CN115289128A - 一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，包括轴体，轴体的设置有中心孔，轴体的外部通过轴承连接有壳体，壳体的一侧外壁通过轴承连接有输送泵，输送泵的出液口与壳体连接，轴体的外部一体成型有轴领，轴领和轴体之间设置有密封腔，壳体的内壁固定有均匀分布的轴瓦，轴瓦的一侧外壁与轴领滑动连接，壳体的一侧外壁设置有过滤组件。本发明通过输送泵将润滑油输送到壳体的内部，使得润滑油能够对主轴的轴瓦和轴领之间的摩擦进行润滑，并且能够通过润滑油将主轴的轴瓦和轴领之间的摩擦产生的热量进行带走，使得水轮机主轴工作时在低温和润滑油的双重作用下磨损更小，进而延长了水轮机的主轴的使用寿命。

Description

一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺
技术领域
本发明涉及水轮机技术领域，具体涉及一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺。
背景技术
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械，现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电，在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电，在水轮机中，水轮机的主轴是电力，水力机械及辅助设备，将水轮机转轮与发电机转子相连，传递扭矩的轴，其性能的好坏对水轮机的寿命起到至关重要的作用。
如授权公告号为CN201310581267.X一种大型水轮机主轴冷滚成型拼接制造工艺方法，按图纸尺寸要求下料，割出焊接坡口，非对称X型坡口，将下料件按展开长尺寸预留余量拼焊；对拼焊焊缝进行超声波探伤检查，合格后准备滚型；使用180mm滚板机进行冷滚型，逐渐加压，滚成整圆；将带有余量的轴身退出滚板机，按照周长理论尺寸-5mm划线，去除余量，割出焊接坡口。
现有技术中的水轮机在使用时，由于转轮带动主轴转动时会对主轴受到的径向载荷，主轴的径向载荷会使得主轴受到摩擦力，使得主轴受力部位局部升温进，而造成主轴与轴瓦之间因温度过高出现严重磨损，进而影响水轮机的使用寿命。因此，亟需设计一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，包括轴体，所述轴体的设置有中心孔，所述轴体的外部通过轴承连接有壳体，所述壳体的一侧外壁通过轴承连接有输送泵，所述输送泵的出液口与壳体连接，所述轴体的外部一体成型有轴领，所述轴领和轴体之间设置有密封腔，所述壳体的内壁固定有均匀分布的轴瓦，所述轴瓦的一侧外壁与轴领滑动连接，所述壳体的一侧外壁设置有过滤组件，所述过滤组件包括外壳，所述外壳的一侧通过螺纹连接有端盖，所述端盖的内部设置有金属滤网，所述金属滤网的内部设置有滤芯，所述端盖的一侧外壁焊接有进油管，所述进油管的一端延伸至壳体的内部，所述壳体的顶部通过螺栓连接有上盖，所述上盖套接在轴体的外部，所述上盖的顶部固定有外密封环。
进一步的，所述端盖的一侧内壁一体成型有定位环，所述定位环的内部设置有弹簧。
进一步的，所述金属滤网的一侧外壁一体成型有固定环，所述弹簧远离端盖的一端位于固定环的内部。
进一步的，所述金属滤网的一侧固定有橡胶环，所述橡胶环位于外壳的内部。
进一步的，所述外密封环的底部一体成型有套接环，所述套接环套接在轴体的外部。
进一步的，所述外密封环的顶部外壁一体成型有密封唇，所述套接环的内壁成型有凸环，所述凸环的内部设置有环形簧，所述密封唇和凸环均位于轴体的外部。
进一步的，所述轴体的顶端一体成型有上法兰，所述轴体的底端焊接有下法兰，所述上法兰和下法兰的底部外壁均开有连接孔。
进一步的，所述壳体的顶部外壁一体成型有挡圈，所述挡圈位于密封腔的内部，所述挡圈的顶部固定有内密封环，所述内密封环与轴领相适配。
一种水力发电水轮机主轴加工工艺，包括以下步骤：
打印毛坯步骤：采用金属3D打印机打印出轴体、轴领、上法兰和中心孔，并留有一定的粗车余量；
车削步骤：采用车床对轴体和轴领进行粗车，将轴体和轴领的余量留至精车余量；
打磨步骤：采用无心磨床对轴体的外圆和轴领进行打磨，，使得轴体和轴领达到精确尺寸；
掺杂步骤：将打磨后的轴体置于能够旋转的真空容器中，并使得轴体进行转动，然后对氮离子进行加速，使得氮离子轰击轴体的轴领外壁；
装配步骤：将掺杂结束的轴体与外壳和上盖进行装配。
进一步的，所述氮离子掺入轴体的深度为1mm-2mm，所述精车余量为0.03-0.02mm。
在上述技术方案中，本发明提供的一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，有益效果为：
(1)本发明通过输送泵将润滑油输送到壳体的内部，使得润滑油能够对主轴的轴瓦和轴领之间的摩擦进行润滑，并且能够通过润滑油将主轴的轴瓦和轴领之间的摩擦产生的热量进行带走，使得水轮机主轴工作时在低温和润滑油的双重作用下磨损更小，进而延长了水轮机的主轴的使用寿命。
(2)本发明通过过滤组件内部的金属滤网和滤芯对润滑油进行双重过滤，使得润滑油内部的金属铁屑能够进行有效的去除，并且防止金属铁屑对轴领产生磨损，使得润滑油能够进行反复利用。
(3)本发明通过3D打印加精车的方式对水轮机的主轴进行加工，使得水轮机的主轴加工时耗材更少，相比铸造成型的方式简化了制造工序，产生的废料更少。
(4)本发明通过对氮离子进行加速的方法，使得氮离子在真空下打入水轮机的轴领外壁，使得水轮机的掺杂氮离子的厚度得到增加，并且相对于传统的渗氮工艺无需进行加热，进而节约了能源。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺实施例提供的整体结构示意图。
图2为本发明一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺实施例提供的内部结构示意图。
图3为本发明一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺实施例提供的过滤组件结构示意图。
图4为本发明一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺实施例提供的滤芯结构示意图。
图5为本发明一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺实施例提供的密封唇结构示意图。
附图标记说明：
1轴体、2上法兰、3下法兰、4连接孔、5中心孔、6上盖、7壳体、8固定孔、9输送泵、10过滤组件、11进油管、12轴瓦、13轴领、14密封腔、15挡圈、16外密封环、17外壳、18端盖、19定位环、20固定环、21弹簧、22金属滤网、23橡胶环、24滤芯、25套接环、26密封唇、27凸环、28环形簧、29内密封环。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-5所示，本发明实施例提供的一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，，包括轴体1，轴体1的设置有中心孔5，轴体1的外部通过轴承连接有壳体7，壳体7的一侧外壁通过轴承连接有输送泵9，输送泵9的出液口与壳体7连接，轴体1的外部一体成型有轴领13，轴领13和轴体1之间设置有密封腔14，壳体7的内壁固定有均匀分布的轴瓦12，轴瓦12的一侧外壁与轴领13滑动连接，壳体7的一侧外壁设置有过滤组件10，过滤组件10包括外壳17，外壳17的一侧通过螺纹连接有端盖18，端盖18的内部设置有金属滤网22，金属滤网22的内部设置有滤芯24，端盖18的一侧外壁焊接有进油管11，进油管11的一端延伸至壳体7的内部，壳体7的顶部通过螺栓连接有上盖6，上盖6套接在轴体1的外部，上盖6的顶部固定有外密封环16。
具体的，本实施例中，包括轴体1，轴体1采用ASTM A668材质制成，轴体1的设置有中心孔5，轴体1的外部通过轴承连接有壳体7，使用时壳体7固定，轴体1在壳体7的内部进行转动，壳体7的一侧外壁通过轴承连接有输送泵9，输送泵9的出液口与壳体7连接，轴体1的外部一体成型有轴领13，轴领13和轴体1之间设置有密封腔14，壳体7的内壁固定有均匀分布的轴瓦12，轴瓦12的一侧外壁与轴领13滑动连接，利用轴瓦12对轴领13进行径向支撑，使得轴瓦12承受轴体1转动时的径向载荷，壳体7的一侧外壁设置有过滤组件10，过滤组件10起到过滤杂质的作用，过滤组件10包括外壳17，外壳17的一侧通过螺纹连接有端盖18，端盖18的内部设置有金属滤网22，金属滤网22的网孔大小为40um，金属滤网22的内部设置有滤芯24，滤芯24采用HEPA过滤材质制成，端盖18的一侧外壁焊接有进油管11，进油管11的一端延伸至壳体7的内部，使用时将工业散热器的出口通过管道与输送泵9的进液口进行连接，将外壳17通过管道与工业散热器进口进行连接，并向工业散热器和壳体7的内部加入润滑油，使得润滑油充满整个回路，使得过滤组件10内部的金属滤网22和滤芯24对润滑油进行双重过滤，使得润滑油内部的金属铁屑能够进行有效的去除，并且防止金属铁屑对轴领13产生磨损，使得润滑油能够进行反复利用，壳体7的顶部通过螺栓连接有上盖6，上盖6套接在轴体1的外部，上盖6的顶部固定有外密封环16，外密封环16防止灰尘进入轴体1和上盖6之间的缝隙内，壳体7的顶部外壁一体成型有挡圈15，挡圈15位于密封腔14的内部，挡圈15的顶部固定有内密封环29，内密封环29与轴领13相适配，利用内密封环29将挡圈15与轴领13之间实现动密封。
本发明提供的一种水力发电水轮机主轴及其加工工艺，本发明通过输送泵9将润滑油输送到壳体7的内部，使得润滑油能够对主轴的轴瓦12和轴领13之间的摩擦进行润滑，并且能够通过润滑油将主轴的轴瓦12和轴领13之间的摩擦产生的热量进行带走，使得水轮机主轴工作时在低温和润滑油的双重作用下磨损更小，进而延长了水轮机的主轴的使用寿命。
本发明提供的另一个实施例中，端盖18的一侧内壁一体成型有定位环19，定位环19的内部设置有弹簧21，金属滤网22的一侧外壁一体成型有固定环20，弹簧21远离端盖18的一端位于固定环20的内部，利用弹簧21的弹力使得金属滤网22的一侧与外壳17进行紧密接触，使得过滤组件10内部的金属滤网22和滤芯24便于进行更换，滤芯24采用的HEPA标准的过滤网，对于0.1微米(1微米＝0.0001厘米)和0.3微米的有效率达到99.7％，使得过滤组件10容量大、过滤精度高，金属滤网22的一侧固定有橡胶环23，橡胶环23位于外壳17的内部，橡胶环23起到将金属滤网22与外壳17进行密封的作用。
本发明提供的再一个实施例中，外密封环16的底部一体成型有套接环25，套接环25套接在轴体1的外部，利用套接环25使得轴体1与外密封环16的接触面积增大，外密封环16的顶部外壁一体成型有密封唇26，套接环25的内壁成型有凸环26，凸环26的内部设置有环形簧28，环形簧28起到增加套接环25弹力的效果，使得凸环26与轴体1之间的作用力增大，密封唇26和凸环26均位于轴体1的外部，通过密封唇26和凸环26使得轴体1与上盖6之间的动密封效果更强。
本发明提供的再一个实施例中，轴体1的顶端一体成型有上法兰2，轴体1的底端焊接有下法兰3，上法兰2和下法兰3的底部外壁均开有连接孔4，上法兰2和下法兰3分别与发电机和转轮进行固定。
一种水力发电水轮机主轴加工工艺，包括以下步骤：
打印毛坯步骤：采用金属3D打印机打印出轴体1、轴领13、上法兰2和中心孔5，并留有一定的粗车余量；
车削步骤：采用车床对轴体1和轴领13进行粗车，将轴体1和轴领13的余量留至精车余量；
打磨步骤：采用无心磨床对轴体1的外圆和轴领13进行打磨，，使得轴体1和轴领13达到精确尺寸；
掺杂步骤：将打磨后的轴体1置于能够旋转的真空容器中，并使得轴体1进行转动，然后对氮离子进行加速，使得氮离子轰击轴体1的轴领13外壁；
装配步骤：将掺杂结束的轴体1与外壳17和上盖6进行装配。
进一步的，氮离子掺入轴体1的深度为2mm，精车余量为0.02mm。
工作原理：
当需要对主轴的轴体1进行运行时，将工业散热器的出口通过管道与输送泵9的进液口进行连接，将外壳17通过管道与工业散热器进口进行连接，并向工业散热器和壳体7的内部加入润滑油，使得润滑油充满整个回路，当轴体1在壳体7的内部进行转动时，通过导线接通输送泵9的电源，使得输送泵9将工业散热器中的润滑油输送到壳体7的内部，使得润滑油对轴领13和轴瓦12之间的滑动进行润滑，同时轴领13和轴瓦12之间摩擦产生的热量被润滑油带走，使得润滑油进入过滤组件10的壳体7内部，通过过滤组件10的金属滤网22对润滑油进行一次过滤，通过金属滤网22内部的滤芯24对润滑油进行二次过滤，过滤后的润滑油从外壳17的一侧流出进入工业散热器的内部，使得工业散热器能够对润滑油中的热量进行散失。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种水力发电水轮机主轴，包括轴体(1)，其特征在于，所述轴体(1)的设置有中心孔(5)，所述轴体(1)的外部通过轴承连接有壳体(7)，所述壳体(7)的一侧外壁通过轴承连接有输送泵(9)，所述输送泵(9)的出液口与壳体(7)连接，所述轴体(1)的外部一体成型有轴领(13)，所述轴领(13)和轴体(1)之间设置有密封腔(14)，所述壳体(7)的内壁固定有均匀分布的轴瓦(12)，所述轴瓦(12)的一侧外壁与轴领(13)滑动连接，所述壳体(7)的一侧外壁设置有过滤组件(10)，所述过滤组件(10)包括外壳(17)，所述外壳(17)的一侧通过螺纹连接有端盖(18)，所述端盖(18)的内部设置有金属滤网(22)，所述金属滤网(22)的内部设置有滤芯(24)，所述端盖(18)的一侧外壁焊接有进油管(11)，所述进油管(11)的一端延伸至壳体(7)的内部，所述壳体(7)的顶部通过螺栓连接有上盖(6)，所述上盖(6)套接在轴体(1)的外部，所述上盖(6)的顶部固定有外密封环(16)。
2.根据权利要求1所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述端盖(18)的一侧内壁一体成型有定位环(19)，所述定位环(19)的内部设置有弹簧(21)。
3.根据权利要求2所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述金属滤网(22)的一侧外壁一体成型有固定环(20)，所述弹簧(21)远离端盖(18)的一端位于固定环(20)的内部。
4.根据权利要求1所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述金属滤网(22)的一侧固定有橡胶环(23)，所述橡胶环(23)位于外壳(17)的内部。
5.根据权利要求1所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述外密封环(16)的底部一体成型有套接环(25)，所述套接环(25)套接在轴体(1)的外部。
6.根据权利要求5所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述外密封环(16)的顶部外壁一体成型有密封唇(26)，所述套接环(25)的内壁成型有凸环(26)，所述凸环(26)的内部设置有环形簧(28)，所述密封唇(26)和凸环(26)均位于轴体(1)的外部。
7.根据权利要求1所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述轴体(1)的顶端一体成型有上法兰(2)，所述轴体(1)的底端焊接有下法兰(3)，所述上法兰(2)和下法兰(3)的底部外壁均开有连接孔(4)。
8.根据权利要求1所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，所述壳体(7)的顶部外壁一体成型有挡圈(15)，所述挡圈(15)位于密封腔(14)的内部，所述挡圈(15)的顶部固定有内密封环(29)，所述内密封环(29)与轴领(13)相适配。
9.一种水力发电水轮机主轴加工工艺，包括权利要求1-8任意一项所述的一种水力发电水轮机主轴，其特征在于，包括以下步骤：
打印毛坯步骤：采用金属3D打印机打印出轴体(1)、轴领(13)、上法兰(2)和中心孔(5)，并留有一定的粗车余量；
车削步骤：采用车床对轴体(1)和轴领(13)进行粗车，将轴体(1)和轴领(13)的余量留至精车余量；
打磨步骤：采用无心磨床对轴体(1)的外圆和轴领(13)进行打磨，，使得轴体(1)和轴领(13)达到精确尺寸；
掺杂步骤：将打磨后的轴体(1)置于能够旋转的真空容器中，并使得轴体(1)进行转动，然后对氮离子进行加速，使得氮离子轰击轴体(1)的轴领(13)外壁；
装配步骤：将掺杂结束的轴体(1)与外壳(17)和上盖(6)进行装配。
10.根据权利要求9所述的一种水力发电水轮机主轴加工工艺，其特征在于，所述氮离子掺入轴体(1)的深度为1mm-2mm，所述精车余量为0.03-0.02mm。
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