軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體加工工藝的研究

郭曉明

摘 要：近些年來，我國的科學(xué)技術(shù)日新月異，社會經(jīng)濟(jì)也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，我國的水力發(fā)電技術(shù)同樣發(fā)展迅速，不容小覷。隨著水力發(fā)電的不斷發(fā)展，國家對水電站建設(shè)的投入也越來越多，水電站的建設(shè)規(guī)模也越來越大。而西部水電站更是得到了國家的大力支持。水電站的發(fā)展也得到了令人欣喜的進(jìn)步。目前，我國水電站建設(shè)以中小型機(jī)組為主，采用較為廣泛的是軸流和貫流機(jī)組。因軸流式機(jī)組較為常用，與一些小型機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)原理有異曲同工之處，易于理解，因此文章就軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體的制造工藝展開了分析和討論，僅供參考。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；制造；加工方案；研究

1 概述

自然界的能源是多種多樣的，其中有很多能源是人類可以利用的資源，但由于可再生能源的不斷減少，如煤、石油、林業(yè)等，人們所能利用的能源逐漸轉(zhuǎn)向可再生能源。風(fēng)能、太陽能、水能等得到了人們的廣泛運(yùn)用，其在人們的生活中發(fā)揮越來越大的作用，給人們的生活提供了更多的方便。不可再生能源由于其自身的因素，還會產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等等，這些物質(zhì)會污染空氣，破壞自然，其次不可再生能源不是取之不盡用之不竭的，由于其特性也注定不能為人類長期依賴。所以，妥善利用可再生能源勢在必行。在可再生能源中，水能是人們最為熟悉的能源之一，它不但貼近人們的生活，并且較為經(jīng)濟(jì)。水能具有取材容易，用之廣泛，對環(huán)境無害的特點。水能發(fā)電技術(shù)被廣泛應(yīng)用，產(chǎn)電量日漸增長，能夠滿足生活、生產(chǎn)的需求。水資源被得到了廣泛運(yùn)用。文章以某水電站水輪發(fā)電機(jī)為例，對大型軸流水輪機(jī)的工藝進(jìn)行了闡述與分析，希望能夠為相關(guān)工作人員帶來一定的參考價值。

2 基本參數(shù)

轉(zhuǎn)輪體直徑：Φ2850mm；

轉(zhuǎn)輪體高度：2080mm；

葉片軸孔直徑：Φ1250mm；

葉片數(shù)量：4片；

轉(zhuǎn)輪體重量：30噸。

3 主要研究內(nèi)容

研究的內(nèi)容和方法包括：（1）對轉(zhuǎn)輪體外球面進(jìn)行加工工藝的研

究；（2）對轉(zhuǎn)輪葉片軸孔加工工藝的分析。

4 加工工藝

主要研究內(nèi)容包括對轉(zhuǎn)輪體外球面的加工，對轉(zhuǎn)輪體外球面的靠模加工，轉(zhuǎn)輪體外球面的數(shù)控加工，轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔加工。對其加工方案進(jìn)行細(xì)致對比，使其對軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體加工工藝有更全面的了解。

4.1 轉(zhuǎn)輪體外球面的加工

對處理轉(zhuǎn)輪體圓形表面的問題通常會用到兩種立體車來進(jìn)行處理。這兩種立車包括：一般立車和數(shù)控加工。一般立車是傳統(tǒng)方式，目前依然被廣泛運(yùn)用，多用于比較老舊，更新設(shè)備遲緩，建立時間較久遠(yuǎn)的工廠。這些工廠由于受到當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的限制，技術(shù)較為傳統(tǒng)，對于這種立車要使用傳統(tǒng)的靠模加工技術(shù)。這對于人工操作的能力要求也比較高。而另一種數(shù)控功能的新型立車則是結(jié)合了現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，利用了信息技術(shù)，使得設(shè)備的應(yīng)用具有較高的自動化，操作起來更加便捷迅速，并可利用數(shù)據(jù)編程完成圓形表面加工。

4.2 轉(zhuǎn)輪體外球面的靠模加工工藝

利用靠模加工工藝使得轉(zhuǎn)輪體反放在立車卡盤上，找正，裝靠模和靠模刀架，靠模按轉(zhuǎn)輪體找正相對一致，靠模刀架走靠模加工球面。

方案分析：采用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行加工時則無法使用到數(shù)控功能，這就需要一套靠模，靠模刀架，并在工作開始之前有合理的計算，對靠模有一個較為準(zhǔn)確的設(shè)計。在這里，靠模的變化會很大，比如說如果靠模設(shè)計較大，那么就要在其上面增加支撐，不然會發(fā)生變形。靠模過大還會給機(jī)組之間的組合造成不符的情況?？磕t失去了使用價值?？梢娎每磕砑庸黾雍芏嘣诠ぱb制造上的費(fèi)用消耗。加工中，為避免立車刀架碰觸轉(zhuǎn)輪體，靠模刀架上的滑動刀桿至少為（2×球面高度+刀架寬度），對于直徑3m的轉(zhuǎn)輪來說，刀桿長度為1500mm左右。對于大型機(jī)器伸長度和操作面積也會隨之增長，靠模刀具也會產(chǎn)生變化，發(fā)生變形。由于重力和自身力的影響，其運(yùn)行路線也會發(fā)生較大改變，使得轉(zhuǎn)輪球面的加工精確度發(fā)生變化。綜上所述，靠模加工轉(zhuǎn)輪體外球面靠模加工工藝存在爭議，并不是十分理想?？磕＜庸な卤豆Π?，成本較高，但精度卻難以達(dá)到預(yù)期效果。

4.3 轉(zhuǎn)輪體外球面的數(shù)控加工工藝

具體加工工藝：轉(zhuǎn)輪體倒放在數(shù)控立車卡盤上，找正，按程序加工球面。

方案分析：此種方案所用到的是數(shù)控立車。其不但能夠節(jié)省了組裝的步驟，還能夠直接運(yùn)用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行加工，省時省力。除此之外，還避免了重新制造靠模等大型設(shè)備的精力和實踐，也為其節(jié)省了開銷，減少了工時，提高了工作效率。為了避免轉(zhuǎn)輪運(yùn)行到最低處時發(fā)生碰撞，需要事先準(zhǔn)備小刀架，此后通過數(shù)控程序的操作，使其機(jī)器按部就班的運(yùn)轉(zhuǎn)即可。工作省時省力，也提高了精度。

4.4 加工方案對比

對以上所述的兩種方案，現(xiàn)在進(jìn)行詳細(xì)分析與對比。（1）靠模加工方案：優(yōu)點包括：機(jī)床的費(fèi)用較低廉，方案比較傳統(tǒng)，操作上較為簡單。不足之處包括：在工藝上需要加工一套比較大的工裝，并且其工裝缺乏通用性。加工精度和效率并不高。（2）數(shù)控加工方案：優(yōu)點包括：其加工精度比較高，操作便捷快速，無需重做工裝，省去大量時間與開銷。不足之處包括：機(jī)床小時費(fèi)用很高，其設(shè)備成本不低，加工效率不理想。

綜上所述，靠模加工屬于傳統(tǒng)工藝，最為普通和古老，原理簡單，通俗易懂，容易操作但存在較多缺憾。比如，其成本昂貴，存在較多浪費(fèi)。數(shù)控立車的成本則與其形成鮮明對比，其成本低廉易于接受，并且精度較高。數(shù)控立車是一種廉價的現(xiàn)代型工具，具有廣闊的發(fā)展前景。

4.5 轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔加工工藝研究

轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔的加工對于水輪機(jī)整體運(yùn)行來說有著非常重要的意義，其影響到整個轉(zhuǎn)輪的受力與出力。在其加工中要重點注意的是：（1）要保證葉片軸孔中心線的一致性，當(dāng)其中心線保持水平一致時，受力的大小也會統(tǒng)一；（2）為了使葉片與轉(zhuǎn)輪體間隙的統(tǒng)一，則需要保證葉片軸孔中心線與轉(zhuǎn)輪體球面最高處截面一致。在葉片軸孔加工中采用立車加工，精車完畢后劃線加工。轉(zhuǎn)輪體經(jīng)過粗車平面及球面、粗鏜葉片軸孔后進(jìn)入半精車序。待其完成之后，可以利用數(shù)控來確定球面的最高點。并用尖刀在轉(zhuǎn)輪體上劃出轉(zhuǎn)輪體球面最高點的位置，也就是最高點水平線，得到的這條水平線則是葉片軸孔中心節(jié)圓線。將水平線設(shè)為基準(zhǔn)線。等到半精鏜葉片軸孔完成之后，將球面上的葉片軸孔中心線引至葉片軸孔內(nèi)，防止在精車時，中心線被車掉?；?qū)⑥D(zhuǎn)輪直接放在已經(jīng)車好的等高墊筒上，以此水平中心線找數(shù)控程序的零點。精車完畢，仍以所刻水平中心線為基準(zhǔn)，劃線，精鏜葉片軸孔。

5 工藝及經(jīng)濟(jì)效益分析

科技的發(fā)展與騰飛是水利水電技術(shù)不斷進(jìn)步，不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)，隨著其技術(shù)的更新?lián)Q代，對精準(zhǔn)度的要求也越發(fā)嚴(yán)格。時代需要進(jìn)步，對水利技術(shù)而言也是如此。想要得到不斷的發(fā)展，就需要改革舊的技藝，學(xué)習(xí)新的知識，運(yùn)用現(xiàn)代化科技。這也是其發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益勢在必行的。只有這樣，行業(yè)才能不斷進(jìn)步，技藝才能不斷更替。

6 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在帶動社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的同時，對我國的水利水電行業(yè)也有著不可忽視的作用與影響。水利水電工程在全國范圍內(nèi)不斷深入，水利設(shè)備的延伸與發(fā)展也愈發(fā)廣泛。能源的充分利用帶動了其進(jìn)一步的發(fā)展，這也是現(xiàn)代化科技的今天所要面臨和妥善利用之處。文章通過對軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體加工工藝進(jìn)行分析和探討，對其不同的加工工藝展開了較為詳細(xì)的說明，希望能夠為相關(guān)從業(yè)人員在工作上帶來一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)

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