郭晓明
摘 要：近些年来，我国的科学技术日新月异，社会经济也有了突飞猛进的发展，我国的水力发电技术同样发展迅速，不容小觑。随着水力发电的不断发展，国家对水电站建设的投入也越来越多，水电站的建设规模也越来越大。而西部水电站更是得到了国家的大力支持。水电站的发展也得到了令人欣喜的进步。目前，我国水电站建设以中小型机组为主，采用较为广泛的是轴流和贯流机组。因轴流式机组较为常用，与一些小型机组运转原理有异曲同工之处，易于理解，因此文章就轴流式水轮机转轮体的制造工艺展开了分析和讨论，仅供参考。
关键词：水轮机；制造；加工方案；研究
1 概述
自然界的能源是多种多样的，其中有很多能源是人类可以利用的资源，但由于可再生能源的不断减少，如煤、石油、林业等，人们所能利用的能源逐渐转向可再生能源。风能、太阳能、水能等得到了人们的广泛运用，其在人们的生活中发挥越来越大的作用，给人们的生活提供了更多的方便。不可再生能源由于其自身的因素，还会产生二氧化碳、二氧化硫等等，这些物质会污染空气，破坏自然，其次不可再生能源不是取之不尽用之不竭的，由于其特性也注定不能为人类长期依赖。所以，妥善利用可再生能源势在必行。在可再生能源中，水能是人们最为熟悉的能源之一，它不但贴近人们的生活，并且较为经济。水能具有取材容易，用之广泛，对环境无害的特点。水能发电技术被广泛应用，产电量日渐增长，能够满足生活、生产的需求。水资源被得到了广泛运用。文章以某水电站水轮发电机为例，对大型轴流水轮机的工艺进行了阐述与分析，希望能够为相关工作人员带来一定的参考价值。
2 基本参数
转轮体直径：Φ2850mm；
转轮体高度：2080mm；
叶片轴孔直径：Φ1250mm；
叶片数量：4片；
转轮体重量：30吨。
3 主要研究内容
研究的内容和方法包括：（1）对转轮体外球面进行加工工艺的研
究；（2）对转轮叶片轴孔加工工艺的分析。
4 加工工艺
主要研究内容包括对转轮体外球面的加工，对转轮体外球面的靠模加工，转轮体外球面的数控加工，转轮体叶片轴孔加工。对其加工方案进行细致对比，使其对轴流式水轮机转轮体加工工艺有更全面的了解。
4.1 转轮体外球面的加工
对处理转轮体圆形表面的问题通常会用到两种立体车来进行处理。这两种立车包括：一般立车和数控加工。一般立车是传统方式，目前依然被广泛运用，多用于比较老旧，更新设备迟缓，建立时间较久远的工厂。这些工厂由于受到当时科学技术的限制，技术较为传统，对于这种立车要使用传统的靠模加工技术。这对于人工操作的能力要求也比较高。而另一种数控功能的新型立车则是结合了现代化的科学技术，利用了信息技术，使得设备的应用具有较高的自动化，操作起来更加便捷迅速，并可利用数据编程完成圆形表面加工。
4.2 转轮体外球面的靠模加工工艺
利用靠模加工工艺使得转轮体反放在立车卡盘上，找正，装靠模和靠模刀架，靠模按转轮体找正相对一致，靠模刀架走靠模加工球面。
方案分析：采用传统的方式进行加工时则无法使用到数控功能，这就需要一套靠模，靠模刀架，并在工作开始之前有合理的计算，对靠模有一个较为准确的设计。在这里，靠模的变化会很大，比如说如果靠模设计较大，那么就要在其上面增加支撑，不然会发生变形。靠模过大还会给机组之间的组合造成不符的情况。靠模则失去了使用价值。可见利用靠模来加工会增加很多在工装制造上的费用消耗。加工中，为避免立车刀架碰触转轮体，靠模刀架上的滑动刀杆至少为（2×球面高度+刀架宽度），对于直径3m的转轮来说，刀杆长度为1500mm左右。对于大型机器伸长度和操作面积也会随之增长，靠模刀具也会产生变化，发生变形。由于重力和自身力的影响，其运行路线也会发生较大改变，使得转轮球面的加工精确度发生变化。综上所述，靠模加工转轮体外球面靠模加工工艺存在争议，并不是十分理想。靠模加工事倍功半，成本较高，但精度却难以达到预期效果。
4.3 转轮体外球面的数控加工工艺
具体加工工艺：转轮体倒放在数控立车卡盘上，找正，按程序加工球面。
方案分析：此种方案所用到的是数控立车。其不但能够节省了组装的步骤，还能够直接运用现有的刀具进行加工，省时省力。除此之外，还避免了重新制造靠模等大型设备的精力和实践，也为其节省了开销，减少了工时，提高了工作效率。为了避免转轮运行到最低处时发生碰撞，需要事先准备小刀架，此后通过数控程序的操作，使其机器按部就班的运转即可。工作省时省力，也提高了精度。
4.4 加工方案对比
对以上所述的两种方案，现在进行详细分析与对比。（1）靠模加工方案：优点包括：机床的费用较低廉，方案比较传统，操作上较为简单。不足之处包括：在工艺上需要加工一套比较大的工装，并且其工装缺乏通用性。加工精度和效率并不高。（2）数控加工方案：优点包括：其加工精度比较高，操作便捷快速，无需重做工装，省去大量时间与开销。不足之处包括：机床小时费用很高，其设备成本不低，加工效率不理想。
综上所述，靠模加工属于传统工艺，最为普通和古老，原理简单，通俗易懂，容易操作但存在较多缺憾。比如，其成本昂贵，存在较多浪费。数控立车的成本则与其形成鲜明对比，其成本低廉易于接受，并且精度较高。数控立车是一种廉价的现代型工具，具有广阔的发展前景。
4.5 转轮体叶片轴孔加工工艺研究
转轮体叶片轴孔的加工对于水轮机整体运行来说有着非常重要的意义，其影响到整个转轮的受力与出力。在其加工中要重点注意的是：（1）要保证叶片轴孔中心线的一致性，当其中心线保持水平一致时，受力的大小也会统一；（2）为了使叶片与转轮体间隙的统一，则需要保证叶片轴孔中心线与转轮体球面最高处截面一致。在叶片轴孔加工中采用立车加工，精车完毕后划线加工。转轮体经过粗车平面及球面、粗镗叶片轴孔后进入半精车序。待其完成之后，可以利用数控来确定球面的最高点。并用尖刀在转轮体上划出转轮体球面最高点的位置，也就是最高点水平线，得到的这条水平线则是叶片轴孔中心节圆线。将水平线设为基准线。等到半精镗叶片轴孔完成之后，将球面上的叶片轴孔中心线引至叶片轴孔内，防止在精车时，中心线被车掉。或将转轮直接放在已经车好的等高垫筒上，以此水平中心线找数控程序的零点。精车完毕，仍以所刻水平中心线为基准，划线，精镗叶片轴孔。
5 工艺及经济效益分析
科技的发展与腾飞是水利水电技术不断进步，不断创新的基础，随着其技术的更新换代，对精准度的要求也越发严格。时代需要进步，对水利技术而言也是如此。想要得到不断的发展，就需要改革旧的技艺，学习新的知识，运用现代化科技。这也是其发展经济效益势在必行的。只有这样，行业才能不断进步，技艺才能不断更替。
6 结束语
科学技术的发展在带动社会经济进步的同时，对我国的水利水电行业也有着不可忽视的作用与影响。水利水电工程在全国范围内不断深入，水利设备的延伸与发展也愈发广泛。能源的充分利用带动了其进一步的发展，这也是现代化科技的今天所要面临和妥善利用之处。文章通过对轴流式水轮机转轮体加工工艺进行分析和探讨，对其不同的加工工艺展开了较为详细的说明，希望能够为相关从业人员在工作上带来一定的借鉴。
参考文献
[1]张颖杰.轴流式水轮机转轮体加工工艺的研究[J].科技创新与应用，2012.
[2]史功赫，韩文达，刘铁军，等.浅谈水轮机转轮裂纹修复[J].科技资讯，2011（23）.
[3]水轮机转轮强化新工艺研制成功[J].中国农村水利水电，1997（9）.
