方鋼支撐架用于水輪機(jī)葉片包裝的實(shí)踐

劉 軍，郭小強(qiáng)，郭小利

（共享鑄鋼有限公司，寧夏 銀川 750021）

葉片是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上的重要部件之一，承受著水流的沖擊而帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其性能直接影響整臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行。水輪機(jī)葉片形狀不規(guī)則，厚度及曲率變化大，葉片壁厚整體較薄，葉片的包裝運(yùn)輸過(guò)程對(duì)葉片外觀質(zhì)量可能造成影響，要求嚴(yán)格，尤其是大型水輪機(jī)葉片的包裝運(yùn)輸更是生產(chǎn)廠家關(guān)注的問題。一般大容量、高參數(shù)水輪機(jī)組葉片都是要求足夠高的強(qiáng)度，以及良好的塑性、韌性配合，所以葉片的材料一般都是合金材料，并且都是鑄造成型的。

大型水輪機(jī)葉片通常采用支撐架進(jìn)行包裝，現(xiàn)有技術(shù)中支撐架呈井字形，由方木料搭接而成，方木料之間使用螺栓固定，與葉片接觸。一面隨葉片的形狀制作，葉片直接放置在支撐架上，如圖1 所示。這種支撐架由于隨葉片的形狀而制作，難度較大，人工成本較高，木料使用量大，材料費(fèi)用較高；葉片直接放置在支撐架，運(yùn)輸途中易晃動(dòng)，不平穩(wěn)，尤其當(dāng)葉片輪廓體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用方木料支撐架，運(yùn)輸過(guò)程易發(fā)生變形，支撐架穩(wěn)定度不高，從而影響產(chǎn)品發(fā)運(yùn)安全。同時(shí)，由于木料易變形，一旦支撐架產(chǎn)生變形，對(duì)葉片的支撐作用減小，也可能導(dǎo)致葉片在運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)生變形。鋼材相對(duì)木材具有較高的強(qiáng)度，在受力時(shí)不易發(fā)生變形，鋼材具有良好的焊接性能，對(duì)于加固支撐工裝，組裝可提供便利。

圖1 現(xiàn)有技術(shù)的包裝示意圖

1 技術(shù)介紹

本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到葉片鋼結(jié)構(gòu)支撐架設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)形狀特殊并且不規(guī)則的特征，首先要明確葉片的重心，其次根據(jù)重心去設(shè)定支墊位置。

本文設(shè)計(jì)的支撐架由方鋼焊接而成，如圖2 所示，包括由若干方鋼垂直焊接而成的井字形支撐4，豎直焊接在支撐4 上的若干的支墊1，支撐4 與支墊1 之間焊接的肋板5，與支墊1 交叉焊接的若干支點(diǎn)2，及焊接在支撐4 上的吊把3.

圖2 方鋼支撐架示意圖

本技術(shù)方案主要用于水輪機(jī)葉片包裝，先根據(jù)葉片形狀、大小、重量計(jì)算需要的支撐架強(qiáng)度，選擇4 支以上方鋼垂直焊接成井字形支撐，在支撐上確定4 個(gè)以上的位置豎直焊接支墊，支墊的長(zhǎng)度根據(jù)葉片形狀確定，焊接完成后，把葉片放置在支墊上，由于葉片不規(guī)則，放置時(shí)不會(huì)與支墊完全接觸，此時(shí)要根據(jù)放置后的位置設(shè)計(jì)支點(diǎn)位置及用于焊接支點(diǎn)的方鋼長(zhǎng)度，使葉片更加穩(wěn)固地放置在支撐架上，并且在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)晃動(dòng)，最后焊接吊把。葉片放置在支撐架上如圖3 所示。

圖3 葉片包裝示意圖

2 現(xiàn)有木料支撐架和改進(jìn)型方鋼支撐架對(duì)比分析

2.1 兩種支撐架的材質(zhì)結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)有方木料支撐架結(jié)構(gòu)呈井字形，根據(jù)葉片的形狀、大小、重量，計(jì)算需要的方木料支撐架強(qiáng)度，使用合適強(qiáng)度的方木料搭接而成，方木料之間使用M20×30 的螺栓與M20 的螺母固定，與葉片接觸的一面方木料支撐架需跟隨葉片的形狀再次制作，制作完成后將葉片直接放置在支撐架上。

這類方木料支撐架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但方木料支撐架由于要根據(jù)葉片的形狀而重新制作，難度較高；同時(shí)需要將產(chǎn)品葉片直接放置在支撐架上，運(yùn)輸極易晃動(dòng)，平穩(wěn)性較差；輪廓結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積較大的產(chǎn)品，使用現(xiàn)有方木料支撐架支撐，運(yùn)輸過(guò)程容易變形，支撐架穩(wěn)定性較差，從而直接影響產(chǎn)品發(fā)運(yùn)安全。同時(shí)，因方木料材質(zhì)容易變形，一旦支撐架產(chǎn)生變形，就會(huì)造成支撐點(diǎn)或面的支撐力不均勻，從而會(huì)導(dǎo)致葉片從方木料支撐架上滑落的風(fēng)險(xiǎn)，造成質(zhì)量安全事故。

改進(jìn)型方鋼支撐架，材質(zhì)使用方鋼焊接，鋼材相對(duì)木材具有較高的強(qiáng)度，在受力時(shí)不易發(fā)生變形，保證了產(chǎn)品發(fā)運(yùn)的安全。且鋼材具有良好的焊接性能，對(duì)于加固支撐工裝，組裝能夠提供木材所不能提供的便利，焊接完成后，將產(chǎn)品葉片放置在支墊上，葉片與支撐工裝接觸部位可用膠皮墊至，以防機(jī)損葉片。由于葉片不規(guī)則，放置時(shí)不會(huì)與支墊完全接觸，保證產(chǎn)品葉片運(yùn)輸中的穩(wěn)定性，避免發(fā)生安全質(zhì)量事故。

2.2 兩種支架成本比較

方鋼支撐架穩(wěn)定性高，且不易變形，在后續(xù)與該鑄件相同質(zhì)量的葉片中可重復(fù)循環(huán)再利用，成本大幅下降。兩種支架價(jià)格比較如表1 所示。

表1 膠合方木和方鋼價(jià)格比對(duì)表

3 結(jié)論

與現(xiàn)有技術(shù)的木支撐架相比，該種方鋼強(qiáng)度高，在受力時(shí)不易發(fā)生變形，水輪機(jī)葉片在運(yùn)輸過(guò)程中平穩(wěn)安全，不會(huì)發(fā)生變形現(xiàn)象。由于鋼材具有良好的焊接性能，制作本發(fā)明的支撐架，操作簡(jiǎn)單，人工費(fèi)也相應(yīng)降低，同時(shí)與木材相比，方鋼成本低。支撐架可根據(jù)實(shí)際情況增加支墊和支點(diǎn)，對(duì)于需要加固的支撐架工裝，具有木支撐架所不能提供的便利。支撐架工裝設(shè)計(jì)、試驗(yàn)成功，有效保證葉片的運(yùn)輸安全，降低產(chǎn)品包裝成本。