大型水輪發(fā)電機(jī)定子沖片疊檢方法研究

吳佳秀

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

白鶴灘百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組是目前世界單機(jī)容量最大的水輪發(fā)電機(jī)組。白鶴灘沖片質(zhì)量要求異常嚴(yán)格，要求最高的部位公差達(dá)到了0.04mm，為保證精品目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，前期使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)定子沖片模具和激光切割機(jī)的精度進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證，首片制造完成后采用三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)超差部位反復(fù)調(diào)整模具和數(shù)控切割程序，直到所有尺寸達(dá)標(biāo)。批量投產(chǎn)前的疊檢見證也是一個(gè)難關(guān)，白鶴灘首臺(tái)定子沖片疊檢，由58 塊沖片組成的整圓，內(nèi)圓尺寸大，圓度要求高，因此在廠內(nèi)驗(yàn)收環(huán)節(jié)，采用激光跟蹤儀測(cè)量?jī)?nèi)圓尺寸和圓度。激光跟蹤儀作為一種大尺寸空間坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，具有精確度高、操作簡(jiǎn)單、便捷、快速等特點(diǎn)，在機(jī)械制造，設(shè)備裝配和產(chǎn)品檢測(cè)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。最終疊檢現(xiàn)場(chǎng)見證合格證明這種測(cè)量方法是行之有效的。

1 定子沖片疊檢存在的難題

2 測(cè)量設(shè)備及工作原理

本次檢測(cè)使用的是美國(guó)API 公司生產(chǎn)的T3 型第三代激光跟蹤儀。激光跟蹤儀跟蹤頭由一個(gè)裝在軸上的激光干涉儀、編碼器和伺服電機(jī)組成。控制箱用來控制激光跟蹤儀，包括操縱儀器和處理跟蹤環(huán)節(jié)的反饋信息。靶鏡（SMR）是鋼球內(nèi)部鑲嵌鋁合金的三個(gè)垂直面，并表面鍍金或銀，用來把光束平行反射回激光源，跟蹤系統(tǒng)將跟隨靶鏡運(yùn)動(dòng)。SMR 測(cè)量中心和表面接觸點(diǎn)之間的偏移量在Spatial Analyzer 中設(shè)定。激光跟蹤儀通過測(cè)量俯仰角（EL）和水平方位角（AZ）以及一個(gè)半徑距離來決定反射鏡中心點(diǎn)的球坐標(biāo)。坐標(biāo)數(shù)據(jù)被傳送到裝有Spatial Analyzer 的電腦主機(jī)。在Spatial Analyzer 軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。激光跟蹤儀水平轉(zhuǎn)角640°（±320°），垂直轉(zhuǎn)角+77°～-66°。3 維空間靜態(tài)測(cè)量精度達(dá)到了5ppm，通常設(shè)備與被測(cè)物距離不超過10m 的狀態(tài)下，測(cè)量精度不超過0.05mm。選用激光跟蹤儀能夠滿足本次定子沖片疊檢精度要求。

3 測(cè)量方法與步驟

如圖1 所示，將激光跟蹤儀架設(shè)在疊片內(nèi)圓中心位置，高度高于疊片平臺(tái)。

3.1 第一階段粗調(diào)

建立底層基準(zhǔn)，調(diào)平平臺(tái)，模擬定位筋位置。如圖2 所示，初步疊8 層沖片，約4mm 高建立底層基準(zhǔn)。通過激光跟蹤儀測(cè)量疊片后內(nèi)圓八點(diǎn)位置，投影到底層基準(zhǔn)面上，擬合出理論圓，得到理論圓尺寸和八點(diǎn)偏差值。擬合出來的圓ci1 尺寸相對(duì)于圖紙尺寸理論尺寸偏差為-3.03mm。因此先忽略偏差向外的疊片位置，通過向外敲擊偏差向里的疊片位置，擴(kuò)大圓直徑尺寸的同時(shí)，調(diào)整圓度。

圖1

圖2 部分疊片

表1 三次測(cè)量?jī)?nèi)圓直徑和圓度實(shí)測(cè)值

如表1 所示，經(jīng)過兩次粗略調(diào)整后，將擬合圓的直徑尺寸調(diào)整到公差范圍內(nèi)，利用擬合的理論圓心建立坐標(biāo)系，構(gòu)造一個(gè)圖紙尺寸的標(biāo)準(zhǔn)圓柱，圓柱法向量向內(nèi)。每張沖片選取一點(diǎn)，采用實(shí)時(shí)觀測(cè)，查詢點(diǎn)到圓柱的偏差，正偏差說明尺寸偏小，應(yīng)向外敲擊沖片，負(fù)偏差說明尺寸偏大，應(yīng)向內(nèi)敲擊沖片。精調(diào)每個(gè)位置的偏差。通過兩周實(shí)時(shí)觀測(cè)測(cè)量，將每個(gè)位置調(diào)整到±0.50mm，初步建立底層基準(zhǔn)。

圖3 實(shí)時(shí)觀測(cè)沖片位置

3.2 第二階段精調(diào)

將剩余沖片疊加后，共疊40 層沖片，約20mm。單點(diǎn)采集八點(diǎn)位置，建立基準(zhǔn)。通過實(shí)時(shí)觀測(cè)，精調(diào)58 張沖片位置的偏差，將每個(gè)位置調(diào)整到±0.40mm。

3.3 第三階段現(xiàn)場(chǎng)見證

在監(jiān)理見證下，內(nèi)圓單點(diǎn)采集58 點(diǎn)，擬合出理論圓，查詢58 點(diǎn)到理論圓的偏差值及理論圓尺寸。最終直徑尺寸偏差-0.03mm，圓度0.67mm，符合圖紙要求。

4 結(jié)論

近年，隨著制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。尤其是在大尺寸精密測(cè)量中，傳統(tǒng)測(cè)量存在局限性時(shí)，開始嘗試采用激光跟蹤儀等先進(jìn)測(cè)量設(shè)備和新的測(cè)量方法。本文通過白鶴灘首臺(tái)定子沖片疊檢方法研究與試驗(yàn)，驗(yàn)證了可以通過激光跟蹤儀測(cè)量控制疊片組圓的內(nèi)徑尺寸和圓度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在后續(xù)磁軛沖片和磁極沖片疊檢中也可以延續(xù)使用該測(cè)量方法，控制產(chǎn)品質(zhì)量。