水輪機自動化檢修設備的功能要求與技術分析

金洪偉

摘 要：我國有著十分豐富的水能資源，如今得到了大力開發和應用；隨著時代的發展和社會經濟的進步，人們日趨重視水輪機自動化檢修設備，開始深入研究和應用。但是通過調查研究發現，在如今的水輪機自動化檢修設備應用中，還存在著諸多的問題和不足，需要引起人們足夠的重視。文章簡要分析了水輪機自動化檢修設備的功能要求與技術分析，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：水輪機；自動化檢修；功能要求

前言

我國有著十分豐富的水能資源，作為一種重要的可再生資源，目前得到了較大規模的開發。我國很多河流都有著較大含量的泥沙，通過調查發現，很多電站的發電設備，如水輪機、轉輪室等，都存在著嚴重的空蝕、磨損破壞問題。這些問題會降低機械設備的發電效率以及運行可靠性，并且對于水電站的安全運行也會造成較大的威脅，不利于電網的安全運行。因此，水輪機檢修的主要任務就是補焊和修磨那些受到空蝕和磨損破壞后的水利發電設備。

目前在維修水力發電設備時，往往將人工操作模式給應用過來，如葛洲壩電廠，水輪機過流部件存在著嚴重的磨蝕問題，那么主要是在機組A/B修時進行修復。在A修時，利用水輪機葉片備品來對水輪機葉片成套的更換，然后制造廠家修復這些更換下來的葉片，將其作為備品。通常情況下，機組A修周期在15年到20年之間。B修周期在4年到5年之間，補焊和磨光工序在轉輪室內現場進行，將環氧金剛砂抗磨涂料施工應用到葉片上。對靠右岸兩臺機組，中修頻率控制在每兩年一次，對水輪機磨蝕問題進行處理，結合不同的磨蝕嚴重程度，通常需要消耗3噸左右的焊條，工期保持在35天左右。這種方法需要較長的維修周期，有著十分惡劣的工作環境和較大的勞動強度，需要將較大的人力和物力資源投入進來，并且沒有較好的質量和效率。針對這種情況，就需要對機器人大力研究，對人工作業模式進行取代。

1 國內水輪機自動化檢修設備研究及應用現狀

我國在上個世紀八十年代開始大力研制水輪機修復機器，在1993年，我國研制了一臺大型移動式隨形磨削機，可以在檢修車間內來打磨從機坑內吊出的葉輪。但是打磨機有著較大的體積，對于兩個相鄰葉片之間2米多深的部位，無法有效打磨葉片腐蝕表賣弄，在磨削時，需要利用較長的機械臂。磨削有著較大的切削力，機械臂沒有足夠的剛度，這樣修磨質量無法得到保證。并且采用這種方法，需要運輸幾十噸重量的葉輪，需要劃分較長的時間，相較于全手工操作修理方法，有著更低的勞動強度，但是檢修周期卻無法得到縮短。

蘭州理工大學近些年來，提出了采用軌道式移動機構水輪機修復機器人設計方案，并且將樣機制造了出來，本機器人主要包括移動裝置和操作臂，將軟軌式移動機構應用到移動裝置中，機器人工作過程中，在葉片上焊接軟軌點，機器人將工作任務完成之后，切下軟軌，在新的工作位置上點焊，將6自由度串聯機構作為它的操作臂。本機器人在對葉片進行修復時，可以結合修復位置，對軟軌位置不斷的更換。

2 存在的問題和發展方向

在研制開發水輪機修復專用機器人的過程中，是一項復雜的系統性工程，涉及到諸多的方面和內容，需要將很多專業的技術給應用過來，如機器人結構設計、運動學、動力學、操作機軌跡規劃和控制、傳感技術、信息融合技術等。如今，還有諸多的問題存在于目前的葉片修復機器人中：

一是無法將導軌的束縛給擺脫掉，只有較為狹小的工作空間：目前，可以將軌道式機器人應用到機坑內，在葉片表面，機器人卻無法自主移動，沒有較好的靈活性，只有較為狹小的工作空間，并且軌道有著十分昂貴的價格，在修復的過程中，需要對導軌位置進行不斷更換，這樣工作量就得到了加大，生產率得到降低。

二是現場維修不能適用：目前研發出來的水輪機葉片修復機器人往往有著較為龐大的統計，那么就無法在基坑內進行現場維修。在維修的過程中，需要從機坑中將水輪機葉輪給吊出來，需要花費較多的時間和精力，沒有較高的生產率。

三是不能夠直接應用到國內水輪機葉片的修復過程中：目前只有Scompi可以在基坑內直接修復葉片，但是因為沒有較好的剛度，只有較小的覆蓋范圍，因此只能夠在清水電站中適用，我國水輪機修復工作的要求無法得到滿足。另外，本類型的修復機器人有著較為昂貴的價格，需要花費較多的成本。

3 水輪機葉片坑內關鍵修復技術研究

研究開發在機坑內直接對水輪機葉片汽蝕磨蝕表面進行全位置補焊與打磨的水輪機修復專用機器人，對于縮短停機檢修周期、提高修理質量和形面精度、徹底改善檢修人員的工作環境具有重要的實際意義。因此，要深入了解基本功能，進而提高基本功能的效果，進而對作業臂和磨削工藝技術，以及相應的補焊、清理工作，以及檢測工藝進行適當的工藝試驗和優化策略。

3.1 基本功能

機器人包括多自由度機械臂和機器人本體兩個組成部分，操作人員通過監視器，來對吸附于作業面上的機器人進行遙控，促使其能夠自由移動。首先利用測量裝置來測量、記錄和存儲葉輪飾面的情況，結合現場氣蝕狀況，對葉輪待修部位進行確定，清理磨削裝置，然后對焊槍進行更換，這樣就可以實施全位置補焊作業，然后對磨削裝置進行更換，以便對補焊表面進行修形，隨后對測量裝置和探傷裝置進行更換，以便促使形面測量和探傷作業能夠開展下來，最后對噴槍進行更換，以便開展噴涂處理工作。在基本功能的基礎上，還促使機器人自動定位功能得到是修按，自動規劃全位置焊接、修磨以及噴涂工藝參數，可以在線評價修復質量。為進一步提高基本功能，進而有效實現機器人的自動定位，達到葉輪三維形貌測量和信息良好重構效果，進而可自動規劃全位置焊接工藝、修磨工藝及噴涂工藝參數，提高質量在線評價等諸多功能。

3.2 提高作業臂自由度及磨削工藝水平

根據理論計算數據及相應的試驗測量結果，使用磨削工藝對焊后的修形進行確定，以實現剛度好、作業范圍大的6自由度串并聯結構的機械臂，進而以此構建三維模型。

3.3 補焊、清理及檢測工藝

補焊工藝技術的選擇必須以水輪機的葉片材質為前提，如此再在此基礎上進行機器人立焊和橫焊工藝試驗；通過空氣等離子弧氣刨工藝對選定焊前葉面進行清理，然后進行初步試驗；在通過作業過程監控及蝕面檢測系統對方案進行論證。

4 結束語

通過文章的敘述分析可以得知，在水輪機自動化檢修設備方面，還有很長的路要走，通過研究水輪機修復相關問題，可以促使停機檢修周期得到有效縮短，促使修理質量得到顯著提升，檢修人員的工作環境也可以得到顯著改善。相關的工作人員需要不斷的努力，深入研究和設計，以便更好地開展水輪機自動化檢修工作。

參考文獻

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