水輪機葉片加工過程質量控制

于強 哈爾濱電機廠有限責任公司

水輪機一般是被用來驅動發電機發電，而水輪機葉片的加工和質量影響著發電機運轉的安全和可靠性。水輪機的葉片需要設計成三維扭曲曲面體，一直采用的是砂型鑄造的工藝、人工鏟磨、葉片的檢測使用的是木質立體樣板；目前，經過多年的研究，逐漸出現了先將葉片模壓成型，然后進行鏟磨、加工成型的工藝和使用數控機床加工葉片的工藝。每一種工藝都有各自的優點和缺點。

一、在葉片加工之前對文件的控制

對于文件的控制主要是保證文件是完整的，受控是不是標準，是不是新版本。在進行葉片的加工之前必須對這些控制重點進行檢查。主要有以下這些內容：葉片型線檢查樣板的圖紙、葉片實體文件、葉片工藝文件、質量檢測的標準、質量檢測的記錄、葉片加工的流程，這些檢查內容中只有程序和實體文件是電子版。

二、加工水輪機葉片過程中的質量控制

（一）安裝葉片和支撐胎具過程中質量的控制

在這一工序進行質量控制的要點包括：胎具的支撐點和水輪機葉片的安裝要可靠，而且安裝葉片時的測量值要大于真值。安裝胎具各支撐時要以圖紙的要求為準，另外，在胎具上設立加工基準要滿足圖紙的要求，還需要對葉片加工的符合性進行檢查。在每次胎具安裝完成后，數控機床上都會有胎具基準的絕對坐標值，這一坐標值不能發生變化，因為一旦數值變動，就會造成胎具的位移情況，最終導致葉片加工錯誤，而且這一胎具基準還是其他工序的參照基準。在進行水輪機葉片的加工過程中，需要重點關注葉片的表面質量和對工件進行無損探測等如果不達標，就會造成對下一工序的影響，最終影響整體的質量。葉片固定在胎具上時，第一步是找正，具體的操作流程是：先確定找正點的兩個坐標，然后再確定另一個垂直于找正點坐標的坐標軸，找正點的誤差要小于2毫米。

（二）正壓側加工過程的質量控制

控制這一工序的質量的要點是工件三維空間坐標系的確定、確定刀具和工件相對位置基準點、確認定位銷的位置以及工件標識和變形的檢測。每一次工件變換過程都需要先確認工件坐標系和精準對刀點，防止發生絕對坐標、相對坐標、工件的位移情況，如果不及時發現，就會造成加工出現錯誤，影響整體的質量。確認程序需要空轉，主要是檢查葉片表面的余量均勻程度，是不是有過切的情況，程序是不是正確，跟葉型是不是吻合。定位銷是下一道工序加工的參照，直接影響著下一道工序的精確度。工件的標識是在加工完成后進行，而且還需要檢查工件有沒有出現變形，主要是對幾處加工后點位的符合程度在松開壓板后進行檢查。防止因為出現變形對本次加工造成影響，也為本次加工留量。

（三）安裝葉片和負壓側胎具加工過程中質量的控制

這一工序質量控制的重點是檢查胎具支撐和基準的符合性，安裝葉片時找好正誤差，也就是定位銷，預防碳污染。葉片正壓側跟胎具支撐的吻合程度，縫隙需要使用塞尺進行檢查，給定的坐標值是不是和找正后的基準值相符合，定位銷的坐標有沒有發生變化，這都是對負壓側型線質量造成影響的因素。因為葉片的材質是低合金不銹鋼，葉片本體需要和支撐連接部分的壓板進行隔離，以此達到防止不同材質發生碳污染的情況。

（四）負壓側加工過程質量的控制

控制這一工序的質量要點是確認工件的三維空間坐標系，釋放應力和變形，型線的檢查，探傷檢測。首先確認工件坐標系和精準對刀點，防止發生絕對坐標、相對坐標、工件的位移情況，如果不及時發現，就會造成加工出現錯誤，影響整體的質量。確認程序需要空轉，主要是檢查葉片表面的余量均勻程度，是不是有過切的情況，程序是不是正確，跟葉型是不是吻合。需要檢查本次加工中釋放的應力和變形情況，縫隙使用塞尺檢查，保證符合相關的數值標準。對于型線的誤差需要使用機床采點檢查和理論坐標來檢查。葉片本體的缺陷是在加工完成后進行探傷檢測。

（五）安裝葉片和正壓側胎具過程中質量的控制

控制這一工序質量的要點在于檢查葉片的基準點和定位銷之間的縫隙，防止出現碳污染的情況。請參照“安裝葉片和負壓側胎具加工過程中質量的控制”。

（六）正壓側精加工過程中質量的控制

控制這一工序質量的要點包括控確定制件的三維空間坐標系，確定葉片找正的差值，確認程序，型線的檢查，參考“負壓側加工過程質量的控制”，這一工序是進行精加工的工序。

（七）控制葉片精磨過程中的質量

這一工序質量控制的重點是要及時地使用型線樣板對打磨過程進行檢查，對各區域的粗糙度使用粗糙度儀進行檢查，保護標識。及時使用型線樣板，能夠防止出現打磨過度或者打磨不足的情況，從而保證打磨過程達標，對于葉片表面質量使用粗糙度儀進行檢查，保護標識是打磨過程中需要重點注意的，防止標識因打磨而遭到破壞。

三、控制葉片手工鏟磨加工過程中的質量

水輪機葉片在經過手工鏟磨之后，一般容易發生變形或者需要很大的補焊量，所以要對該工藝進行優化，控制加工過程中的質量。首先，要檢測水輪機葉片需要補焊的量和需要進行鏟磨的量，以此確定型線和葉片的厚度達到標準值。轉輪葉片進行能量轉換時的壓力由水輪機葉片正面來承擔，而且，水輪機葉片正面還是檢測鏟磨量和補焊量的依據，先檢查正面的型線，主要是通過檢查樣板來進行，方便手工鏟磨和需要補焊量的確定。需要注意的是，要在水輪機葉片容易變形的地方留出對型線進行校正的量，尤其是在出水邊。使用檢查樣板對葉片進行檢查時需要重點關注兩點內容：第一，水輪機葉片型線應該和檢查樣板保持均勻的間隙，檢查樣板需要在鏟磨掉局部的高點之后再放，避免高點頂起檢查樣板；第二，葉片四周應該在放置檢查樣板之后留出均勻的余量。

其次，為了避免水輪機葉片出現缺陷和損傷，需要對其進行探傷檢測。無損檢測是在水輪機葉片的正面完成粗磨加工后進行，而對水輪機葉片正面的精磨加工需要在無損檢測合格之后再進行。對葉片進行精磨之后，并且合格的情況下，以水輪機葉片的正面型線為依據來標記水輪機葉片正面的測厚點，然后再對葉片的厚度進行測量，主要是使用卡鉗、測厚儀進行厚度的測量。不僅水輪機葉片的正面要進行無損檢測，背面也需要。

再次，對水輪機葉片的波浪度進行檢測，主要是在修磨加工過程中使用樣條尺進行波浪度的檢測。

最后，對水輪機葉片的進出水型線也需要使用檢查樣板進行檢測，還需要使用相關的工具對水輪機葉片的頭部和尾部的形狀進行檢測。

四、控制數控機床加工水輪機葉片的質量

（一）控制葉片毛坯的加工質量

葉片的材料主要有兩種，一種是不銹鋼的，另一種是鑄造結構的。不銹鋼材料的葉片，要求其尺寸、性能、化學成分達到相關的標準；鑄造結構的，要求工件的尺寸達到工件設計圖紙的標準，首先不能出現肉眼可見的明顯缺陷，其次工件的性能和化學成分也需要達到設計圖紙的標準，根據設計圖紙的要求需要先對工件進行熱處理。在對材料進行完檢測，并且合格之后，使用荒磨機對水輪機葉片進行打磨，為的是磨削掉金屬的夾砂；最后再對葉片毛坯進行無損檢測，如果有缺陷，需要及時調整。達標后才可以進入下一道工序。數控機床加工水輪機葉片之前，要先確定葉片正面和背面的三維坐標，以及找正的坐標，然后根據這些坐標值計算得出葉片該留出多少加工的余量，以及葉片的安裝位置。完工后，還需要再次進行測量，主要是為了測量葉片加工完成后是不是精確，是不是符合要求。

（二）控制葉片表面的加工質量

1.葉片表面缺陷的處理

如果在檢測后發現水輪機葉片有缺陷，比如砂眼、氣孔等，就需要使用相關的技術手段對這些缺陷進行去除，比如使用砂輪打磨砂眼，或者洋沖等技術，然后對缺陷部位進行無損檢測，檢測之后無雜質、清理干凈的情況下才可以進入修補環節，從而保證修補的質量達標，最后進行拋光，拋光結束后也需要進行無損檢測，保證葉片質量達標。

2.控制葉片表面的粗糙度

葉片表面的粗糙度是在加工過程中造成的，主要是因為切削和刀具刃尖的影響。數控機床加工水輪機葉片之后，基本不需要對葉片進行鏟磨，主要是需要拋光，從而使葉片表面的刀痕得以去除，使葉片表面的粗糙程度降低。檢測葉片表面的粗糙程度，主要是通過粗糙度儀，并且和目測相結合；也能夠使用檢測樣板，通過觸感和肉眼檢查，再通過與檢測樣板的對比，來確定葉片表面的粗糙程度是不是達標。

一般情況下，對于葉片波浪度的檢查是通過樣條尺來進行，葉片的波浪度應該達到設計圖樣的要求。水輪機葉片的正面和背面的波浪度應該不高于百分之二，其中，對于背面容易發生空蝕的位置，波浪度不能高于百分之一。重點是，對于多個連續波浪需要按多個波浪度進行檢測，不能當成一個進行檢測；還有，要求檢測用的撓性尺長度大概為一米；另外，還需要注意葉片背面容易發生氣蝕的位置，因為葉片運行時，產生的壓力會造成葉片背面出現氣蝕的情況，所以要嚴格控制這一位置的波浪度。如果表面不平，就需要進行打磨，直至光滑。而且還需要對波峰進行打磨，主要是為了使葉片的外觀和波浪度達標。

（三）控制葉片出水邊厚度、型線的質量

在對葉片的進出水邊型線進行檢測時，一般是使用檢測樣板進行檢查，以葉片的截面導線和標記孔為依據進行定位，對于水輪機葉片的進出水邊的型線和樣板之間的縫隙使用塞尺進行檢測，對于水輪機葉片的頭尾部使用檢測樣板進行檢查，也是根據葉片的截面導線和標記孔來進行定位。最后，進行無損檢測。

（四）控制葉片出水邊的厚度

通常情況下，水輪機的葉片出水邊的厚度可以使用卡尺進行檢測，厚度的標準偏差不能大于0.5毫米，一般都能達標。

五、檢查最終尺寸

這一工序質量控制的重點是對各項目的檢查不能遺漏任何一項。對于葉片的型線、質量、厚度、縫隙和波浪度主要通過型線檢查樣板、粗糙度儀、塞尺、激光跟蹤儀等進行檢測。對這些項目的檢查需要達到相關的標準數值。

六、結語

水輪機葉片的質量影響著水輪機的使用和水電站發電機組的正常運轉，但是水輪機葉片的加工過程很復雜，而且對葉片質量的檢測也很復雜，一個步驟出錯，就會導致葉片的質量出現問題，不達標，所以，我們要嚴格地按照相關的標準進行水輪機葉片的加工和質量的檢測，從而避免加工過程中的質量問題。經過實踐證明，按標準進行葉片的加工基本不會出現質量問題。所以，要加強對水輪機葉片每一道加工工序質量的控制。綜上所述，本文主要介紹了針對水輪機葉片加工過程中的各個工序進行質量控制的相關措施。