水輪機設計的標準化在設計質量管理中的作用

安德里茨（中國）有限公司

摘要：水輪機設計的情況會影響到產品最終的質量性能響，因此提高水輪機的設計質量非常重要，而提高水輪機設計質量的重要措施就是標準化。本文首先分析了水輪機設計的質量管理，然后就水輪機設計的標準化的必要性及具體工作實施進行了相關探討。

關鍵詞：水輪機；設計；質量管理；標準化

一、水輪機簡介

水輪機是一種將河流中蘊藏的水能轉換成旋轉機械能的原動機，當水流流過水輪機時，通過主軸帶動發電機，將旋轉機械能轉換成電能。水輪機大致分為兩大類：反擊式水輪機和沖擊式水輪機。與發電機連接成的整體稱為水輪發電機組，它是水電站的主要設備。水電站是借助水工建筑物和機電設備設備將水能轉換成為電能的場所，在未來，水能資源的開發和利用將成為資源開發利用的主導能源，所以，水輪機的設計對我國水能資源的開發起到很大的推進作用。

二、水輪機設計過程的質量管理

（一）水輪機設計的現狀

由于設計人員平時不善于積累設計資料，不能有效地利用現有手段查詢、借鑒，而是重復畫出和已有的完全相同的新圖，造成出圖的重復性，或者畫出大同小異的相似圖樣，造成出圖的多樣性，使設計人員將時間和精力花費在重復勞動上，導致制造階段工藝準備工作中出現不必要的工藝規程和工藝裝備多樣性，使產品結構的繼承性差。

產品設計中普遍存在的一種現象是，設計中任意提高精度及用材。特別是年輕設計人員，總是喜歡選擇精度高，剛性強度好的方案進行設計，以致于對一些非重要零件都給了很高的精度等級和過多的用材，造成零部件的精度和剛度選擇遠高于產品的使用性能要求，從而造成加工困難、生產周期長及產品成本增加等。設計人員往往是追求完美，過多關注于功能、性能等方面，而忽視了產品的成本。比如在進行產品設計時，片面地認為多選用優質材料就能保證產品質量，對一些非重要零件也都選用優質鋼材制成，造成極大的浪費。

部分設計人員因經驗不足，掌握的信息太少，對標準件、通用零部件的生產、供貨等了解甚少，本來花很少的錢就能買來標準零部件，卻偏要自己畫圖加工制造，不但增加成本，還延長了制造周期。

（二）設計過程的調查分析和設計基準書的編制

通過對不同設計人員的調查結果表明，設計者分析的項目主要有：客戶的要求；計算過程及結果的分析；設計中采用的規格和標準；制造工藝的分析；參考圖樣的內容；對于安裝、運輸、運行的分析等。無論是經驗豐富的還是年輕的設計人員，都是采用近似的設計方法進行設計，但兩者在設計質量和效率上的差距是巨大的。通過對不同層次設計人員設計過程的分析和比較，搞清設計中的要點和竅門所在，由此得出，只要提練并規范出經驗豐富設計人員的設計標準就可以提高設計質量和效率。可以對經驗豐富的設計人員在每一個設計環節中，對采用的步驟、方法、依據等問題進行調查，并逐一整理成書面材料。整個設計過程可以分為規格標準和結構強度計算等技術上可以確定的內容和方法，并可以用比較簡單的文字表達出來。

（三）設計過程的審核

水輪機是不能在工廠進行性能試驗的機器，其最終的產品質量取決于出廠前的制造質量，特別是設計的優劣會對產品最終的質量性能有很大的影響。正因為如此，提高設計質量是一項重要的課題，而標準化是提高設計質量的重要措施。但是水輪機產品并不能系列化，僅依靠標準化還不能很好地保證設計質量。每個階段分別列出各個需要審議的內容，由設計、制造、品保等各個部門的人員共同對相關的制造、安裝、運輸、運行等各方面內容進行審議和商討，發現問題后及時在設計時采取措施給以解決，防患于未然。

三、擴大水輪機設計標準化范圍的必要性

對于水輪機這樣的成套設備，不管是其性能和功能，還是其安裝、制造、運行等各方面，涉及的技術領域非常廣泛，設計過程很難用文字完整表述出來。這樣就要求設計人員一定要具有豐富的經驗以及廣泛的知識。

隨著企業國外項目的增多，經營環境的變化，以及設計人員的新老交替，有很多靠以往設計過程解決不了的各種問題就逐漸顯露出來了。尤其是依靠設計人員斟酌處理的范圍過大，造成即使是類似的零件也會因設計人員的不同而產生不一樣的設計結果。再加上水輪機設備價格的降低，對設計水平的提高以及標準化實施水平的要求也日益增強。對盡可能多的零件和總成件實施標準化，就能達到提高設計質量和繼承技術資源的目標。

四、水輪機設計標準化工作的實施

（一）設計程序的標準化

效率最高的且最理想的設計是不需要設計者繪圖，只要輸入機組的規格要求和主要參數就能夠快速自動地完成設計，并且生成整套生產圖樣。實現自動化的設計不僅需要零部件的標準化，還需要對設計過程，判定基準等進行標準化。

水輪機的設計工作需要投入大量的人員和時間，要將整個設計過程和設計思路，全部用數據或公式表示出來，然后編排出計算程序軟件，這更是一個龐大的工程。此外，對于零部件和總裝配件的布局設計，需要根據具體情況。因為設計過程過于復雜并且很難明確，難以做到全部的標準化，只可以實現一般性的程序，雖然可以編制出水輪機自動設計程序，然而因為客戶或具體技術的原因使許多項目與當初設計的規格不一致，用程序自動生成的圖樣往往需要進行大量的修改，因此很難做到減少設計時間及提高設計質量的預期效果。

（二）水輪機零部件的標準化

標準化的內容非常廣泛，可分為設計方法的標準化與硬件的標準化，以及設計程序的標準化等。因為硬件的標準化比較容易實現，又可以很快看到成果，因此可以首先開展了水輪機零部件標準化的工作。

對于大直徑的螺母、螺栓、銷等沒有國家標準的零件，每個項目在設計時都是根據設計者的經驗分別設計出圖，后來隨著設計圖樣的增加，通過不同項目設計圖樣的共享來縮短或減少這些零件的設計，逐漸地我們以積累的圖樣為基礎，根據企業自身特點，參照相關標準進行了分類整理，最后形成了一系列的標準圖樣，有效地減輕了設計工作量。

隨著標準圖樣的增加，可以制定了水輪機產品的標準號。通過對水輪機零部件的標準化，不僅大大提高了設計效率，也明顯提高了制造采購的效率，同時有助于提高產品質量。

（三）成套部件的標準化

水輪機全部設計過程的標準化不但要花費大量的時間，而且達不到良好的效果。但是像主軸密封、軸承、主軸等部件，以主軸直徑為代表進行單元總成的標準化和系列化是完全可行的。所以分別將各種類型水輪機的單元總成按其代表尺寸進行標準化和系列化，做到只要其代表尺寸一確定，就可知道所有的相關尺寸。

結束語

鑒于水輪機在我國水能資源的開發和利用中的重要作用，其設計開發的過程非常關鍵。通過對其設計過程中的質量管理，有效地提升水輪機的設計、制造、安裝、運輸、運行過程中的質量。此外，將標準化的措施運用到水輪機的設計中對于提升水輪機的設計質量具有非常重要意義。

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