軸流式水輪機轉輪體加工工藝的研究

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

關鍵詞：水輪機；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、林業等，人們所能利用的能源逐漸轉向可再生能源。風能、太陽能、水能等得到了人們的廣泛運用，其在人們的生活中發揮越來越大的作用，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，還會產生二氧化碳、二氧化硫等等，這些物質會污染空氣，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，并且較為經濟。水能具有取材容易，用之廣泛，對環境無害的特點。水能發電技術被廣泛應用，產電量日漸增長，能夠滿足生活、生產的需求。水資源被得到了廣泛運用。文章以某水電站水輪發電機為例，對大型軸流水輪機的工藝進行了闡述與分析，希望能夠為相關工作人員帶來一定的參考價值。

2 基本參數

轉輪體直徑：Φ2850mm；

轉輪體高度：2080mm；

葉片軸孔直徑：Φ1250mm；

葉片數量：4片；

轉輪體重量：30噸。

3 主要研究內容

研究的內容和方法包括：（1）對轉輪體外球面進行加工工藝的研

究；（2）對轉輪葉片軸孔加工工藝的分析。

4 加工工藝

主要研究內容包括對轉輪體外球面的加工，對轉輪體外球面的靠模加工，轉輪體外球面的數控加工，轉輪體葉片軸孔加工。對其加工方案進行細致對比，使其對軸流式水輪機轉輪體加工工藝有更全面的了解。

4.1 轉輪體外球面的加工

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

4.2 轉輪體外球面的靠模加工工藝

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

方案分析：采用傳統的方式進行加工時則無法使用到數控功能，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確的設計。在這里，靠模的變化會很大，比如說如果靠模設計較大，那么就要在其上面增加支撐，不然會發生變形。靠模過大還會給機組之間的組合造成不符的情況。靠模則失去了使用價值。可見利用靠模來加工會增加很多在工裝制造上的費用消耗。加工中，為避免立車刀架碰觸轉輪體，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的轉輪來說，刀桿長度為1500mm左右。對于大型機器伸長度和操作面積也會隨之增長，靠模刀具也會產生變化，發生變形。由于重力和自身力的影響，其運行路線也會發生較大改變，使得轉輪球面的加工精確度發生變化。綜上所述，靠模加工轉輪體外球面靠模加工工藝存在爭議，并不是十分理想。靠模加工事倍功半，成本較高，但精度卻難以達到預期效果。

4.3 轉輪體外球面的數控加工工藝

具體加工工藝：轉輪體倒放在數控立車卡盤上，找正，按程序加工球面。

方案分析：此種方案所用到的是數控立車。其不但能夠節省了組裝的步驟，還能夠直接運用現有的刀具進行加工，省時省力。除此之外，還避免了重新制造靠模等大型設備的精力和實踐，也為其節省了開銷，減少了工時，提高了工作效率。為了避免轉輪運行到最低處時發生碰撞，需要事先準備小刀架，此后通過數控程序的操作，使其機器按部就班的運轉即可。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，現在進行詳細分析與對比。（1）靠模加工方案：優點包括：機床的費用較低廉，方案比較傳統，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）數控加工方案：優點包括：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：機床小時費用很高，其設備成本不低，加工效率不理想。

綜上所述，靠模加工屬于傳統工藝，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。數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。數控立車是一種廉價的現代型工具，具有廣闊的發展前景。

4.5 轉輪體葉片軸孔加工工藝研究

轉輪體葉片軸孔的加工對于水輪機整體運行來說有著非常重要的意義，其影響到整個轉輪的受力與出力。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，當其中心線保持水平一致時，受力的大小也會統一；（2）為了使葉片與轉輪體間隙的統一，則需要保證葉片軸孔中心線與轉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。轉輪體經過粗車平面及球面、粗鏜葉片軸孔后進入半精車序。待其完成之后，可以利用數控來確定球面的最高點。并用尖刀在轉輪體上劃出轉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圓線。將水平線設為基準線。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，防止在精車時，中心線被車掉。或將轉輪直接放在已經車好的等高墊筒上，以此水平中心線找數控程序的零點。精車完畢，仍以所刻水平中心線為基準，劃線，精鏜葉片軸孔。

5 工藝及經濟效益分析

科技的發展與騰飛是水利水電技術不斷進步，不斷創新的基礎，隨著其技術的更新換代，對精準度的要求也越發嚴格。時代需要進步，對水利技術而言也是如此。想要得到不斷的發展，就需要改革舊的技藝，學習新的知識，運用現代化科技。這也是其發展經濟效益勢在必行的。只有這樣，行業才能不斷進步，技藝才能不斷更替。

6 結束語

科學技術的發展在帶動社會經濟進步的同時，對我國的水利水電行業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不斷深入，水利設備的延伸與發展也愈發廣泛。能源的充分利用帶動了其進一步的發展，這也是現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轉輪體加工工藝進行分析和探討，對其不同的加工工藝展開了較為詳細的說明，希望能夠為相關從業人員在工作上帶來一定的借鑒。

參考文獻

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