,主轴及操作油管重量约97t,导流锥安装质量约33t,支持盖约98t。转轮吊装采用转轮、主轴、支持盖、导流锥四体联吊的方式,组合体起吊总重量约560t(不含平衡梁),吊装最大尺寸为:Φ10 100×18 300(高)mm。

3 转轮组装及试验

3.1 转轮组装工艺流程

水轮机转轮的组装是水电站机电设备安装任务中的节点性工序,其组装质量至关重要[1]。由于桐子林水电站所装设的水轮机为国产巨型机,其转轮结构尺寸、重量都较大,且转轮倒立组装及其翻身等工序与传统施工方法相比存在较大的不同。因此,施工技术人员根据该工程的具体特点编制分部分项工程施工组织设计,并拟定专项施工方案,确保转轮的高质量组装。

根据桐子林水电站水轮机转轮结构特点和安装技术质量要求,制定如下组装流程:组装前准备 → 支撑基础的安装 → 反装转轮体→转轮体翻身→正装泄水锥→ 操作油管等附件的安装→桨叶吊装→安装转轮试验工具 → 进行转轮试验 → 桨叶螺栓盖板的安装→辅助支架的安装→整体起吊零部件的安装。

3.2 组装前准备

转轮组装前对厂家到货的设备进行开箱清点检查,并如实记录设备是否缺件、有缺陷等情况。设备清点核对无误后,对各零部件进行清理,去除部件表面的油污、毛刺、氧化皮等,研磨部件局部高点符合要求,同时要对重要部件的尺寸进行复测,并作好记录。由于轴流转桨式水轮机转轮内部传动机构构造复杂,相对运动部件之间的尺寸配合精度要求较高,因此,必须在组装前对各零部件进行严格细致的清理,其工作的质量将直接影响机组的投产运行,因此转轮零部件的清理工作至关重要[2]。

3.3 支撑基础的安装

在安装间转轮组装工位搭设转轮安装支架I。转轮安装支架I由5个钢支墩沿圆周均匀布置。测量并调整转轮安装支架I节圆尺寸 Φ3 200mm,支墩底部与组装工位预埋钢筋连接牢固,并将尺寸位置标注在支架上平面上,以便于转轮体吊放及位置调整。在各支墩上放上调整楔子板,并调整楔子板上平面在同一水平面上,调整好后点焊牢固。

3.4 反装转轮体

(1)由于厂家给出的部分转轮组装步骤不太合理,现场施工过程中有较大难度,且不利于后续工作的顺利开展,施工单位根据现场具体施工条件,将转轮翻身支架I的安装选在转轮吊至安装支架之前进行,减小了转轮翻身支架I的安装难度,节省了安装施工时间。

(2)将转轮体吊至安装间,倒放在转轮安装支架I上,调整转轮体水平不大于0.05mm/m。

(3)将小轴瓦套入转臂枢轴,并将转臂、连杆、耳柄、连杆销等零部件在安装间一一对应组装。组装后检查各连杆应转动灵活,无碰撞、发卡等现象。将组装完毕的转臂、连杆等对号吊入转轮体内部,采用两套钢丝绳配合链条葫芦调平安装。利用专用定位工具调整转臂中心与大铜瓦中心基本一致。组装前大铜瓦表面应涂抹润滑油或润滑剂,以便与安装且避免研伤铜瓦表面。安装就位后调整转臂位置,确保叶片处于全关位置时转臂中心线水平,并用转臂卡环固定转臂位置为全关。

(4)依次安装活塞杆、接力器缸、活塞、接力器缸盖、连接螺栓等。组装时按厂家图纸要求对各螺栓进行预紧,满足伸长量及预紧力要求。活塞在转轮翻身过程中一直处在接力器缸底部位置,并用限位环与活塞杆环形凹槽进行配合紧密,以确保转轮体翻身时接力器内部系统的牢固。如图1和图2。

(5)拆除转臂、连杆固定工具,同时安装全关位置固定工具,以固定转轮体内部叶片操作机构,避免转轮翻身过程中内部各部件上下窜动、碰撞。根据翻身要求,正确安装转轮起吊翻身工具Ⅱ、Ⅲ,并注意安装方向和安装位置。翻身吊具与转轮体把合面止口应贴合紧密,把紧固定螺栓。翻身吊具Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的布置形式和安装方向如图2所示。

3.5 转轮体翻身

连接翻身支架与翻身吊具I之间的销轴,准备进行转轮翻身。鉴于桐子林水电站水轮机组的超大尺寸和重量,经过多方专家的咨询与研究讨论,最终确定了一套转轮翻身专项施工方案。为了确保转轮翻身的安全性和施工工效,该施工方案在传统翻身方案的基础上做了进一步优化,采用200T汽车吊辅助厂房主吊钩联合吊装的方式,并利用定制的倒圆角边翻身吊具进行四吊点分布式协联支撑。翻身过程如图3所示,操作顺序为a→b→c→d→e→f→g→h→i,具体施工过程如下。

(1)汽车吊挂装翻身吊具 Ⅲ,桥机下游主钩挂装翻身吊具Ⅱ,联合吊至转轮翻身支架上,联接翻身支架与翻身吊具I之间的销轴,如图3(a)所示。保持汽车吊和下游主钩都受力的情况下,同时移动桥机和汽车吊,使转轮体缓慢、均匀、平稳向下游倾斜,待桥机下游主钩完全受力后,下落汽车吊钩,使钢丝绳不再受力。待转轮翻身约至90°时,停止下落桥机下游主钩并拆除汽车吊所挂钢丝绳,在转轮体下方适当位置垫以方木,并在方木两侧塞上木楔,以支撑和保护转轮体,如图3(d)所示。

(2)换用汽车吊挂装翻身吊具 Ⅱ,移动桥机下游主钩使其挂装在转轮体底部,如图3(e)所示。缓慢升起汽车吊和桥机下游主钩,待两者适当受力后拆除翻身吊具Ⅰ与翻身支架之间的轴销。利用汽车吊和桥机下游主钩将转轮体向上游缓慢抬吊,联接翻身吊具Ⅲ与翻身支架轴销并固定,换用桥机上游主钩挂装翻身吊具Ⅰ,并拆除桥机下游主钩与转轮体底部之间的钢丝绳,如图3(g)所示。

(3)缓慢下落汽车吊钩,起吊上游主钩,在上游主钩升起至转轮体重心即将越过翻身支架支撑点向下游倾斜前,使汽车吊钢丝绳进行辅助受力,同时缓慢移动汽车吊和上游主钩,将转轮体重量逐渐转移至上游主钩,如图3(h)所示。拆除汽车吊钢丝绳与转轮体以及翻身支架与转轮体间的连接,完成转轮中心体翻身。用上游主钩将转轮体吊至转轮安装支架上,即可进行下一步泄水锥、叶片安装以及连轴等操作。

与传统的转轮翻身方案相比,该技术方案具有明显的优点:①设计简单,操作易于实现,可以很好地控制转轮翻身的速度,保证了翻身动作的均匀性和平稳性;② 配合倒圆角边设计的翻身吊具,使得钢丝绳与翻身吊具及转轮体之间无多余不良受力点,钢丝绳受力均匀,很好地避免或减小了钢丝绳与吊具边角之间的有害磨损和割伤;③由于转轮体尺寸和重量都非常大,重心大幅度倾斜时用汽车吊辅助受力,有效规避了翻身时转轮体重心越过支撑点后突然倾倒而将桥机小车甩向下游造成事故的风险,大幅提高了大型水轮机转轮体组装工效和施工的安全性。

3.6 正装泄水锥、操作油管及其附件

由于厂家给出的泄水锥安装方案在现场施工时,回复杆与对应销孔的对准配合难度较大,故采取如下改进的施工方案。

(1)在安装支架Ⅰ 上安装转轮安装支架 Ⅱ,复测并调整支架II的节圆尺寸满足要求。吊装泄水锥至安装支架II上,此时泄水锥底部离安装间地面高约800mm,便于施工人员进出腔体,进行泄水锥回复杆与对应销孔的对准安装。

(2)吊起翻身后的转轮放置在转轮安装支架 Ⅱ 上,并与泄水锥联接。为使支撑稳固,部分泄水锥与转轮体把合螺栓暂不安装。拆除转轮翻身起吊工具Ⅰ,进行转轮体内的中间操作油管和内操作油管的套装。套装操作油管时动作要缓慢、均匀,避免速度太快或者忽快忽慢造成操作油管与转轮体内部结构造成碰撞损伤。

3.7 叶片安装

(1)每片叶片起吊质量约26t,按厂家编号,用桥机及导链吊装叶片。叶片挂装应对称进行;叶片螺栓拧紧应先拧上面,后拧下面,分两次拧紧;通过滑轮导向,用液压扳手拧紧,利用厂家提供的测量伸长值的专用工具进行螺栓伸长值测量,紧力达到图纸要求按图纸要求进行叶片螺栓的预紧。

(2)在进行4号叶片挂装时,大铜瓦内径出现了椭圆现象,椭圆度测量值为0.15mm。当叶片进入大铜瓦约30 mm时,叶片轴与大铜瓦配合间隙逐渐减小,桨叶轴进入大铜瓦80mm时,叶片轴再也无法进入大铜瓦。施工技术人员通过分析问题产生的原因,并测量数据偏差,对问题部件的椭圆部分进行了高精度的修磨处理,很好地解决了问题,保证了施工的质量和进度。

3.8 转轮试验

(1)试验前检查并确保转轮体各部件的密封正确安装,转轮试验工具、设备等准备就绪。在做渗漏试验时,除需检查各止漏装置和各组合缝处的渗漏情况外,还需检查桨叶的转动情况[3]。向接力器缸内注油时,确保腔体内空气排尽后安装耐压试验盖。根据试验操作管路进行转轮动作试验,分别向接力器上、下腔体内注油推动活塞移动,动作试验油压控制在0.5MPa以内,检查叶片和传动机构的平稳性、灵活性满足要求,无不良动作故障。

(2)向转轮体和泄水锥腔体内注油排气,安装耐压试验盖进行转轮密封漏油试验。试验压力分别保持在0.05 MPa和0.5 MPa,相应试验时间分别为1h和8h。试验过程中,叶片每小时转动2~3次。检查转轮体各部位及密封不得有渗漏油现象。最后一次转动叶片结束时,确保叶片处于全关位置。试验完成后复测转轮叶片直径,再次校核叶片位置的变化情况符合规范要求。

4 结语

桐子林水电站轴流转桨式水轮发电机组全部为国内自主生产,转轮直径达10 100 mm,定子最大外径D17 600 mm,机组各项参数均居世界先进水平。电站巨型机组在结构设计及组装施工方面克服了许多新的技术难题,特别是转轮翻身采用桥机主吊钩配合汽车吊联合吊装的方法,并且利用定制的翻身吊具进行四吊点分布式协联支撑,吊装方法较以往有较大改进,安装工艺也有所提升和创新,很好地保证了转轮体安装工效和施工的安全性。转轮动作及密封试验进展顺利,取得了很好的预期效果。该机组成功的设计、制造及安装实践对于其他电站的大型轴流转桨式水轮机组具有很好的借鉴和指导作用。同时,桐子林水电站的建成投产,对于优化四川电网结构、改善电力系统运行条件等具有重要意义。

参考文献

[1]周厚全,汪俊.水轮机机组的安装与检修[M].郑州:黄河水利出版社,2009:23-46.

[2]徐庆贺,马利芳.沙湾水电站轴流转桨式机组转轮组装[J].四川水利,2012,(6):17-18.

[3]于兰阶.水轮发电机组的安装与检修[M].北京:水利电力出版社,1986:56-58.