水輪機自動化檢修設備的探討

杜熙婷（黑龍江省電力有限公司牡丹江水力發電總廠，黑龍江 牡丹江 157006）

水輪機自動化檢修設備的探討

杜熙婷
（黑龍江省電力有限公司牡丹江水力發電總廠，黑龍江 牡丹江 157006）

由于我國的水能資源相當豐富，現如今水能資源也得到了相當深入的應用和開發。伴隨著社會主義市場經濟的發展，水輪機自動化檢修裝備也得到了人們越來越多的重視和關注。但是，筆者在調查研究中發現，如今的水輪機自動化檢修過程中還存在著諸多的問題和隱患亟待解決。本文旨在對水輪機自動化檢修裝備進行深入的剖析和闡釋，進而提出相關的參考意見。

水輪機；自動化檢修設備；探討

水能資源作為可再生資源中非常重要的一種，在我國具有相當豐富的儲量，目前對其進行開發和利用的規模也相當大。但我國大部分河流的泥沙含量都較高，也就造成了許多電站的轉輪室、水輪機等設備存在著相當嚴重的磨損破壞、空蝕等問題，這些問題都會造成設備的運行可靠性及發電效率的降低，進而對水電站安全運轉造成相當大的隱患。所以，水輪機自動化檢修的主要任務就在于對被磨損破壞和空蝕的設備進行補焊、修磨。

1 我國對于水輪機自動化檢修設備的針對性研究與應用

我國對于水輪機檢修設備的深入研究可以追溯到20世紀80年代，我國自主研發的第一臺可移動的大型隨形磨削機出廠，能夠將葉輪的打磨工作轉移到檢修車間中進行。但是，由于打磨機體積較大，而兩個相鄰的葉片之間的部位深度只有2m左右，這時磨削機就無法進行葉片腐蝕表面的有效打磨了。通常針對這種情況，我們一般采用較長的機械臂來應對，但是由于磨削時產生的切削力較大，機械臂的剛度并不足以承受，所以修磨的質量也得不到保障。另外，采用這種技術進行修磨，對重量相對較大的葉輪進行劃分所需時間非常長，與手工操作修理相比較而言，勞動強度雖然較低，但無法實現檢修周期的縮短。

近年來，蘭州理工大學提出了用軌道式機器人來對水輪機進行修復的方案，并且制造出了樣機，這款機器人的結構主要由移動裝置和操作臂兩大部分構成，并在移動裝置中運用了軟軌式移動技術。這款機器人在工作時，先將軟軌點焊接到葉片上，然后在完成工作任務之后再將軟軌切下來，并移動到新的工作位置上進行點焊，并選用6自由度串聯機構作為操作臂。這一款機器人在進行葉片的修復工作時，能夠綜合考慮修復位置進行軟軌位置的更換。

2 水輪機自動化檢修設備存在的問題及發展趨勢

在對修復水輪機的專用機器人進行開發和研制的過程中，需要對眾多方面和環節進行綜合考慮，并應用許多專業的相關技術，如動力學、運動學、傳感技術、信息融合技術、結構設計、操作機軌跡的控制與規劃等等。如今，葉片修復機器人領域還存在著諸多的問題亟待解決。例如：

（1）無法擺脫導軌的束縛，工作空間相當狹小。現如今的技術可以在機坑中應用軌道機器人，但這種機器人無法在葉片表面自主移動，靈活性較差，工作空間狹小，同時軌道的價格也相當昂貴。修復過程中不斷更換導軌的位置，造成工作量的增加和效率的降低。

（2）不能適用于現場維修。由于目前針對水輪機葉片的修復機器人體積往往較大，這也就無法進行機坑內的維修工作，所以在維修的過程中需要將機坑中的葉輪吊出來，時間精力的耗費都較大，生產率也相當低。

（3）無法直接應用于國內的葉片修復過程。截止到目前，能夠在機坑內直接進行葉片修復的只有Scompi，但由于其剛度較差、覆蓋范圍較小，所以其只能應用于清水電站，無法滿足我國對于水輪機檢修工作的要求。此外，這一類型的修復機器人價格較高，維護保養成本也很高。

（4）修復工作較難實現智能化和自動化。現有的機器人在進行葉片修復時，在機器人的定位、葉片外形的修復和內在質量的控制等方面的智能化和自動化程度都相對較低。

如果想要實現上述問題的有效解決，就必須深入研究和開發能夠擺脫軌道束縛、實現全位置行走、能進行蝕面的自主監測和修復質量的自動控制的機器人，這種機器人必須具有相當高的智能，這樣才能進一步實現修復水輪機葉片過程的自動化、智能化。

3 坑內修復關鍵技術相關探討

我國目前對于能夠在機坑內對水輪機葉片磨蝕、汽蝕表面直接進行補焊、打磨的專用機器人的相當重視，這類機器人的開發和研究對于停機檢修周期的縮短和修理質量、形面精度的提高、技術檢修人員工作環境的改善都具有相當重大的意義。因此，我們必須對基本功能進行深入了解掌握，從而對基本功效進行提高，實現磨削技術、清理補焊工作、以及檢測檢修工藝的提升試驗和優化。

3.1 基本功能。這種類型的機器人由機器人本體和多自由度機械臂這兩部分組成，技術人員可以通過監視器實現對作業面上的機器人的遙控，令其在作業面上自由移動。首先，需要通過測量裝置的合理運用實現葉輪蝕面情況的測量、記錄以及存儲，并結合汽蝕情況確定葉輪待修部位，進行磨削裝置的清理，隨后更換焊槍，進而實施作業的全位置實施，之后更換磨削裝置，進而進行補焊表面的修形，再更換測量和探傷裝置，確保形面測量和探傷工作能夠順利展開，最后更換噴槍，進行最后的噴涂處理。在這一基本功能的基礎上，還能夠使機器人進行全位置焊接、修模和噴涂的自動規劃，以及修復質量的在線評價。從而提高基本功能，實現機器人的定位自動化，確保葉輪形貌測量及信息重構的效果。

3.2 提升作業臂自由度和磨削工藝水平。通過數據的理論計算和實驗測量的相關結果，能夠確定和選擇焊后修形的磨削工藝，進而實現作業范圍更大、剛度更好的6自由度結構機械臂的串并聯，并依此進行模型的三維構建。

3.3 補焊、清理工藝和檢測工藝。由于水輪機葉片的材質是選擇補焊工藝和補焊技術的前提，在此基礎之上才能再進行機器人的立焊工藝及橫焊工藝的實驗。選定焊前葉片進行清理并進行初步實驗需要通過空氣等離子弧氣刨工藝來進行，而方案的論證需要通過作業過程監控和蝕面檢測系統才能順利進行。

結語

筆者通過深入的調查研究發現，水輪機自動化檢修設備目前還存在著較多的問題，還有相當長的路需要走。通過對水輪機自動化檢修相關問題的深入研究，能夠有效縮短停機檢修周期，提升修理的質量，并改善相關檢修人員的工作環境。相關的工作人員只有進行持久不懈的努力，進行深入的開發研究，才能設計制造出更好的水輪機自動化檢修設備，推動水輪機自動檢修工作更好發展。

[1]黃中舟.水輪發電機組的檢修及其改造[J].低碳世界，2014（21）：119-120.

[2]熊文軍.常規水輪機的檢修工藝探究[J].科技風，2014（18）：122-122，126.

TV137

A