一種墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具

王 聰

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

轉(zhuǎn)輪是水輪機系統(tǒng)中最為重要的零部件之一，大型水輪機轉(zhuǎn)輪在運行時的轉(zhuǎn)速通常在100～375 r/min，轉(zhuǎn)輪加工是否均勻直接決定著水輪機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命，所以每臺轉(zhuǎn)輪在出廠前都需要做平衡試驗，大中型轉(zhuǎn)輪由于尺寸大并不適合上動平衡機做平衡試驗，只能采用靜平衡試驗的方式。靜平衡試驗可以通過配重來確定轉(zhuǎn)輪的不平衡矩，進而判斷轉(zhuǎn)輪的均勻性。轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具就是用來測量轉(zhuǎn)輪不平衡矩的工藝裝備。

1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具介紹

圖1為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具結(jié)構(gòu)示意圖。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具為絲杠結(jié)構(gòu)，是利用絲杠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪重心與平衡球心之間的距離，使轉(zhuǎn)輪重心位于平衡球心以下一定范圍，從而調(diào)節(jié)整套工具系統(tǒng)的靈敏度，再進行靜平衡的試驗。它的優(yōu)點是轉(zhuǎn)輪重心調(diào)節(jié)范圍比較大，對于不平衡矩較大的轉(zhuǎn)輪，可以將工具調(diào)節(jié)到較好的靈敏度狀態(tài)。但是由于絲杠結(jié)構(gòu)中絲杠和過渡法蘭之間采用的是梯形螺紋，梯形螺紋螺距較大，在制造上容易出現(xiàn)螺紋與絲杠中心線不垂直的現(xiàn)象；再累計平衡套筒與過渡法蘭、過渡法蘭與轉(zhuǎn)輪之間的間隙，很容易使轉(zhuǎn)輪重心不在絲杠中心線上導(dǎo)致試驗產(chǎn)生誤差；同時平衡球的加工也存在問題，平衡球在使用車床加工球面最高點時，機床的線速度為零，導(dǎo)致球面存在一個小平面，這個小平面直接導(dǎo)致該工具靈敏度低，就影響了轉(zhuǎn)輪的平衡[1]。綜合以上因素，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具存在著加工困難、平衡精度低等缺點。

1.螺栓；2.過渡法蘭；3.螺栓；4.平衡套筒；5.絲杠；6.調(diào)節(jié)螺母；7.調(diào)節(jié)板；8.平衡球；9.底座圖1 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具

2 墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具

墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具是通過調(diào)整墊片厚度改變轉(zhuǎn)輪重心高度，進而調(diào)整工具靈敏度的靜平衡試驗工具。通過試驗來計算轉(zhuǎn)輪的不平衡矩大小，再在上冠外圓鉆孔或再灌鉛進行配重，反復(fù)進行試驗和配重，直到轉(zhuǎn)輪的不平衡矩能滿足要求，從而制造出合格的轉(zhuǎn)輪。

2.1 工具的典型結(jié)構(gòu)

如圖2所示，將項9過渡套安裝到項8平衡套筒中，通過項7螺栓把合，將項10平衡球安裝到項9過渡套中，將項12壓板利用項11螺栓把合固定在項8平衡套筒上，從而使項12壓板限制項10平衡球的軸向移動，利用項4雙頭螺柱和項5螺母將項8平衡套筒把合在項2過渡法蘭上，項8平衡套筒和項2過渡法蘭中間墊上等高度的項3U型墊片用于調(diào)整轉(zhuǎn)輪重心高度，將項2過渡法蘭通過項1螺栓把合在轉(zhuǎn)輪上形成平衡機構(gòu)，平衡機構(gòu)整體通過項10平衡球放在項13底座上進行試驗。

1.螺栓；2.過渡法蘭；3.U型墊片；4.雙頭螺柱；5.螺母；6.頂起螺釘；7.螺栓；8.平衡套筒；9.過渡套；10.平衡球；11.螺栓；12.壓板；13.底座圖2 墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具

2.2 工具的工作原理和使用方法

與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具一樣，其原理是利用平衡球心與平衡物體的重心的相應(yīng)位置，在保證一定靈敏度下獲得平衡[2]。對于不同重量的平衡物體，平衡物體的總重量和平衡球心與平衡物體重心的距離h值(以下稱h值)的關(guān)系，采用表1數(shù)值。

表1 h值與平衡物體總重量的關(guān)系

在平衡物體的總重量一定時，h值越大靈敏度越高，h值越小靈敏度越低，當(dāng)h值采用表1中數(shù)值時，工具的靈敏度達到最佳狀態(tài)。墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具h(yuǎn)值調(diào)整通過調(diào)整項3U型墊片的厚度來實現(xiàn)，具體調(diào)整方法為：先松開項5螺母，使用項6頂起螺釘把項8套筒頂起，需要增加h值則增加項3墊片的厚度，需要降低h值則減少項3墊片的厚度，再將項5螺母把緊，根據(jù)表1中的h值調(diào)整好靈敏度后即可進行靜平衡試驗。

2.3 優(yōu)點與缺點

墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具的優(yōu)點是省去了絲杠，克服了梯形螺紋間螺距大、加工螺紋與絲杠中心線不垂直的缺點；同時平衡球直接使用軸承球，球的形狀、表面粗糙度、硬度均好于自己加工的平衡球，克服了平衡球加工到最高點時線速度為零的缺點。

墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具的缺點是可調(diào)整的范圍較小，通常在0～60 mm，若轉(zhuǎn)輪的焊接和加工誤差較大導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪的實際重心與理論計算重心偏差較大，很有可能無法將h值調(diào)整到最佳數(shù)值，從而影響到工具的靈敏度。但是由于現(xiàn)在的轉(zhuǎn)輪設(shè)計越來越多的運用三維造型，理論重心計算的比較準(zhǔn)確。同時隨著加工技術(shù)的不斷進步，轉(zhuǎn)輪的實際重心也更接近理論重心，所以轉(zhuǎn)輪重心的調(diào)節(jié)范圍不需要太大，用墊片調(diào)節(jié)足可以滿足大多數(shù)轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗的要求。

3 結(jié)語

墊片式轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具是通過調(diào)整墊片厚度改變轉(zhuǎn)輪重心高度進而調(diào)整工具靈敏度的靜平衡試驗工具，轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具各零部件之間緊密配合，工具制造難度低，平衡精度高，特別適用于精度要求較高的抽水蓄能、水泵和高水頭混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的靜平衡試驗。目前此種轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗工具已應(yīng)用于我公司大華橋、豐滿重建和小浪底引黃工程項目的轉(zhuǎn)輪靜平衡，取得了較好的效果。