CN113909814A - 一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于叶盘加工技术领域，具体涉及一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法。其技术方案为：一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，包括以下步骤：S1：分别铸造叶盘上部和叶盘下部；其中叶盘上部包括上冠和若干叶片的上截，叶盘下部包括下环和若干叶片的下截；S2：分别对叶盘上部和叶盘下部进行数控加工；S3：将叶盘上部的叶片上截和叶盘下部的叶片下截进行焊接；S4：对焊缝进行铲磨。本发明提供了一种方便加工且提高产品质量的高水头水泵水轮机叶盘加工方法。
Description
技术领域
本发明属于叶盘加工技术领域，具体涉及一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法。
背景技术
抽水蓄能是一种清洁、高效的能源利用方式，其主要作用为稳定电网的负载，起到储能、调峰、调频、调相的作用，未来发展空间巨大。我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近几年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。
大型高水头水泵水轮机的转轮是抽水蓄能机组的核心动力装置，其制造质量的好坏决定了机组运行的振动频率、水力效率、空化性能及运行的安全和可靠性。目前其生产制造在国内外水电制造领域仍属于高端定制化的核心制造技术。以仙游、绩溪到长龙山等抽水蓄能机组为例，这些机组的水头、容量和运行效率大幅提高的同时，其转轮的尺寸、几何复杂程度以及加工制造要求也在逐步提高，某些要求已经接近甚至超出了现有的技术条件及资源条件的限制，必须寻求一种新的制造模式及组合，才能实现其高端定制化的设计及制造。
大型高水头水泵水轮机转轮是水头范围在200至500米的抽水蓄能机组的核心动力装置，其转轮直径达4米以上，一般由上冠、下环和9～10件叶片组成。从整体结构上看，该类转轮不仅具有卡普兰转轮的结构特征，还具有流道空间封闭、狭长，叶片包角大的几何复杂性的特点。
现有技术中一般是将转轮的上冠、下环、叶片分体铸造，然后单体数控加工、组焊、铲磨焊缝，比如常见的混流式(卡普兰)转轮的加工制造。由于封闭、狭长的流道空间对高水头水泵水轮机转轮的传统加工制造方式形成挑战，特别是组焊和焊缝铲磨等手工作业场景中，空间可达性受到严重限制，甚至超出了可操作的极限范围，因此，传统的加工制造方式已无法满足此类大型高水头水泵水轮机转轮的制造要求。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种方便加工且提高产品质量的高水头水泵水轮机叶盘加工方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，包括以下步骤：
S1：分别铸造叶盘上部和叶盘下部；其中叶盘上部包括上冠和若干叶片的上截，叶盘下部包括下环和若干叶片的下截；
S2：分别对叶盘上部和叶盘下部进行数控加工；
S3：将叶盘上部的叶片上截和叶盘下部的叶片下截进行焊接；
S4：对焊缝进行铲磨。
本发明将叶盘设计为上冠带叶片上截和下环带叶片下截，并将叶盘上部和叶盘下部分别进行铸造。焊接和铲磨工序时，加工位置位于流道中间部位，相比处于现有技术中在流道根部进行加工而言，作业空间和可达性都更好。并且，本发明仅需将叶片上截和叶片下截焊接在一起，相比于现有技术中将叶片分别与上冠和下环进行焊接和铲磨，会节省约一半的人工工作量。本发明克服现有技术中的封闭、狭长、扭曲空间的高水头水泵水轮机转轮结构对制造过程中的焊接、铲磨等手工作业环节无法操作、可达性差的挑战。本发明克服了现有技术中叶盘在加工过程中易变形，现有加工资源条件下行程易受限、刀具易干涉，加工效率不高等缺点。由于产品的焊缝减少，且加工时可达性好，则产品的质量能得到保证。
作为本发明的优选方案，在步骤S1中，采用3D打印铸造砂型的方式进行铸造。
作为本发明的优选方案，在步骤S1中，铸造毛坯的余量分布控制在5～15mm内。
作为本发明的优选方案，所述在步骤S2中，数控加工包括车基准、铣型面、精车三道工序。
作为本发明的优选方案，铣型面工序包括加工准备、三轴粗加工、定轴半精加工及精加工、过流面抛磨。
作为本发明的优选方案，在三轴粗加工工序中，使用
大刀盘面铣刀，突破了原有采用
刀具进行叶片或叶盘数控加工的常见方式，提高刀具的整体切削效率约50％以上。
作为本发明的优选方案，在三轴粗加工工序中，采用倒扣反刮的走刀方式。
作为本发明的优选方案，在车基准工序中，在叶盘上部和叶盘下部平坦区域设置测量基准。
作为本发明的优选方案，在车基准工序中，采用三维检测手段对叶盘型线和基准进行测绘，并对叶盘余量进行标定；采用立车加工出基准。
作为本发明的优选方案，在铣型面工序中，采用立式的装夹方式和工装。
本发明的有益效果为：
本发明将叶盘设计为上冠带叶片上截和下环带叶片下截，并将叶盘上部和叶盘下部分别进行铸造。焊接和铲磨工序时，加工位置位于流道中间部位，相比处于现有技术中在流道根部进行加工而言，作业空间和可达性都更好。并且，本发明仅需将叶片上截和叶片下截焊接在一起，相比于现有技术中将叶片分别与上冠和下环进行焊接和铲磨，会节省约一半的人工工作量。本发明克服现有技术中的封闭、狭长、扭曲空间的高水头水泵水轮机转轮结构对制造过程中的焊接、铲磨等手工作业环节无法操作、可达性差的挑战。本发明克服了现有技术中叶盘在加工过程中易变形，现有加工资源条件下行程易受限、刀具易干涉，加工效率不高等缺点。由于产品的焊缝减少，且加工时可达性好，则产品的质量能得到保证。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是叶盘上部的结构示意图；
图3是叶盘下部的结构示意图。
图中，1-叶盘上部；2-叶盘下部；3-上冠；4-叶片；5-下环。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1～图3所示，本实施例的高水头水泵水轮机叶盘加工方法，包括以下步骤：
S1：分别铸造叶盘上部1和叶盘下部2；其中叶盘上部1包括上冠3和若干叶片4的上截，叶盘下部2包括下环5和若干叶片4的下截。本发明采用3D打印铸造砂型的方式，要求铸造毛坯的余量分布控制在5～15mm内。
S2：分别对叶盘上部1和叶盘下部2进行数控加工。
其中，数控加工包括车基准、铣型面、精车三道工序，铣型面工序包括加工准备、三轴粗加工、定轴半精加工及精加工、过流面抛磨。
在三轴粗加工工序中，使用
大刀盘面铣刀，同时结合采用倒扣反刮的走刀方式，突破了原有采用
刀具进行叶片4或叶盘数控加工的常见方式，提高刀具的整体切削效率约50％以上。
在车基准工序中，在叶盘上部1和叶盘下部2平坦区域设置测量基准，采用三维检测手段对叶盘型线和基准进行测绘，并对叶盘余量进行标定。型线测绘及标定的余量及基准后，采用立车加工出基准，用于铣序的找正及加工基准。
在铣型面工序中，采用立式的装夹方式和工装，保证直径超过4米的叶盘的型面数控加工精度。立式的装夹方式和工装消除了叶盘自身重力变形影响，对于提高加工精度起到了关键作用。
S3：将叶盘上部1的叶片4上截和叶盘下部2的叶片4下截进行焊接。焊缝一般处于比较容易施焊的部位，比如与转轮流道的根部位置相比，处于转轮流道的中间部位的焊缝空间更开阔，施焊角度和可达性更好，同时焊材也将节省近50％。
S4：对焊缝进行铲磨。铲磨与转轮的组焊类似，都以手工作业为主。位于流道中间部位的焊缝相比处于流道根部的焊缝而言，作业空间和可达性都更好，同时会节省约一半的人工工作量。
本发明将叶盘设计为上冠3带叶片4上截和下环5带叶片4下截，并将叶盘上部1和叶盘下部2分别进行铸造。焊接和铲磨工序时，加工位置位于流道中间部位，相比处于现有技术中在流道根部进行加工而言，作业空间和可达性都更好。并且，本发明仅需将叶片4上截和叶片4下截焊接在一起，相比于现有技术中将叶片4分别与上冠3和下环5进行焊接和铲磨，会节省约一半的人工工作量。本发明克服现有技术中的封闭、狭长、扭曲空间的高水头水泵水轮机转轮结构对制造过程中的焊接、铲磨等手工作业环节无法操作、可达性差的挑战。本发明克服了现有技术中叶盘在加工过程中易变形，现有加工资源条件下行程易受限、刀具易干涉，加工效率不高等缺点。由于产品的焊缝减少，且加工时可达性好，则产品的质量能得到保证。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：分别铸造叶盘上部(1)和叶盘下部(2)；其中叶盘上部(1)包括上冠(3)和若干叶片(4)的上截，叶盘下部(2)包括下环(5)和若干叶片(4)的下截；
S2：分别对叶盘上部(1)和叶盘下部(2)进行数控加工；
S3：将叶盘上部(1)的叶片(4)上截和叶盘下部(2)的叶片(4)下截进行焊接；
S4：对焊缝进行铲磨。
2.根据权利要求1所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在步骤S1中，采用3D打印铸造砂型的方式进行铸造。
3.根据权利要求1所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在步骤S1中，铸造毛坯的余量分布控制在5～15mm内。
4.根据权利要求1所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，所述在步骤S2中，数控加工包括车基准、铣型面、精车三道工序。
5.根据权利要求4所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，铣型面工序包括加工准备、三轴粗加工、定轴半精加工及精加工、过流面抛磨。
6.根据权利要求5所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在三轴粗加工工序中，使用
大刀盘面铣刀。
7.根据权利要求6所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在三轴粗加工工序中，采用倒扣反刮的走刀方式。
8.根据权利要求4所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在车基准工序中，在叶盘上部(1)和叶盘下部(2)平坦区域设置测量基准。
9.根据权利要求8所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在车基准工序中，采用三维检测手段对叶盘型线和基准进行测绘，并对叶盘余量进行标定；采用立车加工出基准。
10.根据权利要求4所述的一种高水头水泵水轮机叶盘加工方法，其特征在于，在铣型面工序中，采用立式的装夹方式和工装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220111 |