整體鑄造混流式轉(zhuǎn)輪質(zhì)量控制方法

張 磊，吳 垠，李 廷

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

1 整鑄轉(zhuǎn)輪介紹

整體鑄造的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪（以下簡稱轉(zhuǎn)輪）制芯周期短、現(xiàn)場操作簡單、成本低。與組焊結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪最大區(qū)別就是整個(gè)工件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且為異形曲面，缺陷修補(bǔ)困難，大部分過流面均不可加工，需要人工打磨。通過最佳的測量工藝使葉片的偏差滿足設(shè)計(jì)要求，是本次需要重點(diǎn)研究的課題。

整鑄轉(zhuǎn)輪已在尺寸劃線和測量方面取得一定的突破。產(chǎn)品主要尺寸如圖1 所示，偏差如表1 所示。

圖1 混流式轉(zhuǎn)輪主要尺寸

表1 主要尺寸允許偏差

2 葉片進(jìn)水邊、出水邊的型線樣板測量

葉片面的進(jìn)出水邊，尤其是出水邊形狀不良會發(fā)生脫流旋渦渦列（俗稱卡門渦現(xiàn)象），通常進(jìn)出水邊在150mm～300mm 范圍內(nèi)要求卡板間隙控制在1mm～1.5mm，超出要求后會產(chǎn)生卡門渦共振和汽蝕問題。因此根據(jù)顧客要求設(shè)計(jì)制作了卡板進(jìn)行檢驗(yàn)。鑄件在粗加工時(shí)數(shù)控機(jī)床加工出卡板截面線，使用進(jìn)出水邊樣板檢驗(yàn)葉片進(jìn)出水邊型線，根據(jù)截面線將卡板進(jìn)行定位，用塞尺檢查葉片的里出外進(jìn)、進(jìn)出水邊形狀和型線與樣板之間的間隙，填寫到卡板尺寸檢測記錄表中，計(jì)算葉片型線的相似性與一致性公差是否符合顧客要求（如圖2 所示）。

圖2 混流式轉(zhuǎn)輪葉片型線樣板檢查示意圖

3 混流式轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度測量

整鑄轉(zhuǎn)輪所有葉片是沿鑄件中心向四周按照相同角度均勻排列，但是在前期鑄造或后期返修中極易造成葉片角度發(fā)生偏移，造成卡門渦振動(dòng)，這就需要進(jìn)行葉片角度的檢查。通常采用磁吸支撐的方式將卡板水平固定至葉片面特定位置處（注意卡板與水平面平行），根據(jù)卡板理論設(shè)計(jì)點(diǎn)引出兩條細(xì)線，測量磁性線鑄件的間隙，根據(jù)公式計(jì)算出葉片型線的角度偏差值與理論值進(jìn)行對比，檢測葉片是否偏移。計(jì)算公式：（RiP-RiS）/Di（如圖3 所示）。葉片進(jìn)、出口角度允許偏差一致性公差±1%；相似性公差±0.5%。

圖3 混流式轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度檢查示意圖

4 混流式轉(zhuǎn)輪葉片的開度測量

為了控制出水的流量，相鄰葉片進(jìn)出水邊開度，每張葉片進(jìn)水口最少測量3 點(diǎn)（如圖4 所示），出水口最少測量5 點(diǎn)（如圖5 所示）。單個(gè)開度的允許偏差為（-2%～+3.5%），每圈截面的平均開度的允許偏差為（-0.5%～+1.0%）。

圖4 混流式轉(zhuǎn)輪進(jìn)水口開度檢查示意圖

圖5 混流式轉(zhuǎn)輪出水口開度檢查示意圖

5 混流式轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出水邊節(jié)距測量

將進(jìn)口測量架上的分半面對著劃線平臺上的等分線，裝上進(jìn)口樣板，正面或者背面任選一塊裝于測量架上，將樣板的合縫面投到葉片進(jìn)口得一點(diǎn)，該點(diǎn)就是進(jìn)口節(jié)距點(diǎn)（如圖6 所示）。

圖6 混流式轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)出、水邊節(jié)距檢查示意圖

將出口測量架上的分半面對著劃線平臺上的等分線，裝上出口樣板，正面或者背面任選一塊裝于測量架上，將樣板的合縫面投到葉片出口得一點(diǎn)，該點(diǎn)就是出口節(jié)距點(diǎn)（如圖6 所示）。

6 混流式轉(zhuǎn)輪葉片出水邊厚度測量

在出口邊緣位置某一距離處測量，測量以從正壓面到負(fù)壓面沿模板切割的最小弦長距離（如圖7 所示）。

圖7 混流式轉(zhuǎn)輪葉片出水邊厚度檢查示意圖（3）

7 混流式轉(zhuǎn)輪表面粗糙度測量

過流表面粗糙度必須達(dá)到水利光滑流動(dòng)的要求，表面粗糙度的選取應(yīng)考慮效率獲得的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、制造成本及由于現(xiàn)場運(yùn)行中侵蝕或腐蝕所引起的快速損壞的可能性等。

由于水力條件不同，某些部位表面粗糙度偏差±1 個(gè)等級也是可接受的，如混流式轉(zhuǎn)輪葉片粗糙度平均值為Ra=6.3μm，可從Ra=3.2μm到Ra=12.5μm 之間變化（如圖8 所示）。

圖8 葉片不同部位表面粗糙度示意圖[1]

過流表面粗糙度測量點(diǎn)數(shù)要至少在20 點(diǎn)以上，其中70%區(qū)域在高流速區(qū)域，葉片正壓面和負(fù)壓面測量的點(diǎn)數(shù)應(yīng)相同（如表2、圖9 所示）。

圖9 粗糙度檢查位置示意圖[1]

表2 粗糙度檢查要求

8 混流式轉(zhuǎn)輪表面波浪度測量

波浪度用表面型線與光滑曲線間的最大間隙X 和U 之比（X/U）表示。最大間隙X 應(yīng)在間距U中段1/3 范圍內(nèi)（U 不小于50mm,如圖10 所示）。

圖10 波浪度定義示意圖[2]

對過流表面整個(gè)進(jìn)行波浪度檢查，葉片正背面以及上冠和下環(huán)過流表面局部存在的波浪度應(yīng)低于2/100,葉片背面易遭空蝕部位的波浪度應(yīng)低于1/100。不允許將多個(gè)波浪形表面當(dāng)作一個(gè)波浪度檢查，檢查使用的柔性尺原則上1m 長，為避免漏檢,柔性尺應(yīng)重疊已檢查區(qū)域，重疊長度應(yīng)不小于柔性尺的10%。

9 結(jié)論

通過對鑄件主要尺寸、型線樣板、角度、開度、節(jié)距、厚度、粗糙度、波浪度的方法測量，可以使整體鑄造轉(zhuǎn)輪達(dá)到顧客的設(shè)計(jì)要求，解決了組焊轉(zhuǎn)輪空間狹小焊接和檢測困難不利于操作的問題，同時(shí)體現(xiàn)周期短、精度高、質(zhì)量好、成本優(yōu)的特點(diǎn)。