水轮机自动化检修设备的功能要求与技术分析

金洪伟

摘 要：我国有着十分丰富的水能资源，如今得到了大力开发和应用；随着时代的发展和社会经济的进步，人们日趋重视水轮机自动化检修设备，开始深入研究和应用。但是通过调查研究发现，在如今的水轮机自动化检修设备应用中，还存在着诸多的问题和不足，需要引起人们足够的重视。文章简要分析了水轮机自动化检修设备的功能要求与技术分析，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：水轮机；自动化检修；功能要求

前言

我国有着十分丰富的水能资源，作为一种重要的可再生资源，目前得到了较大规模的开发。我国很多河流都有着较大含量的泥沙，通过调查发现，很多电站的发电设备，如水轮机、转轮室等，都存在着严重的空蚀、磨损破坏问题。这些问题会降低机械设备的发电效率以及运行可靠性，并且对于水电站的安全运行也会造成较大的威胁，不利于电网的安全运行。因此，水轮机检修的主要任务就是补焊和修磨那些受到空蚀和磨损破坏后的水利发电设备。

目前在维修水力发电设备时，往往将人工操作模式给应用过来，如葛洲坝电厂，水轮机过流部件存在着严重的磨蚀问题，那么主要是在机组A/B修时进行修复。在A修时，利用水轮机叶片备品来对水轮机叶片成套的更换，然后制造厂家修复这些更换下来的叶片，将其作为备品。通常情况下，机组A修周期在15年到20年之间。B修周期在4年到5年之间，补焊和磨光工序在转轮室内现场进行，将环氧金刚砂抗磨涂料施工应用到叶片上。对靠右岸兩台机组，中修频率控制在每两年一次，对水轮机磨蚀问题进行处理，结合不同的磨蚀严重程度，通常需要消耗3吨左右的焊条，工期保持在35天左右。这种方法需要较长的维修周期，有着十分恶劣的工作环境和较大的劳动强度，需要将较大的人力和物力资源投入进来，并且没有较好的质量和效率。针对这种情况，就需要对机器人大力研究，对人工作业模式进行取代。

1 国内水轮机自动化检修设备研究及应用现状

我国在上个世纪八十年代开始大力研制水轮机修复机器，在1993年，我国研制了一台大型移动式随形磨削机，可以在检修车间内来打磨从机坑内吊出的叶轮。但是打磨机有着较大的体积，对于两个相邻叶片之间2米多深的部位，无法有效打磨叶片腐蚀表卖弄，在磨削时，需要利用较长的机械臂。磨削有着较大的切削力，机械臂没有足够的刚度，这样修磨质量无法得到保证。并且采用这种方法，需要运输几十吨重量的叶轮，需要划分较长的时间，相较于全手工操作修理方法，有着更低的劳动强度，但是检修周期却无法得到缩短。

兰州理工大学近些年来，提出了采用轨道式移动机构水轮机修复机器人设计方案，并且将样机制造了出来，本机器人主要包括移动装置和操作臂，将软轨式移动机构应用到移动装置中，机器人工作过程中，在叶片上焊接软轨点，机器人将工作任务完成之后，切下软轨，在新的工作位置上点焊，将6自由度串联机构作为它的操作臂。本机器人在对叶片进行修复时，可以结合修复位置，对软轨位置不断的更换。

2 存在的问题和发展方向

在研制开发水轮机修复专用机器人的过程中，是一项复杂的系统性工程，涉及到诸多的方面和内容，需要将很多专业的技术给应用过来，如机器人结构设计、运动学、动力学、操作机轨迹规划和控制、传感技术、信息融合技术等。如今，还有诸多的问题存在于目前的叶片修复机器人中：

一是无法将导轨的束缚给摆脱掉，只有较为狭小的工作空间：目前，可以将轨道式机器人应用到机坑内，在叶片表面，机器人却无法自主移动，没有较好的灵活性，只有较为狭小的工作空间，并且轨道有着十分昂贵的价格，在修复的过程中，需要对导轨位置进行不断更换，这样工作量就得到了加大，生产率得到降低。

二是现场维修不能适用：目前研发出来的水轮机叶片修复机器人往往有着较为庞大的统计，那么就无法在基坑内进行现场维修。在维修的过程中，需要从机坑中将水轮机叶轮给吊出来，需要花费较多的时间和精力，没有较高的生产率。

三是不能够直接应用到国内水轮机叶片的修复过程中：目前只有Scompi可以在基坑内直接修复叶片，但是因为没有较好的刚度，只有较小的覆盖范围，因此只能够在清水电站中适用，我国水轮机修复工作的要求无法得到满足。另外，本类型的修复机器人有着较为昂贵的价格，需要花费较多的成本。

3 水轮机叶片坑内关键修复技术研究

研究开发在机坑内直接对水轮机叶片汽蚀磨蚀表面进行全位置补焊与打磨的水轮机修复专用机器人，对于缩短停机检修周期、提高修理质量和形面精度、彻底改善检修人员的工作环境具有重要的实际意义。因此，要深入了解基本功能，进而提高基本功能的效果，进而对作业臂和磨削工艺技术，以及相应的补焊、清理工作，以及检测工艺进行适当的工艺试验和优化策略。

3.1 基本功能

机器人包括多自由度机械臂和机器人本体两个组成部分，操作人员通过监视器，来对吸附于作业面上的机器人进行遥控，促使其能够自由移动。首先利用测量装置来测量、记录和存储叶轮饰面的情况，结合现场气蚀状况，对叶轮待修部位进行确定，清理磨削装置，然后对焊枪进行更换，这样就可以实施全位置补焊作业，然后对磨削装置进行更换，以便对补焊表面进行修形，随后对测量装置和探伤装置进行更换，以便促使形面测量和探伤作业能够开展下来，最后对喷枪进行更换，以便开展喷涂处理工作。在基本功能的基础上，还促使机器人自动定位功能得到是修按，自动规划全位置焊接、修磨以及喷涂工艺参数，可以在线评价修复质量。为进一步提高基本功能，进而有效实现机器人的自动定位，达到叶轮三维形貌测量和信息良好重构效果，进而可自动规划全位置焊接工艺、修磨工艺及喷涂工艺参数，提高质量在线评价等诸多功能。

3.2 提高作业臂自由度及磨削工艺水平

根据理论计算数据及相应的试验测量结果，使用磨削工艺对焊后的修形进行确定，以实现刚度好、作业范围大的6自由度串并联结构的机械臂，进而以此构建三维模型。

3.3 补焊、清理及检测工艺

补焊工艺技术的选择必须以水轮机的叶片材质为前提，如此再在此基础上进行机器人立焊和横焊工艺试验；通过空气等离子弧气刨工艺对选定焊前叶面进行清理，然后进行初步试验；在通过作业过程监控及蚀面检测系统对方案进行论证。

4 结束语

通过文章的叙述分析可以得知，在水轮机自动化检修设备方面，还有很长的路要走，通过研究水轮机修复相关问题，可以促使停机检修周期得到有效缩短，促使修理质量得到显著提升，检修人员的工作环境也可以得到显著改善。相关的工作人员需要不断的努力，深入研究和设计，以便更好地开展水轮机自动化检修工作。

参考文献

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