水轮机自动化检修设备的探讨

杜熙婷（黑龙江省电力有限公司牡丹江水力发电总厂，黑龙江 牡丹江 157006）

水轮机自动化检修设备的探讨

杜熙婷
（黑龙江省电力有限公司牡丹江水力发电总厂，黑龙江 牡丹江 157006）

由于我国的水能资源相当丰富，现如今水能资源也得到了相当深入的应用和开发。伴随着社会主义市场经济的发展，水轮机自动化检修装备也得到了人们越来越多的重视和关注。但是，笔者在调查研究中发现，如今的水轮机自动化检修过程中还存在着诸多的问题和隐患亟待解决。本文旨在对水轮机自动化检修装备进行深入的剖析和阐释，进而提出相关的参考意见。

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水能资源作为可再生资源中非常重要的一种，在我国具有相当丰富的储量，目前对其进行开发和利用的规模也相当大。但我国大部分河流的泥沙含量都较高，也就造成了许多电站的转轮室、水轮机等设备存在着相当严重的磨损破坏、空蚀等问题，这些问题都会造成设备的运行可靠性及发电效率的降低，进而对水电站安全运转造成相当大的隐患。所以，水轮机自动化检修的主要任务就在于对被磨损破坏和空蚀的设备进行补焊、修磨。

1 我国对于水轮机自动化检修设备的针对性研究与应用

我国对于水轮机检修设备的深入研究可以追溯到20世纪80年代，我国自主研发的第一台可移动的大型随形磨削机出厂，能够将叶轮的打磨工作转移到检修车间中进行。但是，由于打磨机体积较大，而两个相邻的叶片之间的部位深度只有2m左右，这时磨削机就无法进行叶片腐蚀表面的有效打磨了。通常针对这种情况，我们一般采用较长的机械臂来应对，但是由于磨削时产生的切削力较大，机械臂的刚度并不足以承受，所以修磨的质量也得不到保障。另外，采用这种技术进行修磨，对重量相对较大的叶轮进行划分所需时间非常长，与手工操作修理相比较而言，劳动强度虽然较低，但无法实现检修周期的缩短。

近年来，兰州理工大学提出了用轨道式机器人来对水轮机进行修复的方案，并且制造出了样机，这款机器人的结构主要由移动装置和操作臂两大部分构成，并在移动装置中运用了软轨式移动技术。这款机器人在工作时，先将软轨点焊接到叶片上，然后在完成工作任务之后再将软轨切下来，并移动到新的工作位置上进行点焊，并选用6自由度串联机构作为操作臂。这一款机器人在进行叶片的修复工作时，能够综合考虑修复位置进行软轨位置的更换。

2 水轮机自动化检修设备存在的问题及发展趋势

在对修复水轮机的专用机器人进行开发和研制的过程中，需要对众多方面和环节进行综合考虑，并应用许多专业的相关技术，如动力学、运动学、传感技术、信息融合技术、结构设计、操作机轨迹的控制与规划等等。如今，叶片修复机器人领域还存在着诸多的问题亟待解决。例如：

（1）无法摆脱导轨的束缚，工作空间相当狭小。现如今的技术可以在机坑中应用轨道机器人，但这种机器人无法在叶片表面自主移动，灵活性较差，工作空间狭小，同时轨道的价格也相当昂贵。修复过程中不断更换导轨的位置，造成工作量的增加和效率的降低。

（2）不能适用于现场维修。由于目前针对水轮机叶片的修复机器人体积往往较大，这也就无法进行机坑内的维修工作，所以在维修的过程中需要将机坑中的叶轮吊出来，时间精力的耗费都较大，生产率也相当低。

（3）无法直接应用于国内的叶片修复过程。截止到目前，能够在机坑内直接进行叶片修复的只有Scompi，但由于其刚度较差、覆盖范围较小，所以其只能应用于清水电站，无法满足我国对于水轮机检修工作的要求。此外，这一类型的修复机器人价格较高，维护保养成本也很高。

（4）修复工作较难实现智能化和自动化。现有的机器人在进行叶片修复时，在机器人的定位、叶片外形的修复和内在质量的控制等方面的智能化和自动化程度都相对较低。

如果想要实现上述问题的有效解决，就必须深入研究和开发能够摆脱轨道束缚、实现全位置行走、能进行蚀面的自主监测和修复质量的自动控制的机器人，这种机器人必须具有相当高的智能，这样才能进一步实现修复水轮机叶片过程的自动化、智能化。

3 坑内修复关键技术相关探讨

我国目前对于能够在机坑内对水轮机叶片磨蚀、汽蚀表面直接进行补焊、打磨的专用机器人的相当重视，这类机器人的开发和研究对于停机检修周期的缩短和修理质量、形面精度的提高、技术检修人员工作环境的改善都具有相当重大的意义。因此，我们必须对基本功能进行深入了解掌握，从而对基本功效进行提高，实现磨削技术、清理补焊工作、以及检测检修工艺的提升试验和优化。

3.1 基本功能。这种类型的机器人由机器人本体和多自由度机械臂这两部分组成，技术人员可以通过监视器实现对作业面上的机器人的遥控，令其在作业面上自由移动。首先，需要通过测量装置的合理运用实现叶轮蚀面情况的测量、记录以及存储，并结合汽蚀情况确定叶轮待修部位，进行磨削装置的清理，随后更换焊枪，进而实施作业的全位置实施，之后更换磨削装置，进而进行补焊表面的修形，再更换测量和探伤装置，确保形面测量和探伤工作能够顺利展开，最后更换喷枪，进行最后的喷涂处理。在这一基本功能的基础上，还能够使机器人进行全位置焊接、修模和喷涂的自动规划，以及修复质量的在线评价。从而提高基本功能，实现机器人的定位自动化，确保叶轮形貌测量及信息重构的效果。

3.2 提升作业臂自由度和磨削工艺水平。通过数据的理论计算和实验测量的相关结果，能够确定和选择焊后修形的磨削工艺，进而实现作业范围更大、刚度更好的6自由度结构机械臂的串并联，并依此进行模型的三维构建。

3.3 补焊、清理工艺和检测工艺。由于水轮机叶片的材质是选择补焊工艺和补焊技术的前提，在此基础之上才能再进行机器人的立焊工艺及横焊工艺的实验。选定焊前叶片进行清理并进行初步实验需要通过空气等离子弧气刨工艺来进行，而方案的论证需要通过作业过程监控和蚀面检测系统才能顺利进行。

结语

笔者通过深入的调查研究发现，水轮机自动化检修设备目前还存在着较多的问题，还有相当长的路需要走。通过对水轮机自动化检修相关问题的深入研究，能够有效缩短停机检修周期，提升修理的质量，并改善相关检修人员的工作环境。相关的工作人员只有进行持久不懈的努力，进行深入的开发研究，才能设计制造出更好的水轮机自动化检修设备，推动水轮机自动检修工作更好发展。

[1]黄中舟.水轮发电机组的检修及其改造[J].低碳世界，2014（21）：119-120.

[2]熊文军.常规水轮机的检修工艺探究[J].科技风，2014（18）：122-122，126.

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