CN105332846B - 水轮机转轮及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水轮机转轮及其制造方法，水轮机转轮由若干叶片体拼接而成，其上冠外侧和下环部外侧分别包裹有第一、二钢丝缠绕层，叶片体包括一个水轮机叶片和位于该叶片两端的上冠部份和下环部份，水轮机转轮制造方法，依次为：叶片体设计、铸造叶片体初始毛坯、热处理、表面切削加工获得精化毛坯、对精化毛坯依次进行表面防腐处理、热处理和磨削加工完成叶片体工厂化制造；将叶片体运输至水坝上、将叶片体拼装后对其上冠和下环进行钢丝缠绕、对水轮机转轮上组合缝和钢丝层进行密封防护处理、最终为修整处理和调试，本发明解决了水轮机转轮重量巨大无法运输的工程问题，还方便对损坏部分局部拆分、修复或更换，大大延长转轮的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种水轮机转轮，特别涉及一种便于运输和组装的水轮机转轮及其制造方法。
背景技术
由于对供电量的需求，国家一直进行水利发电站进行建设，由于水利资源充沛的地方都在西北部地区，如西藏的雅鲁藏布江等，这些地区地处山区及江河上游高原，位置偏僻，交通不便，而水利发电站中水轮机必不可少，水轮机的转轮重量巨大，近千吨重的整体转轮无法运输，因此水轮机转轮的运输成了水电站建设的工程瓶颈，目前的解决方案，为在水电站建设时，在水坝附近先建设所有用于生产水轮机转轮的铸造厂、热处理厂、表面加工厂等等一系列的加工厂，将转轮所需的原材料分批运输至这些工厂进行转轮的制造，待该水电站建设完成后，再将这些工厂拆除，迁移到下一个水电站建设地，这种方法解决了水轮机转轮运输困难的技术难题，然而，这种方法耗资巨大，并不是理想的方法。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种水轮机转轮及其制造方法，其采用分体的叶片体实现整个水轮机转轮的组装，便于运输、组装和后续维修更换，制造成本低。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水轮机转轮，包括叶片体和第一、二钢丝缠绕层，所述叶片体包括一个水轮机叶片和位于该叶片两端的上冠部份和下环部份，若干叶片体侧壁依次固定连接形成一个圆环形结构，各个叶片体的上冠部份拼接形成该圆环形结构的上冠，各个叶片体的下环部份拼接形成该圆环形结构的下环，第一钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的上冠外侧，第二钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的下环外侧。
作为本发明的进一步改进，所述叶片体的数量为7～15枚。
作为本发明的进一步改进，所述叶片体的上冠部份和下环部份上分别设有第一、二凹槽，且若干叶片体的第一凹槽对应连通形成圆环形结构的第一钢丝槽，若干叶片体的第二凹槽对应连通形成圆环形结构的第二钢丝槽，第一、二钢丝缠绕层分别位于第一、二钢丝槽内。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二钢丝槽外侧还密封固定覆盖有防护层，第一、二钢丝缠绕层恰被密封于第一、二钢丝槽和防护层形成的密封空间内。
作为本发明的进一步改进，所述防护层为不锈钢板。
一种水轮机转轮制造方法，具体步骤如下：
步骤一：设计：设计合理的叶片体；
步骤二：铸造：叶片体压铸成型，获得叶片体初始毛坯；
步骤三：热处理：对叶片体初始毛坯进行热处理；
步骤四：表面加工：表面切削加工获得精化毛坯；
步骤五：精加工：对精化毛坯进行表面防腐处理，然后进行热处理和磨削加工，完成叶片体工厂化制造；
步骤六：运输：将一个水轮机转轮所需的全部叶片体运输至水坝上的水轮机转轮安装处；
步骤七：组装：采用临时紧固件将各个叶片体拼装在一起，然后利用预应力钢丝缠绕机器人按设计的预紧工艺要求对该拼接体的上冠和下环进行缠绕形成一个完整的水轮机转轮；
步骤八：防护处理：对水轮机转轮上由各叶片体的上冠部份和下环部份拼接形成的组合缝进行密封防护处理；然后在水轮机上冠部份和下环部份表面的钢丝层进行密封防护处理；
步骤九：修整处理：在水轮机转轮原位工作处，采用临时驱动装置和磨削工装对水轮机转轮表面进行精加工；
步骤十：调试：在水轮机转轮原位工作处，进行动、静平衡调试，直至达到要求。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中对叶片体进行有限元数字仿真分析，并根据分析结果完成叶片体设计；所述步骤二中叶片体初始毛坯采用不锈钢或碳钢铸造成型。
作为本发明的进一步改进，所述步骤五中对精化的毛坯进行表面不锈钢堆焊或不锈钢等抗腐蚀材料的激光熔覆实现叶片体表面的防腐处理。
作为本发明的进一步改进，所述步骤七中所采用的临时紧固件包括焊接于叶片体上的连接件和连接螺栓，通过连接螺栓与连接件连接实现各个叶片体的固定拼接，待水轮机转轮上冠和下环上预应力钢丝缠绕完成后将连接件和连接螺栓一同切除。
作为本发明的进一步改进，所述步骤八中对于上冠和下环上的组合缝采用氩弧焊或激光熔覆方法密封，钢丝层表面用2mm～4mm的不锈钢板包扎，接缝处需氩弧焊或激光熔覆方法密封。
本发明的有益效果是：本发明将水轮机转轮剖分为若干“叶片体”(一枚叶片与上冠和下环相应部分的组成体)，进行工厂化制造后运送至水电站水坝，经非焊组装并缠绕预紧，而无需对叶片体进行结构性的焊接连接，完成预应力组合结构转轮的组合制造，本制造工艺使得水轮机转轮变换为一百吨以内的叶片体运输，解决了水轮机转轮重量巨大无法运输的工程问题，水轮机转轮的预应力组合结构还可以对损坏部分局部拆分、局部修复或更换，再缠绕预紧形成一个新转轮，大大延长转轮的使用寿命，采用表面焊接或激光熔覆技术实现叶片表面抗蚀处理，其质量远远超过堆焊，有利于水轮机转轮的长期使用，该种结构避免了反复建设和迁移配套生产厂，降低了水电站建设成本和技术难度，消除了水轮机转轮后续损坏难以修复的隐患。
附图说明
图1为本发明的水轮机转轮立体图；
图2为本发明的单个叶片体立体图。
具体实施方式
实施例：一种水轮机转轮，包括叶片体1和第一、二钢丝缠绕层，所述叶片体1包括一个水轮机叶片11和位于该叶片两端的上冠部份12和下环部份13，若干叶片体1侧壁依次固定连接形成一个圆环形结构，各个叶片体1的上冠部份12拼接形成该圆环形结构的上冠，各个叶片体1的下环部份13拼接形成该圆环形结构的下环，第一钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的上冠外侧，第二钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的下环外侧。
将超大超重的水轮机转轮分解成若干个叶片体1，每个叶片体1上含有一个完整的叶片、上冠相应部份以及下环相应部份，若干个叶片体1拼接在一起，采用钢丝缠绕预紧形成一个完整的水轮机转轮，各个叶片体1之间可以采用焊接或者激光熔覆的方法实现叶片体1间的密封性连接，避免水进入缝隙进行侵蚀。该叶片体1的重量仅为转轮的十几分之一，在相关工厂制造完毕后分开运输到水坝上后，组装并预紧成一个完整的水轮机转轮，解决了运输困难的技术难题，大大降低了水坝的建造成本。在水轮机后续使用过程中转轮出现损坏情况时，该结构还可以对损坏部分局部拆分，局部修复或更换，大大延长转轮的使用寿命。
所述叶片体1的数量为7～15枚。
所述叶片体1的上冠部份12和下环部份13上分别设有第一、二凹槽14、15，且若干叶片体1的第一凹槽14对应连通形成圆环形结构的第一钢丝槽，若干叶片体1的第二凹槽15对应连通形成圆环形结构的第二钢丝槽，第一、二钢丝缠绕层分别位于第一、二钢丝槽内，将钢丝层限制在钢丝槽内，避免钢丝移位。
所述第一、二钢丝槽外侧还密封固定覆盖有防护层2，第一、二钢丝缠绕层恰被密封于第一、二钢丝槽和防护层2形成的密封空间内。
所述防护层2为不锈钢板。
一种水轮机转轮制造方法，具体步骤如下：
步骤一：设计：设计合理的叶片体1；
步骤二：铸造：叶片体1压铸成型，获得叶片体1初始毛坯；
步骤三：热处理：对叶片体1初始毛坯进行热处理；
步骤四：表面加工：表面切削加工获得精化毛坯；
步骤五：精加工：对精化毛坯进行表面防腐处理，然后进行热处理和磨削加工，完成叶片体1工厂化制造；
步骤六：运输：将一个水轮机转轮所需的全部叶片体1采用重型卡车运输至水坝上的水轮机转轮安装处；
步骤七：组装：采用临时紧固件将各个叶片体1拼装在一起，然后利用预应力钢丝缠绕机器人按设计的预紧工艺要求对该拼接体的上冠和下环进行缠绕形成一个完整的水轮机转轮；
步骤八：防护处理：对水轮机转轮上由各叶片体1的上冠部份12和下环部份13拼接形成的组合缝进行密封防护处理；然后在水轮机上冠部份12和下环部份13表面的钢丝层进行密封防护处理；
步骤九：修整处理：在水轮机转轮原位工作处，采用临时驱动装置和磨削工装对水轮机转轮表面进行精加工，通过微量的表面精加工消除缠绕预紧形成的微量变形；
步骤十：调试：在水轮机转轮原位工作处，进行动、静平衡调试，直至达到要求。
所述步骤一中对叶片体1进行有限元数字仿真分析，并根据分析结果完成叶片体1设计；所述步骤二中叶片体1初始毛坯采用不锈钢或碳钢铸造成型。
所述步骤五中对精化的毛坯进行表面不锈钢堆焊或不锈钢等抗腐蚀材料的激光熔覆实现叶片体1表面的防腐处理。
所述步骤七中所采用的临时紧固件包括焊接于叶片体1上的连接件和连接螺栓，通过连接螺栓与连接件连接实现各个叶片体1的固定拼接，待水轮机转轮上冠和下环上预应力钢丝缠绕完成后将连接件和连接螺栓一同切除。
所述步骤八中对于上冠和下环上的组合缝采用氩弧焊或激光熔覆方法密封，保证湿气无法侵入界面，钢丝层表面用2mm～4mm的不锈钢板包扎，接缝处需氩弧焊或激光熔覆方法密封，保证湿气无法侵蚀钢丝。
Claims (9)
1.一种水轮机转轮，其特征在于：包括叶片体(1)和第一、二钢丝缠绕层，所述叶片体包括一个水轮机叶片(11)和位于该叶片两端的上冠部份(12)和下环部份(13)，若干叶片体侧壁依次固定连接形成一个圆环形结构，各个叶片体的上冠部份拼接形成该圆环形结构的上冠，各个叶片体的下环部份拼接形成该圆环形结构的下环，第一钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的上冠外侧，第二钢丝缠绕层紧密包裹于该圆环形结构的下环外侧，所述叶片体的上冠部份和下环部份上分别设有第一、二凹槽(14、15)，且若干叶片体的第一凹槽对应连通形成圆环形结构的第一钢丝槽，若干叶片体的第二凹槽对应连通形成圆环形结构的第二钢丝槽，第一、二钢丝缠绕层分别位于第一、二钢丝槽内。
2.根据权利要求1所述的水轮机转轮，其特征在于：所述叶片体的数量为7～15枚。
3.根据权利要求1所述的水轮机转轮，其特征在于：所述第一、二钢丝槽外侧还密封固定覆盖有防护层(2)，第一、二钢丝缠绕层恰被密封于第一、二钢丝槽和防护层形成的密封空间内。
4.根据权利要求3所述的水轮机转轮，其特征在于：所述防护层为不锈钢板。
5.一种权利要求1所述的水轮机转轮制造方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：设计：设计合理的叶片体；
步骤二：铸造：叶片体压铸成型，获得叶片体初始毛坯；
步骤三：热处理：对叶片体初始毛坯进行热处理；
步骤四：表面加工：表面切削加工获得精化毛坯；
步骤五：精加工：对精化毛坯进行表面防腐处理，然后进行热处理和磨削加工，完成叶片体工厂化制造；
步骤六：运输：将一个水轮机转轮所需的全部叶片体运输至水坝上的水轮机转轮安装处；
步骤七：组装：采用临时紧固件将各个叶片体拼装在一起，然后利用预应力钢丝缠绕机器人按设计的预紧工艺要求对该拼接体的上冠和下环进行缠绕形成一个完整的水轮机转轮；
步骤八：防护处理：对水轮机转轮上由各叶片体的上冠部份和下环部份拼接形成的组合缝进行密封防护处理；然后在水轮机上冠部份和下环部份表面的钢丝层进行密封防护处理；
步骤九：修整处理：在水轮机转轮原位工作处，采用临时驱动装置和磨削工装对水轮机转轮表面进行精加工；
步骤十：调试：在水轮机转轮原位工作处，进行动、静平衡调试，直至达到要求。
6.根据权利要求5所述的水轮机转轮制造方法，其特征在于：所述步骤一中对叶片体进行有限元数字仿真分析，并根据分析结果完成叶片体设计；所述步骤二中叶片体初始毛坯采用不锈钢或碳钢铸造成型。
7.根据权利要求5所述的水轮机转轮制造方法，其特征在于：所述步骤五中对精化的毛坯进行表面不锈钢堆焊或不锈钢抗腐蚀材料的激光熔覆实现叶片体表面的防腐处理。
8.根据权利要求5所述的水轮机转轮制造方法，其特征在于：所述步骤七中所采用的临时紧固件包括焊接于叶片体上的连接件和连接螺栓，通过连接螺栓与连接件连接实现各个叶片体的固定拼接，待水轮机转轮上冠和下环上预应力钢丝缠绕完成后将连接件和连接螺栓一同切除。
9.根据权利要求5所述的水轮机转轮制造方法，其特征在于：所述步骤八中对于上冠和下环上的组合缝采用氩弧焊或激光熔覆方法密封，钢丝层表面用2mm～4mm的不锈钢板包扎，接缝处需氩弧焊或激光熔覆方法密封。
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