葛洲坝轴流式转轮体加工工艺研究

刘子健+++赵丹

摘 要：转轮体是水轮机的核心部件。文章以葛洲坝轴流式水轮机转轮体作为研究对象，介绍了葛洲坝轴流式水轮机组转轮体堆焊合金球面、主轴孔及叶片轴孔的关键加工技术，为其它类似机组的工艺加工作借鉴。

关键词：转轮体；加工；轴孔；球面；技术

1 概述

转轮体是水利发电[1]的核心部件，它是利用水流的动能和势能通过主轴传送到发电机端，从而带动发电机发电的。由于其体积庞大，加工技术要求精度高，因此在吊运、装 、立车加工、镗孔、大尺寸测量过程中均存在诸多难点，通过本人对葛洲坝转轮体加工的全程跟踪从中总结经验，作以下简介。

2 产品技术参数及主要研究内容

转轮体加工的最大直径达Φ3910mm、最大高度3370mm，转轮体净重高达116.2t。与转轮体装配的轴孔直径为Φ1450mm，装配叶片的数量为5片。

文章主要研究内容：①转轮体堆焊合金球面、装配叶片轴孔及重要孔的加工（如把合面螺孔、定位销孔、吊装孔的加工）；②球面外径的测量；③吊运与翻身方案；④加工刀具和测量仪器的选择。

3 转轮体立车工序研究

3.1 主轴孔尺寸参数

由于转轮体吨位重、外型尺寸大，图纸要求活塞孔与主轴孔的同轴度为0.06mm，内止口与内部平面的垂直度为0.05mm，上平面的平面度为0.04mm，各轴孔加工精度要求高。立车加工要考虑刀具的长度、加工表面质量、减少装 次数、加工尺寸的测量等问题，外圆球面的加工也要保证图纸的技术要求。根据转轮体实际尺寸，我公司选用数控双柱8m立式车床，机床最大车削直径为8000mm，最大加工高度6m，最大承重量为200t。

3.2 堆焊合金球面加工

此表面采用先粗加工留10mm余量热处理后直接加工到图纸尺寸的加工方法。粗加工留量尺寸能保证热处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，原来堆焊合金过程中多次出现尺寸不准确或尺寸精度超差等问题。为了保证堆焊合金面的尺寸准确，现采用在粗加工转轮体堆焊合金球面时在上部外表面加工堆焊基准面作为堆焊基准。

转轮体加工5个叶片轴孔时为了保证轴孔位置尺寸，在立车粗加工时在堆焊合金球面外面表面刻一道基准线来保证叶片轴孔中心线在同一平面上，从而保证叶片受力均匀。

3.3 主轴孔加工

转轮体总高度为3370mm，主轴孔为（？椎890H6■■），转轮体活塞轴孔与主轴孔同轴度为0.04mm、内孔的粗糙度为1.6，转轮体活塞轴孔上平面的平面度为0.04mm、圆跳动为0.05mm。原来立车加工主轴孔是一次装卡加工完成，但由于刀杆伸出太长刚性不足导致加工下半轴孔加工表面的精度难以保证，只能采取二次抛光的方法，影响了加工效率。经过多次研究现采用两次装 加工主轴孔和活塞轴孔。讨论后对下半轴孔进行掉个加工，已加工好的主轴孔中心线为轴向加工基准，以转轮体已加工的上平面为水平方向加工基准，按照图纸尺寸要求确定加工切削参数。用更改后的两次装 加工主轴孔的方法加工，不仅解决了由于一次加工刀杆伸出过长造成的加工表面精度低的问题，而且提高了加工效率，现此加工方法已经完全达到图纸要求，保证了加工表面质量。另外在主轴孔加工时，我们采用的是机夹刀，刀片为SCMT 380932-XH 4235（粗车）、SNMG 250924-HM 4225（精车）硬质合金刀片[2]，不仅保证了加工表面质量，而且提高了加工效率。

4 转轮体镗床工序研究

4.1 叶片轴孔尺寸参数

转轮体上面叶片轴孔共有5个，按72°均匀分布 ，大小轴孔分别为（Φ1450H7■■）、（Φ640H7■■），大小轴孔同轴度要求为0.04mm，叶片轴孔与主轴孔垂直度要求为0.04mm。根据转轮体叶片轴孔的实际加工要求，为确保其加工精度，我公司采用数控260落地铣镗床加工叶片轴孔，数控龙门铣镗床加工吊装丝孔。数控260铣镗床，镗轴直径为260mm，X轴最大进给量为14000mm，Y轴最大进给量为5000mm，Z轴最大进给量为1200mm，W轴最大伸长量为1200mm，能够充分满足转轮体叶片轴孔精加工要求。

4.2 吊装孔改进研究

由于大型转轮体精加工表面质量需要保证，吊装与翻身是一直以来的工艺难点。原先在转轮体的上下两端面都需要加工工艺吊装孔，增大了工人的劳动强度，多次翻身容易造成转轮体外表面划伤，影响加工表面质量。现采用在立车粗加工后通过数控龙门铣镗床上加工一侧吊装丝孔，原螺纹尺寸为M160为确保其精加工尺寸和载重力先将吊装孔加工到M120用于吊运，不但节省了加工工时，而且减少了翻身次数，减少工作量，从而确保了加工表面质量。

4.3 叶片轴孔加工

根据轴流式水轮机的实际运行情况分析，转轮体叶片轴孔的尺寸直接影响着转轮体的受力情况，因此叶片轴孔的加工是整个转轮体加工的重点。首先，每个叶片轴孔中心线必须保持一致，这样才能保证叶片的受力大小一致。其次，要保证叶片轴孔的中心线与堆焊合金外圆球面的水平最高点平面水平一致，以此保证叶片与转轮体的间隙一致。

4.3.1 叶片轴孔加工

由于叶片轴孔形位公差要求严格表面粗糙度要求高，因此我们采用粗镗（留5mm余量）→半精镗（留2mm余量）→精镗的工艺流程。半精加工时先对一个孔进行半精镗，然后使用激光跟踪仪测量孔形位公差，满足公差要求后对相邻的第二个孔进行半精镗确保角度尺寸为72°。以上两孔满足要求后对其余三个孔进行半精镗。最后，对所有轴孔及密封槽进行精镗。镗序加工原采用槽铣刀盘走程序加工，不但效率低而且表面质量不好，现采用桥式微调镗刀，刀片采用TCMT16T308 HQ PV7025金属陶瓷刀，提高了加工效率及表面质量。 在进行叶片轴孔加工时，我们在转轮体内腔球面加工出基准带，在精整处理时以此为打磨基准，提高了腔体内部的毛坯表面质量。

4.3.2 螺纹孔加工

转轮体螺纹丝孔尺寸分别为24-M160×4、32-M48、32-M20、16-M16。螺纹孔在数控龙门铣镗床上进行加工，原采用旋风铣刀加工，刀具损耗大工作效率低，现在改用螺纹铣刀加工不但效率大幅提高，而且刀片基本没磨损。

5 转轮体加工测量问题

加工中的测量问题也是大型转轮体加工技术的难点。我公司原采用多重间接测量的方法如π尺测量、内径千分尺间接测量，但根据转轮体的尺寸公差、形位公差要求。现通过床检及相关测量一起对转轮体各部位进行尺寸公差的测量，采用激光跟踪仪对转轮体各部位的形位公差进行测量。

6 结束语

通过葛洲坝轴流式水轮机组转轮体的机械加工，我公司全面掌握了大型水轮机转轮体机械加工的核心技术。转轮体加工技术的创新，对提高加工质量、加工效率和降低工具费用经济效益显著。转轮体的加工成功给我公司创造了新的经济增长点，以后会为企业创造了巨大的经济效益。

参考文献

[1]郑源.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[2]林艳华.机械加工工艺规程设计[M].北京.化学工业出版社，2012.endprint