桐子林軸流式轉(zhuǎn)輪體制造工藝研究

唐勇

（哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 基本參數(shù)

轉(zhuǎn)輪體直徑：SΦ4242mm。轉(zhuǎn)輪體高度：3235mm。葉片軸孔直徑：Φ1450mm。葉片數(shù)量：5片。轉(zhuǎn)輪體重量：99噸。

2 主要研究內(nèi)容

本課題的研究內(nèi)容及方法主要包括兩個方面：（1）轉(zhuǎn)輪體外球面加工工藝研究。（2）轉(zhuǎn)輪葉片軸孔加工工藝研究。

3 具體內(nèi)容分析

3.1 轉(zhuǎn)輪體外球面的加工

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備情況，轉(zhuǎn)輪體外球面的加工可選用兩種機床，一種是帶數(shù)控功能的新型立車，一種是普通立車，不帶數(shù)控功能。對于沒有數(shù)控功能的立車，我們只能采用傳統(tǒng)的靠模加工方法，這就需要制造一套靠模和靠模刀架，加工時靠模刀架走靠模加工球面；而具有數(shù)控功能的立車可直接編程加工。

3.1.1 轉(zhuǎn)輪體外球面的靠模加工工藝

利用靠模的加工方法如圖1所示，具體加工工藝：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：此方案必須制作一套靠模及靠模刀架。對于桐子林水輪機轉(zhuǎn)輪體，其轉(zhuǎn)輪體球面高度達2500mm，則根據(jù)理論計算，靠模的大小在2600mm×800mm，而且這么大的靠模必須增加支撐以防止其變形；對于這個靠模來說，其他機組的轉(zhuǎn)輪尺寸也很難與其相吻合，也就是說，靠模無法再使用。這樣就決定了靠模加工的工裝制造費用將是很大的。在加工過程中，為了不使立車刀架碰到轉(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4m的轉(zhuǎn)輪來說，刀桿長度為1800mm左右。在加工過程中由于刀桿較長滑動會產(chǎn)生不水平而產(chǎn)生變形，靠模也因受力產(chǎn)生變形，這就使轉(zhuǎn)輪球面加工精度變低。由上分析可以看出，靠模加工轉(zhuǎn)輪體外圓的加工方案并不是一個很理想的加工方案。其成本將是很高而精度卻較低。

圖1 靠模加工

3.1.2 轉(zhuǎn)輪體外球面的數(shù)控加工工藝

轉(zhuǎn)輪體外球面利用數(shù)控立車加工，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：此方案不用制作任何工裝，完全能使用機床現(xiàn)有的刀架對球面進行加工。而且數(shù)控程序為轉(zhuǎn)輪體中心截面，即為加工圓弧的程序，數(shù)控編程也比較簡單。從加工刀具上來說，也可以省去一套特制的靠模刀架，從而使用立車自帶的刀架，僅需再使用一個長度足夠的普通小刀架即可，保證加工到轉(zhuǎn)輪最低點時立車刀架不會碰到轉(zhuǎn)輪上。

3.1.3 加工方案對比

對于以上兩種方案，我們可以做一下比較：

從以上比較我們可以得出結(jié)論：靠模方法加工轉(zhuǎn)輪體外球面的方法是一種比較原始的加工方法，雖然操作比較簡便，加工效率較高，但由于需要制作較大的工裝，所以其成本遠比利用數(shù)控加工的方法高，而且他的加工精度也比較低。所以對于有數(shù)控機床的生產(chǎn)廠家來說，還是安排在數(shù)控立車上加工更好。對于有大型不帶數(shù)控功能的立車，我們建議對立車進行數(shù)控功能改造，使其更適合國內(nèi)及國際水電加工的發(fā)展要求，而且其長遠的經(jīng)濟效益也是可觀的。

3.2 轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔加工工藝研究

對于水輪機實際運行要求來說，轉(zhuǎn)輪體葉片軸孔的尺寸直接影響到整個轉(zhuǎn)輪的受力和出力，這就提出了轉(zhuǎn)輪葉片的尺寸軸孔加工的重點：（1）每個葉片軸孔中心線必須水平一致，這樣能保證葉片的受力大小一致；（2）葉片軸孔中心線應(yīng)與轉(zhuǎn)輪體球面最高點截面水平一致，這樣能保證葉片與轉(zhuǎn)輪體的間隙一致，在葉片全關(guān)時葉片肩部不會碰到轉(zhuǎn)輪體上研傷轉(zhuǎn)輪體。

加工工藝分析：葉片軸孔的加工我們采用立車加工時，直接在轉(zhuǎn)輪體上刻轉(zhuǎn)輪體球面最高點的水平線，精車完畢后劃線加工的方法。

轉(zhuǎn)輪體經(jīng)過粗車平面及球面、粗鏜葉片軸孔后進入半精車序。在半精車完畢后，我們通過數(shù)控找球面最高點，在轉(zhuǎn)輪體上用尖刀刻出轉(zhuǎn)輪體球面最高點的水平線（普通靠模加工的立車，以靠模上刻的水平中心線對刀，在轉(zhuǎn)輪體上刻出最高點的水平線），此水平線就是葉片軸孔中心的節(jié)圓線。在劃轉(zhuǎn)輪葉片軸孔加工線時，以此水平線為基準線。半精鏜葉片軸孔完畢后，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。

在精車時，仍以所刻水平中心線為基準找水平（普通靠模加工的立車，也應(yīng)將靠模上所刻的水平中心線以此線找水平）。或?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（球面最高點），其他高度方向上的尺寸也以此線為基準進行精車。精車完畢尖刀重新補刻出水平中心線與原線一致。

精車完畢，仍以所刻水平中心線為基準，劃線，精鏜葉片軸孔。

從上面的加工程序我們可以看出，立車刻線已經(jīng)完全能保證我們前面所說的葉片軸孔加工的兩個重點的要求。劃線僅對葉片軸孔分度上有一些精度上的影響。通過精細劃線，我們完全能保證軸孔分度的弦長誤差在1mm以內(nèi)。水輪機在葉片全開運行時，葉片傾角一般在0-3°以內(nèi)，基本是水平的，水平方向誤差1mm對兩個葉片之間開度影響基本為0。

這里有一點要提到的是，精鏜葉片軸孔時，也可選用普通鏜床和數(shù)控鏜床，對于直徑Φ1350mm葉片軸孔來說，需要配備有效長度700mm以上的滑枕，而滑枕較長對鏜出的葉片軸孔的圓度也有較大影響，其加工效率也比較低。

4 工藝及經(jīng)濟效益分析

隨著水力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展和全球性的水利大開發(fā)，水電制造業(yè)成為一種蒸蒸日上的行業(yè)。水電制造業(yè)作為一種精細的機械制造行業(yè)，其制造工藝技術(shù)必然走在各種機械制造業(yè)的最前端。引進新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，提高效率、降低成本是發(fā)展的必然之路。

[1]劉有余.超常規(guī)軸流式轉(zhuǎn)輪葉片水力設(shè)計方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2004.