混流式水轮机桨叶加工工艺的研究
2014-12-28 来源： 东方电气集团有限公司东风电机有限公司 作者：赵成唐海蓉
【摘要】本文讨论了混流式水轮机桨叶的加工工艺，分析了叶片的建模、尺寸、精度以及基准等数控环节。结果证明，采用数控加工的方法，桨叶具有效率高、精度高等优点。
【关键词】混流式水轮机；桨叶；数控加工
水轮发电机组是最为关键的过流部件-转轮浆叶，其作用是将水流的动能转换为旋转的机械能。因此，它是整个机组机电能量交换的核心部件。质量的好坏，直接影响机组内部的流态、水力效率、稳定性以及气蚀等重要性能。所以，能否加工出高质量、高精度桨叶，对整机的运行而言，具有举足轻重的意义。
然而，水轮机的转轮桨叶具有形状复杂、曲面非规则以及曲率变化大等特点。这就决定了生产工艺的复杂性，同时也加大了产品的生产难度。传统的加工方法，是采用模压毛坯，再人工铲磨成型。这种方
法费时费力，且精度较低，变形量大。因此，采用数控技术的加工方法，有利于弥补传统工艺的不足，生产出高质量的叶片。
1、 桨叶三维模型的构建
传统的桨叶设计加工步骤，主要是依靠叶片断面的木模图进行放样。而木模图也存在着相应的弊端，比如叶片各断面之间的光滑搭接、精度的偏差以及尺寸的误差等都无法得到保证。故针对这些不足，以
叶片断面型线图尺寸为基础，利用绘图软件，构建光滑的桨叶三维实体模型，为后续采取数控加工生产工艺的奠定理论基础。本文以某电站混流式机组为例，根据相应参数，构建叶片模型[2]（如图1~图2 所示）。
2 、数控加工技术
2.1 桨叶数控加工工艺流程
桨叶数控加工工艺流程如图3 所示。
2.2 数控加工工艺分析
叶片的工艺性是指根据产品加工的特点，从尺寸、精度、基准、变形等方面进行探讨。
2.2.1 模型尺寸的正确标注
数控加工，需要对模型进行尺寸定位和程序的编制。加工程序通常是以准确的坐标点来定位的。因此，叶片断面的几何关系（如相切、垂直等）应该有明确的定义。几何元素之间的条件要充分，保证没有出现封闭尺寸等问题。
2.2.2 加工精度的保证
数控车床虽然具有很高的加工精度。然而，由于叶片形状复杂，往往存在厚度非常单薄的部分，而加工时由于受到切削拉力和单薄钢板的弹性等因素影响，容易发生切削面的振动，使得该部分厚度尺寸的公差不易保证在设计范围内，导致表面的粗糙度随之增加。因此，对于对于厚度小于3mm 的部分，应给与充分重视。
2.2.3 保证基准统一原则
桨叶加工的过程中，采用统一的基准定位，专门设置工艺孔作为定位基准。
2.2.4 分析叶片的变形情况
叶片在加工时的变形，直接影响加工质量，而且若产生了较大的变形量时，会对机组的装配、以及后期运行中的效率，噪音等产生很大的影响。因此，在加工过程中，应该考虑采取一些相应的工艺措施（如误差补偿技术）进行预防。
2.3 叶片的加工
桨叶的加工内容主要有：（1）断面；（2）坡口；（3）头尾部；（4）数控打标记。断面的加工主要采用盘铣刀。由粗铣和精铣两道工序构成。在粗铣工序的时候，应该加大排刀之间的距离，再添加冷却液，以此来提高加工效率。与此同时，采取合理的措施将叶片上的应力得到充分释放，以防止加工后出现的再变形问题。
坡口加工过程中，数控车床的铣头转角容许的条件下，可以适当加大走刀量，一次成形。数控技术加工出来的坡口，为后续转轮的装配提供了便利，使得机组的安装精度较高，而且坡口的焊量比较均匀。头尾部加工工序中，关键的要点在于几何形状的保证。曲面成型是由加工中的直线段构成且无限地接近。而在加工过程中，若为追求高精度继而无限地去细化直线段，必然会增加加工的时间、降低效率。因此，
可采用棒铣刀按照包络线加工，加工出成型表面，再按照样板修磨。经过数控加工的工艺流程，加工出了符合要求的叶片，并将转轮顺利装配完毕如图4 所示。
3 、结论
混流式水轮机桨叶的数控加工工艺具有高效、准确、规范等特点。加工出的叶片较之传统的人工打磨，有了质的提高。为后续转轮的焊接提供了便利，也保证了机组的良好水力性能。
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