CN111878285B - 一种抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法。方法是转轮在重点位置去重力矩等于不平衡力矩。抽蓄转轮具有体积小、转速高等特点，其配重难点在于小体积转轮配重难以达到高精度、低残余不平衡力矩要求，因此如何实现高精度平衡配重是抽蓄转轮的配重难点。通过偏铣配重可实现配重高精度要求，其关键步骤是根据不平衡力矩精确计算出转轮偏铣轮廓尺寸并数控偏铣加工。相比目前采用的钻孔去重和偏车去重方法，偏铣配重方法能够避免钻孔去重影响转轮强度的缺点；同样能够避免偏车去重精度低、加工周期长的缺点。本发明具有易于推广、周期短、加工效率高、配重精度高的特点。

Description

一种抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法
技术领域
本发明涉及一种机械领域转轮部件静平衡配重方法，特别涉及一种水轮机抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法。
背景技术
转轮是水轮机的核心部件，转轮在高速旋转状态下的振动降到最低为理想状态。转轮的静平衡是平衡掉转轮自身的偏心力矩，避免转轮旋转时因自身的偏心产生振动。所以转轮静平衡对转轮的使用性能和寿命起着关键作用。由于转轮静平衡后仍会有一小部分的残余不平衡力矩，因此残余不平衡力矩作为衡量转轮静平衡后性能的关键指标，即残余不平衡力矩值越低越理想。
目前抽水蓄能转轮静平衡采用钻孔去重和偏车去重两种方法，钻孔去重方法对转轮强度产生影响；偏车去重方法计算精度低、加工时间较长。并且这两种配重方法残余不平衡力矩指标无法达到更低，配重精度较低。
因此，为了解决上述问题，有必要出一种易于推广、周期短、加工效率高、配重精度高的一种水轮机抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于推广、周期短、加工效率高、配重精度高的水轮机抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法。本发明的技术方案为：
1)转轮(1)通过联接螺栓(3)与平衡法兰(2)连接，将平衡法兰(2)吊放到支撑基座(5)上；
2)转轮底部位置使用直角尺(6)圆周测量，测出转轮(1)偏重位置的最低点，即为转轮偏重一侧的重点位置，在重点位置180°方向则为转轮轻点位置，将转轮轻、重点位置标记在转轮顶部上平面外圆侧；
3)在转轮(1)顶部上平面均布4处摆放水平尺(4)，并在转轮(1)轻点位置摆放砝码，当4个位置水平尺(4)全部水平时，砝码重量为转轮的偏心重量，砝码重量乘以转轮轻点位置距转轮中心的距离得出转轮不平衡力矩；
4)建立转轮不平衡力矩值与偏铣扇形质量和扇形重心到转轮中心的力臂距离三个参数之间的数学关系：T＝mgl
式中：
m：转轮偏铣扇形质量；
g：重力加速度常量；
l：扇形重心到转轮中心的力臂距离；
T：转轮不平衡力矩；
5)根据偏铣扇形剖视截面图，计算推导扇形重心到转轮中心的力臂距离：
Figure BDA0002616281050000031
式中：
R：转轮外圆半径；
k：转轮外圆处的倒角边长；
w：转轮偏铣扇形半径；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
6)偏铣扇形体积推导得出的数学关系为：
Figure BDA0002616281050000032
Figure BDA0002616281050000033
Figure BDA0002616281050000034
式中：
V1：偏铣扇形三角形截面构成的环形体体积；
V2：偏铣扇形倒角部位三角形截面构成的环形体体积；
V3：偏铣扇形剖视截面构成的环形体体积；
h：偏铣扇形厚度,h＝(k+w)tanu；
u：固定角度；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
7)推导建立出偏铣扇形半径w、扇形角度θ、扇形厚度h与不平衡力矩T的数学关系：
T＝ρV3gl
式中：
ρ：不锈钢金属密度常量；
g：重力加速度常量；
V3：偏铣扇形体积；
l：偏铣扇形重心到转轮中心的力臂距离；
通过推导建立出转轮不平衡力矩T与扇形半径w、扇形夹角θ、偏铣扇形厚度h四个参数之间的数学关系，精确得出偏铣扇形的轮廓尺寸；
8)将转轮(1)放到数控铣床转胎(9)上，并进行位置调整，使转轮(1)重点位置与转轮(1)中心的连线与铣床主轴(8)中心线重合；
9)以转轮(1)重点位置与转轮(1)中心的连线为基准，将扇形轮廓的对称中心线与基准重合，机床主轴(8)按照扇形对称中心线加工扇形轮廓；
10)转轮(1)偏铣加工完成后，转轮装配到静平衡工具上进行精平衡，在转轮顶部上平面均布4处摆放水平尺(4)，若水平尺(4)存在不平，则在转轮(1)轻点位置加砝码，每加一次砝码观察4处水平尺是否全部水平，直至4处水平尺(4)全部水平，所加砝码重量与轻点位置到转轮中心的距离相乘得出转轮残余不平衡力矩。
技术效果
1、通过计算推导得出偏铣加工扇形轮廓尺寸与转轮不平衡力矩之间的计算方法，可以精确的平衡掉转轮不平衡力矩。
2、偏铣加工扇形轮廓尺寸与转轮不平衡力矩之间的计算方法能够在以后的转轮偏铣平衡配重中继续使用，提高了配重效率和准确性。
3、通过偏铣加工扇形轮廓尺寸与转轮不平衡力矩之间的计算方法，精确的得出偏铣加工扇形轮廓尺寸，通过数控加工高精度的完成偏铣加工扇形轮廓，理论上残余不平衡力矩已降至为零，则转轮精平衡后得出的残余不平衡力矩为静平衡系统误差产生的不平衡力矩，此时的残余不平衡力矩已达到最小。
4、本发明采用铣削加工方法进行转轮静平衡，突破了原有的钻孔配重和偏车配重方法，可推广到类似于抽水蓄能转轮的其他部件的平衡配重。
附图说明
图1为转轮粗、精静平衡示意图
图2为转轮数控偏铣加工示意图
图3为转轮偏铣扇形剖视截面重心计算示意图
图4为转轮偏铣扇形剖视截面体积计算示意图
具体实施方式
如图1、图2所示，一种水轮机抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法，操作步骤如下：
1)转轮1通过联接螺栓3与平衡法兰2连接，将平衡法兰2吊放到支撑基座5上；
2)转轮1底部平面位置使用直角尺6圆周测量转轮1底部与地面间的距离，测出转轮1偏重位置的最低点，即为转轮1偏重侧的重点位置，在重点位置180°方向则为转轮1轻点位置，将转轮1轻、重点位置标记在转轮1顶部上平面外圆侧；
3)在转轮1顶部上平面均布四处摆放水平尺4，并在转轮1轻点位置摆放砝码，直至四个位置水平尺4全部水平，根据砝码重量与砝码所在位置距转轮中心的距离计算得出转轮不平衡力矩；
4)建立转轮不平衡力矩值与偏铣扇形质量和扇形重心到转轮中心的力臂距离三个参数之间的数学关系：T＝mgl
式中：
m：转轮偏铣扇形质量；
g：重力加速度常量；
l：扇形重心到转轮中心的力臂距离；
T：转轮不平衡力矩；
5)如图3所示，根据偏铣扇形剖视截面图，计算推导扇形重心到转轮中心的力臂距离：
Figure BDA0002616281050000071
式中：
R：转轮外圆半径；
k：转轮外圆处的倒角边长；
w：转轮偏铣扇形半径；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
6)如图4所示，偏铣扇形体积推导得出的数学关系为：
Figure BDA0002616281050000081
Figure BDA0002616281050000082
Figure BDA0002616281050000083
式中：
V1：偏铣扇形三角形截面构成的环形体体积；
V2：偏铣扇形倒角部位三角形截面构成的环形体体积；
V3：偏铣扇形剖视截面构成的环形体体积；
h：偏铣扇形厚度,h＝(k+w)tan u；
u：固定角度；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
7)推导建立出偏铣扇形半径w、扇形角度θ、扇形厚度h与不平衡力矩T的数学关系：
T＝ρV3gl
式中：
ρ：不锈钢金属密度常量；
g：重力加速度常量；
V3：偏铣扇形体积；
l：偏铣扇形重心到转轮中心的力臂距离；
通过推导建立出转轮不平衡力矩T与扇形半径w、扇形夹角θ、偏铣扇形厚度h四个参数之间的数学关系，能够精确得出偏铣扇形的轮廓尺寸；
8)将转轮1放到数控铣床转胎9上，并进行位置调整使转轮1重点位置与转轮1中心的连线对准铣床主轴8中心线；
9)以转轮1重点位置与转轮1中心的连线为基准，机床主轴8向基准线两侧按照轮廓尺寸对称偏铣加工扇形轮廓；
10)转轮1偏铣加工完成后，装配到平衡工具上进行精平衡，同理，转轮1通过联接螺栓3与平衡法兰2连接，将平衡法兰2吊放到支撑基座5上，在转轮1顶部上平面均布四处摆放水平尺4，查看水平尺4读数。若水平尺4存在不平，则在转轮1轻点位置加砝码，直至四处水平尺4全部水平，所加砝码重量与轻点位置距转轮1中心的距离相乘得出转轮残余不平衡力矩。
以上仅为本发明的一个实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种抽水蓄能转轮静平衡偏铣精配重工艺方法，其特征包括如下步骤：
1)转轮(1)通过联接螺栓(3)与平衡法兰(2)连接，将平衡法兰(2)吊放到支撑基座(5)上；
2)转轮底部位置使用直角尺(6)圆周测量，测出转轮(1)偏重位置的最低点，即为转轮偏重一侧的重点位置，在重点位置180°方向则为转轮轻点位置，将转轮轻、重点位置标记在转轮顶部上平面外圆侧；
3)在转轮(1)顶部上平面均布4处摆放水平尺(4)，并在转轮(1)轻点位置摆放砝码，当4个位置水平尺(4)全部水平时，砝码重量为转轮的偏心重量，砝码重量乘以转轮轻点位置距转轮中心的距离得出转轮不平衡力矩；
4)建立转轮不平衡力矩值与偏铣扇形质量和扇形重心到转轮中心的力臂距离三个参数之间的数学关系：T＝mgl
式中：
m：转轮偏铣扇形质量；
g：重力加速度常量；
l：扇形重心到转轮中心的力臂距离；
T：转轮不平衡力矩；
5)偏铣扇形重心到转轮中心的力臂距离推导得出的数学关系为：
Figure FDA0002616281040000021
式中：
R：转轮外圆半径；
k：转轮外圆处的倒角边长；
w：转轮偏铣扇形半径；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
6)推导得出偏铣扇形体积的数学关系为：
Figure FDA0002616281040000022
Figure FDA0002616281040000023
Figure FDA0002616281040000024
式中：
V1：偏铣扇形三角形截面构成的环形体体积；
V2：偏铣扇形倒角部位三角形截面构成的环形体体积；
V3：偏铣扇形剖视截面构成的环形体体积；
h：偏铣扇形厚度,h＝(k+w)tan u；
u：固定角度；
θ：偏铣扇形夹角角度的一半；
7)推导建立出偏铣扇形轮廓半径w、扇形角度θ、扇形厚度h与不平衡力矩T的数学关系：
T＝ρV3gl
式中：
ρ：不锈钢金属密度常量；
g：重力加速度常量；
V3：偏铣扇形体积；
l：偏铣扇形重心到转轮中心的力臂距离；
8)将转轮(1)放到数控铣床转胎(9)上，并进行位置调整，使转轮(1)重点位置与转轮(1)中心的连线与铣床主轴(8)中心线重合；
9)以转轮(1)重点位置与转轮(1)中心的连线为基准，将扇形轮廓的对称中心线与基准重合，机床主轴(8)按照扇形对称中心线加工扇形轮廓；
10)转轮(1)偏铣加工完成后，转轮装配到静平衡工具上进行精平衡，在转轮顶部上平面均布4处摆放水平尺(4)，若水平尺(4)存在不平，则在转轮(1)轻点位置加砝码，每加一次砝码观察4处水平尺是否全部水平，直至4处水平尺(4)全部水平，所加砝码重量与轻点位置到转轮中心的距离相乘得出转轮残余不平衡力矩。
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