浅谈水轮机主轴的动态变化

浅谈水轮机主轴的动态变化

自然力学特性在机架上，轴是装置的旋转部件之一，也是最重要的部件之一，连接到装置的主缸，并将其连接到机架下照的北端。它不仅承受水力动载荷所引起的轴向应力和弯曲应力,还要承受工作状态的扭曲应力,主轴具有足够的强度,以保证在任何转速直至最大飞逸转速都能安全运转而没有有害的震动和变形。目前大型主轴采用锻焊接结构,并对制造中的难点进行了充分的分析、论证,通过三峡主轴的成功制造,获得了宝贵的经验。以下主要介绍主轴的机械加工工艺新技术。1.大型主轴加工大型水轮机主轴通常采用的结构是中空结构,连接方式为内法兰结构。主轴为锻焊结构,法兰采用低合金钢ASTMA668CLASSELevelB煅造而成,轴身采用抗撕裂钢板S355J2G3-Z35卷焊制成。目前三峡主轴的外径尺寸是所有水轮机中最大的,主轴长度为5960mm,毛坯件重量112吨,加工后最大直径Φ4000mm。经过充分论证后,大型主轴需采用18M巨型数控卧车加工,该卧车除具有当今最先进的数控技术外,还配有大尺寸测量系统,内孔加工工具安装固定系统。其最大承重250吨,工件加工范围Φ600-Φ4500mm,最大加工工件长度18000mm,机床主轴中心孔的同轴度为0.007mm,是加工三峡等大型机组主轴最好性能车床。发兰轴孔的加工在数控镗床,利用镗模加工。主轴焊接整体后主要加工工艺过程。划检→粗镗→半精车→全面的UT探伤→精车→半精镗、精镗两端轴孔(包括按镗模加工)→铲磨→清理→涂漆。2.主要技术研究内容2.1深孔刀杆自限压机的制造加工中空结构的大型主轴内孔加工的难点在于:主轴内孔加工是深孔加工,刀具切削金属运动时是连续切削运动和断续切削运动的混合运动。内孔加工的关键问题是工具的选择,即深孔刀杆、支撑架及其工装夹具的制造加工。深孔刀杆及其工装夹具包括:刀座、刀杆、小刀架、上压盖、支撑架等部件,其中,刀杆加工解决了刀杆的挠度、刚度及刀杆的偏心等问题。针对大型主轴具体尺寸,配置专用的液压乌金托瓦,双架子支撑,不再进行配制堵板、修车架子口的工作,中心架支撑点夹角小于180°,且各自与铅垂线的夹角小于90°,溜板可一次通过工件的全部长度,加工轴身无需调头,不存在二次装夹找正,保证跳动的精度。支撑架的制造加工充分考虑了支撑架与刀杆具有相对旋转运动;支撑架与刀杆具有相对直线运动;支撑架与主轴内孔具有的相对运动。2.2几种方法测得数值大型主轴加工尺寸较大,如三峡主轴外径精加工后为4000mm。加工过程中应用了多种测量方法,主要有弦长法、π尺法、外径千分尺法、倒尺相对测量法、滚轮法等。针对几种方法测得数值,进行了比较,选择最佳的测量方法。其中尺法、倒尺相对测量法是测量中应用最多的方法,也是相对简单准确的方法。经过对三峡主轴的多种测量方法试验,完全符合要求,并在大尺寸测量方面,技术较为成熟,实现了突破。2.3高频电磁冲击滚压装置主轴轴身用于测量主轴摆度的测量环带及导轴承轴颈表面粗糙度要求为Ra0.8μm以上,数控卧车设备必须经过特殊工艺过程,滚压、磨削才能达到Ra0.8μm,效率较低。新工艺方法是提制了一种专用装置,即选用一种新型能够提高金属表面粗糙度装置,该装置结构简单、操作方便,利用高频电磁冲击滚压原理保证主轴表面粗糙度由Ra6.3μm一次性达到Ra0.8μm以上,同时也提高了加工表面的硬度,很大程度地提高生产效率。三峡主轴经过此装置的表面处理后,其表面粗糙度达Ra0.4μm以上,远远高于设计要求。2.4法兰接口轴为便于主轴与转轮连接和拆卸及互换行性等要求,主轴与转轮连接通常为销钉螺杆连接,轴孔加工精度要求高,且与发电机轴采用法兰连接。三峡主轴两法兰面把合孔直径Φ200mm左右,孔深400mm-500mm,左右,且发电机端为M110*4盲孔,水轮机端为Φ220H7,表面粗糙度Ra1.6um。2.4.1层切刀加工技术通过对主轴轴孔及数控镗床情况的具体分析,对层切刀具加工能力的分析,改进轴孔加工工艺。粗加工轴孔时,机床走圆弧差补,采用层切刀加工。通过试验对比,采用刀片数为5的Φ100层切刀加工,其走刀速度为3000mm/分钟,机床主轴旋转速度为500转-600转/分钟,吃刀深度为1mm-1.5mm,虽然刀杆较长,孔较深,但镗杆稳定,排屑情况最好。单边留1mm-2mm余量精加工时,采用硬质合金的镗刀精加工。采用层切刀加工盲孔效果良好,避免了以往盲孔不易清根的现象。轴孔质量满足要求,提高效率3倍。2.4.2合作孔加工法大型机组的主轴与转轮厂内通常不进行同加工,采用镗模分别加工,按要求正确位置装配后,以镗模轴孔为基准,利用数控镗床加工把合孔,保证主轴与转轮装配位置正确。2.4.3博弈协调加工工艺方法的应用传统工艺是水轮机轴与发电机轴把合在一起后,在卧车同找两轴摆度合格后,同加工定位把合孔。大型机组发电机轴和水轮机轴长度尺寸均较长,厂内进行两轴连接同找摆度和同钻铰联轴孔,操作困难,加工周期长,难度巨大,故工艺新技术采用工地装配同加工的工艺方法:即在安装间水轮机主轴立放,将主轴找正,合格后装发电机大轴,按两轴精加工园测尺找正,检测同轴度,确认合格后,同镗销孔。利用专业加工设备加工加工定位销孔。三峡两轴工地连接同加工实践证明:加工质量满足要求,加工工期缩短,加工工艺先进。目前一些大型电站借鉴三峡工地的加工经验,采用两轴工地连接同加工