CN112362209B - 用于水力测功机的定子组件及定子环加工方法 - Google Patents

用于水力测功机的定子组件及定子环加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水力测功机的定子组件及定子环加工方法，定子组件呈空心筒状，包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环和定子环组，且定子环组布设于相邻两个卸荷环之间。卸荷环为整体式环状结构。定子环组包括相向拼接的第一定子环和第二定子环，第一定子环和第二定子环均为环状结构，且第一定子环和第二定子环均沿中心线水平面对半剖分设置。本发明的用于水力测功机的定子组件的结构设置，不仅使得定子组件的结构简单，布局紧凑，所需安装空间小，且卸荷环和定子环组沿轴向的交替布设，使得定子组件内水流更均匀，试验效果更好，试验结果更精确。

Description

用于水力测功机的定子组件及定子环加工方法
技术领域
本发明涉及水力测功机领域，特别地，涉及一种水力测功机的定子组件。此外，本发明还涉及一种上述水力测功机的定子组件中定子环的加工方法。
背景技术
在水力测功机设备中，定子组件承担着封闭环境中水流动做功的功能，是重要的组成部件。定子组件一般出现在中等功率及其高转速的水力测功机设备场合，定子组件中的定子环一般面积大且壁薄，材料热传导性好。
现有技术中，定子环主要采用整体形式，进而导致定子组件与转子组件装卸非常不方便，且安装过程中，定位操作困难并定位精度低；定子组件的组合形式采用整体形式，不仅增加加工难度，且水流通面积减少。
发明内容
本发明提供了一种用于水力测功机的定子组件及定子环加工方法，以解决现有的定子组件与转子组件装卸非常不方便、定位操作困难并定位精度低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于水力测功机的定子组件，定子组件呈空心筒状，包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环和定子环组，且定子环组布设于相邻两个卸荷环之间；卸荷环为整体式环状结构；定子环组包括相向拼接的第一定子环和第二定子环，第一定子环和第二定子环均为环状结构，且第一定子环和第二定子环均沿中心线水平面对半剖分设置。
进一步地，第一定子环和第二定子环两者结构相同，均包括上半环、下半环、及用于使上半环与下半环可拆卸式连接的连接件；上半环和下半环沿第一定子环或第二定子环的中心线水平面相对布设；连接件连接于上半环和下半环之间。
进一步地，连接件为圆柱销；上半环的上剖分面上垂直设有内凹的上安装孔，下半环的下剖分面上垂直设有内凹且与上安装孔对应的下安装孔；圆柱销的下端过盈装设于下安装孔中，且圆柱销的上端过盈装设于对应设置的上安装孔中。
进一步地，上安装孔的数量为两个，两个上安装孔关于上剖分面的中心线竖平面对称布设，且上安装孔位于上剖分面径向厚度的中心。
进一步地，定子环组内设有多条流通通道，各流通通道连通定子环组的轴孔和外环面，以使水流在定子组件和转子组件间自由流动；定子环组与相邻卸荷环拼接的第一拼接面为加工斜面，以增加水流在定子环组与卸荷环之间的流动。
进一步地，第一定子环和第二定子环两者拼接的第二拼接面上各设有内凹的内凹面槽和内凹条槽；内凹面槽布设于上半环和下半环两者的第二拼接面上，且由下半环的第二拼接面朝上半环的第二拼接面延伸后与上半环的外环面连通，并第一定子环和第二定子环上的内凹面槽拼接形成流通通道；内凹条槽布设于下半环的第二拼接面上，且由第二拼接面的中部倾斜延伸后连通下半环的外环面，并第一定子环和第二定子环上的内凹条槽拼接形成另一流通通道。
进一步地，下半环上还设有用于加工时定位的定位孔，定位孔沿轴向垂直贯通下半环；上半环的上剖分面上加工有内凹用于安装连接件的缺口槽，缺口槽连通上半环的外环面。
根据本发明的另一方面，还提供了一种定子环的加工方法，用于加工出如上述中任一项的第一定子环和第二定子环，包括以下步骤：对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件；沿中心线水平面对半剖分定子环半精加工件，以使其形成上半精加工件和下半精加工件；在上半精加工件的上剖分面上加工出上安装孔，并在下半精加工件的下剖分面上加工出下安装孔；采用圆柱销将上半精加工件和下半精加工件连接形成定子环半精加工件；将定子环半精加工件的外环面加工至最终尺寸，以形成第一定子环或第二定子环。
进一步地，步骤“对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件”具体包括以下步骤：初车圆柱体毛坯件的外圆、轴孔及两端面，并留加工余量；精车轴孔至设计尺寸；以轴孔为基准，线切割加工定位孔；以定位孔为基准，数控铣内凹条槽和内凹面槽；以轴孔为基准，数控铣加工斜面；以轴孔为基准，线切割缺口槽；精车端面至厚度达到设计尺寸。
进一步地，进行步骤“精车端面至厚度达到设计尺寸”时，进行多次加工，防止锻件在端面厚度加工时的回弹，以保证厚度在公差范围内；进行步骤“以轴孔为基准，线切割缺口槽”时，采用外圆夹具保证缺口槽的侧壁面相对中心线竖平面的位置。
本发明具有以下有益效果：
本发明的用于水力测功机的定子组件的结构设置“包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环和定子环组，且定子环组布设于相邻两个卸荷环之间”，不仅使得定子组件的结构简单，布局紧凑，所需安装空间小，且卸荷环和定子环组沿轴向的交替布设，使得定子组件内水流更均匀，试验效果更好，试验结果更精确；结构设置“卸荷环为整体式环状结构，第一定子环和第二定子环均沿中心线水平面对半剖分设置”使得定子组件和转子组件的安装可按照上述的装配步骤依次进行，不仅使得转子组件的装拆操作简单、方便，且先定子环的下半部分结构、再整体卸荷环、再转子组件、最后再定子环的上半部分结构的装配顺序，还使得在先装配的卸荷环可对定子环和转子组件的装入进行限位和引导，使得定子环和转子组件的装配定位操作简单，定位精度高，进而提高整体的装配质量；
本发明的定子环加工过程中，首先加工出定子环半精加工件，然后再对该定子环半精加工件进行剖分，使其形成上半精加工件和下半精加工件，接着再在上半精加工件上加工出上安装孔，并在下半精加工件上加工出下安装孔，然后再通过圆柱销将上半精加工件和下半精加工件连接成整体，最后再对整体结构的外环面加工至最终尺寸，该种加工步骤的设置，不仅使得定子环的加工操作简单、加工步骤较少，更重要的是，使加工尺寸精度容易保证，加工出的第一定子环和第二定子环两者的外圆一致且在公差范围内，并两者通过圆柱销连接成整体后，整体一致性好，装配精度高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的定子组件的剖视主视结构示意图；
图2是图1中第一定子环或第二定子环的主视结构示意图。
图例说明
10、卸荷环；21、第一定子环；22、第二定子环；201、上半环；202、下半环；204、第一拼接面；205、第二拼接面；206、内凹面槽；207、内凹条槽；208、定位孔；209、缺口槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种用于水力测功机的定子组件，定子组件呈空心筒状，包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环10和定子环组，且定子环组布设于相邻两个卸荷环10之间。卸荷环10为整体式环状结构。定子环组包括相向拼接的第一定子环21和第二定子环22，第一定子环21和第二定子环22均为环状结构，且第一定子环21和第二定子环22均沿中心线水平面对半剖分设置。
将本发明的用于水力测功机的定子组件与水力测功机的转子组件进行装配时，首先安装水力测功机的下半部分壳体；由于第一定子环21和第二定子环22均沿中心线水平面对半剖分设置，故而可再将第一定子环21和第二定子环22的下半部分结构装入水力测功机的下半部分壳体中，同时将用于连接第一定子环21或第二定子环22的下半部分结构和上半部分结构的连接件装入已经安装好的下半部分结构中；接着再在相邻两组定子环组之间装入卸荷环10，同时在定子组件结构两端分别装入卸荷环10；然后再装入水力测功机的转子组件；接着再将第一定子环21和第二定子环22的上半部分结构通过连接件与对应设置的下半部分结构连接成整体；最后再安装水力测功机的上半部分壳体，至此完成水力测功机的定子组件和转子组件的安装。
本发明的用于水力测功机的定子组件的结构设置“包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环10和定子环组，且定子环组布设于相邻两个卸荷环10之间”，不仅使得定子组件的结构简单，布局紧凑，所需安装空间小，且卸荷环10和定子环组沿轴向的交替布设，使得定子组件内水流更均匀，试验效果更好，试验结果更精确；结构设置“卸荷环10为整体式环状结构，第一定子环21和第二定子环22均沿中心线水平面对半剖分设置”使得定子组件和转子组件的安装可按照上述的装配步骤依次进行，不仅使得转子组件的装拆操作简单、方便，且先定子环的下半部分结构、再整体卸荷环10、再转子组件、最后再定子环的上半部分结构的装配顺序，还使得在先装配的卸荷环10可对定子环和转子组件的装入进行限位和引导，使得定子环和转子组件的装配定位操作简单，定位精度高，进而提高整体的装配质量。
可选地，如图1和图2所示，第一定子环21和第二定子环22两者结构相同，均包括上半环201、下半环202、及用于使上半环201与下半环202可拆卸式连接的连接件。上半环201和下半环202沿第一定子环21或第二定子环22的中心线水平面相对布设。连接件连接于上半环201和下半环202之间。
本可选方案中，如图2所示，连接件为圆柱销。上半环201的上剖分面上垂直设有内凹的上安装孔，下半环202的下剖分面上垂直设有内凹且与上安装孔对应的下安装孔。圆柱销的下端过盈装设于下安装孔中，且圆柱销的上端过盈装设于对应设置的上安装孔中。安装时，首先安装下半环202，然后再将圆柱销插入相应的下安装孔中固定，最后再使上半环201的上安装孔过盈套装于对应设置的圆柱销上，进而实现上半环201与下半环202的可拆卸式安装，操作简单。由于圆柱销连接于上半环201和下半环202之间，故而上半环201和下半环202之间存在的不规则间隙小，且圆柱销与上半环201和下半环202之间存在的不规则间隙也小，进而使得水力测功机的水可在高速运转中均匀做功。
本可选方案中，上安装孔的数量为两个，两个上安装孔关于上剖分面的中心线竖平面对称布设，且上安装孔位于上剖分面径向厚度的中心，同样的，下安装孔的数量为两个，两个下安装孔关于下剖分面的中心线竖平面对称布设，且下安装孔位于下剖分面径向厚度的中心。上安装孔和下安装孔的数量及位置设置，不仅使得两者加工时定位简单、加工简单，且使通过装设于上安装孔和下安装孔中的圆柱销连接的上半环201和下半环202连接后对位齐整，对位精度高。
可选地，如图1和图2所示，定子环组内设有多条流通通道，各流通通道连通定子环组的轴孔和外环面，以使水流在定子组件和转子组件间自由流动。定子环组与相邻卸荷环10拼接的第一拼接面204为加工斜面，以增加水流在定子环组与卸荷环10之间的流动。
本可选方案中，如图2所示，第一定子环21和第二定子环22两者拼接的第二拼接面205上各设有内凹的内凹面槽206和内凹条槽207。内凹面槽206布设于上半环201和下半环202两者的第二拼接面205上，且由下半环202的第二拼接面205朝上半环201的第二拼接面205延伸后与上半环201的外环面连通，并第一定子环21和第二定子环22上的内凹面槽206拼接形成流通通道。内凹条槽207布设于下半环202的第二拼接面205上，且由第二拼接面205的中部倾斜延伸后连通下半环202的外环面，并第一定子环21和第二定子环22上的内凹条槽207拼接形成另一流通通道。上半环201和下半环202两者的第二拼接面205上分设有内凹面槽206，且下半环202的第二拼接面205上设有内凹条槽207，然后通过使第一定子环21和第二定子环22两者的第二拼接面205相对顶抵拼接，进而形成位于定子环组内的多条流通通道，该种结构设置方式，不仅使得定子环组内流通通道的加工非常简单，还可在不影响定子环组整体强度的同时，尽可能多地提高流通通道的流通面积，使水流在定子组件和转子组件间更加顺畅地流动，进而提高试验测试精度。
可选地，下半环202上还设有用于加工时定位的定位孔208，定位孔208沿轴向垂直贯通下半环202。上半环201的上剖分面上加工有内凹用于安装连接件的缺口槽209，缺口槽209连通上半环201的外环面。
参照图1，本发明的优选实施例还提供了一种定子环的加工方法，用于加工出如上述中任一项的第一定子环21和第二定子环22，包括以下步骤：
对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件。
沿中心线水平面对半剖分定子环半精加工件，以使其形成上半精加工件和下半精加工件。
在上半精加工件的上剖分面上加工出上安装孔，并在下半精加工件的下剖分面上加工出下安装孔。
采用圆柱销将上半精加工件和下半精加工件连接形成定子环半精加工件。
将定子环半精加工件的外环面加工至最终尺寸，以形成第一定子环21或第二定子环22。
本发明的定子环加工过程中，首先加工出定子环半精加工件，然后再对该定子环半精加工件进行剖分，使其形成上半精加工件和下半精加工件，接着再在上半精加工件上加工出上安装孔，并在下半精加工件上加工出下安装孔，然后再通过圆柱销将上半精加工件和下半精加工件连接成整体，最后再对整体结构的外环面加工至最终尺寸，该种加工步骤的设置，不仅使得定子环的加工操作简单、加工步骤较少，更重要的是，使加工尺寸精度容易保证，加工出的第一定子环21和第二定子环22两者的外圆一致且在公差范围内，并两者通过圆柱销连接成整体后，第一定子环21和第二定子环22两者整体一致性好，装配精度更高。
本可选方案中，步骤“对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件”具体包括以下步骤：
初车圆柱体毛坯件的外圆、轴孔及两端面，并留加工余量。
精车轴孔至设计尺寸。
以轴孔为基准，线切割加工定位孔208。
以定位孔208为基准，数控铣内凹条槽207和内凹面槽206。
以轴孔为基准，数控铣加工斜面。
以轴孔为基准，线切割缺口槽209。
精车端面至厚度达到设计尺寸。
圆柱体毛坯件的上述加工操作，使得由圆柱体毛坯件成型为定子环半精加工件的加工操作简单，且定位、加工精度高。
本可选方案中，进行步骤“精车端面至厚度达到设计尺寸”时，进行多次加工，防止锻件在端面厚度加工时的回弹，以保证厚度在公差范围内。
进行步骤“以轴孔为基准，线切割缺口槽209”时，采用外圆夹具保证缺口槽209的侧壁面相对中心线竖平面的位置。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
定子组件呈空心筒状，包括沿轴向交替布设且相互抵顶的卸荷环(10)和定子环组，且所述定子环组布设于相邻两个所述卸荷环(10)之间；
所述卸荷环(10)为整体式环状结构；
所述定子环组包括相向拼接的第一定子环(21)和第二定子环(22)，所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)均为环状结构，且所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)均沿中心线水平面对半剖分设置；
所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)两者结构相同，均包括上半环(201)、下半环(202)、及用于使所述上半环(201)与所述下半环(202)可拆卸式连接的连接件；所述上半环(201)和所述下半环(202)沿所述第一定子环(21)或所述第二定子环(22)的中心线水平面相对布设；所述连接件连接于所述上半环(201)和所述下半环(202)之间。
2.根据权利要求1所述的用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
所述连接件为圆柱销；
所述上半环(201)的上剖分面上垂直设有内凹的上安装孔，所述下半环(202)的下剖分面上垂直设有内凹且与所述上安装孔对应的下安装孔；
所述圆柱销的下端过盈装设于所述下安装孔中，且所述圆柱销的上端过盈装设于对应设置的所述上安装孔中。
3.根据权利要求2所述的用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
所述上安装孔的数量为两个，两个所述上安装孔关于所述上剖分面的中心线竖平面对称布设，且所述上安装孔位于所述上剖分面径向厚度的中心。
4.根据权利要求1所述的用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
所述定子环组内设有多条流通通道，各所述流通通道连通所述定子环组的轴孔和外环面，以使水流在定子组件和转子组件间自由流动；
所述定子环组与相邻所述卸荷环(10)拼接的第一拼接面(204)为加工斜面，以增加水流在所述定子环组与所述卸荷环(10)之间的流动。
5.根据权利要求4所述的用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)两者拼接的第二拼接面(205)上各设有内凹的内凹面槽(206)和内凹条槽(207)；
所述内凹面槽(206)布设于所述上半环(201)和所述下半环(202)两者的第二拼接面(205)上，且由所述下半环(202)的第二拼接面(205)朝所述上半环(201)的第二拼接面(205)延伸后与所述上半环(201)的外环面连通，并所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)上的所述内凹面槽(206)拼接形成所述流通通道；
所述内凹条槽(207)布设于所述下半环(202)的所述第二拼接面(205)上，且由所述第二拼接面(205)的中部倾斜延伸后连通所述下半环(202)的外环面，并所述第一定子环(21)和所述第二定子环(22)上的所述内凹条槽(207)拼接形成另一所述流通通道。
6.根据权利要求5所述的用于水力测功机的定子组件，其特征在于，
所述下半环(202)上还设有用于加工时定位的定位孔(208)，所述定位孔(208)沿轴向垂直贯通所述下半环(202)；
所述上半环(201)的上剖分面上加工有内凹用于安装连接件的缺口槽(209)，所述缺口槽(209)连通所述上半环(201)的外环面。
7.一种定子环的加工方法，其特征在于，用于加工出如权利要求6所述的第一定子环(21)和第二定子环(22)，包括以下步骤：
对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件；
沿中心线水平面对半剖分定子环半精加工件，以使其形成上半精加工件和下半精加工件；
在上半精加工件的上剖分面上加工出上安装孔，并在下半精加工件的下剖分面上加工出下安装孔；
采用圆柱销将上半精加工件和下半精加工件连接形成定子环半精加工件；
将定子环半精加工件的外环面加工至最终尺寸，以形成第一定子环(21)或第二定子环(22)。
8.根据权利要求7所述的定子环的加工方法，其特征在于，步骤“对圆柱体毛坯件进行加工，以使其成型为整体式结构的定子环半精加工件”具体包括以下步骤：
初车圆柱体毛坯件的外圆、轴孔及两端面，并留加工余量；
精车轴孔至设计尺寸；
以轴孔为基准，线切割加工定位孔(208)；
以定位孔(208)为基准，数控铣内凹条槽(207)和内凹面槽(206)；
以轴孔为基准，数控铣加工斜面；
以轴孔为基准，线切割缺口槽(209)；
精车端面至厚度达到设计尺寸。
9.根据权利要求8所述的定子环的加工方法，其特征在于，
进行步骤“精车端面至厚度达到设计尺寸”时，进行多次加工，防止锻件在端面厚度加工时的回弹，以保证厚度在公差范围内；
进行步骤“以轴孔为基准，线切割缺口槽(209)”时，采用外圆夹具保证缺口槽(209)的侧壁面相对中心线竖平面的位置。
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