葛洲壩軸流式轉輪體加工工藝研究

劉子健+++趙丹

摘 要：轉輪體是水輪機的核心部件。文章以葛洲壩軸流式水輪機轉輪體作為研究對象，介紹了葛洲壩軸流式水輪機組轉輪體堆焊合金球面、主軸孔及葉片軸孔的關鍵加工技術，為其它類似機組的工藝加工作借鑒。

關鍵詞：轉輪體；加工；軸孔；球面；技術

1 概述

轉輪體是水利發電[1]的核心部件，它是利用水流的動能和勢能通過主軸傳送到發電機端，從而帶動發電機發電的。由于其體積龐大，加工技術要求精度高，因此在吊運、裝 、立車加工、鏜孔、大尺寸測量過程中均存在諸多難點，通過本人對葛洲壩轉輪體加工的全程跟蹤從中總結經驗，作以下簡介。

2 產品技術參數及主要研究內容

轉輪體加工的最大直徑達Φ3910mm、最大高度3370mm，轉輪體凈重高達116.2t。與轉輪體裝配的軸孔直徑為Φ1450mm，裝配葉片的數量為5片。

文章主要研究內容：①轉輪體堆焊合金球面、裝配葉片軸孔及重要孔的加工（如把合面螺孔、定位銷孔、吊裝孔的加工）；②球面外徑的測量；③吊運與翻身方案；④加工刀具和測量儀器的選擇。

3 轉輪體立車工序研究

3.1 主軸孔尺寸參數

由于轉輪體噸位重、外型尺寸大，圖紙要求活塞孔與主軸孔的同軸度為0.06mm，內止口與內部平面的垂直度為0.05mm，上平面的平面度為0.04mm，各軸孔加工精度要求高。立車加工要考慮刀具的長度、加工表面質量、減少裝 次數、加工尺寸的測量等問題，外圓球面的加工也要保證圖紙的技術要求。根據轉輪體實際尺寸，我公司選用數控雙柱8m立式車床，機床最大車削直徑為8000mm，最大加工高度6m，最大承重量為200t。

3.2 堆焊合金球面加工

此表面采用先粗加工留10mm余量熱處理后直接加工到圖紙尺寸的加工方法。粗加工留量尺寸能保證熱處理要求和精加工尺寸。由于加工后的球面表面需要堆焊合金，原來堆焊合金過程中多次出現尺寸不準確或尺寸精度超差等問題。為了保證堆焊合金面的尺寸準確，現采用在粗加工轉輪體堆焊合金球面時在上部外表面加工堆焊基準面作為堆焊基準。

轉輪體加工5個葉片軸孔時為了保證軸孔位置尺寸，在立車粗加工時在堆焊合金球面外面表面刻一道基準線來保證葉片軸孔中心線在同一平面上，從而保證葉片受力均勻。

3.3 主軸孔加工

轉輪體總高度為3370mm，主軸孔為（？椎890H6■■），轉輪體活塞軸孔與主軸孔同軸度為0.04mm、內孔的粗糙度為1.6，轉輪體活塞軸孔上平面的平面度為0.04mm、圓跳動為0.05mm。原來立車加工主軸孔是一次裝卡加工完成，但由于刀桿伸出太長剛性不足導致加工下半軸孔加工表面的精度難以保證，只能采取二次拋光的方法，影響了加工效率。經過多次研究現采用兩次裝 加工主軸孔和活塞軸孔。討論后對下半軸孔進行掉個加工，已加工好的主軸孔中心線為軸向加工基準，以轉輪體已加工的上平面為水平方向加工基準，按照圖紙尺寸要求確定加工切削參數。用更改后的兩次裝 加工主軸孔的方法加工，不僅解決了由于一次加工刀桿伸出過長造成的加工表面精度低的問題，而且提高了加工效率，現此加工方法已經完全達到圖紙要求，保證了加工表面質量。另外在主軸孔加工時，我們采用的是機夾刀，刀片為SCMT 380932-XH 4235（粗車）、SNMG 250924-HM 4225（精車）硬質合金刀片[2]，不僅保證了加工表面質量，而且提高了加工效率。

4 轉輪體鏜床工序研究

4.1 葉片軸孔尺寸參數

轉輪體上面葉片軸孔共有5個，按72°均勻分布 ，大小軸孔分別為（Φ1450H7■■）、（Φ640H7■■），大小軸孔同軸度要求為0.04mm，葉片軸孔與主軸孔垂直度要求為0.04mm。根據轉輪體葉片軸孔的實際加工要求，為確保其加工精度，我公司采用數控260落地銑鏜床加工葉片軸孔，數控龍門銑鏜床加工吊裝絲孔。數控260銑鏜床，鏜軸直徑為260mm，X軸最大進給量為14000mm，Y軸最大進給量為5000mm，Z軸最大進給量為1200mm，W軸最大伸長量為1200mm，能夠充分滿足轉輪體葉片軸孔精加工要求。

4.2 吊裝孔改進研究

由于大型轉輪體精加工表面質量需要保證，吊裝與翻身是一直以來的工藝難點。原先在轉輪體的上下兩端面都需要加工工藝吊裝孔，增大了工人的勞動強度，多次翻身容易造成轉輪體外表面劃傷，影響加工表面質量。現采用在立車粗加工后通過數控龍門銑鏜床上加工一側吊裝絲孔，原螺紋尺寸為M160為確保其精加工尺寸和載重力先將吊裝孔加工到M120用于吊運，不但節省了加工工時，而且減少了翻身次數，減少工作量，從而確保了加工表面質量。

4.3 葉片軸孔加工

根據軸流式水輪機的實際運行情況分析，轉輪體葉片軸孔的尺寸直接影響著轉輪體的受力情況，因此葉片軸孔的加工是整個轉輪體加工的重點。首先，每個葉片軸孔中心線必須保持一致，這樣才能保證葉片的受力大小一致。其次，要保證葉片軸孔的中心線與堆焊合金外圓球面的水平最高點平面水平一致，以此保證葉片與轉輪體的間隙一致。

4.3.1 葉片軸孔加工

由于葉片軸孔形位公差要求嚴格表面粗糙度要求高，因此我們采用粗鏜（留5mm余量）→半精鏜（留2mm余量）→精鏜的工藝流程。半精加工時先對一個孔進行半精鏜，然后使用激光跟蹤儀測量孔形位公差，滿足公差要求后對相鄰的第二個孔進行半精鏜確保角度尺寸為72°。以上兩孔滿足要求后對其余三個孔進行半精鏜。最后，對所有軸孔及密封槽進行精鏜。鏜序加工原采用槽銑刀盤走程序加工，不但效率低而且表面質量不好，現采用橋式微調鏜刀，刀片采用TCMT16T308 HQ PV7025金屬陶瓷刀，提高了加工效率及表面質量。 在進行葉片軸孔加工時，我們在轉輪體內腔球面加工出基準帶，在精整處理時以此為打磨基準，提高了腔體內部的毛坯表面質量。

4.3.2 螺紋孔加工

轉輪體螺紋絲孔尺寸分別為24-M160×4、32-M48、32-M20、16-M16。螺紋孔在數控龍門銑鏜床上進行加工，原采用旋風銑刀加工，刀具損耗大工作效率低，現在改用螺紋銑刀加工不但效率大幅提高，而且刀片基本沒磨損。

5 轉輪體加工測量問題

加工中的測量問題也是大型轉輪體加工技術的難點。我公司原采用多重間接測量的方法如π尺測量、內徑千分尺間接測量，但根據轉輪體的尺寸公差、形位公差要求。現通過床檢及相關測量一起對轉輪體各部位進行尺寸公差的測量，采用激光跟蹤儀對轉輪體各部位的形位公差進行測量。

6 結束語

通過葛洲壩軸流式水輪機組轉輪體的機械加工，我公司全面掌握了大型水輪機轉輪體機械加工的核心技術。轉輪體加工技術的創新，對提高加工質量、加工效率和降低工具費用經濟效益顯著。轉輪體的加工成功給我公司創造了新的經濟增長點，以后會為企業創造了巨大的經濟效益。

參考文獻

[1]鄭源.水輪機[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2]林艷華.機械加工工藝規程設計[M].北京.化學工業出版社，2012.endprint